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1、好差焊接性热处理性能铸造性更好从上表可以看出，钢的综合性能，特别是机械性能（抗拉强度、韧性、塑性）比生铁好得多，钢的用途比生铁广泛得多，除约占生铁总量的90%的炼钢生铁要进一步冶炼成钢，以满足国民经济各部门的需要。1.2炼钢的基本任务钢是应用最广泛的一种金属材料，炼钢方法也很多，如氧气转炉炼钢法，平炉炼钢法，电弧加热为主的电炉炼钢方法等。其中氧气转炉炼钢法是现代炼钢法中最为主要的炼钢方法。炼钢的主要任务就是根据所炼钢种的要求，把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围，同时将其铸成符合一定的金属内在组织结构、表面质量要求，有一定纯净度和尺寸规格的钢锭或钢坯。主要任务

2、包括：在高温熔融状态下进行氧化熔炼，把生铁中的碳氧化降低到所炼钢号的规格内，这叫脱碳。把生铁中的有害杂质磷和硫降低到所炼钢号的规格内，这分别叫去磷和去硫。把熔炼过程中进入钢液的有害气体（氧和氮）及非金属夹杂物（氧化物、氮化物等）清除，这分别叫去气体和去非金属夹杂物。把氧化熔炼过程中生成的对钢质有害的过量的氧从钢液中清除，这叫脱氧。把钢液中各种元素的含量调整到所炼钢号的规格内，这叫调整成分。按照熔炼工艺的需要，适时地提高和调整钢液的温度，这分别叫体温和调温。把熔炼好的合格钢液铸成一定形状尺寸、符合一定金属内在组织、表面质量的钢锭或连铸坯，以便下步轧制成钢材。在氧气转炉炼钢过程中，把生铁精炼成钢的

3、过程基本上是氧化过程，脱碳是最根本的任务。1.3钢的分类和钢号的表示方法钢的分类方法很多，下面介绍几种常见的分类方法。按化学成分分类：按照化学成分，可把钢分成碳素钢和合金钢，碳素钢中不含有特意加入的合金元素，其按含碳量大小可分为高碳钢（C0.6%）、中碳钢（0.025%C0.6%）、低碳钢（C0.25%）。其按含硫、磷的多少可分为普通碳素钢（S0.055%，P0.045%）、优质碳素钢（S、P0.04）和高级优质碳素钢（S0.03%，P0.035%）。合金钢中含有特意加入的合金元素，根据合金钢中所含合金元素的数量不同，又分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。按冶炼方法分类：按冶炼设备不同，钢分为转

4、炉钢、电炉钢和平炉钢三大类。按脱氧程度和浇注制度的不同，碳素钢又分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢。按用途分类：按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大类。钢号表示方法：我国国家标准规定：钢号中化学元素用汉字或国际化学元素符号表示，产品名称、用途、冶炼方法和浇注的表示法，一般采用汉字拼音字母的缩写，具体表示法在此不一一列出。1.4常见元素对钢性能的影响钢中常见元素为碳、硅、锰、磷、硫，它们对钢性能影响如下：一、 碳 碳是对钢中性能影响最大的元素，碳以Fe3C等碳化物存在于钢中，一般来说，随着钢中含碳量的增加，钢的强度和硬度增大，而塑性和韧性下降。二、 磷 磷以Fe2P形式存在钢中，磷使钢的强度、硬度

5、增加，但室温下使钢的塑性和韧性显著下降，使钢变脆，在低温时尤为严重，这种脆化现象成为磷的冷脆性，一般情况下，磷是有害元素，故应严格限制钢中的含磷量。三、 硫 硫以FeS形式存在于钢中。FeS的塑性差，硫在钢中引起热脆现象，在钢中偏析严重。和磷一样是有害元素，应严格控制钢中的硫含量。四、 硅 硅在炼钢中是镇静钢的脱氧剂，它使钢的强度、硬度和弹性提高，但使塑性、韧性降低。碳钢中一般含硅量小于4.0。五、锰 锰在炼钢过程中是弱的脱氧剂，它使钢的强度、硬度增大，碳钢中一般含锰小于0.8%。2炼钢的基本原理2.1铁、硅、锰的氧化炼钢过程中，氧供入熔池后元素开始氧化，元素的氧化是按一定顺序的、按照元素与氧

6、的亲和力的强弱，当温度T1400时元素的氧化顺序是：Si、Mn、C、P、Fe，当温度1400TC、Si、Mn、P、Fe。2.1.1铁的氧化按照与氧的亲和力，铁的氧化落后于Si、Mn、C、P，但由于钢液中铁的浓度占绝对优势，所以铁氧化得最快，生成大量的氧化亚铁，元素如铁的氧化有直接氧化和间接氧化两种方式，钢液中的元素同加入的氧化剂如吹入的氧气直接接触而被氧化叫直接氧化，如Fe+1/2O2=FeO。否则叫间接氧化，Fe+O=FeO，其氧化产物绝大部分为FeO。但元素Fe的氧化表示炼钢的目的。Fe的氧化只是钢中氧传递的一个手段，其它元素如硅、锰、碳、磷等的氧化往往是通过FeO进行的，所以FeO是氧的

7、传递者。2.1.2硅的氧化硅的氧化反应既存在直接氧化反应，又存在间接氧化反应，氧化反应式如下。Si+O2=（SiO2）+Q - 6-1Si+2（FeO）=2Fe+（ SiO2）+Q - 6-2Si+2FeO=2Fe+（ SiO2）+Q - 6-3硅氧化生成物SiO2是酸性氧化物，不溶于钢液，又上述反应是放热反应，故温度低时有利于硅的氧化，硅氧化放热也是转炉炼钢中热量收入的一部分，当铁水中硅多则炼钢后渣量大。由于硅同氧亲和力很大，故在熔炼初期硅就很快被氧化而进入炉渣中，使初期渣碱度较低，且硅不存在还原反应。2.1.3锰的氧化锰的氧化反应同硅氧化相似，其生成物MnO是碱性氧化物，不溶于钢液，进入炉

8、渣，因为都是放热反应，故温度低时有利于锰的氧化，由于MnO是碱性氧化物，故碱性渣不利于锰的氧化，并且当熔池温度升高后，会发生锰的还原，如（MnO）+C=Mn+CO - 6-4故在生产实践中冶炼后期熔池会出现回锰现象，使钢中有一定数量的残锰，而在氧气转炉吹炼过程中则反映在锰变化曲线的“驼峰”上。2.2脱碳反应碳的氧化反应又称脱碳反应或碳氧反应，它是炼钢过程最基本的一个反应，它贯串炼钢过程的始终，实质上它是完成炼钢任务的主要手段，它不仅能把铁水的含碳量降低到要求规格内，更重要的是碳氧化反应所生成的CO气体排出时能够搅动熔池，促进化渣和传热，均匀温度和成分，加速金属和炉渣间的氧化反应，并能带走钢中有

9、害气体和非金属夹杂物，它放出的大量热量还是转炉生成的主要热源之一，钢中的碳一般用氧化方式去除。熔池中的脱碳反应是多种多样的，主要有金属与炉渣之间的间接脱碳，即C+（FeO）=Fe+CO+Q - 6-5也有在氧气流股附近发生的金属气态氧之间的直接脱碳，即1/2O2=O表面 - 6-6O表面+C=CO+Q - 6-7熔池中主要脱碳反应按间接脱碳反应式6-5式进行。炼钢中常以%C.%O来表示碳和氧的关系，称为碳氧积，在一定温度下此值为一常数，而且与反应物和生成物的浓度无关，由此可得，在某一温度下的C-O平衡，在1600下实验测得的结果，当PCO1atm时，碳氧积为0.0025（或0.0023），这是

10、常用的理论上的碳氧浓度积常数值。氧气转炉的一个突出特点是脱碳速度快，吹炼时间短，脱碳速度是指单位时间内脱除的碳素（%C），脱碳速度一般为0.10.4/分，其脱碳快的原因是：一、它的供氧既是直接的又是强制的，它所用的氧气的工作压力为0.61.2Mpa，纯度要求99以上，供氧强度达到34米3/吨.分。二、由于上述供氧的特点，使金属熔池强烈搅动，发生着气渣铁较为充分的混和现象，从而极大的加速了氧的传递速度，使金属液中元素的氧化显著加快。三、向转炉的直接供氧使得氧气流股与熔池接触附近形成一高温反应区，这种高温区的出现也非常有利于碳氧反应的进行。转炉脱碳反应的另一个特点是脱碳速度呈“马蹄形”变化，如图6

11、-1所示，由图可知，氧气转炉炼钢在吹炼过程中脱碳速度变化很大，前后期短，中期高。在吹炼前期，C含量高，这有利于碳氧化，但由于温度低，C处于不活泼状态和Si、Mn含量比较高，在这种情况下，Si、Mn首先与O发生反应，脱碳速度虽有发展，却受到很大限制；随着吹炼过程的进展，当硅、锰氧化到含量很低时，熔池温度高于1470左右，O变成活泼状态，此时碳与氧的亲和力比当时金属液中存在着的其它元素与氧的亲和力都大，此时称为吹炼中期，脱碳速度很快，吹炼中期脱碳速度很快过渡到最高阶段，此时吹炼存在着供氧不足的特点，传氧速度成为反应的限制环节；到了吹炼后期，当C（0.61.0）时，脱碳速度开始逐渐下降，当C0.3时

12、，脱碳速度明显减慢，当C98%,并脱除水份。工业用氧是通过制氧机把空气中的氧气分离提纯制取的氧气使用压力为0.61.3Mpa，且要求氧压稳定，安全可靠。作为氧化剂使用的铁矿石，要求含铁高，SiO2、磷和水份低，使用前要加热。氧化铁皮又称铁鳞，是轧钢和锻钢过程中剥落下来的金属氧化物碎片，主要成分为FeO。在转炉炼钢中主要作为辅助剂使用，对其要求是杂质含量少，不含油污、水份，使用前必须烘烤。3.2.3冷却剂转炉炼钢由于热量有富余，视原材料及设备条件不同可以加入30以下的废钢，作为调整吹炼稳定的冷却剂，它可降低钢铁料，造渣材料和氧气的消耗，冷却效果稳定，富铁矿、球团矿、烧结矿、氧化铁皮，主要是利用它

13、们所含的FexOy氧化金属中的杂质时需吸收大量的热而作为冷却剂使用。在缺乏废钢和富铁矿等原料的地方，可用石灰作为冷却剂。3.2.4还原剂和增碳剂电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、木炭、电石、硅铁等。氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含碳分子的石油焦作增碳剂。此外还有底部供气中使用的氮气和氩气，它们是制氧机制取氧气过程中的副产品，炼钢生产中要求氩气纯度99以上，氮气纯度达99，根据底部供气的不同还有天然气、CO2、CO等气体。4转炉炼钢车间与设备氧气转炉炼钢法具有原材料适应性强，生产率高，成本低，可炼品种多且质量好的钢，投资省，建厂速度快等一系列优点，因而在世界范围内得到迅速发展，成为现代主

14、要炼钢方法。4.1转炉炼钢车间转炉炼钢车间具有以下特点：一、 吹炼周期短，生产率高；二、 运输复杂，运输量大，其数量相当于钢产量的35倍；三、 温度高，烟尘大，需要高效能的通风除尘装置；四、由于吹炼速度快，因此要有准确可靠的计量设备，炼钢车间流程如图6-2所示。图62 氧气转炉炼钢生产工艺流程示意图从图6-2可知氧气转炉炼钢工艺主要由以下五个系统构成：一、原料供应系统，即铁水、废钢、铁合金及各种散状材的储备和供应系统。二、转炉的吹炼系统；三、氧气供应系统。四、烟气的净化与回收系统。五、钢水的浇注系统。我国多数转炉车间均采用以下两种布置方案：两座转炉经常保持一座转炉吹炼，简称二吹一，三座转炉经常

15、保持两座吹炼，简称三吹二。炼钢生产有冶炼和浇注两个基本环节，转炉车间主厂房多数为三跨间：一、原料跨，主要组织铁水和废钢的供应，炉渣及垃圾的运出；二、转炉跨，主要布置转炉及倾动机构，在转炉作业平台上方多层工作平台安装辅助材料的供应设施，氧气系统以及全部废气处理设备；三、浇注跨，将钢水通过连铸机浇注成钢坯。4.2转炉炼钢设备4.2.1转炉炉型及主要参数合理的转炉炉型能适应金属、炉渣和炉气的运动，有利于提高供氧强度和减少喷溅。转炉大小以公称容量表示，对公称容量的定义有几种，一般认为以炉子出钢量来表示较为合理。转炉炉型按金属熔池形状的不同可以分为筒球型、锥球型和截锥型三种。由于影响转炉生产的因素复杂多变和进行高温模拟试验相当困难，所以至今对转炉炉型设计及各部分尺寸的确定尚未成熟可靠的理论计算方法，主要通过考察和总结现有转炉生产操作情况和工艺制度及它们的技术经济指标，结合采用一些经验公式和进行一些可行的模拟试验来确定新炉的炉型和主要尺寸，即“依炉建炉”的方法。转炉的主要参数如图6-3所示。一、直径Do 指转炉熔池在平静状态时，金属液面的的直径，它主要与金属装入量和吹氧时间有关。二、熔池深度h 指转炉熔池在评价状态时从金属液面到炉底的深度，为