钢铁冶金学炼钢部分.docx

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钢铁冶金学炼钢部分

炼钢学复习题

第二章

一．思考题

1.炼钢的任务。

1）脱碳：

含碳量是决定铁与钢定义的元素，同时也是控制性能最主要的元素，一般来用向钢中供养，利于碳氧反应去除。

2）脱硫脱磷：

对绝大多数钢种来说，硫磷为有害元素，硫则引起钢的热脆，而磷将引起钢的冷脆，因此要求炼钢过程尽量去除。

3）脱氧：

在炼钢中，用氧去除钢中的杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除，减少钢中含氧量叫做脱氧。

（合金脱氧，真空脱氧）4）去除气体和非金属夹杂物：

钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮，非金属夹杂物包括氧化物，硫化物以及其他化合物，一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。

5）升温：

炼钢过程必须在一定高温下才能进行，同时为保证钢水能浇成合格的钢锭，也要求钢水有一定的温度，铁水最温度很低，1300摄氏度左右Q215钢熔点1515摄氏度6）合金化：

为使钢有必要的性能，必须根据钢中要求加适量的合金元素。

7）浇成良锭：

液态钢水必须浇铸成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料，同时要求质量良好，一般有模铸和连铸两种方式。

2.S的危害原因和控制方式。

（1）产生热脆。

（硫的最大危害）

（2）形成夹杂：

S在固体钢中基本上是以硫化物夹杂的形式存在。

降低塑性，危害各向同性（采用Mn抑制S的热脆），影响深冲性能和疲劳性能，夹杂物的评级，强度（S对钢的影响不大）（3）改善切削性能（这是硫的唯一有用用途）

（2）控制措施有两种方法：

（1）提高Mn含量：

Mn/S高则晶界处形成的MnS量多、FeS量生成量少，提高了钢的热塑性，减少了钢裂纹倾向。

（2）降低S含量：

过高的S会产生较多的MnS夹杂，影响钢的性能。

3.Mn控制S的危害的原理，要求值。

Mn影响S的原理：

钢中的Mn在凝固过程中同样产生选分结晶，在晶界处与S反应生产MnS。

Mns的熔点高，在轧制和连铸过程中仍处于固态，因此消除了低熔点FeS引起的热脆现象。

Mn\S:

Mn对S的控制力，一般用Mn和S的质量百分数的比值表示，称为“锰硫比”。

一般认为Mn\S>7即可消除热脆，但在连铸过程中Mn\S>20才能有效的控制鋳坯裂纹。

4.P含量与性能的关系。

（1）产生冷脆

（2）降低抗裂纹性能（3）影响强度和塑性（4）改善钢的特殊性能。

5.为什么脱氧。

（1）影响浇注过程：

沸腾、侵蚀、水口堵塞

（2）铸坯中产生气泡：

C和O的凝固富集产生CO气体，气量小时在铸坯中产生气泡（3）影响热脆性：

在凝固过程中在晶界富集形成FeO，与FeS形成共晶体（4）形成夹杂物：

凝固过程中O偏析使脱氧反应重新进行，形成凝固夹杂。

6.（O）和T（O）的意义和区别。

溶解氧：

液态钢水中以溶解状态存在的氧元素称为溶解氧，以【O】表示。

全氧：

钢中（包括液态和固态）所有的氧元素称为全氧，以T【O】表示。

包括溶解氧和夹杂物中的所有氧元素。

7.减少气体含量的措施。

减少入炉原料带入的气体元素。

2）控制温度、裸露时间和面积。

3）改善脱气条件。

4）真空脱气。

5）保护浇注。

8.H和N的来源。

N的来源：

铁水，氧气，空气（电炉空气电离增N,转炉倒炉时增N,浇注时从空气中增N），合金料，

H的来源：

氧气，石灰，耐火材料，铁水和废钢。

二．名词解释：

热脆：

钢在某一略高的温度范围内产生断裂的现象。

溶解氧：

液态钢水中以溶解状态存在的氧元素称为溶解氧，以【O】表示。

全氧：

钢中（包括液态和固态）所有的氧元素称为全氧，以T【O】表示。

第三章

一．思考题

1.脱碳反应对炼钢的影响。

（1）降低熔池中的[C]含量2搅拌熔池，均匀熔池温度和成分3促使形成乳化液和泡沫渣4清除杂质，改善钢水质量5影响熔池温度6导致吹炼过程中的喷溅。

2.钢液增碳的热效应。

碳溶解是吸热反应。

增碳剂由室温升高到钢水温度也要吸热，因此碳量增大，出钢温降较大。

3.铁水Si含量对炼钢的影响。

过低：

1）钢水温度低2）废钢用量小，产量低3）渣量少，脱S、P困难。

过高：

1）渣量大容易喷溅2）石灰消耗高3）吹损大，金属收得率低4）侵蚀炉衬，降低炉龄5）铁水成本高。

4.脱碳反应的产物。

脱碳反应的产物大多数石CO，含少量的CO2。

5.脱碳反应的控制环节。

气泡生成环节（气泡生成过程并不是脱碳反应的控制环节），化学反应环节（表现活化性），C和O扩散环节（是整个脱碳反应速度的控制环节）

6.气体溶解的热效应。

气体溶解是吸热反应，其溶解度随温度升高而增加。

7.常用的三种脱气方式。

脱碳（气泡真空，改善传质，扩大气液界面），吹氩脱气，真空脱气。

8.降低钢中气体含量的措施。

1）减少入炉原料带入的气体元素。

2）控制温度、裸露时间和面积。

3）改善脱气条件。

4）真空脱气。

5）保护浇注。

9.脱C对脱气的影响方式。

1）气泡真空：

CO气泡对氧气、氮气来说是一个真空室。

2）改善传质：

CO气泡溢出对钢液形成强烈搅拌，改善了N和O的扩散传质。

3）扩大气液界面，减少了传质距离：

钢中大量CO气泡扩大了气液界面。

10.脱S，脱P的热力学条件。

脱P的热力学条件:

高碱度，高氧化铁，大渣量，低熔池温度，脱S的热力学条件:

高碱度，高温，大渣量，低氧化铁

11.冶炼低P钢的措施。

减少原料含P量，优化脱P工艺，减少回P。

12.钢铁脱S的方式。

脱硫形式：

元素脱硫、碱性氧化物、汽化脱硫和炉渣脱硫。

二．名词解释：

碳氧积，过剩氧。

碳氧积：

在平衡条件下，钢液中的[%C]和[%O]的乘积成为碳氧积.

过剩氧：

与熔池中[%C]平衡氧含量[%O]平衡和熔池内实际氧含量[O]之差称为”过剩氧”.

台阶形曲线：

整个脱碳过程中脱碳速度变化的曲线。

临界碳含量：

吹炼过程中脱碳速度开始下降的碳含量。

第四章思考题

一．名词解释

冶炼周期：

冶炼一炉钢的时间，或相邻俩炉钢的间隔时间。

拉碳：

根据操作因素和钢种要求，确定结束吹炼时机，提起氧枪停止吹氧，倒炉，测温，取样化验钢水成分，这个过程为拉碳。

补吹：

在拉碳后,熔池成分或温度未达到出钢要求,需补充吹氧进行调整。

供氧时间：

在一炉刚冶炼过程中，纯吹氧所用的时间。

装入量：

每炉装入铁水和废钢的数量称为装入量。

炉龄：

从开新炉到停炉的整个炉役期间炼钢的总炉数。

即炉衬寿命。

炉役：

从开新炉到停炉的整个期间。

氧气流量：

单位时间内向熔池内供氧的量。

供氧强度：

单位时间内每吨钢液的供氧量。

氧压：

氧气入口前测定点的氧气压力，也称工作氧压。

氧枪高度（枪位）：

氧枪喷头出口端距静止金属液面的高度。

冲击深度：

氧气射流冲击区的凹坑深度。

冲击面积：

氧气射流冲击区在熔池表面的面积。

硬吹：

低枪位或高氧压的吹炼模式。

软吹：

高枪位或低氧压的吹炼模式。

返干：

在冶炼中期向乳化液中提供的FeO减少，而乳化液内部的FeO消耗增加，结果导致渣中FeO减少，炉渣内液体部分消失，炉渣重新变得粘稠和干燥，这种现象叫返干。

拉碳法：

在吹炼终点时，不但熔池的P、S、符合出钢要求，而且熔池中的C加上铁合金带入的C能够达到钢种要求，不需要再向钢包内加增碳剂增碳，这种操作工艺叫做~

增碳法：

在冶炼碳含量>0.08%的钢种时,把终点碳吹炼到0.05%左右,然后根据钢种要求,再用增碳剂在钢包内增碳,这种操作工艺叫增碳法。

合金收得率：

在脱氧合金化中，合金元素被钢水吸收的量占总加入量的百分比。

二思考题

1.夹杂物对钢性能的影响和机理。

非金属夹杂物对钢性能的影响

（1）危害：

降低塑性

降低韧性

恶化疲劳性能

不利于冷加工性能

扩大各向异性

（2）作用：

易切削钢、细化晶粒、沉淀硬化、促进晶粒取向。

机理：

夹杂物不溶于钢基体，以独立相存在，从而破坏了钢基体的连续性，造成了钢组织的不均匀和应力集中。

2内生夹杂与外来夹杂的特点。

外来夹杂物特点1）成分复杂2）形状不规则3）颗粒大，属于大型夹杂4）随机存在，分布无规律5）含量少。

内生夹杂物特点1）颗粒细小2）分布均匀有规律3）含量多4）形状与性质有关5）位置依形成时间而定。

3影响夹杂排除的因素。

1）脱氧能力2）夹杂物尺寸3）夹杂物形态4）夹杂物性质5）钢液温度：

温度降低，夹杂物上浮阻力增加6）钢液流动7）夹杂物吸附

4减少夹杂物的措施。

1）减少和排除脱氧产物2）防止钢水二次氧化3）减少卷渣4）降低耐火材料熔损

6.LD钢的特点。

1冶炼时间短，生产率高2可冶炼钢种多，品种范围广3原料适应性强4基建投资少，建设速度快5生产节奏均衡，有利于与连铸工艺匹配6气体含量少7杂质含量低8成本低。

7LD冶炼中FeO的变化规律。

1.初期渣中（%FeO）较高，20~30%2.中期脱碳加速，渣中FeO消耗增加，含量逐渐降低3.后期C%降低，铁氧化量增加，且脱碳消耗减少，%FeO增加。

8装入量对生产的影响。

（1）过大：

反应空间减少，喷溅增加；限制供氧强度；冶炼时间增加；造渣困难；钢水无法出净，影响兑铁安全和溅渣护炉等。

（2）过小：

降低产量；损坏炉底：

熔池深度小，炉底容易受到氧气射流冲击；影响炉外精炼：

LF无法加热等

9冲击深度对冶炼的影响。

冲击深度过大：

1.熔池搅动曾加2.熔池升温速度快3.熔池吸氧程度大脱碳速度高4.渣中FeO含量低，不利于化渣，甚至引起炉渣返干。

5.反应速度快，喷溅曾加6.易损坏炉底。

冲击深度过小：

1.熔池搅动弱2.熔池升温慢3.熔池吸氧减少，脱碳速度慢4.渣中FeO含量高，有利于化渣和脱P。

10吹炼模式对炉渣氧化性的影响？

软吹：

氧流与炉渣接触面积大，直接传给炉渣的氧多，炉渣氧化性增强。

硬吹：

氧直接传给炉渣的氧减少，%FeO减低

11LD转炉的主要氧化方式。

（直接氧化，间接氧化，炉渣氧化）

12三相乳化液产生动力。

（氧气射流和CO溢出）

13氧枪操作方式以及目前使用的主要方式：

恒枪变压，变压变枪，恒压变枪（目前采用的方式）

14枪位对冶炼的影响1熔池搅拌。

低枪位形成硬吹模式，搅拌力大，枪位低熔池搅拌充分2渣中FeO。

低枪位使渣中FeO降低，高枪位使渣中FeO升高3熔池温度：

低枪位使熔池温度升高。

15FeO在不同时期应达到的水平。

（前期20%~30%。

中期10%~15%）

16LD对造渣的要求。

1）快速造渣。

2）适当的物理性质。

3）合理的反应性能。

4）有利于保护炉衬。

5）避免喷溅等操作事故。

6）控制终渣氧化性。

17萤石和白云石对造渣的作用。

白云石用于提高渣中氧化镁的含量（促使石灰融化，保护炉衬）萤石是最常用的助溶剂，具有很好的化渣能力

18生烧石灰对炼钢的危害。

1）石灰用量大。

2）化渣时间长。

3）降低熔池温度，减少废钢用量。

4）影响冶炼操作。

19LD转炉内石灰融化机理。

1）熔渣受到冷却在石灰表面形成渣壳，其熔化后石灰才开始溶解。

2）炉渣渗透到石灰内部，与石灰间产生化学反应形成熔渣。

3）防止和破坏C2S致密层，保持石灰继续熔化。

20改善石灰融化的措施。

（1）改善石灰质量

（2）适当提高枪位，增加熔渣内FeO（3）采用适量助溶剂（4）提高熔池温度（5）加强熔池搅拌，改善传质和传热条件

21FeO加速石灰融化的原因。

1）显着降低炉渣粘度，加速熔渣传质。

2）改善炉渣对石灰的润湿性能，提高炉渣向石灰孔隙中的渗透能力。

3）FeO与氧化钙同是立方晶系，并且离子半径小，有利于FeO向石灰晶格中迁移和扩散。

4）FeO能减少C2S的生成，同时也能穿透C2S层使其疏松，有利于C2S溶解。

22成渣途径有哪几个；及其优缺点。

（1）钙质成渣途径；优点：

炉衬侵蚀小，喷溅可能性小。

缺点：

前期化渣不利，脱P,S困难，容易粘枪

（2）铁质成渣途径；优点：

脱磷和脱硫效果好，能够实现高拉碳。

缺点：

容易喷溅，操作困难；高FeO炉渣容易侵蚀炉衬。

（3）全程化渣；两个途径的折中方法。

23常见的造渣方法。

单渣法，双渣法，留渣法

24留渣法的优缺点。

优点：

转炉终渣具有较高的R和FeO，熔点低流动性好，具有大量的物理热

提高初期的成渣速度；

提高前期的脱S和脱P效果；

节省石灰用量；

提高转炉的热效率；缺点：

在兑铁时容易引起大喷事故。

25抑制喷溅的主要途径。

（抑制泡沫渣的形成是控制喷溅的主要途径）

26防止喷溅的措施。

1）控制熔池温度平稳上升。

2）采用全程化渣工艺。

3）合理加料工艺，防止炉温产生大的波动，4）控制中期枪位适中，避免喷溅和返干。

5）合理装入制度，减少超装量。

6）采用合理压渣工艺处理喷溅。

低P铁水内对温度影响最大的影响。

低磷铁水中C含量变化不大，Si含量和铁水温度是影响的主要因素

冷却效果最好的冷却剂。

（废钢）

过程温度的控制要求。

（1）满足快速造渣：

保证尽快形成成分和性质符合要求的炉渣

（2）顺利脱磷脱硫：

在不同时期保证不同的精炼要求（3）维持温度平稳上升：

满足吹炼过程平稳和顺利进行的要求，防止喷溅（4）保证选择性氧化：

如高温脱碳保铬（5）达到终点温度要求：

协调熔池升温和脱碳，准确控制终点。

废钢融化机理。

1）铁水在废钢上凝固2）废钢表面的凝固铁熔化3）废钢升温和渗碳熔化4）废钢熔化

终点控制的基本要求。

在吹炼结束时，熔池内钢水的化学成分和温度同时满足出钢要求。

具体来讲，一般是C,S,PT四个指标同时满足出钢要求。

由于S,P去除困难，生产中尽可能在终点钱使其达到目标要求。

出钢温度包括哪三个部分。

钢种的液相线温度，过程温度，中间包过热温度。

出钢温度对生产的影响。

（1）温度过低：

不利于浇注，甚至水口冻结回炉

（2）温度过高1）加剧炉衬侵蚀，降低炉龄2）增加终点氧含量，恶化钢质量3）钢铁料和合金消耗增加4）降低氧枪和出钢口寿命

降低出钢温度的措施。

1）维护出钢口2）钢包烘烤3）减少出钢时间4）合金料烘烤5）改善钢包保温层6）减少钢包数量7）钢包清洁、无包底8）钢包加盖9）钢包和中间包液面保温10）减少钢水的等待时间

拉碳法和增碳法的优点。

拉碳法的优点：

直接优点石终点碳含量高。

拉碳法的缺点：

与增碳法有点对立。

增碳法的优点：

1.操作简单，控制稳定；2.终点命中率高；3.减小冶炼周期，供养强度高，减少拉碳和补吹次数；4.化渣好，脱S,P率高；5.喷溅小：

不要求提前化渣；6.废钢用量大：

Fe氧化增加热量多。

增碳法的缺点：

与拉碳法对立（拉碳发最常用）

挡渣的目的。

1）减少回磷2）降低合金料消耗3）稳定脱氧操作和成分4）减少对精炼影响5）减少夹杂物6）增加出钢口寿命7）减轻钢包衬侵蚀

出钢时间对生产的影响。

（1）时间长：

刚水温度降大；冶炼周期长；搅拌力弱；吸气量大

（2）时间短：

搅拌不充分；下渣量大；影响合金加入控制

影响转炉终点氧含量的措施。

终点高拉碳，2增大供氧强度。

3采用多孔喷头，4消除和减少补吹次数，5终点前适当降低枪位，6保证炉内一定的镇静时间。

终点氧化对生产的影响。

1）直接影响脱氧元素的收得率2）钢水成分的命中率3）夹杂物含量4）炉衬寿命

降低氧含量的措施。

终点高拉碳，

增大供氧强度。

采用多孔喷头，

消除和减少补吹次数，

终点前适当降低枪位，

保证炉内一定的镇静时间。

脱氧的四种方式。

1）沉淀脱氧2）钢渣界面脱氧3）渣中脱氧4）真空脱氧

沉淀脱氧的优缺点。

优点：

脱氧速度快；缺点：

脱氧产物容易滞留在钢液中形成夹杂物。

影响合金收得率的因素。

1）终点氧含量。

氧含量高吸收率低。

2）脱氧能力。

脱氧能力高吸收率低。

3）钢种元素含量：

元素含量高吸收率多。

4）下渣量：

下渣量多元素收得率低。

5）其他脱氧元素：

其他脱氧元素高，合金收得率高。

6）出钢时间：

时间长收得率低。

7）钢流状态：

钢流圆滑，吸氧量少，合金收得率高。

钢包底吹Ar的作用。

均匀成分、均匀温度、夹杂上浮、精炼中加快传质。

复吹转炉的优点和冶金特点。

复吹冶金特点：

由于增加底部供气，与LD相比，加强熔池搅拌，是熔池更加均匀。

熔池搅拌增强，改善了钢——渣反映条件使其更接近平衡，过氧化现象降低。

底吹惰性气体，使气泡中CO的分压低，有利于脱碳反映。

通过改变顶枪位置和底吹炼制度，可以控制化渣，有利于充分发挥炉渣的作用。

采用复吹方法，使熔池富余热量减少，降低了废钢比（喷吹燃料和炉气燃料除外）。

复吹冶金优点：

吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率高；

降低夹杂提高质量.延长炉龄；

合金收得率高；

脱磷能力强，石灰消耗降低；极限终点碳降低，有利于炼超低C钢；

提高生产率

底吹供应的种类。

（Ar、N2、CO2、O2和空气。

）