煉鋼專業基礎知識

2021-08-03 02:14:32 字數 4605 閱讀 1446

(提綱)

人類最先使用生產工具的是鐵器(生鐵),由於生鐵的使用效能脆,不能進行壓力加工,隨著近代生產技術發展,形成了現代鋼鐵冶煉法即把生鐵煉成使用效能好的鋼。

由於自然界的鐵是以鐵的氧化物形態存在於各種鐵礦石之中,所以在高爐中用還原劑焦碳將礦石中的氧去掉,其後,鐵水又繼續吸收過剩的碳最終成為生鐵。在煉鋼過程中,由於鐵與鋼的含c量不同,又重新把過剩的碳通過氧化除去。在2023年貝塞麥首先發明了底吹轉爐煉鋼法,即在底部通入如空氣,用空氣中的氧氧化鐵水中的碳,同時公升溫,形成渣層,從而能去除鐵水中的相關雜質,最終把鐵煉成鋼,該煉鋼法是現代煉鋼法的開始。

使用空氣吹煉,由於空氣中氮氧氣在高溫下能溶於鋼水,使鋼水中含氮增高,影響了鋼的效能。至二次世界大戰後,由於從空氣中分離氮、氧技術水平的提高,繼后至2023年發展了純氧頂吹轉爐法(l.d法),至19世紀80年代,結合了頂吹、底吹的優點產生了頂底復合吹煉法,成為當今煉鋼的主要方法。

隨著時代的前進,科學的發展,供電日益方便,另一種煉鋼方法---電爐煉鋼法(電弧爐冶煉)也相繼產生,成為當今世界上與轉爐並存的兩種主要煉鋼方法。

隨著氧氣轉爐的出現,原有一種煉鋼方法---平爐,由於總體效益差,已逐漸被淘汰。

鋼與生鐵都是鐵-碳合金,理論上講以冷卻過程中是否產生滲碳體(fe3c)為界,當含c量<2.11%的鐵一碳合和金稱為鋼,c量≥2.11%的鐵碳合金全稱為生鐵,然而鋼鐵決不是簡單的鐵一碳二元合金,而是以鐵為主要元素,還有其他元素的多元合金,例:

通常我們稱為鋼中五大元素-碳,矽、錳、硫、磷。

鋼的分類方法很多,這裡簡單敘述一下通常的分類方法。

2.2.1 按化學成份分

碳素鋼,按含c量不同可分為低碳鋼(c〈0.25%〉,中碳鋼,高碳鋼(c>0.6%)

合金鋼按含量不同分低合金鋼(合金總量<3%),中合金鋼、高合金鋼(合金總量》10%)。

2.2.2 按用途分

按用途分可分為,電工鋼、不鏽鋼、,軸承鋼等。

煉鋼基本任務是把經過鐵水預處理的鐵水及加入假如的廢鋼(稱為主原料),通過吹氧(產生化學反應熱)或電能公升溫後,形成液態溶液,在高溫下進行一系列物理化學反應,去碳及其它雜質(s.p等),加入合金,調整成份,溫度,把初煉鋼水出鋼至鋼包內,包內的初煉鋼水,經過各種精煉設施進行鋼水二次精煉,最終調整溫度,成份,淨化鋼水,送至下道工序澆鑄,通過澆鑄,使液態鋼水最終凝固成固態的鋼坯或鋼錠,後送相應的軋鋼廠進行軋制。

寶鋼煉鋼廠現有三個煉鋼廠:一煉鋼,二煉鋼,大電爐

一煉鋼是屬於寶鋼一期工程**爐三吹一),轉爐三吹二及連鑄屬二期工程

二煉鋼,大電爐均屬寶鋼三期工程

煉鋼廠生產系統組成主要可分為鐵水預處理、冶煉、渣處理、二次精練,澆鑄等系統,並與其配套的水,氣,通風除塵等,公輔設施系統及供電,控制的三電通訊系統。

現分別概述有關下列幾個主要系統

為了均衡轉爐操作,達到精料要求,便於實現自動控制,在高爐鐵水進煉鋼爐前脫除鐵水中的某些成份(主要是矽,硫,磷俗稱三脫)稱鐵水預處理

4.1.1 鐵水預處理的目的。

脫矽----有二個目的,1.為了降低轉爐冶煉過程中石灰的消耗,達到轉爐少渣冶煉。2.

根據物理化學原理,只有鐵水中含矽量降到一定值後,脫磷的反應才能進行,所以鐵水脫磷的必要條件是鐵水先要脫矽。

脫硫----為了減輕轉爐脫硫的負擔,克服轉爐有限的脫硫能力,為了滿足冶煉低硫鋼及超純淨鋼等高附加值產品的需要。

脫磷----充分利用鐵水在低溫時對脫磷的有利條件,為了冶煉低磷鋼,對鐵水進行脫磷。

4.1.2 鐵水預處理的處理方法

按反應容器可分,混鐵車(魚雷罐車)法、鐵水罐法、轉爐法(用轉爐作為脫磷爐)

按處理的方式可分,機械攪拌法—依靠機械動力攪拌漿進行各種反應;噴吹法—由載流氣體將反應所需粉劑送至噴槍然後噴入鐵水內部,達到預處理要求。

4.2.1 轉爐冶煉

轉爐冶煉是利用鐵水帶入的物理熱及輸入氧氣,通過氧鐵、碳、矽等元素的氧化反應產生的化學熱來提高鐵水熔池溫度,同時熔化了作為主原料之一的廢鋼及輔原料石灰等造渣劑,形成鋼水與熔渣兩種液體,在高溫下在兩液極內進行一系列物理化學反應,完成脫碳、脫硫、脫磷等反應,最終加入部分合金,達到溫度,成份符合要求的初煉鋼水。

自20世紀80年代,轉爐冶煉法從原氧氣頂吹轉爐發展成頂底復合吹煉法,其主要原理是結合了頂部吹氧與底部吹惰性氣體,利用底吹的優點克服頂吹的缺點,實踐證明復吹轉爐具有良好的冶金效果。

4.2.2 電爐冶煉

電爐冶煉是由一次側高壓電源經過爐旁變壓器變成低電壓大電流,通過石墨電極間電弧產生的電能來熔化主住原料廢鋼(也可裝入一部份鐵水)、渣料等固體料,使其熔化成液體,同轉爐一樣,在高溫熔池內完成一系列物理化學反應,達到冶煉成初鋼的任務。電爐是利用電能冶煉故不同於轉爐,轉爐冶煉所需的熱量受鐵水本身物理熱及鐵水中含碳、矽等元素含量影響,由於熱平衡,轉爐不能煉含金量較高的鋼種,而電爐可冶煉合金元素較高的一些特殊鋼種,另外電爐在冶煉後期,可有乙個還原期,其氣氛是屬於還原性,因此鋼水含氧量要比轉爐低,總之鋼的質量要比轉爐好,但由於用電電爐成本比轉爐高,為了強化電爐冶煉縮短冶煉時間,近來不斷在強化冶煉,即加大變壓器容量達到高功率,另外由原來的三相交流電弧爐逐漸開發了單相直流電弧爐冶煉。

4.3 渣處理系統

轉爐冶煉過程產生的爐渣,鐵水扒渣機扒出鐵水包的渣及鋼包、中間包的注余渣都需要進行處理,渣中含有的粒鐵需**,餘下粒渣可進行築路做水泥等綜合利用。

寶鋼轉爐渣處理產用日本isc法,即通過多次噴水冷卻使其產生相變後變成顆粒狀,通過磁選,取出裡邊的粒鐵可作為原料。目前又出現滾筒渣處理法,主要原理是使熔渣倒入一旋轉滾筒,筒內有鋼球,在旋轉中加入冷卻水冷卻鋼渣,產生的蒸氣可**排出,熔渣經水冷壓成顆粒狀排出,再經輸送機運出,該方法是渣處理工藝的改革,具有裝置簡單、投資少、環保好的優點,目前全國中小鋼廠已在考慮實施。

4.4 除塵系統

轉爐有二種一次煙氣除塵方法,一種為濕法除塵即稱為og法,一種為乾法除塵稱為lt法。

og法由大量的水與煙氣通過文氏管進行對流,經過除塵的煙氣可**,沖刷下來的汙水進行水處理等綜合利用。lt法是用靜電除塵原理。

4.4 爐外精煉---鋼水二次精煉

現代尖端技術的問世,工業技術的發展,對鋼材質量和使用效能要求愈來愈嚴,促成爐外精煉的發展。另外鋼鐵工業自身的發展,為了提高效率,降低消耗加上後工序連鑄連軋技術的迅速發展,結果使煉鋼工藝發生了根本變化---由一步煉鋼發展為兩步煉鋼即爐內初煉和爐外精煉。

爐外精煉即將轉爐、電爐初煉過的鋼液轉移到另一容器中(一般是鋼包)進行精練的煉鋼過程。

初煉的鋼水在真空、惰性氣體或還原性氣氛姿態下進行脫氣(氫氣、氮氣、氧氣),脫硫,深脫碳,去除夾雜淨化鋼水及成份微調等,通過爐外精煉可提高鋼的質量,縮短冶煉時間,降低生產成本,擴大生產鋼的品種,優化工藝過程。

爐外精煉另一優點是有利於連鑄工藝順利的進行,確保連鑄能多爐連澆,同時由於能使鋼包中鋼液化學成份,溫度的均勻,進一步改善連鑄坯的表面質量及內部質量。

精煉方式很多,下面介紹一些典型的二次精煉方法。

4.4.1二次精煉的理論基礎

鋼液攪拌

在鋼液精煉淨化過程中,為了建立有利的熱力學(反應)條件及使其反應加速的動力學條件,通過外加能量使其加速與強化精煉反應,使鋼液成份和溫度均勻,該外加能量可借助於氣體,電磁感應及機械方法,氣體攪拌法是攪拌中較簡易的方法,氣體可通過鋼包底部的透氣元件或通過頂部的噴槍吹入,利用氣泡上浮過程氣體稀釋法的原理進行攪拌,電磁感應攪拌----通過電磁感應產生的磁場迫使鋼液流動的原理,機械攪拌通過馬達旋轉帶動攪拌漿旋轉達到加速反應效果。

噴粉冶金(精煉)----通過載流氣體,將粉劑經過噴粉罐流態化後,直接送入鋼水內部,由於深入容器底部,可顯著改善鋼液內部冶金反應的條件。

真空冶金----利用反應容器在真空狀態條件下進行的冶金反應。在真空狀態下破壞了原來在常壓下的平衡條件,使原來在常壓下(1個大氣壓下)已平衡的反應向有利於鋼液除氣的方向進行,以至達到真空除氣的效果。

鋼包加熱----在精煉過程中對鋼水進行進一步加熱,對初煉鋼水要求及後工序澆注無疑增加了工藝靈活性。常用的加熱方法有電弧加熱及化學反應加熱方法。

二次精練方法:

二次精練方法很多,主要有rh、rh-ob、rh-mfb、rh-ktb、vd、vod、lf、kip、cas、cas-ob、ir-ut等。

4.5澆鑄工藝

澆鑄是將初煉鋼水,經過爐外精練處理後,澆注到鋼錠模或連鑄機使其凝固成固態的鋼錠或鑄坯的工藝過程。

寶鋼煉鋼廠現有兩種澆鑄工藝,一種是模注,一種是連鑄。

4.5.1模注

鋼包內的初煉鋼水,,由天車吊住,通過鋼包底部滑動水口的開閉將鋼水注入放在鑄錠車上的鋼錠模中,鋼水冷凝結晶過程產生的潛熱通過鋼錠模壁散出。

凝固成鋼錠,再經過脫錠送至後工序初軋開坯。模注有上註、下注兩種方法。

模鑄需鑄錠車,鋼錠模,底板、中注管(下注)等組成

4.5 連鑄

自80年代開始澆鑄工藝發生根本變化產生了連鑄工藝。與連鑄相比,模鑄鋼水凝固的結晶條件限制,後工序由鋼錠開坯的收得率低(由於要切去雜質量多的鋼錠頭部與尾部),坯的表面質量也差,故傳統的模鑄方法已逐漸被連鑄取代,連鑄是對模鑄初軋開坯工藝的革命,近20年來連鑄技術的發展已進入乙個新的階段,在生產規模、工藝操作、品種、質量及裝置、自動化控制方面都達到較高水平,與模鑄相比連鑄有如下優越性:

簡化生產工序

提高金屬收得率

節約能量消耗

鑄坯表面、內部***(可全程保護澆鑄)

改善勞動條件與易實現自動化

連鑄工藝是:鋼包→吊至大包迴轉台中間包結晶器二冷扇形段→矯直輥矯直→切割成定尺→冷床→堆放→出廠熱定

各裝置功能

大包迴轉台:將迴轉台滿包鋼水旋轉至連鑄機中間包的上方,澆完後的空包又旋轉回去由天車吊走,這樣可保證多爐連澆。

煉鋼基礎知識問答

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