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。 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。
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。 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。 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。○1碳溶解是吸热反应。○2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>%的钢种时,把终点碳吹炼到%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:○1降低塑性○2降低韧性○3恶化疲劳性能○4不利于冷加工性能○5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 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○1提高初期的成渣速度;○2提高前期的脱S和脱P效果;○3节省石灰用量;○4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。○1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。 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:○1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。○2熔池搅拌增强,改善了钢——渣反映条件使其更接**衡,过氧化现象降低。○3底吹惰性气体,使气泡中CO的分压低,有利于脱碳反映。○4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。○5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:○1吹炼平稳,喷溅减少,金属收得率高;○2降低夹杂提高质量.延长炉龄;○3合金收得率高;○4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;○6提高生产率
底吹供应的种类。(Ar、 N2、 CO2、 O2和空气。)
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