金属材料的制备与加工.ppt

金属材料的制备与加工金属材料的制备与加工¨第一部分第一部分 炼铁部分简介炼铁部分简介¨ 一、钢铁工业在国民经济中的地位¨国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达程度¨1.原因：钢铁工业是基础材料工业，可用于制造提高劳动生产率的各种机械设备¨2.条件：¨稳定可靠的原材料资源：煤炭、焦炭、铁矿石、辅料等¨稳定可靠的动力资源：电力、水等¨稳定可靠的运输系统：铁路、海运、公路等¨ 3.钢铁工业的特点：钢铁具有高强度及韧性、易于加工、资源储量丰富制造成本较低、技术成熟、高能耗和高碳排放、污染较重¨二、钢铁工业概况¨1.历史：¨ 中国是最早使用铁器的国家之一，春秋晚期（公元前6世纪），铁器已经广泛应用西汉时期盐铁官营，使冶铁业得以大规模发展，据资料显示，当时已经有炉缸横断面积8.5m2的高炉¨ 优势保持了2000年，直到明代中叶（17世纪初），西方资本主义世界产业革命兴起时为止¨ 1740年出现了一种可以熔炼液体钢的方法——坩埚法，它是将生铁和废铁送入石墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料铸成钢锭，但这种方法不能去除钢中的有害杂质。

¨ 亨利·贝塞麦在1855年发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，第一次解决了用铁水直接炼得液态钢的问题，使炼钢生产的质量、产量提高了一大步¨1878年英国入托马斯(S.G.Thoma s)发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，在工业炉中以白云石加少量粘土作粘结剂制成炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高温铁水的脱磷问题¨2.现状¨1949年，中国钢铁工业技术水平及装别极其落后，钢的年产量只有25万吨¨1960年后，我国逐渐建立了现代化钢铁工业基础，年产钢量1000万吨以上¨2011年，我国年钢产量近7亿吨，居世界首位，其中某些企业技术装备已经接近甚至达到世界领先水平¨注意：我国是世界上的钢铁大国，但不是钢铁强国！¨3.发展趋势¨节能减排-CDQ、TRT¨绿色冶金-太阳能光伏炼钢¨清洁生产-短缺资源替代、二次资源综合利用、从源头控制¨能源替代-氢冶金、生物冶金¨工艺优化-SC-EAF-CC-CR(废钢-电弧炉-连铸-连轧)、熔融还原三三.钢铁生产的流程钢铁生产的流程 钢铁生产工艺钢铁生产工艺高炉生产工艺流程高炉生产工艺流程¨四、高炉炼铁工艺概述¨1.高炉炼铁目的¨目的：将铁矿石高效而经济地得到温度与成分合乎要求的液态生铁。

¨一方面实现矿石重金属元素Fe与O的分离，即还原过程，另一方面还要实现被还原金属与脉石的机械分离，即熔化与造渣过程¨2 .高炉结构及炉内区域分布¨2.1 高炉结构¨2.2高炉内各区域分布¨3.含铁原料及其他辅料3.1 基本概念3.2 主要原料3.3 烧结(sintering)3.4 球团(pelletizing)¨3.1基本概念¨1 矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物其中能够为人类利用的称为有用矿物 ¨2 矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为矿石¨3 矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的品位¨4 脉石(Gauge)：矿石中没有用的成分称为脉石，一般在冶炼过程中需要去除¨5、富矿(high-grade ore)：含铁品位>50%的铁矿石¨ 赤铁矿：理论含铁量70% ¨ 磁铁矿：理论含铁量72.4%¨ 菱铁矿：理论含铁量48 . 3%¨ 褐铁矿：理论含铁量55 . 2~66.1% ¨6、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）¨7、块矿(lump ore)和粉矿(fine ore)富矿破碎、筛分块矿(>5~10mm),上限粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉<45mm中小型高炉<20~25mm¨3.2 主要原料¨高炉冶炼用的原料主要有铁矿石铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料燃料(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、熔剂熔剂(flux)（石灰石与白云石等）。

¨冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭(coke)，0.2~0.4t熔剂¨高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料铁矿石磁磁铁矿（（Fe3O4））-magnettie赤铁矿（赤铁矿（Fe2O3））-hematite褐铁矿（褐铁矿（mFe2O3·nH2O））-limonite 菱铁矿（菱铁矿（FeCO3））-siderite 燃料¨焦炭的作用：焦炭的作用：发热剂、、还原原剂及及料柱骨架料柱骨架 粒度：大型高炉粒度：大型高炉 40~60mm；； 中型高炉中型高炉 25~40mm；； 小型高炉小型高炉 15~25mm；；¨喷吹燃料：吹燃料： 固体（无烟煤与烟煤粉）固体（无烟煤与烟煤粉） 液体（重油、煤焦油）液体（重油、煤焦油） 气体（天然气或焦炉煤气）气体（天然气或焦炉煤气）熔剂¨概念：由于高炉造渣需要，入炉料中常需要配概念：由于高炉造渣需要，入炉料中常需要配加一定数量的助熔加一定数量的助熔剂，，简称熔称熔剂¨常用熔常用熔剂主要有：碱性：石灰石主要有：碱性：石灰石(calcite)和白云和白云石石(dolomite)；；¨酸性：石英石（酸性：石英石（SiO2），含酸性脉石），含酸性脉石贫铁矿；；¨中性：高中性：高Al原料。

原料 ¨熔熔剂的要求：的要求：–有效成分含量高（有效成分含量高（CaO+MgO）；）；–有害有害杂质S、、P低；低；–粒度均匀，粒度均匀，强度好，粉末少度好，粉末少¨熔熔剂的作用：的作用：–助熔，改善流助熔，改善流动性，使渣性，使渣铁容易分离；容易分离；–脱硫（焦炭和脱硫（焦炭和矿石中石中S）¨3.3 烧结¨将各种将各种粉状铁粉状铁，配入适宜的，配入适宜的燃料燃料和和熔剂熔剂，，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结在均匀混合，然后放在烧结机点火烧结在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒冷却后，液相将融化的矿石颗粒冷却后，液相将矿粉颗矿粉颗粒粘结成块粒粘结成块这一过程叫这一过程叫烧结烧结，所的到的，所的到的块矿叫块矿叫烧结矿烧结矿烧结工艺流程烧结过程主要反应烧结过程主要反应¨燃烧反应：燃烧反应：C+O2，烧结废气中以，烧结废气中以CO2为主，存为主，存在少量在少量CO，还有一些自由氧和氮还有一些自由氧和氮。

¨ 2C+O2=2CO；； C+O2=CO2¨分解反应：分解反应：¨ 结晶水的分解：褐铁矿（结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）） ¨ 高岭土（高岭土（Al2O3· 2SiO2·2H2O)¨ 熔剂分解：熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上以上) ¨ MgCO3=MgO+CO2(720℃)烧结台车¨世界上世界上90%以上烧结矿以上烧结矿由由抽风带式抽风带式烧结机烧结机生产，生产，其主要设备其主要设备为为烧结台车烧结台车3.4 球团球团¨将准备好的原料将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等物料、添加剂等)，按一定比例经过配料、，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即为学变化而硬化固结．这一过程即为球团生球团生产过程产过程，其产品即为，其产品即为球团矿球团矿¨球团矿生产的球团矿生产的工艺流程工艺流程一般包括原料准备、一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。

成品和返矿处理等工序 圆盘造球机圆盘造球机竖炉球团矿生产的工艺流程 ¨5.高炉冶炼主要技术经济指标¨有效容积利用系数（有效容积利用系数（ŋV））：高炉每立方米有：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d））¨入炉焦比入炉焦比（（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（炭量（kg/t））ηηV V=高炉每天的合格生铁量高炉每天的合格生铁量P高炉有效容积高炉有效容积VuK =每天装入高炉的焦炭量每天装入高炉的焦炭量高炉每天出铁量高炉每天出铁量¨煤比煤比M（或油比）：（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（量或重油（kg/t））¨燃料比燃料比＝焦比＋煤比（或油比）＝焦比＋煤比（或油比）¨冶炼强度冶炼强度I：：高炉每立方米有效容积每天消耗的高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）（干）焦炭量（焦比一定的情况下） ŋV=I/KM =每天喷入高炉的煤粉量每天喷入高炉的煤粉量高炉每天出铁量高炉每天出铁量I =高炉每天消耗的焦炭量高炉每天消耗的焦炭量高炉的有效容积高炉的有效容积¨生铁合格率生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。

生铁总量的指标¨休风率：休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工作时间的百分数占日历工作时间的百分数 规定的日历作业时间规定的日历作业时间=日历时间日历时间-计划大中修及封炉计划大中修及封炉时间时间 休风率反映高炉操作及设备维护的水平休风率反映高炉操作及设备维护的水平¨生铁成本：生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe¨炉龄（高炉一代寿命）炉龄（高炉一代寿命）：即从高炉点火开始到停炉：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量炉龄长，产铁大修之间实际运行的时间或产铁量炉龄长，产铁多，经济效益高多，经济效益高休风率休风率=高炉休风时间高炉休风时间规定的日历作业时间规定的日历作业时间×100%我我国国生生铁铁产产品品国国家家标标准准 铁 种种炼钢生生铁牌牌 号号炼04炼08炼10代代 号号L04L08L10w (Si)≤0.45>0.45~0.85>0.85~1.25w (Mn)一一组二二组三三组≤0.4＞＞0.4 ~1.0＞＞1.0~2.0w (P)特特级一一级二二级三三级≤0.10＞＞0.10~0.15＞＞0.15~0.25＞＞0.25~0.40w (S)特特类一一类二二类三三类≤0.02＞＞0.02~0.03＞＞0.03~0.05＞＞0.05~0.07铁水温度在铁水温度在1450~1550℃。

按照按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁(w [Si]<1.25%)和铸造生铁和铸造生铁(w [Si]≥1.25%)炼钢生铁中炼钢生铁中C含量在含量在3.7~4.3%之间小结小结¨重点掌握内容：重点掌握内容：Ø高炉炼铁原料及作用、烧结及过程；高炉炼铁原料及作用、烧结及过程；Ø高炉结构、高炉内区域及进行反应、高炉生高炉结构、高炉内区域及进行反应、高炉生产主要技术经济指标；产主要技术经济指标；Ø思考题：如何实现炼铁工艺的清洁化生产？思考题：如何实现炼铁工艺的清洁化生产？¨五、高炉生产五、高炉生产¨1.生产原则生产原则¨“优质、低耗、高产、长寿、高效益优质、低耗、高产、长寿、高效益”¨ŋV=I/K¨提高利用系数的四种途径：提高利用系数的四种途径：¨（（1）冶炼强度不变，不断降低焦比）冶炼强度不变，不断降低焦比¨（（2）焦比不变，冶炼强度提高）焦比不变，冶炼强度提高¨（（3）随着冶炼强度提高，焦比降低）随着冶炼强度提高，焦比降低¨（（4）随着冶炼强度提高，焦比有所上升，但）随着冶炼强度提高，焦比有所上升，但上升幅度小于冶炼强度上升幅度小于冶炼强度¨四种途径都被应用过，冶炼强度对焦比的影响四种途径都被应用过，冶炼强度对焦比的影响成为高炉增产的关键。

成为高炉增产的关键¨2.高炉操作制度¨高炉冶炼是逆流式连续过程在高炉上颈部预热及反应程度对下部工作状况有极大影响，通过控制操作制度可维持操作的稳定，是生产的基础¨操作制度包括：装料制度、送风制度、造渣制度即热制度¨（1）装料制度¨是炉料装入炉内方式的总称，决定着炉料在炉内分布的状况利用装料制度的变化及调节炉况被称为“上部调节”¨生产中以炉喉处煤气中CO2分布，或煤气温度分布，或煤气流速分布作为上部调节的依据¨实际生产中，存在四种煤气分布情况煤气的运动煤气的运动¨煤气的体积的变化煤气的体积的变化¨煤气的成分的变化煤气的成分的变化¨煤气的温度的变化煤气的温度的变化¨煤气的压力的变化煤气的压力的变化煤气的体煤气的体积的的变化化¨煤气量取决于冶煤气量取决于冶炼强度、鼓度、鼓风成分、焦比成分、焦比等因素¨煤气的体煤气的体积 总量在上升量在上升 过程中是增程中是增 加的煤气的成分变化煤气的成分变化¨CO：煤气上升过程中，：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增在高炉下部高温区开始增加，煤气中的加，煤气中的CO含量会相应减小含量会相应减小 ¨CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。

在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加¨H2：来源于风中：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料和喷吹燃料中的挥发中的挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分成部分H2，又可适量增加煤气中，又可适量增加煤气中H2的含量¨N2：鼓风带入的：鼓风带入的N2，焦炭中的有机，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的和喷吹燃料中的挥发挥发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变 ¨CH4：高温时少量焦炭与：高温时少量焦炭与H2作用生成作用生成CH4，上升过程中，上升过程中又加入焦炭挥发分中又加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大但数量很少，变化不大 ¨炉内炉内热交交换现象：炉缸煤气在上升象：炉缸煤气在上升过程中程中把把热量量传递给炉料，温度逐炉料，温度逐渐降低；而炉降低；而炉料在下降料在下降过程吸收煤气的程吸收煤气的热量，温度逐量，温度逐渐上升煤气温度的煤气温度的变化化¨压力力损失失(△△p)的表示式的表示式 △△p =P炉缸炉缸-P炉喉炉喉 ¨压力力损失失△△p的作用的作用 增加到一定程度增加到一定程度时，将妨碍高炉，将妨碍高炉顺行。

行煤气煤气压力的力的变化化¨可供生产者选择的装料制度内容有以下几项：可供生产者选择的装料制度内容有以下几项：批重、装料顺序、料线、装料装置的布料功批重、装料顺序、料线、装料装置的布料功能变动能变动等来达到预定目的等来达到预定目的¨批重：每座高炉都有一个临界批重（料批的批重：每座高炉都有一个临界批重（料批的大小）2000m3的高炉批重大于的高炉批重大于30t，， 5000m3的高炉批重大于的高炉批重大于76.8t¨装料顺序：一批料中矿石和焦炭进入高炉的装料顺序：一批料中矿石和焦炭进入高炉的顺序一般将先矿石后焦炭的顺序称为正装，顺序一般将先矿石后焦炭的顺序称为正装，反之为倒装反之为倒装¨实际生产中，由于矿石与焦炭速度不同，则实际生产中，由于矿石与焦炭速度不同，则原料面不同，焦炭和矿石在炉喉处形成的堆原料面不同，焦炭和矿石在炉喉处形成的堆角也有差别，此时装料顺序对布料有明显影角也有差别，此时装料顺序对布料有明显影响¨料线：从大钟完全开启位置的下缘至料面的料线：从大钟完全开启位置的下缘至料面的垂直距离为料线，其深度使用料尺来测定垂直距离为料线，其深度使用料尺来测定影响炉料分布的规律是料线越深，堆尖越靠影响炉料分布的规律是料线越深，堆尖越靠近边缘，边缘分布的炉料越多。

近边缘，边缘分布的炉料越多¨装料装置的布料功能变动：装料装置的布料功能变动：¨双料钟旋转布料器，可调炉喉，无钟炉顶等双料钟旋转布料器，可调炉喉，无钟炉顶等¨（（2）送风制度）送风制度¨指通过风口向高炉内鼓送具有一定能量的风指通过风口向高炉内鼓送具有一定能量的风的各种控制参数的总称的各种控制参数的总称¨包括：风量、风温、风压、风中含氧、湿分、包括：风量、风温、风压、风中含氧、湿分、喷吹燃料、风口直径、风口中心线与水平的喷吹燃料、风口直径、风口中心线与水平的倾角、风口端深入炉内的长度等，由此确定倾角、风口端深入炉内的长度等，由此确定两个重要的参数：两个重要的参数：风速和鼓风动能风速和鼓风动能¨（（3）） 造渣制度造渣制度¨包括包括造渣过程和终渣性能控制造渣过程和终渣性能控制，应根据冶炼，应根据冶炼条件、生铁品种来确定，炉渣性能是选择造条件、生铁品种来确定，炉渣性能是选择造渣制度的依据渣制度的依据¨控制造渣过程应了解原料的冶金性能，将性控制造渣过程应了解原料的冶金性能，将性能合理搭配，使软熔带宽度和位置合理，料能合理搭配，使软熔带宽度和位置合理，料柱透气性好，煤气流分布合理柱透气性好，煤气流分布合理。

¨终渣性能控制使炉渣具有良好的热稳定性和终渣性能控制使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性以保证合理的渣铁温度和良好的化学稳定性以保证合理的渣铁温度和良好的炉缸状态，并控制好生铁成分（炉缸状态，并控制好生铁成分（Si、、S）¨（（4）） 热制度热制度¨指在工艺操作上控制高炉内热状态的方法的指在工艺操作上控制高炉内热状态的方法的总称¨高炉热状态指炉子各部位具有足够相应温度高炉热状态指炉子各部位具有足够相应温度的热量以满足冶炼过程中加热炉料和各种物的热量以满足冶炼过程中加热炉料和各种物理化学反应所需的热量，以及过热液态产品理化学反应所需的热量，以及过热液态产品达到的温度要求通常用热量是否充沛、炉达到的温度要求通常用热量是否充沛、炉温是否稳定来衡量，是多种操作制度的综合温是否稳定来衡量，是多种操作制度的综合结果¨（（5）炉况正常的标志）炉况正常的标志¨p222第二部分第二部分 炼钢部分炼钢部分¨一、炼钢技术发展概况¨1.氧气炼钢¨氧气顶吹转炉发展速度快，产品品种不断增加；¨氧气底吹转炉成本低，可替代平炉；¨顶底复合吹炼转炉趋向大型化，适用于低碳钢生产；¨转炉平炉用氧提高了炼钢的生产效率和经济效益。

¨2.连续铸钢¨用连铸技术替代铸模，节省成本，提高成材率，近几十年发展较快¨3.炉外精炼¨缩短初炼炉冶炼时间，降低成本，可生产高质量的钢材¨RD（循环脱气）,VAD（真空脱气）,VOD（真空脱碳）,LF（钢包炉精炼）,AOD（氩氧脱碳）方法¨4.电炉炼钢 ¨原料要求低，熔化速度快，生产率有效提高，是欧美等国家采取的主要生产技术¨二、炼钢系统工艺流程转炉加料现场转炉出钢精炼炉连铸连轧棒材线材管材¨二、炼钢的任务、原材料和耐火材料¨1.炼钢的任务¨1.1 去除杂质¨一般是指去除钢中硫、磷、氧、氢、氮和夹杂物¨1.2 调整钢的成分¨1.3 浇注成为内外部质量好的钢锭和钢坯¨2.炼钢原料¨2.1 金属料¨铁水铁水 ¨ 转炉、平炉使用的原料，要求温度波动不大，温度＞1200-1300℃，小转炉控制的温度偏高些¨ 电弧炉通常使用固体原料，当废钢不足时，有时配入固体生铁¨废钢废钢¨ 转炉、电炉、平炉等均使用废钢氧气项吹转炉用废钢量一般是总装入是的10-30%；绝大部分电炉平炉都可采用废钢废钢分为一般废钢、轧辊、次废铁、车屑等使用时不应混有合金退回钢、生铁和铁合金，并要求少锈、无油污。

¨ 要求废钢长度要小于转炉口直径的1/230吨转炉装入的最大块度不应超过300kg60吨电炉要求断面尺寸＜800X800mm，长＜1000mm，5吨电炉要求断面尺寸小于250X950mm，长度小于400mm¨铁合金铁合金¨(1)锰铁、硅铁、铬铁、钒铁、钛铁、钼铁：钨铁、黄铁矿(FeS)等 ；¨(2)复合脱氧剂：硅钙(60：30)、硅锰铝、硅锰、硅铬、硅钙钡铝等¨(3)纯金属：金属锰、金届钛(海绵钛)、镍(电解镍和火炼镍)、铝¨2.1 造渣材料¨石灰（CaO）¨萤石（ CaF ）¨生白云石（ CaCO3 ·MgCO3 ）¨合成渣料¨废粘土砖块¨作用：造渣、助熔、提高炉衬寿命、脱硫、脱氧、改善渣的流动性¨2.3 氧化剂¨氧气¨铁矿石和氧化铁皮¨其他氧化剂¨2.4 冷却剂¨富铁矿、团矿、烧结矿¨降低炉内温度、减少铁损¨三三. . 氧气顶吹转炉、底吹转炉和顶底复氧气顶吹转炉、底吹转炉和顶底复合吹炼合吹炼¨3.1 3.1 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢¨1 1 炼钢特点炼钢特点¨（（1 1）钢中气体含量少钢中气体含量少¨（（2 2）炼铁原料为铁水，具有良好的抗时效性、冷）炼铁原料为铁水，具有良好的抗时效性、冷加工变形性和焊接性能。

加工变形性和焊接性能¨（（3 3）原料消耗少，热效率高，成本低原料消耗少，热效率高，成本低¨（（4 4）原料适应性强原料适应性强¨（（5 5）基建投资少，速度快，占地面积小基建投资少，速度快，占地面积小¨（（6 6）生产均衡，有利于实现生产过程自动化生产均衡，有利于实现生产过程自动化¨3.2 3.2 冶炼操作过程冶炼操作过程¨3.3 3.3 操作制度操作制度¨装料制度装料制度¨ 指每炉装入铁水和废钢的数量，一般顺序是先指每炉装入铁水和废钢的数量，一般顺序是先加废钢再加铁水加废钢再加铁水¨定量装入：整个炉役期内，保持每炉装入量不变定量装入：整个炉役期内，保持每炉装入量不变¨定深装入：整个炉役期内，保持每炉金属熔池深度定深装入：整个炉役期内，保持每炉金属熔池深度 不变¨分阶段定量装入：在一个炉役期内按炉膛容积扩大分阶段定量装入：在一个炉役期内按炉膛容积扩大程度分为几个阶段，每个阶段定量装入程度分为几个阶段，每个阶段定量装入¨供氧制度供氧制度¨ 指向熔池供氧的方法确定合适的供氧强度，指向熔池供氧的方法确定合适的供氧强度，选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定合理的氧选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定合理的氧枪操作制度。

枪操作制度¨供氧操作主要工艺参数供氧操作主要工艺参数¨氧气流量氧气流量¨氧压氧压¨喷枪高度喷枪高度¨造渣制度造渣制度¨造渣方法和操作造渣方法和操作¨单渣法单渣法¨双渣法双渣法¨双渣留渣法双渣留渣法¨温度制度温度制度¨终点控制和出钢终点控制和出钢¨3.4 3.4 主要经济技术指标主要经济技术指标¨3.5 底吹氧气转炉冶炼底吹氧气转炉冶炼¨底吹氧气转炉设备底吹氧气转炉设备¨ 底吹氧气转炉的炉体结构与顶吹氧气转炉相似，其差别在于前者装有带喷咀的活动炉底另外耳轴结构比较复杂，是空心的，并有开口，通过此口将输送氧气、保护介质及粉状熔剂的管路引至炉底与分配器相接¨ 底吹氧气转炉炉底包括炉底钢板、炉底塞、喷咀、炉底固定件和管道固定件等如图¨ 喷咀装在炉底塞上当炉底塞砌砖或打结耐火材料时，在预定位置埋入钢管开炉前，将套管式喷咀插入预埋钢管内，用螺纹活接头与炉底钢板连接关于喷嘴的数目、直径和布置方式目的还无—致定论¨冶炼反应特点冶炼反应特点¨ 底吹氧气转炉中，氧气内分散在炉底上的数支氧气喷咀由下向上直接吹入金属熔池因其供氧方式与顶吹不同，具备明显不同的冶金特性。

¨ (1)熔池搅拌强度剧烈，其搅动力要高于顶吹法10倍即使在熔池中含碳量降到很低时，由炉底吹入的氧气流仍在激烈地搅动熔池因此炉内反应的动力学条件优于其它炼钢方法¨ ¨ (2)由于供氧分散而均匀，氧气直接吹入金属熔池，气-渣-金之间产生强烈的搅动，因而反应过程迅速而均匀，钢-渣间的反应趋于平衡脱碳过程中氧化铁的含量始终不高吹炼过程平稳，基本不喷溅，氧的利用率高，为提高供氧强度、缩短冶炼时间创造了条件¨ (3)由于氧气喷咀埋在铁水下面，高温和面积较大的反应区在炉底喷咀出口处附近反应产物穿过金属液后才能进入渣层或炉气中上部渣层对炉内反应的影响较小只有极少量的CO在炉内燃烧成CO2¨底吹与顶吹的比较底吹与顶吹的比较¨ 顶吹氧气转炉与底吹氧气转炉比较，最突出的问题是氧气射流对熔池搅拌不均匀而氧气射流对熔池搅拌的均匀性是影响转炉吹炼强度和吹炼稳定性的主要因素¨顶底复合吹炼顶底复合吹炼¨ 复合吹炼法是利用吹气流克服顶吹氧流对熔池搅拌能力不足(特别在碳低时)的弱点，可使炉内反应接近平衡，铁损失减少；同时又保留顶吹法容易控制造渣过程的优点，因而具有比顶吹和底吹更好的技术经济指标，成为近年来氧气转炉炼钢的发展方间。

工艺过程工艺过程¨ 顶底复合吹炼转炉按底部供气的种类主要分为两大类：一是顶吹氧底吹非氧化性气体的转炉，一是顶底吹氧转炉，即20一40％的氧是由底部吹入熔池内．其余的氧足通过顶吹氧枪吹至熔池面上¨ 采用顶吹氧底吹非氧化性气体氮、或氩复合吹炼时，关键是控制底气量、顶枪枪位和供氧强度在操在操作上除炉底全程恒流量供气和顶吹氧枪枪位适当提高作上除炉底全程恒流量供气和顶吹氧枪枪位适当提高外，冶炼工艺制度基本上与顶吹法相同外，冶炼工艺制度基本上与顶吹法相同吹炼过程中钢、渣成分变化趋势也与顶吹法基本相同但内于炉底供气的作用，强化了熔池搅拌，对冶炼过程和终点都带来了一定的影响¨ 采用顶底吹氧时，关键是调节顶吹和底吹氧气的流量比以调节渣中氧化铁的含量由¨于底部吹入氧气，因而在炉内生成两个火点区，即下部区和上部区下部火点区，可使吹¨入气体在反应区高温作用下，体积剧烈膨胀，并形成过热金属对流， 从而增加熔池搅拌 力，又可促进熔池脱碳上部火点区主要促进钢渣形成和进行脱碳反应研究表明，当底¨吹氧量为10％时，基本上能达到纯底吹的主要效果如底吹氧量为总氧量的20-30%，则¨几乎能达到纯底吹的全部混合效果，即渣-金属乳化液完全消失，和底吹法的情况很近¨似。

¨顶底复合吹炼的种类和特征顶底复合吹炼的种类和特征¨（1）底吹气体的种类及特点 ¨ 迄今为止用来作为搅拌钢水的气体有O 2、空气、CO2、N 2及Ar等¨ 采用氧气搅拌：不论是用纯氧、氮与氧的混合物或者空气都需要用燃料(天然气、丙烷或油)来进行遮盖保护以防止耐火材料接触和起冷却作用¨ 采用CO2气体搅拌：由于CO2与熔池中的碳发生反应(CO2+C=2CO)，所以也是一种搅拌力比较强的气体另外CO2不会恶化钢质，具有一定冷却作用，因此是应用较普遍的气体¨ 采用N2作为搅拌气体：无需遮盖保护，供气元件结构简单，对炉底耐火材料的蚀损小，在非氧化性气体中价格最便宜，因此被广泛采用，但它会增加钢中的[N]¨ Ar气是最为理想的搅拌气体，既可保证搅拌效果，又没有增加钢中有害气体的危险它的价格较贵¨（2） 复合吹炼法的分类及特征¨100%顶吹O2+石灰块(从顶部)+惰性气体搅拌；¨90-95%顶吹O2+石灰块(从顶部)+5-10%底吹O2；¨70-80%顶吹O2+石灰粉(底吹)+20-30%底吹O2；¨60-80%顶吹O2+石灰粉(底吹)+20-40%底吹O2+喷吹油／燃气预热废钢；¨100%底吹O 2+石灰粉(底吹)+附加O2+顶／底部喷吹煤粉。

¨ (1)LD-KG、LD-OTB、LD-AB、LBE法是由底部吹入惰性气体Ar、中性气体N2来搅拌熔池的，NK-CB及J＆L法底吹气体还有氧化性气体CO2¨（2）BSC-BAP、LD-OB、LD-HC、STB及STB-P法采用从炉底吹O2或其它氧化性气体来搅拌熔池¨（3）K-BOP法与OBM法相似，只是底吹氧员最大可达40%(通常为30%)其余氧气通过顶枪吹入熔池¨（4）OBM-S、KMS-KS、Hoogovens-BSC与A LCI法均是以增加炉气在炉内的再燃烧以提高废钢比为目标的炼 钢 四、电弧炉炼钢四、电弧炉炼钢Electric Arc Furnace Steelmaking 通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢的方法 炼 钢 优点：能灵活掌握温度能灵活掌握温度热效率高、炉内气氛可以控制热效率高、炉内气氛可以控制设备简单、工艺流程短设备简单、工艺流程短炼 钢 缺点：电离作用使钢中氢和氮的含量高电离作用使钢中氢和氮的含量高点热源使炉内温度分布不均匀点热源使炉内温度分布不均匀炼 钢 交流电弧炉直流电弧炉直流电弧炉的超高功率化已成为世界电炉发展的趋势炼 钢 4.1 电弧炉炉体结构炼 钢 炉体倾动装置：出钢和流渣时实现炉体倾动。

偏心炉底出钢Ø 向出钢方向能倾动12°~15°以出尽钢水Ø 向炉门方向能倾动10°~ 15°以利出渣动画视频炼 钢 电极升降机构 夹紧、放松、升降电极和输入电流 动画视频炼 钢 4.2 4.2 电弧炉炼钢过程电弧炉炼钢过程ü 补补 炉炉ü 装装 料料ü 熔化期熔化期ü 氧化期氧化期ü 出出 钢钢ü 还原期还原期动画视频炼 钢 ü 补补 炉炉ü 装装 料料ü 熔化期熔化期ü 氧化期氧化期ü 出出 钢钢ü 还原期还原期现代电弧炉冶炼已将还原期移至炉外进行炼 钢 五、炉外精炼五、炉外精炼Secondary Refining Process 按传统工艺，将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质、成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行 又称为又称为又称为又称为二次精炼二次精炼二次精炼二次精炼或或或或钢包冶金钢包冶金钢包冶金钢包冶金炼 钢 作用：提高质量扩大品种的主要手段提高质量扩大品种的主要手段优化冶金生产流程，提高生产效率优化冶金生产流程，提高生产效率炼钢炼钢-炉外精炼炉外精炼-连铸连铸-热装轧制工序衔接热装轧制工序衔接炼 钢 4.4采用的基本手段采用的基本手段Ø 渣渣 洗洗：脱氧、脱硫、去夹杂Ø 真真 空空：脱氢、脱氮、脱氧、去夹杂Ø 搅搅 拌拌：调温、混匀、净化Ø 加加 热热：防止钢液冷却Ø 喷喷 吹吹：脱氧、脱硫、去夹杂近近3030年来，炉外精炼发展迅速，具体方法有年来，炉外精炼发展迅速，具体方法有3030多种多种炼 钢 5.1 常用的炉外精炼方法常用的炉外精炼方法真空循环脱气法(RH)基本工艺原理：利用气泡将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应，然后回流到钢包中。

动画视频炼 钢 真空循环脱气法(RH)基本工艺原理：利用气泡将钢水不断地提升到真空室内进行脱气、脱碳等反应，然后回流到钢包中日本新改建的炼钢厂已明确提出全部钢水进行真空处理的发展目标炼 钢 常用的炉外精炼方法常用的炉外精炼方法钢包精炼炉(LF)Ø 加热与温度控制Ø 白渣精炼工艺Ø 合金微调与窄成分控制当代最主要的炉外精炼设备当代最主要的炉外精炼设备当代最主要的炉外精炼设备当代最主要的炉外精炼设备炼 钢 常用的炉外精炼方法常用的炉外精炼方法真空吹氧脱碳(VOD) 将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部向上吹氩搅拌适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要小吨位精炼生产需要小吨位精炼生产需要小吨位精炼生产需要动画视频炼 钢 六、连续铸钢六、连续铸钢Continuous Casting 连连铸铸是是通通过过连连铸铸机机将将钢钢液液连连续续地地铸铸成成钢钢坯坯，，然后直接送轧钢车间轧制成钢材然后直接送轧钢车间轧制成钢材 连连铸铸与与传传统统的的钢钢锭锭模模浇浇铸铸相相比比有有很很大大的的技术经济优越性技术经济优越性，， 主要表现在：主要表现在：简化工序简化工序炼 钢 提高金属的收得率提高金属的收得率节约能量消耗节约能量消耗改善劳动条件，易于实现自动化改善劳动条件，易于实现自动化铸坯质量好铸坯质量好炼 钢 6.1 6.1 机型及特点机型及特点立 式立弯式弧 形椭圆形水 平连铸机的未来应用最广泛炼 钢 6.2 6.2 弧形连铸机弧形连铸机( ( Curved CasterCurved Caster ) )主体主体设备设备炼 钢 钢包旋转台钢包旋转台( ( Revolving PlatformRevolving Platform ) ) 旋转台可承托一旋转台可承托一个或两个钢包，一包个或两个钢包，一包在浇注位置时，另一在浇注位置时，另一包备用。

采用旋转台包备用采用旋转台以后，大大缩短了换以后，大大缩短了换包时间，为实现包时间，为实现多炉多炉连浇连浇( ( Continuous-Continuous-Continuous CastingContinuous Casting ) )创造了条件创造了条件 动画视频炼 钢 中间包中间包( ( TundishTundish ) )去去 渣渣减压稳流减压稳流分分 流流贮贮 钢钢 作用作用: :炼 钢 结晶器结晶器( ( MouldMould ) )作用：作用：Ø 规定铸坯形状规定铸坯形状Ø 强制钢液迅速冷却强制钢液迅速冷却Ø 保证形成足够强度保证形成足够强度和厚度较均匀的坯壳和厚度较均匀的坯壳 结晶器的冷却亦称结晶器的冷却亦称为为一次冷却一次冷却( ( Primary Primary CoolingCooling ) )动画视频炼 钢 二次冷却系统二次冷却系统( ( Secondary Cooling SystemSecondary Cooling System ) ) 二冷区二冷区的长度应的长度应能使铸坯在该区内全能使铸坯在该区内全部凝固，而铸坯温度部凝固，而铸坯温度不低于不低于800800-900℃900℃。

二冷装置包括二冷装置包括冷却水喷嘴冷却水喷嘴和和夹辊夹辊我国基本上都用压我国基本上都用压力喷嘴炼 钢 作用是作用是拉坯并将铸坯矫直拉坯并将铸坯矫直浇注前，拉坯矫直机还浇注前，拉坯矫直机还要把引锭送到结晶器内浇注开始后铸坯拉至切割机处要把引锭送到结晶器内浇注开始后铸坯拉至切割机处时，再把引锭杆脱掉时，再把引锭杆脱掉拉坯矫直机拉坯矫直机( ( Withdrawal Straightening MachineWithdrawal Straightening Machine ) )炼 钢 切坯装置切坯装置( ( Cutting DeviceCutting Device ) ) 火焰切割火焰切割 ( ( Flame CuttingFlame Cutting ) ) 机械剪切机械剪切 ( ( Machine CuttingMachine Cutting ) )炼 钢 引锭装置由引锭装置由引锭头引锭头( ( Dummy HeadDummy Head ) )和和引锭杆引锭杆( ( Dummy BarDummy Bar ) )两部分组成。

常用的引锭头主要有两部分组成常用的引锭头主要有燕燕尾槽式尾槽式和和钩头式钩头式两种两种 引锭装置引锭装置( ( Dummy DeviceDummy Device ) )炼 钢 6.2 6.2 弧形连铸机的生产流程弧形连铸机的生产流程动画视频炼 钢 参考书目。