材料工程基础讲稿.ppt

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1、第十章炼钢§10.1炼钢过程及原料高炉铁水(铸铁)含93~94%的铁和6~7%的杂质：以碳为主及硅、锰、磷、硫等→脆性↑，不能进行锻造、轧制。炼钢：氧化去除杂质，同时提高温度，在熔融状态下高效率地精炼成目标成分和达到目标温度的钢的过程。炼钢过程：氧化去除杂质，提高钢水温度，在熔融状态下高效率地精炼成目标成分和达到目标温度的钢的过程。过程图：主要原料：铁水、凝固铁块、废钢造渣剂：石灰石CaCO3、石灰CaO和萤石CaF2等。以转炉为例：1、主原料1）铁水：占转炉装炉量的70%以上。铁水的物理热与化学热是氧气顶吹转炉的基本热源。温度：铁水物理热占转炉热收入的50%，＞1250℃入炉—保证生产的

2、稳定性。高炉出铁温度1350~1450℃—运输中散热→覆盖剂保温。要求：铁水有稳定的化学成分：GB717-82C%≥3.5，Si%0.45~1.25，Mn%0.30~0.50,P%≤0.15~0.40，S%0.02~0.07铁水预处理：脱S、P、Si2）废钢＜30%：冷却效果稳定的冷却剂。3）生铁块：冷铁，冷却效应低于废钢。2、辅助原料：造渣剂生石灰：主要造渣原料，具有脱硫、脱磷作用。石灰的渣化速度是转炉炼钢过程成渣速度的关键——适当的块度。要求：CaO%↑、SiO2%↓、S%↓。萤石：CaF2(纯)熔点1418℃。助熔作用，加速石灰溶解，在短时间内改善炉渣的流动性。生白云石CaMg(CO

3、3)2:培烧后→熟白云石(CaO+MgO),替代部分石灰，↓初期酸性渣对炉衬的侵蚀，↑炉衬寿命，同时是溅炉护炉的调渣剂。菱镁矿MgCO3：溅渣护炉的调渣剂。锰矿石：化渣保护炉衬的作用。石英砂SiO2：调整碱性炉渣的流动性。3、铁合金：吹氧终点脱除钢中多余的氧，调整成分。转炉常用铁合金：锰铁、硅铁、钙硅合金、铁铝合金、钙铝钡合金、铝钡硅合金等。4、氧气：除水高纯度99.6%氧。§10.2主要炉内反应氧化反应：炼钢过程是氧化去除杂质的过程，如上所述，用氧气及铁矿石作为氧化剂。其反应如下式所示：O2(g)对铁水的氧化反应是放热的，一般伴随着激烈的搅拌，而Fe203(s)的分解反应是吸热反应，激烈

4、的搅拌使铁大量氧化，应控制搅拌的程度。因此，在炼钢反应中利用氧气，在操作上有利。炼钢过程利用氧化反应去除杂质。由氧化物标准自由能一温度图，从杂质对氧的化学亲和力的大小关系，可知炼钢过程中能够去除的元素的大概情况：位于Fe-FeO线上方的元素不能除去，残留在金属相中；位于Fe-FeO线下方的元素可以容易地除去；位于Fe-FeO线近旁的元素会分配在渣—金属两相中。被除去进入渣中的元素B、Al、Si、Ti、V、Zr被分配在渣一金属两相的元素P、S、Mn、Cr残留在金属相中不能除去的元素Cu、Ni、Co、Sn、Mo、W、As、Sb蒸发到气相中的元素Zn、Cd、Pb、C普通元素的氧化除去反应如下：由

5、使用耐火材料和造渣方法可分为：1）碱性操作耐火材料：Mg-C砖、Mg-Ca砖。镁碳砖：电熔镁砂+碳素材料（薄鳞片石墨）+粘接剂（酚醛树脂）+添加剂。抗渣性强，导热性↑，避免了镁砂颗粒产生热裂，碳作为结合剂和粘接剂固化后形成碳网络，与氧化镁颗粒紧密牢固结合。炉衬寿命由数百次提高到1.5~1.8万次。添加剂：Ca、Si、Al、B4C、BN等，先于碳氧化，形成化合物，堵塞气孔，增加致密度，阻碍氧及反应物的渗入扩散。造渣：石灰、石灰石、萤石、白云石、菱镁矿等形成碱性氧化物：CaO、MgO、MnO、FeO、Na2O等。两性氧化物：Al2O3、Fe2O3等。多数氧化物熔点高。氧化物CaOMgOSiO2

6、FeOFe2O3MnOAl2O3熔点，K2843307319831643173020582333℃2570280017101370145717852060炼钢熔池温度：1573~1973K大部分氧化物在炼钢温度下难以熔化，但成渣后相互化合，形成低熔点化合物，在炼钢温度下熔化。形成的化合物：硅酸钙（假灰硅石，CaO·SiO2）1813K铁酸钙（CaO·FeO）1493K硅酸铁（2FeO·SiO2）1490KCaO与CaF2共晶物1673K硅酸锰（MnO·SiO2）1558K硅灰石（2CaO·SiO2）2403K钙镁橄榄石（CaO·MgO·SiO2）1771K硅钙石(3CaO·2SiO2)17

7、48K炉渣化学成分：CaO38~45%，FeO15~23%,SiO212~17%,MnO9~12%,MgO5~10%,Al2O32~4%,P2O51~2%。2）酸性操作：耐火材料SiO2，造渣剂锰矿石或二氧化硅，渣碱度<1。炼钢种类和特征熔融炼钢法的种类和特征:炼钢法有转炉、电炉以及平炉等。LD法——纯氧吹炼在转炉上方喷吹纯氧，30~4Omin/炉的快速精炼法，与其他方法比较：(1)炼钢时间短，生产率显著提高；(2)氮、