钢铁冶金概论

高炉炼铁基本原理及工艺

主要内容

高炉主要技术经济指标

高炉冶炼原、燃料及熔剂

铁矿烧结的基本原理、工艺

高炉冶炼基本原理与能量利用

高炉强化冶炼的手段与方法

一、高炉主要技术经济指标

1、利用系数: η=P（高炉昼夜产铁量）/V u（高炉有效容积）t/m3.d）

2、焦比: K=Q（昼夜焦碳用量）/P （现主要核算综合焦比）

3、冶炼强度: I=Q/V u （反应焦碳的燃烧能力）

4、休风率:计划外的检修时间占规定作业时间的百分比（≤2%）

5、生铁成本：原料占80%±

6、一代炉龄：高炉点火开炉→停炉大修历经时间（与耐材砌筑、I有关）

二、高炉冶炼原、燃料及熔剂

1.铁矿石种类及质量评价

⑴品位：含铁量，理论上品位↑1%，焦比↓2%，产量↑3%

⑵脉石成分：SiO2、Al2O3↓越好（须重视Al2O3），MgO ↑越好

⑶有害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na

⑷有益元素：Mn、V、Ni、Cr

⑸强度和粒度：强度↓易粉化影响高炉透气性，不同粒度应分级入炉;

⑹还原性：被CO、H2还原的难易、影响焦比;

⑺化学成分稳定性：TFe波动≤±0.5%，SiO2 ≤±0.03%混匀的重要性（条件：平铺直取?a?a原料场应足够大）;

⑻矿石代用品：高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣等。

2. （助）熔剂（1）作用：形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂）

（2）种类：

(3)熔剂的质量要求

①碱性氧化物含量（CaO+MgO≥52%）

概念：石灰石有效熔剂性

CaO（有效）=CaO（石灰石）-R×SiO2（石灰石）

②S、P↓S（0.01~0.08%），P（0.001~0.03%）

③减少CaCO3入炉：原因：a. 高温分解吸热 b. CO2+C=2CO c. CO2会冲淡CO浓度

造成焦比K增加。

3.高炉用燃料焦碳：

①主要作用：作为高炉热量主要来源的60~80%，其它热风提供提供还原剂C、CO

料柱骨架，保证透气性、透液性

②质量要求：

含炭量：C↑灰份↓→→渣量↓、强度↑、反应性↓→→焦比↓

含S量：生铁中[S]80%±来源于焦碳

强度：M40、M10

③粒度组成：

焦丁的利用及混装过渡区的问题

④成分稳定（特指水分）：

干熄焦技术（宝钢）

⑤焦碳反应性：

C+CO2=2CO开始反应的高低快慢→影响间接还原区的范围，从而影响焦比。

4.精料的含义：“高、稳、熟、小、匀、净”方针

高：

（1）矿石品位高（天然矿62%，烧结矿57%，球团矿60%）渣量降低300KG/T铁

（2）固定炭高，灰份≤10%

（3）还原性好：烧结矿中FeO ≤10%

（4）机械强度高：转鼓指数、高温强度、软熔温度

稳：化学成分稳定（TFe、R）

熟：增加熟料率↑1%，η↑0.3%，焦比↓1.2kg/tFe

小、匀、净：平均粒度差小、杂质少

日本称为“整粒”处理

三、铁矿烧结及球团的基本原理、工艺

（一）烧结料组成：

（1）含铁料：精矿份200目以下（考虑成球性）、富矿粉（5~8MM，烧结中的骨架）、其他（炉尘、轧钢皮等）

（2）熔剂：以CaO为主，CaO ↑1%，烧结产量↑3%

（3）燃料：焦粉、无烟煤3~5%，20%可进行金属化烧结（低品位矿石冶炼——可持续发展问题）

（4）返矿：机尾筛下物（未烧透——影响成品率）烧结的车间的全貌

烧结流程

（二）烧结料层结构

烧结点火示意图

1.烧结矿层：随烧结过程进行不断加厚，抽入空气过冷使烧结矿骤冷将影响烧结矿强度。

2.燃烧层：主要反应为：C的燃烧、MCO3分解、FeS2氧化、形成液相、铁氧化物分解还原氧化。（由于液相的产生使该层透气性变差）

3.预热层：主要反应为：氧化还原、结晶水分解、部分MCO3分解

4.干燥层：主要为烧结料中水分蒸发，易使烧结料球破坏

5.过湿层：原始混合料层，水分凝聚，影响料层透气性

（三）烧结过程的特点

1.燃料燃烧需空气过剩，过剩系数α=1.4~1.5（燃料分布较稀疏）

2.一般情况下烧结保持弱氧化气氛（金属化烧结除外）

3.烧结过程存在自动蓄热作用（可以考虑采用上高下低的分层配炭）

4.存在传热速度与燃烧速度的同步问题

5.存在如何减少“过湿”现象的问题

6.存在有害杂质S的去除问题（S由易去除S化物转化为硫酸盐的问题）

7.存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题

8.如何解决还原性与强度矛盾的问题

（四）强化烧结的措施

1.改善透气性：适宜的水分、延长混料时间、小球烧结、预热混合料

2.提高抽风负压：但需考虑电耗成本增加问题

3.高压烧结：增加气体质量流量

4.热风烧结：可部分解决还原性与强度之间的矛盾

5.加入稳定剂：P类、B类、Mn、V类

6.提高R：铁酸钙理论，即控制液相成分，但不利于脱S

7.厚料层烧结：充分利用自动蓄热作用（条件：预热混合料、低水原则）

8.双层烧结：二次点火，设备复杂

9.料面插孔烧结：提高透气性烧结设备（料仓）烧结设备（烧嘴）烧结设备（台车）烧结设备（主排气管）烧结设备（烧结布料机构）烧结设备（除尘设备）烧结设备（抽风系统）烧结设备（风机与风箱）烧结设备（破碎机）烧结设备（传动装置）

四、高炉冶炼基本原理

（一）高炉还原过程（二）造渣与脱S（三）风口前C的燃烧（四）炉料与煤气运动（五）高炉能量利用

高炉的五大系统高炉的原料系统

原料系统之一——上料皮带炉顶布料称量料斗送风系统送风系统之——热风炉高炉本体预览高炉本体平台构成高炉炉型

（一）高炉还原过程

1.高炉炉内状况

（1）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，占BF总体积60%±（200~1100℃）

主要反应：水分蒸发

结晶水分解

除CaCO3外的其它MCO3分解

间接还原

碳素沉积反应（2CO=C+CO2）

（2）软熔带：矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也称“焦窗”

形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，倒V型，W型主要反应：Fe的直接还原

Fe的渗碳

CaCO3分解

吸收S（焦碳中的S向渣、金、气三相分布）

贝波反应：C+CO2=2CO

（3）滴落带：主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床主要反应：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原，Fe的渗C

（4）回旋区：C在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发源地（C的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域。

主要反应：

C+O2=CO2

CO2+C=2CO

（5）炉缸区：渣铁分层存在，焦碳浸泡其中

主要反应：

渣铁间脱S，Si、Mn等元素氧化还原2.铁的间接还原与直接还原

（1）间接还原：用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物，产物无CO2、H2O的还原反应。

特点：放热反应

反应可逆

（2）直接还原：用C作为还原剂，最终气体产物为CO的还原反应。

特点：强吸热反应

反应不可逆

（3）直接、间接还原区域划分：取决于焦碳的反应性

低温区＜800℃基本为间接还原

中温区800~1100℃共存

高温区＞1100℃全部为直接还原

（4）用直接还原度r d、间接还原度r i来衡量高炉C素利用好坏，评价焦比。

铁矿石的还原示意

3.非铁元素的还原

（1）Mn的还原：

①一般规律：

MnO2→（550℃间还）→Mn2O3→（1100 ℃间还）→Mn3O4→（1000 ℃间还）→MnO→（1200 ℃直接还原）→Mn

②Mn还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度↑

直接还原吸热大，使焦比↑

③控制Mn还原的手段：提高炉缸温度，但会使Mn的挥发损失↑

提高炉渣R

生铁中保持一定[Si]

（2）Si的还原

①生铁中[Si]的要求：

制钢铁[Si]≤0.6

铸造铁1.25≤[Si]≤4.25

②Si 还原的特点：

大量吸热

全部直接还原

K↑

③Si 还原的途径：

气化还原：SiO2+C=SiO（g）+CO

SiO（g）+[C]=[Si]+CO

渣铁反应：（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO

④控制Si 还原的因素：

提高炉缸温度利于Si 的还原

↓炉渣R利于Si的还原

（3）P的还原

P100%还原入铁，只有原料控P

（4）含Ti矿的冶炼

TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti（C，N）固熔体使炉渣粘稠（二）造渣与脱S

1.造渣的概念与作用

概念：

根据脉石、焦碳灰份组成及数量，选择适当的熔剂，形成具有一定性能的炉渣。

作用：

（1）促进或抑制某些化学反应

（2）保护炉墙（高炉长寿）

2.造渣过程

（1）初渣：

由软化前沿至熔化前沿生成

生矿：成分不均匀，软熔区间大操作困难

酸性烧结矿：成分较均匀，但初渣为酸性

碱性烧结矿：成分可预定，存在一定CaO，流动性好（2）中间渣：

初渣向下温度升高，（FeO）被还原，并吸收CaO，R↑（3）终渣：

主要成分：

（SiO2）+（Al2O3）+（CaO）+（MgO）＞95%，（FeO）＜1% 3.脱S

（1）S的来源与分布：焦碳60~80%

矿石及喷吹物20~40%

↓

（S负荷4~6kg/t铁）

↓

煤气、炉尘5~10%，生铁5%，炉渣90% （2）降低生铁[S]途径：

①降低S负荷（降低焦碳S含量）

②气化脱S（一定值）

③适宜的渣量

（3）炉渣脱S基本反应：

[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）

提高炉渣脱S能力的因素：

①↑温度

②↑还原气氛

③↑R

（三）风口前C的燃烧

1.风口前C燃烧的意义

占总C量的70%，其它碳用于：

直接还原：（FeO）+C=[Fe]+CO

（MnO）+C=[Mn]+CO

（CaO）+[S]+C=CaS+CO

↓

使煤气中CO增加

CO2、H2O的气化：

CO2+C=2CO

H2O+C=H2+CO

↓

吸热、使焦碳强度下降意义：（1）提供热量80%

（2）提供还原剂

（3）影响炉料下降、软熔带形状、煤气利用、冶炼指标

2.燃烧带大小的控制—下部调剂

（1）影响燃烧带大小的因素：

①C的燃烧速度（一般认为影响不大）

②布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大）

③鼓风动能E K的大小

（2）影响E K的因素：

①风量↑，E K ↑

②风温↑，体积膨胀，质量流量↓，E K ↓

风温↑，速度↑，E K ↑

总体E K 略有变化

③风压↑，E K ↓

④风口截面积S ↓，E K ↑

风口前碳的燃烧示意

（四）炉料与煤气运动

1.炉料下降的条件：

（1）自由空间的形成

①C的燃烧

②渣铁排放

③下料中重新排列

④炉料软熔

2.炉腹区煤气流

炉腹区压差（ΔP）较大的原因，存在液态渣铁的动滞留（与冶炼强度I有关）和静滞留（与炉渣的物化性质有关），易形成液泛现象（flood）。

为避免液泛现象要求：

（1）渣量小→品位高、I小

（2）提高焦碳质量

（3）煤气流速小

（4）初渣粘度小，保证一定（FeO）含量

3.炉顶煤气的分布：

（1）边缘气流→煤气利用差

（2）中心气流→煤气利用一般，考虑大喷煤应以发展中心为主

（3）两道气流→中心、边缘都有一定发展，传统型

（4）管道气流→煤气分布失常

50~60年代双锋为主（低I、原料差，以顺行为主）

60~70年代平锋为主（I↑）

现代以中心开放为主→V U ↑、大喷煤需要

4.上部调剂

（1）合理布料的意义：

①影响料柱的空隙度

②不人为调整将产生偏析，煤气自动边缘分布

（2）影响因素：

①布料设备

②装料制度：

包括：料线

批重

装料次序

高炉布料设备

（五）高炉能量利用

1.评价方法：

（1）燃料比

（2）r d

（3）C的利用程度ηco

2.煤气上升过程中的变化

高炉煤气取样示意

五、高炉强化冶炼手段与方法

1.大风量问题：

风量增加，炉内传热效果下降，r i降低，K增加；风量应与还原性相适应

2.高风温的问题：

风温增加，传热推动力增加，但利用风温的同时K势必降低，透气性将下降

3.富氧问题：

富氧将使炉缸温度增加，但煤气总量下降，不利于全厂能量平衡；富氧达到的效果与提高风温相比，成本提高10倍。

4.加湿与脱湿问题：

风中水分过大应脱湿鼓风；出现热悬现象应考率加湿鼓风

5.大喷煤问题：

喷吹量应与风温、富氧相结合，否则存在热滞后现象；应与上下部调剂想适应

6.中部调剂问题：

充分利用冷却手段，在上下部调剂紊乱时是一种有效手段

高炉冶炼是一个系统工程的问题，较为复杂，鉴于时间关系不能详尽叙述。

第三章转炉炼钢

第一节炼钢用原材料

原材料是炼钢的基础，原材料的质量和供应条件对炼钢生产的各项技术经济指标产生重要影响。

?对炼钢原料的基本要求：既要保证原料具有一定的质量和相对稳定的成分，又要因地制宜充分利用本地区的原料资源，不宜苛求。炼钢原料分为金属料，非金属料和气体。

入炉原料结构是炼钢进程及各项指标结构产生重要影响:

◆钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理分配；

◆造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配

比制度；

◆充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，即钢铁料和

选渣料的合理利用。

一、金属料

1、铁水

铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%-100%。是转炉炼钢的主要热源。

对铁水要求有：

（1）成分；

（2）带渣量；

（3）温度。

1）硅（Si）

是重要的发热元素，铁水中含Si量高，炉内的化学热增加，铁水中Si量增加0.10%，废钢的加入量可提高1.3%-1.5%。

铁水含Si量高，渣量增加，有利于脱磷、脱硫。

硅含量过高会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的SiO2，也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。

通常铁水中的硅含量为0.30%-0.60%为宜。

2）锰（Mn）

锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。

同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯净度。

转炉用铁水对锰与硅比值要求为0.8-1.0，目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为0.20%-0.80%。

3）磷（P）

磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，因此要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水[P]≤0.20%。

4）硫（S）

除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有30%-40%。我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过0.05%。

对铁水带渣量的要求：

高炉渣中含硫、SiO2、和Al2O3量较高，过多的高炉渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%。对铁水温度的要求：

铁水温度是铁水含物理量多少的标志，铁水物理热得占转炉热收入的50%。应努力保证入炉铁水的温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定入炉铁水温度应大于1250℃，并且要相对稳定。

2、废钢

转炉和电炉炼钢均使用废钢，氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的10%-30%。废钢分为一般废钢、轧辊、次废铁、车等。

转炉炼钢对废钢的要求：

1)废钢的外形尺寸和块度

应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢单重一般不应超过300kg。国标要求废钢的长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。

2）废钢中不得混有铁合金

严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不大于0.050%。

3）废钢应清洁干燥

不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。

4）不同性质的废钢分类存放

非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。

3、生铁

主要在电炉炼钢中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢或重料来源不足的困难。由于生铁中含碳及杂质较高，因此电炉钢炉料中生铁配比通常为10%-25%，最高不超过30%。

电炉炼钢对生铁的质量要求较高，一般S、P含量要低，Mn不能高于2.5%，Si不能高于1.2%。

4、海绵铁

5、铁合金

常用的铁合金种类：

◆简单合金：Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V，

Fe-Ti，Fe-Mo，Fe-W等

◆复合脱氧剂：Ca-Si合金，Al-Mn-Si合金，

Mn-Si合金，Cr-Si合金，Ba-Ca-Si合金，

Ba-Al-Si合金等

◆纯金属：Mn、Ti（海绵Ti）、Ni、Al。

1）对块要求

加入钢包中的尺寸为5-50mm，加入炉中的尺寸为30-200mm。往电炉中加Al时常将其化成铝饼，用铁杆穿入插入钢液。

2）烘烤温度

锰铁、铬铁、硅铁应≥800℃，烘烤时间应＞2小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近200℃，时间大于1小时。

二、非金属料

1、造渣剂

（1）石灰

碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为CaO，由石灰石煅烧而成，是脱P、脱S不可缺少的材料，用量比较大。

其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要影响。因此，石灰CaO含量高，SiO2和S 含量低，生过烧率低，活性高，块度适中，此外，石灰还应保持清洁、干燥和新鲜。

对石灰的具体要求：

对转炉石灰块度为20-50mm，电炉为20-60mm。

石灰的活度

也称水活度是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。

常用盐酸滴定法来测量水活性，当盐酸消耗大于300ml时才属优质活性石灰。通常把在1050-1150℃温度下焙烧的石灰，具有高反应能力的体积密度小，气孔率高，比表面积大，晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软性石灰。

活性石灰的水活性度大于310ml，体积密度1.7-2.0g/㎝3，气孔率高达40%，比表面积为0.5-1.3cm2/g。

活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱S，脱P效果，减少转炉热损失和对炉衬的侵蚀。

（2）萤石

萤石的主要成分是CaF2，焙烧约930℃。

萤石能使CaO和阻碍石灰溶解的2CaO.SiO2外壳的熔点显著降低，生成低熔点3CaO·CaF2·2SiO2（熔点1362℃），加速石灰溶解，迅速改善炉渣动性。

萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。

转炉用萤石要求:

块度在5-50mm，且要干燥，清洁。

近年来，萤石供应不足，各钢厂从环保角度考虑，使用多种萤石代用品，如铁锰矿石，氧化铁皮，转炉烟尘，铁矾土等。

（3）白云石

白云石的主要成分CaCO3.MgCO3。经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO.MgO。

转炉采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣。可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命具有明显效果。

溅渣护炉操作时，通过加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。

对生白云石的要求:

（4）火砖块

火砖块是浇铸系统的废弃品，它的作用是改善熔渣的流动性，特别是对含MgO高的熔渣，稀释作用优于萤石。

火砖块中含有约30%的Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透气性。但火砖块中还含有55%—70%的SiO2，能大大降低熔渣的碱度及氧化能力，对脱磷、脱硫极为不利。

因此，在电炉炼钢的氧化期应绝对禁用。在还原期要适量少用，只用在冶炼不锈钢或高硫钢时才稍用多一些。

（5）合成造渣剂

合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。

合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂，成渣速度快，因而改善了冶金效果，减轻了转炉造渣负荷。

高碱度烧结矿或球团矿也可做合成造渣剂使用，其化学成分和物理性能稳定，造渣效果良好。

2、增碳剂

在冶炼过程中，由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，有时造成钢中碳含量没有达到预期的要求，这时要向钢液中增碳。常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。

转炉冶炼中，高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分，挥发分和硫，磷，氮等杂质含量要低，且干燥，干净，粒度适中。其固定碳C≥96%，挥发分≤1.0%，S≤0.5%，水分≤0.5%，粒度在1-5mm。

3 、氧化剂

?氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过99.5%，氧气压力要稳定，并脱除水分。

?铁矿石中铁的氧化物存在形式是Fe2O3、Fe3O4和FeO其氧含量分别是30.06%，27.64%和22.28%。在炼钢温度下，Fe2O3不稳定，在转炉中较少使用。铁矿石作为氧化剂使用要求高（全铁>56%），杂质量少，块度合适。

?氧化铁亦称铁磷，是钢坯加热，轧制和连铸过程中产生的氧化壳层，铁量约占70%-75%。氧化铁皮还有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。

第二节氧气转炉炼钢

按炉衬耐火材料性质—碱性转炉和酸性转炉;

按供入氧化性气体种类—空气和氧气转炉;

按供气部位—顶吹、底吹、侧吹及复合吹转

炉;

按热量来源—自供热和外加热燃料转炉。

自贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢法起，开始了转炉大量生产钢水的历史。上世纪50年代用氧气代替空气炼钢是炼钢史上的一次重大变革，70年代出现的氧气底吹转炉和顶吹复合转炉，是氧气转炉在发展和完善通路上取得的丰硕成果。

自供热转炉的发展演变过程

由传统供热向外加燃料联合供热转炉的发展演变过程

转炉炼钢功能的发展和完善

一、吹炼过程元素的氧化规律

1、冶炼过程概述

从装料到出钢，倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段。

一炉钢的吹氧时间通常为12-18min，冶炼周期为30min左右。

吹炼一炉钢过程中金属、炉渣成分的变化

（1）硅的氧化规律

在吹炼初期，铁水中的[Si]和氧的亲和力大，而且[Si]氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，因此，[Si]在吹炼初期就大量氧化。

[Si]+O2=(SiO2) (氧气直接氧化)

[Si]+2[O]= (SiO2) (熔池内反应)

[Si]+(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (界面反应)

2(FeO)+(SiO2)=(2FeO.SiO2)

随着吹炼的进行石灰逐渐溶解，2FeO.SiO2转变为2CaO.SiO2，即SiO2与CaO牢固的结合为稳定的化合物，SiO2活度很低，在碱性渣中FeO的活度较高，这样不仅使[Si]被氧化到很低程度，而且在碳剧烈氧化时，也不会被还原，即使温度超过1530℃，[C]与[O]的亲和力也超过[Si]与[O]的亲和力，终因（CaO）与（SiO2）结合为稳定的2CaO.SiO2，[C]也不能还原（SiO2）。

?硅的氧化对熔池温度，熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响：▼[Si]氧化可使熔池温度升高；

▼[Si]氧化后生成（SiO2），降低熔渣碱度，熔渣碱

度影响脱磷，脱硫；

▼熔池中[C]的氧化反应只有到[%Si]<0.15时，才能

激烈进行。

?影响硅氧化规律的主要因素：[Si]与[O]的亲和力，熔池温度，熔渣碱度和FeO活度。

（2）锰的氧化规律

在吹炼初期，[Mn]也迅速氧化，但不如[Si]氧化的快。其反应式可表示为：

[Mn]+[O]=(MnO) （熔池内反应）

[Mn]+{O2}=(MnO) （氧气直接氧化反应）

[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (界面反应)

(SiO2)+(MnO)=MnO.SiO2

余锰或残锰

锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期形成(MnO.SiO2)。但随着吹炼的进行和渣中CaO含量的增加，会发生（MnO.SiO2)+2（CaO）=（2CaO.SiO2）+（MnO）（MnO）呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，（MnO）被还原，即

（MnO）+[C]=[Mn]+{CO}

或（MnO）+[Fe]=（FeO）+[Mn]

吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。

残锰高，可以降低钢中硫的危害，但冶炼工业纯铁，则要求残锰越低越好。

影响残锰的因素：

◆炉温高有利于（MnO）的还原，残锰量高；

◆碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，残锰量增加；

◆降低熔渣中（FeO）含量，可提高残锰含量;

◆铁水中锰含量高，单渣操作，钢水残锰也会高些。（3）碳的氧化规律

?影响碳氧化速度的变化规律的主要因素有：熔池温度、熔池金属成分、熔渣中(∑FeO)和炉内搅拌强度。在吹炼的前、中、后期，这些因素是在不断发生变化，从而体现出吹炼各期不同的碳氧化速度。

?吹炼前期：熔池平均温度低于1400-1500℃，[Si]、[Mn]含量高且与[O]亲和力均大于[C]-[O]的亲和力，(∑FeO)较高，但化渣、脱碳消耗的(FeO)较少，熔池搅拌、碳的氧化速度不如中期高。?吹炼中期：熔池温度高于1500℃，[Si]、[Mn]含量降低，[P]-[O]亲和力小于[C]-[O]亲和力，碳氧化消耗较多的（FeO），熔渣中(∑FeO)有所降低，熔池搅拌强烈，反应区乳化较好，结果此期的碳氧化速度高。

?吹炼后期，熔池温度很高，超过1600℃，[C]含量较低，(∑FeO)增加，熔池搅拌不如中期，碳氧化速度比中期低。

转炉内碳氧反应速度变化

（4）磷的变化规律

磷的变化规律主要表现为吹炼过程中的脱磷速度。脱磷速度的变化规律，主要受熔池温度，熔池中金属[P]含量，熔渣中(∑FeO)，熔渣碱度，熔池的搅拌强度或脱碳速率的影响。顶吹转炉吹炼各期的特点

?前期不利于脱磷的因素是炉渣碱度比较低，因此，为及早形成

碱度较高的炉渣，是前期脱磷的关键。

?中期不利于脱磷的因素是（∑FeO）较低，因此，如何控制渣中(∑FeO)达10%-20%，避免炉渣“返干”是中期脱磷的关键。

?后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高。

（5）硫的变化规律

硫的变化规律也主要表现在吹炼过程中的脱硫速度，脱硫速度变化规律的主要影响因素与脱磷的类似。不同时期，其表现是不相同。

炉渣成分和温度的变化规律

转炉吹炼过程中熔池内的炉渣成分和温度影响着元素的氧化和脱除规律，而元素的氧化和脱除又影响着炉渣成分和熔池温度的变化。

2、炉渣中(FeO)的变化规律

炉渣中（FeO）的变化取决于它的来源和消耗两方面。

（FeO）的来源主要与枪位、加矿量有关，（FeO）的消耗主要与脱碳速度有关。

◆枪位：枪位低时，高压氧气流股冲击熔池，熔池搅拌剧烈，渣中金属液滴增多，形成渣、金乳浊液，脱碳速度加快，消耗渣中（FeO）降低。枪位高时，脱碳速度低，渣中（FeO）增高。

◆矿石：渣料中加矿石多，则渣中（FeO）增高。

◆脱碳速度：脱碳速度高，渣中（FeO）低；脱碳速度低，渣中（FeO）高。

氧气顶吹转炉通过改变枪位可达到化渣、降碳的不同目的，这是它与其他炼钢方法相比，具有操作灵活的特点。3、炉渣碱度的变化规律

炉渣碱度的变化规律取决于石灰的熔解、渣中(SiO2)和熔池温度。

吹炼初期，熔池温度不高，渣料中石灰还未大量熔化。吹炼一开始，[Si]迅速氧化，渣中(SiO2)很快提高，有时可达到30%。因此，初期炉渣碱度不高，一般为1.8-2.3，平均为2.0左右。

吹炼中期，熔池的温度比初期提高，促进大量石灰熔化，熔池中[Si]已氧化完了，SiO2来源中断。中期脱磷速度，熔池搅拌均比前期强，这些因素均有利于形成高碱度炉渣。

吹炼后期, 熔池的温度比中期进一步提高,接近出钢温度,有利于石灰渣料熔化,在中期炉渣碱度较高的基础上,吹炼后期,仍能得到高碱度,流动性良好发炉渣。

4、熔池温度的变化规律

熔池温度的变化与熔池的热量来源和热量消耗有关。

吹炼初期，兑入炉内的铁水温度一般为1300℃左右，铁水温度越高，带入炉内的热量就越高，[Si]、[Mn]、[C]、[P]等元素氧化放热，但加入废钢可使兑入的铁水温度降低，加入的渣料在吹炼初期大量吸热。综合作用的结果，吹炼前期终了，熔池温度可升高至1500℃左右。

吹炼中期，熔池中[C]继续大量氧化放热，[P]也继续氧化放热，均使熔池温度提高，可达1500-1550℃以上。

吹炼后期，熔池温度接近出钢温度，可达1650-1680℃左右，具体因钢种、炉子大小而异。

在整个一炉钢的吹炼过程中，熔池温度约提高350℃左右。

综上所述，顶吹氧气转炉开吹以后，熔池温度、炉渣成分、金属成分相继发生变化，它们各自的变化又彼此相互影响，形成高温下多相、多组元同时进行的极其复杂的物理化学变化。

三、供氧制度

供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。供氧是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣制度、控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作，关系到终点的控制和炉衬的寿命，对一炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影响。

1、氧枪

氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。

喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p0<0.528时形成超音速射流。

拉瓦尔型喷孔示意图

枪身：它由三层同心套管构成，中心管道氧气，中间管是冷却水的进水通道，外层管是出水通道。喷头与中心套管焊接在一起。

枪尾部：枪尾部接供氧管，进水管和出水管。?在顶吹氧气转炉吹炼过程中，特别是吹炼过程剧化的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口溢出，这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象。

?由于氧射流对熔池的强烈冲击和CO气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、熔渣和气体三相剧烈混合，形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态。

转炉内的泡沫现象示意图

乳化（emulsification）是指金属液滴或气泡弥散在炉渣中，若液滴或气泡数量较少而且在炉渣中自由运动，这种现象称为渣钢乳化或渣气乳化。

若炉渣中仅有气泡，而且气泡无法自由运动，这种现象称炉渣泡沫化（slag foaming）。

由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中，因此转炉中还存在金属熔体中的乳化体系。

渣钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂或金属滴所造成的。

通过对230tLD转炉乳液取样分析，发现其中金属液滴比例很大：

吹氧6-7min时占45%-80%；

10-12 min时占40%-70%；

15-17min时占30%-60%。

可见，吹炼时金属和炉渣密切相混。

研究表明，金属液滴比金属熔池的脱碳、脱磷、脱锰更有效。金属液滴尺寸愈小，脱除量愈多。而金属液滴的含硫量比金属熔池的含硫量高，金属液滴尺寸愈小，含硫量愈大。生产实践表明，冶炼中期硬吹时，由于渣内富有大量CO气泡以及渣中氧化铁被金属液滴中的碳所还原，导致炉渣的液态部分消失而“返干”。

软吹时，由于渣中（FeO）含量增加，并且氧化位（即Fe3+/Fe2+）升高，持续时间过长就会产生大量起泡沫的乳化液，乳化的金属量非常大，生成大量气体，容易发生大喷或溢渣。因此，必须正确调整枪位和供氧量，使乳化液中是金属保持某一百分比。

3、供氧参数

◆供氧压力：

保证射流出口速度达到超音速，并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力。对三孔喷头，供氧压力可由下式经验计算：◆氧气流量：指在单位时间内向熔池供氧的数量，常用标准状态下体积量度，其单位为m3/min或m3/h。

氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素决定。即

◆供氧强度：指在单位时间内每吨钢的氧耗量，它的单位是m3/(t·min)。

供氧强度的大小根据转炉的公称吨位、炉容比来确定。

小型转炉的供氧强度为2.5-4.5m3/(t·min)，

120t以上的转炉一般为2.8-3.6m3/(t·min)。

4、供氧操作

供氧操作是指调节氧压或枪位，达到调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的操作。

供氧操作分为恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法。国内多采用第三种操作法。

四、造渣制度

造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣，是指通过控制入炉渣料的种类和数量，使炉渣具有某些性质，以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作。造渣制度是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施。

冶炼的要求，同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。

1、成渣过程及造渣途径

转炉冶炼各期，都要求炉渣具有一定的碱度，合适的氧化性和流动性，适度的泡沫化。

?吹炼初期，要保持炉渣具有较高的氧化性,∑(FeO)稳定在25%-30%，以促进石灰熔化，迅速提高炉渣碱度，尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬；

?吹炼中期，炉渣的氧化性不得过低(∑(FeO)保持在10%-16%），以避免炉渣返干；

?吹炼末期，要保证去除P、S所需的炉渣高碱度，同时控制好终渣氧化性，如冶炼[C]≥0.10%的镇静钢，终渣(FeO)应控制不大于15%-20%；冶炼沸腾钢，终渣(FeO)应不小于12%，需避免终渣氧化性过弱或过强。

炉渣粘度和泡沫化程度也应满足冶炼进程需要。前期要防止炉渣过稀，中期渣粘度要适宜，末期渣要化透作黏。泡沫性炉渣应尽早形成，并将其泡沫化程度控制在合适范围，以达到喷溅少、拉碳准、温度合适、达到磷硫去除的最佳吹炼效果。

2、转炉成渣过程：

?吹炼初期，炉渣主要来自铁水中Si、Mn、Fe的氧化产物。加入炉内的石灰块由于温度低,表面形成冷凝外壳，造成熔化滞止期，对于块度为40mm左右的石灰，渣壳熔化需数十秒。由于发生Si、Mn、Fe的氧化反应，炉内温度升高，促进了石灰熔化，这样炉渣的碱度逐渐得到提高。

?吹炼中期，随着炉温的升高和石灰的进一步熔化，同时脱碳反应速度加快导致渣中(FeO)逐渐降低，使石灰融化速度有所减缓，但炉渣泡沫化程度则迅速提高。由于脱碳反应消耗了渣中大量的(FeO)，再加上没有达到渣系液相线正常的过热度，使化渣条件恶化，引起炉渣异相化，并出现返干现象。

?吹炼末期，脱碳速度下降，渣中(FeO)再次升高，石灰继续熔化并加快了熔化速度。同时，熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失。

?初期渣，主要矿物为钙镁橄榄石和玻璃体(SiO2)。钙镁橄榄石是锰橄榄石(2MnO.SiO2)、铁橄榄石(2FeO.SiO2)和硅酸二钙(2CaO.SiO2)的混合晶体。当(MnO)高时，它是以2FeO. SiO2和2MnO.SiO2为主，通常玻璃体不超过7%-8%，渣中自由氧化物相(RO)很少。

?中期渣：石灰与钙镁橄榄石和玻璃体作用，生成CaO.SiO2，3CaO.2SiO2，2CaO. SiO2和3CaO.SiO2等产物，其中最可能和最稳定的是2CaO.SiO2，其熔点为2103℃。

?末期渣：RO相急剧增加，生成的3CaO. SiO2分解为2CaO.SiO2和CaO，并有2CaO.Fe2O3生成。

五、石灰渣化机理

炼钢过程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度，所谓的快速成渣主要指的是石灰快速熔解于渣中。

?吹炼初期，各元素的氧化产物FeO、SiO2、MnO、Fe2O3等形成了熔渣。加入的石灰块就浸泡在初期渣中，初期渣中的氧化物从石灰表面向其内部渗透，并与CaO发生化学反应，生成一些低熔点的矿物，引起石灰表面的渣化。这些反应不仅在石灰块的外表面进行，而且也在石灰气孔的内表面进行。

?但是在吹炼初期，SiO2易与CaO反应生成钙的硅酸盐，沉集在石灰块表面上，如果生成物是致密的，高熔点的2CaO.SiO2（熔点2130℃）和3CaO.SiO2(熔点2070℃），则将阻碍石灰的进一步渣化熔解。如生成CaO.SiO2（熔点1550℃）和3CaO.2SiO2（熔点1480℃）则不会妨碍石灰熔解。

?影响石灰溶解速度的因素主要有：

石灰本身质量

铁水成分

炉渣成分

供氧操作

采用白云石或轻烧白云石代替部分石灰石造渣，提高渣中MgO含量，减少炉渣对炉衬的侵蚀，具有明显效果。?MgO在低碱度渣中有较高的熔解度，采用白云石造渣，初期渣中MgO浓度提高，会抑制熔解炉衬中的MgO，减轻初期炉渣对炉衬的侵蚀。同时，前期过饱和的MgO会随着炉渣碱度的提高而逐渐析出，使后期渣变粘，可以使终渣挂在炉衬表面上，形成炉渣保护层，有利于提高炉龄。

?在保证渣中有足够的∑(FeO)、渣中（MgO），不超过6%的条件下，增加初期渣中MgO含量，有利于早化渣并推迟石灰石表面形成高熔点致密的2CaO.SiO2壳层。

萤石的主要成分为CaF2，并含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaCO3和少量磷、硫等杂质。它的熔点约1203K。萤石加入炉内后，在高温下即爆裂或碎块并迅速熔化。它的作用体现在：

?CaF

2与CaO作用形成熔点为1635K的共晶体，直接促进石

灰的熔化；

?萤石能显著降低2CaO.SiO

2的熔点,使炉渣在高碱度下有较

低的熔化温度；

?CaF

2可降低炉渣粘度

六、造渣方法

根据铁水成分和所炼钢种来确定造渣方法。常用的造渣方法有单渣法、双渣法和双渣留渣法。

?单渣法：整个吹炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢。入炉铁水Si、P、S含量较低，或者钢种对P、S要求不太严格，以及冶炼低碳钢，均可以采用单渣操作。采用单渣操作，工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作一般脱磷效率在90%左右，脱硫效率约为30%-40%。

?双渣法：整个吹炼过程中需要倒出或扒出约1/2-2/3炉渣，然后加入渣料重新造渣。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒渣造新渣。在铁水含磷高且吹炼高碳钢，铁水硅含量高，为防止喷溅，或者在吹炼低锰钢种时，为防止回锰等均可采用双渣操作。双渣操作脱磷效率可达95%以上，脱硫效率约60%左右。双渣操作会延长吹炼时间，增加热量损失，降低金属收得率，也不利于过程自动控制。其操作的关键是决定合适的放渣时间。?双渣留渣法：将双渣法操作的高碱度、高氧化铁、高温、流

动性好的终渣留一部分在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出，重新造渣。此法的优点是可加速下炉吹炼前期初期渣的形成，提高前期的去磷、去硫率和炉子热效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。采用留渣操作时，在兑铁水前首先要加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内无液体渣时才可兑入铁水，以避免引发喷溅。

泡沫渣

?在吹炼过程中，由于氧射流与熔池的相互作用，形成了气—熔渣—金属液密切混合的三相乳化液。分散在炉渣中的小气泡的总体积往往超过熔渣本身体积的数倍甚至数十倍。熔渣成为液膜，将气泡包住，引起熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。正常泡沫渣的厚度经常在1-2m，甚至3m。

?由于炉内的乳化现象，大大发展了气—熔渣—金属液的界面，加快了炉内化学反应速度，从而达到良好的吹炼效果。当然若控制不当，严重的泡沫渣也会引发事故。

?大量的研究表明，气泡少而小，炉渣表面张力低，炉渣粘度大，温度低，泡沫容易形成并稳定地存在于渣中，生成泡沫渣。?吹炼前期，脱碳速度小，泡沫小而无力，易停留在渣中，炉渣碱度低，∑(FeO)较高，有利于渣中铁滴生成CO气泡，并含有一定量的SiO2、P2O5等表面活性物质，因此易起泡沫。

?吹炼中期，脱碳速度大，大量的CO气泡能冲破渣层而排出，炉渣碱度高，∑(FeO)较低，SiO2、P2O5表面活性物质的活度降低，因此引起泡沫渣的条件不如吹炼初期，但如能控制得当，避免或减轻熔渣返干现象，就能得到合适的泡沫渣。

?吹炼后期，脱碳速度降低，产生的CO减少，碱度进一步提高，∑(FeO)较高，但[C]较低，产生的CO少，表面活性物质的活度比中期进一步降低，因此，泡沫稳定的因素大大减弱，泡沫渣趋向消除。

第三节底吹氧气转炉炼钢法

?在炼钢生产中用氧气代替空气的优越性，人们早已知晓，只是在当时的条件下无法制造出廉价的氧气。1950年前后制氧技术有了大的突破，为氧气在炼钢中应用奠定了坚实基础。但在1950-1960年期间，底吹转炉并没有完全用氧气吹炼，只用到富氧的40%，如果再提高富氧程度，喷咀寿命就降低。

?1965年加拿大液化空气公司成功研制了双层管氧气喷咀，1967年西德马克西米利安公司引进了此喷咀技术，喷咀内层钢管通氧气，钢管与其外层无缝管的环缝中通碳氢化合物，利用包围在氧气外层的碳氢化合物的裂解吸热和形成还原性气幕冷却保护氧气喷咀，成功开发了底吹氧气转炉炼钢技术，称之为OBM 法（Oxygen Bottom Blowing Maxhutfe）。与此同时，比利时，法国研制成功与OBM 相似的方法，法国命名为LMS法. ?1971年，美国钢铁公司引进了OBM法，1972年建设了3座200吨底吹氧气转炉，命名为Q-BOP法（Quiet-BOP）。此后，底吹转炉在欧洲、美国和日本又得到了进一步发展。

一、底吹氧气转炉结构特点

?炉身和炉底可差拆卸分开，不同吨位的炉子，在底吹上安装不同数目的吹氧喷咀，一般为6-22支。例如230t底吹氧气转炉有18-22个喷咀，150t有12-18个喷咀。

?喷咀在炉底上的布置，最常用的是炉底和喷咀垂直，而且与炉子转动轴对称。也有为了改善熔池搅拌，喷咀与炉底倾斜布置，而且与炉子转动轴不对称。

?喷咀冷却剂可根据当地的实际采用天然气、丙烷、丁烷等碳氢化合物。为了提高脱磷、脱硫效率，由喷咀内管吹氧的同时吹碳粉和萤石粉等造渣剂。根据不同的精炼目的，内管除吹氧外，还可吹氩或氮气。

?底吹氧气转炉设有顶吹氧气转炉那样的氧枪，不需要高厂房，这对生产率不高的平炉改为底吹氧气的转炉十分有利。

二、底吹氧气转炉炉内反应

?吹炼初期，铁水中[Si]、[Mn]优先氧化，但[Mn]的氧化只有30～40％，这与LD转炉吹炼初期有70％以上锰氧化不同。?吹炼中期，铁水中碳大量氧化，氧的脱碳利用率几乎100％，而且铁矿石、铁皮分解出来的氧，也被脱碳发应消耗了。这体现了底吹氧气转炉比顶吹氧气转炉具有熔池搅拌良好的特点。由于良好的熔池搅拌贯穿整个吹炼过程，所以渣中的（FeO）被[C]还原，渣中（FeO）含量低于LD转炉，铁合金收得率高。

吹炼过程中钢水成分的变化

吹炼过程中炉渣成分的变化

1 [C]-[O]平衡

?在钢水中[％C]>0.07时，底吹氧气转炉和顶吹氧气转炉的

[C]-[O]关系，都比较接近p CO=1atm，1600℃时[C]-[O]平衡关系，但当钢水中[％C]<0.07时，底吹氧气转炉内的[C]-[O]关系低于p CO=1atm时[C]-[O]平衡关系，这说明底吹氧气转炉和顶吹氧气转炉在相同的钢水含氧量下，与之相平衡的钢水含碳量，底吹转炉比顶吹转炉的要低。

吹炼终点[％C]和[％O]的关系图

2 锰的变化规律

?底吹氧气转炉熔池中[Mn]的变化有两个特点：（1）吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高；

（2）[Mn]的氧化发应几乎达到平衡。

底吹氧气转炉渣中（FeO）含量低于顶吹;

CO分压（约0.4atm）低于顶吹转炉的1atm;

喷咀上部的氧压高，Si气化为SiO并被石灰粉中CaO所固定，这样MnO的活度增大。

底吹转炉与顶吹转炉吹炼终点钢水残[Mn]和[C]的关系

钢水中[％Mn]的理论值和实际值的比较

3 铁的氧化和脱磷反应

?底吹氧气转炉渣中（FeO）含量低于顶吹氧气转炉，这样不仅限制了底吹氧气转炉不得不以吹炼低碳钢为主，而且也使脱磷反应比顶吹氧气转炉滞后进行，但渣中（FeO）含量低，金属的收得率就高。

Q-BOP和LD炉内渣中（FeO）

?在低碳范围内，底吹氧气转炉的脱磷并不逊色LD炉。其原因可归纳为在底吹喷咀上部气体中O2分压高，产生强制气化，P 生成PO（气），并被固体石灰粉迅速化合为3CaO.P2O5，具有LD 转炉所没有的比较强的脱磷能力。在LD转炉火点下生成的Fe2O3.P2O5则比较稳定，再还原速度缓慢，尤其是在低碳范围时，脱磷明显。

Q-BOP和LD转炉吹炼过程中[P]的变化

?为了提供底吹氧转炉高碳区的脱磷能力，通过炉底喷入铁矿石粉或返回渣和石灰粉的混合料，已取得明显的效果。

?可采用留渣法吹炼高磷铁水，将前炉炉渣留在炉内一部分，前期吹入石灰总量的35％左右，后期吹入65％左右造渣，中期不吹石灰粉。前期可脱去铁水含磷量的50％，吹炼末期的炉渣为CaO所饱和，供下炉吹炼用。

4 脱硫反应

?230t底吹转炉吹炼过程中，当熔池中的碳达到0.8％左右时，[S]达到最低值，说明吹炼初期固体CaO粉末有一定的直接脱硫能力。但随着炉渣氧化性的提高，熔池一定回硫，吹炼后期随着流动性的改善，熔池中[S]又降低。与顶吹相比，底吹氧转炉具有较强的脱硫能力，特别是炉渣碱度为2.5以上时表现得更明显。230t底吹氧转炉内渣钢间硫分配比与炉渣碱度的关系

5 钢中的[H]和[N]

?底吹氧转炉钢中[H]比顶吹转炉的高，其原因是底吹转炉用碳氢化合物作为冷却剂，分解出来的氢被钢水吸收。如某厂顶吹氧转炉钢水中平均含[H]量为 2.6ppm，而底吹氧转炉平均为4.5ppm。

吹炼终点[C]与[N]的关系

6 底吹转炉与顶吹转炉的比较

?铁收得率高；

?Fe-Mn、Al等合金消耗降低；

?脱氧剂和石灰降低；

?氧气耗降低；

?烟尘少，是顶吹的1/2～1/3，喷溅少；

?脱碳速度快，冶炼周期短，生产率高；

?废钢比增加；

?搅拌能力大，氮含量低。

底吹转炉所反映出来的缺点有：

炉龄较低；

∑FeO少，化渣比较困难，脱磷不如LD;

钢种[H]含量较高；

氧气消耗增加。

第四节顶底复合吹炼转炉炼钢法

?氧气转炉顶底复吹冶炼法可以说是顶吹转炉和底吹转炉冶炼技术不断发展的必然结果。1978年4月法国钢铁研究院(IRSID)在顶吹转炉上进行了底吹惰性气体搅拌的实验并获得成功，1979年4月日本住友金属发表了转炉复合吹炼的报告，从而加速了各国对LD转炉的改造.到1981年底，全世界采用复吹的转炉达81座。

?我国首钢及鞍钢分别在1980年和1981年开始进行复吹的实验研究，并于1983年分别在首钢30吨转炉及鞍钢180吨转炉上推广使用。

一、复吹转炉炼钢法的类型

?顶吹氧、底吹惰性气体的复吹工艺。其代表方法有LBE、LD-KG、LD-OTB、NK-CB、LD-AB等，底部供气强度在0.03～0.12m3/（t·min）。

?顶、底复合吹氧工艺。其代表方法有BSC-BAP、LD-OB、LD-HC、STB、STB-P等。顶部供氧比为60％～95％，底部供氧比为40％～5％，底部的供氧强度在0.2～2.5m3/（t·min）范围，属于强搅拌类型。

?底吹氧喷熔剂工艺。其典型代表有K-BOP。从顶吹转炉底部，通过底枪，在吹氧的同时，还可以喷吹石灰等熔剂，吹氧强度一般为0.8～1.3m3/（t·min），熔剂的喷入量取决于钢水脱磷、脱硫的量。

顶底复吹转炉示意图

二、底部供气元件的类型

底部供气元件是复吹技术的核心，目前有喷咀型、砖型和细金属管多孔塞型三类。它们都必须满足分散、细流、均匀、稳定的供气要求。

?喷咀供气元件有单管、双层套管、环缝管或双槽式等。单管式适用于喷吹Ar、N2等气体；双层套管式中心管通氧气，内外管间环缝通碳氢化合物保护介质，或者内管和环缝均温Ar、N2，CO2等相同介质；环缝管是将内管用泥料堵塞，环缝通气，最大限度地扩大了双层套管内外的压差。

?由于冷却介质流量不足、冷却过度、喷管堵塞和气流的“后坐”现象等，喷咀型供气元件有时存在烧结和结瘤现象，需要以冷却介质工艺参数方面加以改进。使用碳氢化合物作喷咀的冷却介质，在喷咀出口周围可以形成蘑茹头（炉渣与金属的凝结层，其中有放射气孔带）对喷咀有保护作用。蘑茹头大小取决于所吹气体的冷却能力及流量。

?砖型供气元件弥散型透气砖、砖缝组合型和直孔型透气砖三类。弥散型透气砖适于喷吹Ar，N2搅拌气体，气体阻力大，透气量小，不能喷吹氧化性气体；砖缝组合型供气阻力小，适用于喷吹惰性气体，但容易漏气而且各缝气流不均匀；直孔型透气阻力小而且气流分布较均匀，不容易漏气。

?多微管透气塞供气元件是钢管型与砖型供气元件两者的结合，微管直径早期为1.5mm左右，现增大到3-4mm。微管的合理排布方式是保证管上形成的蘑菇头连接起来，因此管距应在设定蘑菇头半径的2倍以内。

三、顶底复吹转炉内的反应

1、成渣速度

复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相比，熔池搅拌范围大，而且强烈，从底部喷入石灰粉造渣，成渣速度快。通过调节氧枪枪位化渣，加上底部气体的搅动，形成高碱度、流动性良好和一定氧化性的炉渣，需要的时间比顶吹转炉或底吹转炉的都短。2、渣中∑(FeO)含量

?顶底复吹转炉在吹炼过程中，渣中的∑(FeO)的变化规律和∑(FeO)含量与顶吹转炉、底吹转炉有所不同，这是它炉内反应的特点之一。

?从吹炼初期开始到中期逐渐降低，中期变化平稳，后期又稍有升高，其变化的曲线与顶吹转炉有某些相似之处。

复吹转炉中∑(FeO)的变化规律

就渣中∑(FeO)含量而言，顶吹转炉（LD）＞复吹转炉（LD/Q-BOP）＞底吹转炉（Q-BOP）。

1）从底部吹入的氧，生成的FeO在熔池的上升过程中被消耗掉；

2）有底吹气体搅拌，渣中∑(FeO)低，也能化渣，在操作中不需要高的∑(FeO)；

3）上部有顶枪吹氧，所以它的∑(FeO)含量比底吹氧气的还高。复吹、顶吹、底吹转炉渣中∑(FeO)的比较

3、钢水中的碳

?吹炼终点的[C]-[O]关系和脱碳反应不引发喷溅也是反映复吹转炉的冶金特点。

?复吹转炉钢水的脱碳速度高而且比较均匀，原因是从顶部吹入大部分氧，从底部吹入少量的氧，供氧比较均匀，脱碳反应也就比较均匀，使渣中∑(FeO)含量始终不高。在熔池底部生成的FeO 与[C]有更多的机会反应，FeO不易聚集，从而很少产生喷溅。?复吹转炉的[C]-[O]关系线低于顶吹转炉，比较接近底吹转炉的[C]-[O]关系线。在相同含碳量下，复吹转炉铁合金收得率高于顶吹转炉。

?底部吹入惰性气体后，钢水中[C]-[O]的关系线下移，原因是吹入熔池中的N2或Ar小气泡降低CO的分压，同时还为脱碳反应提供场所。因此，在相同含碳量的条件下，复吹转炉钢水中的含氧量低于顶吹。

复吹与顶吹、底吹转炉终点的[C]-[O]关系

吹惰性气体后对钢水中[C]和[O]的影响

4、钢水中的锰

顶底复吹转炉中∑(FeO)低，在吹炼初期，钢水中的[Mn]只有30%-40%被氧化，待温度升高后，在吹炼中期的后段时间，又开始回锰，所以出钢前钢水中的残锰较顶吹转炉高。

2.5吨复吹转炉、顶吹转炉和底吹转炉钢水中[Mn]的变化

5、钢水中的磷

从炉底部吹入的氧气，可与金属液反应生成FeO，FeO与[P]反应，也有可能氧直接氧化金属液中的[P]生成P2O5。从反应的动力学看，强有力的熔池搅拌有利于脱磷，在吹炼初期，脱磷率可达40%-60%，以后保持一段平稳时间，吹炼后期，脱磷又加快。复吹转炉磷的分配系数相当于底吹转炉，而比顶吹高得多。

6、钢水中的硫

顶底复吹转炉脱硫条件较好，原因有四个方面：

?底部喷石灰粉、顶吹氧，能及早形成较高碱度的炉渣；

?渣中∑(FeO)比顶吹低；

?底部喷石灰粉，有利于改善脱硫动力学条件；

?熔池搅拌好，反应界面大，也有利于改善脱硫反应动力学条件。?顶底复吹转炉石灰单耗低，渣量少，铁合金单耗相当于底吹转炉，氧耗介于顶吹与底吹之间。顶底复吹转炉能形成高碱度氧化性炉渣，提前脱磷，直接拉碳，生产低碳钢种，对吹炼中、高磷铁水有很大的适应性。

四、顶底复合吹炼转炉少渣冶炼

?铁水经预脱硅、预脱磷和预脱硫处理后，为转炉提供低硅、低磷和低硫的铁水，这样就可以不大量造渣，简化转炉操作，转炉内只进行脱碳和升温操作。这就是转炉少渣冶炼的基本含义。?1979年，新日铁室兰厂开发了脱硅铁水在转炉内的小渣量冶炼法，即SMP法（Slag Minimizing Process）。

?新日铁君津厂于1982年投产了采用石灰熔剂脱磷、脱硫预处理的ORP法（Optimizing the Refining Process）法。

?同年，日本住友金属也投产采用了苏打粉进行铁水预处理的SARP法（Sumitomo Alkali Refining Process）。

?1983年，神户制钢开发了石灰和苏打粉联合预处理铁水的OLTPS法。由此，开创了转炉少渣冶炼的发展历程，并逐渐完善形成了当今的转炉生产中的先进工艺流程。

复吹转炉少渣冶炼的冶金特性：

?还原性功能。吹入的锰矿粉，可利用渣量少，∑(FeO)低，熔池温度高的特点，使MnO直接还原，回收锰矿中的Mn，从而提高钢液中锰含量。

?钢中的氢明显减少。由于散装料及铁合金消耗量减少，少渣精炼时钢水和炉渣的氢含量明显减少

?铁损明显减少。由于渣量减少，渣带走的铁损明显减少。

第五章电炉炼钢冶炼工艺

第一节电炉冶炼操作方法

操作方法一般是按造渣工艺特点来划分的，有单渣氧化法、单渣还原法、双渣还原法与双渣氧化法，目前普遍采用后两种。

1）双渣还原法

又称返回吹氧法，其特点是冶炼过程中有较短的氧化期（≤10min），造氧化渣，又造还原渣，能吹氧脱碳，去气、夹杂。但由于该种方法脱磷较难，故要求炉料应由含低磷的返回废钢组成。

由于它采取了小脱碳量、短氧化期，不但能去除有害元素，还可以回收返回废钢中大量的合金元素。因此，此法适合冶炼不锈钢、高速钢等含Cr、W高的钢种。

2）双渣氧化法

又称氧化法，它的特点是冶炼过程有正常的氧化期，能脱碳、脱磷，去气、夹杂，对炉料也无特殊要求；还有还原期，可以冶炼高质量钢。

目前，几乎所有的钢种都可以用氧化法冶炼，以下主要介绍氧化法冶炼工艺。

传统氧化法冶炼工艺是电炉炼钢法的基础。

其操作过程分为：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢六个阶段。因主要由熔化、氧化、还原期组成，俗称老三期。

一、补炉

1）影响炉衬寿命的“三要素”

?炉衬的种类、性质和质量；

?高温电弧辐射和熔渣的化学浸蚀；

?吹氧操作与渣、钢等机械冲刷以及装料的冲击。

2）补炉部位

炉衬各部位的工作条件不同,损坏情况也不一样。炉衬损坏的主要部位如下：

?炉壁渣线受到高温电弧的辐射，渣、钢的化学侵蚀与机械冲刷，以及吹氧操作等损坏严重；

?渣线热点区尤其2＃热点区还受到电弧功率大、偏弧等影响侵蚀严重，该点的损坏程度常常成为换炉的依据；

?出钢口附近因受渣钢的冲刷也极易减薄；?炉门两侧常受急冷急热的作用、流渣的冲刷及操作与工具的碰撞等损坏也比较严重。

槽出钢电炉炉衬情况

EBT电炉炉衬情况

3）补炉方法

补炉方法分为人工投补和机械喷补，根据选用材料的混合方式不同，又分为干补和湿补两种。

目前，在大型电炉上多采用机械喷补，机械喷补设备有炉门喷补机、炉内旋转补炉机，机械喷补补炉速度快、效果好。

补炉的原则是：高温、快补、薄补。

4）补炉材料

机械喷补材料主要用镁砂、白云石或两者的混合物，并掺入磷酸盐或硅酸盐等粘结剂。

二、装料

目前，广泛采用炉顶料罐（或叫料篮、料筐）装料，每炉钢的炉料分1～3次加入。装料的好坏影响炉衬寿命、冶炼时间、电耗、电极消耗以及合金元素的烧损等。因此，要求合理装料，这主要取决于炉料在料罐中的布料合理与否。

现场布料（装料）经验：下致密、上疏松、中间高、四周低、炉门口无大料，穿井快、不搭桥，熔化快、效率高。

三、熔化期

传统冶炼工艺的熔化期占整个冶炼时间的50%～70%，电耗占70%～80%。因此熔化期的长短影响生产率和电耗，熔化期的操作影响氧化期、还原期的顺利与否。

（1）熔化期的主要任务

?将块状的固体炉料快速熔化，并加热到氧化温度；

?提前造渣，早期去磷，减少钢液吸气与挥发。

（2）熔化期的操作

合理供电，及时吹氧，提前造渣。

1）炉料熔化过程及供电

装料完毕即可通电熔化。炉料熔化过程图，基本可

分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。?点（起）弧期

从送电起弧至电极端部下降到深度为d电极为点弧期。

此期电流不稳定，电弧在炉顶附近燃烧辐射，二次电压越高，电弧越长，对炉顶辐射越厉害，并且热量损失也越多。

为保护炉顶，在炉上部布一些轻薄料，以便让电极快速进入料中，减少电弧对炉顶的辐射。

供电上采用较低电压、较低电流。

?穿井期

点弧结束至电极端部下降到炉底为穿井期。

此期虽然电弧被炉料所遮蔽，但因不断出现塌料现象，电弧燃烧不稳定。

注意保护炉底，办法是：加料前采取外加石灰垫底，炉中部布置大、重废钢以及合理的炉型。

供电上采取较大的二次电压、较大电流，以增加穿井的直

径与穿井的速度。

?主熔化期

电极下降至炉底后开始回升时，主熔化期开始。随着炉料不断的熔化，电极渐渐上升，至炉料基本熔化，仅炉坡、渣线附近存在少量炉料，电弧开始暴露时主熔化期结束。

主熔化期由于电弧埋入炉料中，电弧稳定、热效率高、传热条件好，故应以最大功率供电，即采用最高电压、最大电流供电。

主熔化期时间占整个熔化期的70％以上。

?熔末升温期

电弧开始暴露给炉壁至炉料全部熔化为熔末升温期。

此阶段因炉壁暴露，尤其是炉壁热点区的暴露受到电弧的强烈辐射。

应注意保护炉壁，即提前造好泡沫渣进行埋弧操作，否则应采取低电压、大电流供电。

各阶段熔化与供电情况见下表。

典型的供电曲线如下图。

炉料熔化过程与操作

典型的供电曲线

2）及时吹氧与元素氧化

熔化期吹氧助熔，初期以切割为主，当炉料基本熔化形成熔池时，则以向钢液中吹氧为主。

吹氧是利用元素氧化热加速炉料熔化。当固体料发红（～900℃）开始吹氧最为合适，吹氧过早浪费氧气，过迟延长熔化时间。

一般情况下，熔化期钢中的Si、Al、Ti、V等几乎全部氧化，Mn、Ｐ氧化40%～50%，这与渣的碱度和氧化性等有关；而在吹氧时Ｃ氧化10%～30%、Fe氧化2%～3%。

3）提前造渣

用2%～3%石灰垫炉底或利用前炉留下的钢、渣，实现提前造渣。这样在熔池形成的同时就有炉渣覆盖，使电弧稳定，有利于炉料的熔化与升温，并可减少热损失，防止吸气和金属的挥发。

由于初期渣具有一定的氧化性和较高的碱度，可脱除一部分磷；当磷高时，可采取自动流渣、换新渣操作，脱磷效果更好，这样为氧化期创造条件。

为什么？脱磷反应与脱磷条件：

脱磷反应与脱磷条件：

脱磷反应：

2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)＋5［Fe］, △H＜0

分析：反应是在渣-钢界面上进行，是放热反应。

脱磷反应的条件：

?高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；

?高氧化性，造高氧化性渣，增加渣中氧化铁；

?低温，抓紧在熔化期进行；

?大渣量（适当大），采取流渣造新渣。

电炉脱磷操作：

实际电炉脱磷操作正是通过提前造高碱度、高氧化性炉渣，并采用流渣、造新渣的操作等，抓紧在熔化期基本完成脱磷任务。

（3）缩短熔化期的措施

?减少热停工时间，如提高机械化、自动化程度，减少装料次数与时间等；

?强化用氧，如吹氧助熔、氧-燃助熔，实现废钢同步熔化，提高废钢熔化速度；

?提高变压器输入功率，加快废钢熔化速度；

?废钢预热，利用电炉冶炼过程产生的高温废气进行废钢预热等。

四、氧化期

氧化期是氧化法冶炼的主要过程，能够去除钢中的磷、气体和夹杂物。

当废钢料完全熔化，并达到氧化温度，磷脱除70％～80%以上进入氧化期。为保证冶金反应的进行，氧化开始温度高于钢液熔点50～80℃。

（1）氧化期的主要任务

?继续脱磷到要求——脱磷；

?脱碳至规格下限——脱碳；

?去除气、去夹杂——二去；

?提高钢液温度——升温。

（2）氧化期操作

1）造渣与脱磷

传统冶炼方法中氧化期还要继续脱磷，由脱磷反应式可以看出：在氧化前期（低温），造好高氧化性、高碱度和流动性良好的炉渣，并及时流渣、换新渣，实现快速脱磷是可行的。

2［P］＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)＋5［Fe］

△H＜0

2）氧化与脱碳

近些年，强化用氧实践表明：除非钢中磷含量特别高需要采用碎矿（或氧化铁皮）造高氧化性炉渣外，均采用吹氧氧化，尤其当脱磷任务不重时，通过强化吹氧氧化钢液降低钢中碳含量。

降（脱）碳是电炉炼钢重要任务之一，然而脱碳反应的作用不仅仅是为了降碳，脱碳反应的作用？

脱碳反应的作用如下：

?降低钢中的碳，利用碳-氧反应（Ｃ＋Ｏ

2→CO）这个手段，来

达到以下目的；

?搅动熔池，加速反应，均匀成分、温度；

?去除钢中气体与夹杂。

实际上，电炉就是通过高配碳，利用吹氧脱碳这一手段，来达到加速反应，均匀成分、温度，去除气体和夹杂的目的。

脱碳反应与脱碳条件：

[C]＋[O] =CO↑, △H CO＝－0.24kcal=－22kJ＜0

分析：该反应是在钢中进行，是放热反应。?高氧化性，加强供氧，使［％O］实际＞［％Ｏ］平衡。

?高温，加速Ｃ-Ｏ间的扩散（由于脱碳反应是“弱”放热反应，温度影响不大（热力学温度），但从动力学角度，温度升高改善动力学条件，加速Ｃ-Ｏ间的扩散，故高温有利脱碳的进行）。

?降低P CO，如充惰性气体（AOD），抽气与真空处理（VD、VOD）等均有利于脱碳反应。

3）气体与夹杂物的去除

电炉炼钢过程气体与夹杂的去除是在那个阶段，怎么进行的？

去气、去夹杂是在电炉氧化期的脱碳阶段进行的。它是借助碳-氧反应、一氧化碳气泡的上浮，使熔池产生激烈沸腾，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。

去气、去夹杂的机理？

去气、去夹杂的机理：

?Ｃ-Ｏ反应生成CO使熔池沸腾；

?CO气泡对N2、H2等来说，P N2、P H2分压为零，N2、H2极易并到CO气泡中，长大排除；

?Ｃ-Ｏ反应，易使2FeO·SiO2、2FeO·Al2O3及2FeO·TiO2等氧化物夹杂聚合长大而上浮；

?CO上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除。

为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一定的激烈沸腾时间。

4）氧化期的温度控制

氧化期的温度控制要兼顾脱磷与脱碳二者的需要，并优先去磷。在氧化前期应适当控制升温速度，待磷达到要求后再放手提温。

一般要求氧化末期的温度略高于出钢温度20～30℃，以弥补扒渣、造新渣以及加合金造成的钢液降温，见图。

当钢液的温度、磷、碳等符合要求，扒除氧化渣、造稀薄渣进入还原期。

金属料（固/液体）升温曲线

五、还原期

传统电炉冶炼工艺中，还原期的存在显示了电炉炼钢的特点。而现代电炉冶炼工艺的主要差别是将还原期移至炉外进行。

（1）还原期的主要任务

?脱氧至要求——脱氧；

?脱硫至一定值——脱硫；

?调整成分——合金化；

?调整温度——调温。

其中：脱氧是核心，温度是条件，造渣是保证。

1）脱氧方法

～有沉淀脱氧、扩散脱氧及综合脱氧法。

电炉炼钢采用沉淀脱氧法与扩散脱氧法交替进行的综合脱氧法，即氧化末、还原前用沉淀脱氧—预脱氧，还原期用扩散脱氧，出钢前用沉淀脱氧—终脱氧。

其中沉淀脱氧反应式：

x[M]块＋y[O]＝(M x O y) ↑

?沉淀脱氧是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧。?常用的脱氧剂有：Fe-Mn、Fe-Si、Al、V和复合脱氧剂Mn-Si、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。

?该法的特点：操作简单，脱氧迅速；脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）。

扩散脱氧反应式：

x(M)粉+y(FeO)＝(M x O y)+y[Fe]

[FeO] →(FeO)

?扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧。

?粉状脱氧剂有：C 、Fe-Si、Ca-Si、CaC、Al粉等。

?与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；脱氧速度慢，时间长。此法常用在电炉还原期稀薄渣形成后。

2）脱硫反应及脱硫条件

[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO），△H＞0

分析：该反应是在渣-钢界面上进行的，为一吸热反应。

?高碱度，造高碱度渣，增加渣中氧化钙；

?强还原气分（或低氧化性），造还原性渣，减少渣中的氧化铁；?高温，同时高温改善渣的流动性；

?大渣量（适当大），充分搅拌增加渣-钢接触。

由于电炉还原期或精炼炉精炼期的还原气分强烈，(FeO)＜0.5%～1.0%，对脱硫特别有利。

（2）还原操作——脱氧操作

电炉常用综合脱氧法，其还原操作以脱氧为核心.

1）当钢液的T、P、C符合要求，扒渣＞95％；

2）加Fe-Mn、Fe-Si块等预脱氧（沉淀脱氧）；

3）加石灰、萤石、火砖块，造稀薄渣；

4）还原，加C粉、Fe-Si粉等脱氧（扩散脱氧），分3～5批，7～10min／批；

5）搅拌，取样、测温；

6）调整成分——合金化；

7）加Al或Ca-Si块等终脱氧（沉淀脱氧）；

8）出钢

（3）温度的控制

考虑到出钢到浇注过程中的温度损失，出钢温度应比钢的熔点高出100～140℃。由于氧化期末控制钢液温度大于出钢温度20～30℃以上，所以扒渣后还原期的温度控制，总的来说是保温过程。若还原期大幅度升温，则造成：钢液吸气严重、高温电弧加重对炉衬的侵蚀及局部钢水过热。为此，应避免还原期“后升温”操作。

六、出钢

传统电炉冶炼工艺，钢液经氧化、还原后，当化学成分合格，温度符合要求，钢液脱氧良好，炉渣碱度与流动性合适时即可出钢。

因出钢过程的渣-钢接触可进一步脱氧与脱硫，故要求采取“大口、深冲、渣-钢混合”的出钢方式。

传统电炉老三期冶炼工艺操作集熔化、精炼和合金化于一炉，包括熔化期、氧化期和还原期，在炉内既要完成废钢的熔化，钢液的升温，钢液的脱磷、脱碳、去气、去除夹杂物，又要进行钢液的脱氧、脱硫，以及温度、成分的调整，因而冶炼周期很长。

这既难以保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电炉生产率的提高。

七、钢液的合金化

炼钢过程中调整钢液合金成分的操作称为合金化，它包括电炉过程钢液的合金化及精炼过程后期钢液的合金成分微调。

传统电炉冶炼工艺的合金化一般是在氧化末、还原初进行预合金化，在还原末、出钢前或出钢过程进行合金成分微调。

而现代电炉炼钢合金化一般是在出钢过程中在钢包内完成，出钢时钢包中合金化为预合金化，精确的合金成分调整最终是在精炼炉内完成的。

合金化操作

～主要指合金加入的时间、加入的数量及加入的方式。

1）合金加入时间

总的原则是：熔点高，不易氧化的元素可早加；熔点低，易氧化的元素晚加。

合金化操作具体原则：

A）易氧化的元素后加原则：

?不易氧化的元素，可在装料时、氧化期或还原期加入，如Ni、Co、Mo，W等；

?较易氧化的元素，一般在还原初期加入，如P、Cr、Mn等；容易氧化的元素一般在还原末期加入，即在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入，如V、Nb、Si、Ti、Al、B、稀土元素（La、Ce等）。

为提高易氧化元素的收得率，许多工厂在出钢过程中加入稀土元素、钛铁等，有时稀土元素还在浇注的过程中加入。

B）比重大的加强搅拌原则：

熔点高的、比重大的铁合金，加入后应加强搅拌。如钨铁的密度大、熔点高，沉于炉底，其块度应小些。

C）便宜的先加原则：

在许可的条件下，优先使用便宜的高碳铁合金，然后再考虑使用中碳铁合金或低碳铁合金。

D）贵重的控制下限原则：

贵重的铁合金应尽量控制在中下限，以降低钢的成本。如冶炼W18Cr4V时（W 17%～19%），每少加1%的W，可节约15kg/t钨铁。

此外，脱氧操作和合金化操作也不能截然分开。一般说来，作为脱氧的元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强的，而且比较贵重的合金元素，应在钢液脱氧良好的情况下加入。

八、废钢预热节能技术

1）概述

2）废钢预热法的分类

3）料罐式废钢预热法

4）双壳电弧炉预热法

5）竖窑式电炉预热法

6）炉料连续预热法

1）概述

当电炉采用超高功率化与强化用氧技术，使废气量大大增加，废气温度高达1200℃以上，废气带走的热量占总热量支出的15%～20% ，折合成电能相当于80～120kWh/t。

为了降低能耗、回收能量，在废钢熔炼前，利用电炉产生的高温废气进行废钢预热，节能效果明显。

到目前为止，世界范围废钢预热方法主要有料罐预热法、双壳电炉法、竖窑电炉法以及炉料连续预热法等等。2）废钢预热法的分类

按其结构类型分为：?分体式与一体式，即预热与熔炼是分还是合；

?分批预热式与连续预热式。

按使用的热源分为：

?外加热源预热——燃料烧咀预热；

?利用电炉排出的高温废气预热。

3）料罐式废钢预热

世界上第一套料罐式废钢预热装置是日本于1980年用在50吨电炉上，次年又将这种废钢预热装置用在100吨电炉上。之后，在不到10年的时间里，日本就有接近50套废钢预热装置投入运行。

料罐式废钢预热装置及其工作原理，见图。

料篮式废钢预热装置示意图

料罐预热法的工作原理及预热效果：

电炉产生的高温废气（～1200℃）由第四孔水冷烟道经燃烧室后进入装有废钢的预热室内进行预热。废气进入预热室的温度一般为700～800℃，排出时为150～200℃，每罐料预热30～40min，可使废钢预热至200～250℃。每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。

料罐预热法能回收废气带走热量的20%～30%，可节电20～30kWh／t，同时，节约电极、提高生产率。

料罐预热法的问题及改进措施：

该种废钢预热存在的主要问题：

①产生白烟、臭气新的公害；

②高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；

③预热温度低，废钢装料过程温降大等。

迫于这些问题采取了再循环方式、加压方式、多段预热方式、喷雾冷却方式以及后燃方式等措施对付白烟与臭气；采取水冷料罐以及限制预热时间、温度等措施来提高料罐的寿命。

但是，结果表明不理想，而且这些措施均使原本废钢预热温度就不高（废钢入炉前温降大，降至100～150℃）的情况进一步恶化，综合效益甚微。

这些问题的存在，使得该项技术受到挑战，一些钢厂干脆停止了使用。这就促使欧、美和日本积极开发新的废钢预热工艺，提高利用电炉产生的高温废气预热废钢的效率，节约能源、提高生产率、降低成本以及改善环境。

4）双壳电炉法

双壳电炉法早在二十世纪70年代双壳炉就存在，但它是外加热源（氧-燃烧咀）预热；而新式双壳炉是利用电炉产生的高温废气进行预热的。

新式双壳炉具有一套供电系统、两个炉体，即“一电双炉”。一套电极升降装置交替对两个炉体进行供热熔化废钢，双壳炉运行与工作原理图。

双壳炉的工作原理：

当熔化炉1#进行熔化时，所产生的高温废气由炉顶排烟孔经燃烧室后进入预热炉2#中进行预热废钢，预热（热交换）后的废气由出钢箱顶部排出、冷却与除尘。每炉钢的第一篮（约60%）废钢可以得到预热。

双壳炉的主要优点：

①提高变压器的时间利用率，由70%提高到80%以上；

②缩短冶炼时间，提高生产率10%～15%；

③可回收废气带走热量的30%以上，节电40～50kWh/t。

5）竖窑式电炉(shaft furnace)

竖炉的结构：

竖炉炉体为椭圆形，在炉体相当炉顶第四孔（直流炉为第二孔）的位置配置一竖窑烟道，并与熔化室连通。

在竖窑烟道的下部与熔化室之间有一水冷活动托架（指形阀——也叫手指式竖炉），将竖炉与熔化室隔开，废钢分批加入竖窑中，废钢经预热后，打开托架加入炉中，可实现100%废钢预热，竖炉运行与工作原理图。

竖炉的结构示意图

竖炉的工作原理

竖炉的工作原理：

新开炉的第一篮废钢直接加入炉中，余下的由受料斗加入竖窑中。送电熔化时，炉中产生的高温废气1200～1600℃，直接对竖窑中废钢料进行预热。

当炉膛中的废钢基本熔化后，竖窑中废钢温度经预热温度高达600～700℃时，打开托架将预热好的废钢加入高温炉膛中。随后关闭托架，再由受料斗将废钢加入竖窑中进行预热。周而复始，使废钢料分批、分期地，100%地进行预热。

出钢时，炉盖与竖窑一起提升800mm左右、炉体倾动，

由偏位底出钢口出钢。

竖炉（手指式竖炉）的主要优点：

?节能效果明显，可回收废气带走热量的60% ～70%，节电60～80 kWh/t；

?提高生产率15%以上；

?减少环境污染；

?与其它预热法相比，还具有占地面积小、投资省等优点。

竖炉同样有交流、直流，单壳、双壳之分。

6）炉料连续预热电炉

就其综合效果来说该种预热法最有发展前途。手指式竖炉实现炉料半连续预热，而炉料连续预热电炉，实现炉料连续

第六章炉外处理

第一节炉外处理的概况

一、现代炼钢流程

高炉——铁水预处理——转炉——钢水二次精炼——连铸

电炉——钢水二次精炼——连铸

其中钢水二次精炼与铁水预处理在这里我们统称为炉外处理。

二、炉外处理技术与目的

炉外处理技术是在初炼炉（转炉、电炉）以外的钢包或专用容器中，对金属液（铁水或钢液）进行炉外处理的精炼方法。

炉外处理的主要目的：

?铁水预处理：脱硫、脱硅及同时脱磷—脱硫；

?钢水二次精炼：脱碳、脱气（H、N、CO）、脱氧、脱硫、去除夹杂物、控制夹杂物的形态、调整成分及温度等等。

第二节炉外处理的基本手段

为了创造最佳的冶金反应条件，所采用的基本手段不外乎搅拌、真空、加热、渣洗、喷吹及喂丝等几种。当前各种炉外精炼方法也都是这些基本手段的不同组合。

一、搅拌

对反应器中的金属液进行搅拌，是炉外精炼的最基本、最重要的手段。它是采取某种措施给金属液提供动能，促使它在精炼反应器中对流运动。

搅拌可改善冶金反应动力学条件，强化反应体系的传质和传热，加速冶金反应，均匀钢液成分和温度，有利于夹杂物聚合长大和上浮排除。

1、气体搅拌

底吹氩

底吹氩是通过安装在钢包底部一定位置的透气砖吹入氩气。

优点：均匀钢水温度、成分和去除夹杂物的效果好，设备简单，操作灵便，不需占用固定操作场地，可在出钢过程或运输途中吹氩。还可与其它技术配套组成新的炉外精炼方式。

缺点：透气砖有时易堵塞，与钢包寿命不同步。

典型的底吹氩气泡行为图

顶吹氩

顶吹氩是通过吹氩枪从钢包上部浸入钢水进行吹氩搅拌。

要求设立固定吹氩站，该方法操作稳定也可喷吹粉剂。但顶吹氩搅拌效果不如底吹氩好。

吹氩搅拌对金属液所作的功

◆氩气在出口处因温度升高产生的体积膨胀功W t

◆氩气在金属液中因浮力所做的功W b

◆氩气从出口前的压力降至出口压力时的膨胀功W p

◆氩气吹入时的动能W e

从它们的计算值比较可知，W t和W b较大，而W p和W e较小，可忽略。

2、电磁搅拌

对钢水施加一个交变磁场，当磁场以一定速度切割钢液时，会产生感应电势，这个电势可在钢液中产生感应电流J，载流钢液与磁场的相互作用产生电磁力f，从而驱动钢液运动，达到搅拌钢液的目的。

电磁搅拌能主要决定于磁场强度。而要增大磁场强度，必须增大输入感应线圈中的电流。

常用的电磁搅拌装置的感应方式:

?基于异步电机原理的旋转搅拌

?基于同步电机原理的直线搅拌3、循环搅拌

典型的循环搅拌: RH、DH。又称吸吐搅拌。

在RH精炼中，钢包内的搅拌是由真空室内钢液注流进入钢包中引起的。其搅拌能为注入钢液的动能：

二、真空

当反应生成物为气体时，通过减小反应体系的压力—抽真空，可以使反应向着生成气态物质的方向移动。因此，在真空下，钢液将进一步脱气、脱碳及脱氧。

向钢液中吹入氩气，从钢液中上浮的每个小气泡都相当一个“小真空室”，气泡内的H2、N2及CO等分压接近于零，钢中的[H]、[N]以及碳氧反应产物CO将向小气泡中扩散并随之上浮排除。因此，吹氩对钢液具有“气洗”作用。

采用专门的真空装置，将钢液置于真空环境中精炼，可以降低钢中气体、碳及氧含量。

三、添加精炼剂

炉外精炼中金属液的精炼剂一类为以钙的化合物（CaO或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。

将这些精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧、去除夹杂物、夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。

添加方法:合成渣洗法、喷吹法和喂线法。

渣洗法是在出钢时利用钢流的冲击作用使钢包中的合成渣与钢液混合，精炼钢液。

喷吹法是用载气（Ar）将精炼粉剂流态化，形成气固两相流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部。由于精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大大增加。因此，可以显著提高精炼效果。

喂丝法是将易氧化、比重轻的合金元素置于低碳钢包芯线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。

优点：

◆可防止易氧化的元素被空气和钢液面上的顶渣氧化，准确控制合金元素添加数量，提高和稳定合金元素的利用率；

◆添加过程无喷溅，避免了钢液再氧化；

◆精炼过程温降小；

◆设备投资少；

◆处理成本低。

四、加热

钢液在进行炉外精炼时，有热量损失，会造成温度下降。若炉外精炼方法具有加热升温功能，可避免高温出钢和保证钢液正常浇铸，增加炉外精炼工艺的灵活性，在精炼剂用量，钢液处理最终温度和处理时间均可自由选择，以获得最佳的精炼效果。

常用的加热方法有电加热和化学加热。

电加热是将电能转变成热能来加热钢液的。这种加热方式主要有电弧加热和感应加热。

化学加热是利用放热反应产生的化学热来加热钢液的。常用的方法有硅热法、铝热法和CO二次燃烧法。化学加热需吹入氧气，与硅、铝、CO反应，才能产生热量。

第三节铁水预处理技术

铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。

铁水预处理分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两类。

普通铁水预处理包括铁水脱硅、脱硫和脱磷（即“三脱”）。特殊铁水预处理是针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提钒、提铌、提钨等。

我国铁水预处理起步较晚，但近年来发展很快，宝钢、太钢等分别建成了“三脱”预处理设备，鞍钢、武钢等多家企业都建成了铁水预脱硫、预脱磷设备。

一、铁水预脱硅

铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。

铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱磷过程加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。

高炉出铁沟脱硅

铁水罐中喷射脱硅剂脱硅

“两段式”脱硅法

当铁水含硅量低于0.4%时，可采用铁水沟脱硅法。当硅含量大于0.4%时，脱硅剂用量增大，泡沫渣严重，适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段法。

若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱硅法，利用挡渣器分离渣

铁。

二、铁水预脱硫

1、铁水预脱硫的意义

铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性好的元素，能够大大提高硫的活度系数，在使用不同类型的脱硫剂，特别是强脱硫剂如钙、镁、稀土等金属及其合金时，硫很容易就能脱到很低水平。

对炼钢来说，铁水炉外脱硫能减轻负担、简化操作和提高炼钢生产率。可减少渣量和提高金属收得率，并为转炉冶炼品种钢创造条件。

在铁水预处理温度下，硫元素的稳定状态是气态（硫的沸点为445℃），但在有金属液和熔渣的情况下，硫能溶解在金属液和熔渣中。

硫在铁液中的溶解度很高，在铁水温度下能同很多金属和非金属元素结合成气、液相化合物。

各种脱硫方法的实质都是将溶解在金属液中的硫转变为在金属液中不溶解的相，进入熔渣或经熔渣再从气相逸出。

目前，生产中常用的脱硫剂有石灰（CaO）、碳化钙（CaC2）、苏打（Na2CO3）、金属镁、钙以及由他们组成的各种复合脱硫剂。碱性渣脱硫

按熔渣的离子理论，强化碱性渣脱硫能力的热力学条件是：提高熔渣的碱度，降低脱硫体系中的氧势，提高脱硫温度。

三、铁水预脱磷

随着用户对高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性能钢种需求量的不断增加和质量要求的日益严格，世界各国都在努力降低钢中磷含量。

为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢，也要求铁水磷含量小于0.015%。

铁水中的磷首先氧化成P2O5，然后与强碱性氧化物结合成稳定的磷酸盐而去除。

在铁水预脱磷过程中，首先要有适当的氧化剂将溶解于铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化的磷牢固地结合在炉渣中。

◆在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷

◆在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷

◆在专用转炉内进行铁水预脱磷

与鱼雷罐车内或铁水包内进行的铁水预处理脱磷相比，在转炉内进行铁水脱磷预处理的优点是转炉的容积大、反应速度快、效率高、可节省造渣剂的用量，吹氧量较大时也不易发生严重的溢渣现象，有利于生产超低磷钢，尤其是中高碳的超低磷钢。

四、铁水同时脱硫脱磷

在氧化性条件下，渣铁间的磷硫分配比可表示为：

SARP生产工艺流程图

五、钢水的二次精炼

时间可追朔到1933年法国的佩兰（R.Perrin）应用高碱度合成渣，对钢液进行“渣洗脱硫”，这应该属于二次精炼的前身——炉外处理。

作为钢水的二次精炼，始于1952年真空铸锭法，其后，相继开发出DH、RH、LVD、ASEA-SKF、VAD、LF法等等。

目前，经炉外精炼的普通钢已超过总钢产量的80％，特殊钢的炉外精炼比已超过95％。而且出现大量炉外精炼比达到100％的车间。

2、传统炼钢存在的问题

1）电炉的还原期钢液吸气严重

电炉的还原期为吸气过程，使钢中气体增加，影响钢的质量。对于防止大断面合金结构钢和大锻件钢最敏感的缺陷—白点来说，要求把钢中的氢降低到2.5～3.0ppm以下。

这在电炉冶炼的氧化期，经过激烈而均匀的碳-氧沸腾是完全可以达到的。但是，紧接着的还原期，却又使钢中的氢回升到5～7ppm，而出钢、浇注后则几乎回复到熔清时的水平。

2）出钢、浇注过程钢液二次氧化严重

电炉氧化期脱碳过程夹杂物的去除，还原期的脱氧及其夹杂物的上浮均比较彻底。但在出钢、浇注过程中，由于钢液与大气接触，气体及[O]急剧升高，影响钢的质量。在出钢过程中，如果钢液与大气接触达到平衡的话，[O]就会回复到脱氧前的水平（100～200ppm），给浇注带来恶劣的后果。

3）电炉还原期的变压器利用率非常低

电炉的还原期钢液基本上处于保温与调温的状态，因而电炉的还原过程需要的电功率很低（仅为变压器额定功率的1/3～1/6），而且时间很长（约1/3），使变压器利用率非常低，而且生产率低、成本高。

尤其超高功率电炉技术的出现，高功率、强化用氧使废钢迅速熔化、氧化，但钢液的还原仍然要在低功率、长时间下运行，这大大降低了超高功率电炉的功率利用率，显然这是不合理的。

4）电炉炼钢的品种受限制

科技对钢材质量日益苛刻的要求：如纯净度高，各向异性小，合金成分范围窄等方面。其中对钢的纯净度要求，即钢中C、S、P、T.O、N、H杂质总量达到l00ppm。如此低的杂质含量，用传统电炉炼钢方法根本达不到的。对于有些超低C、S、N等纯净钢种也不能冶炼。

另外，生产低碳高铬不锈钢时，铬的烧损严重、炉体寿命低等，使得炼钢成本大为提高。

5）转炉炼钢法去硫困难

传统的炼钢方法中，转炉炼钢法钢中的气体含量低，但存在炼钢过程去硫困难，对铁水中的硫等要求特别严格（常要求铁水进行炉外处理），以及出钢沉淀脱氧，钢中夹杂物多，使得所炼钢种受到限制。

当超高功率电炉出现发挥了炉外精炼的作用，就超高功率电炉本身来说也只有与炉外精炼相配合，才能获得高效、节能，创造更大的利润。

3、钢水炉外精炼的优越性

正是由于以上诸多原因，使得传统的炼钢法受到挑战，促使电炉功能分化。尤其是超高功率电炉很“自然地”与炉外精炼相配合。炼钢炉（初炼炉）配炉外精炼的优越性如下：

1）缩短冶炼时间，提高生产率

电炉为初炼炉时，提高生产率的效果最显著，因取消电炉的还原期，甚至部分氧化期，故提高电炉的生产率。

一般可以提高电炉生产率25％左右。若与超高功率电炉相配合，则可提高超高功率电炉生产率50%～100 % 。

2）改善钢质量、扩大品种

炼钢炉与炉外精炼配合能生产出气体含量低、夹杂物含量少的纯净钢。扩大生产的钢种，尤其是转炉在生产的钢种上可以与电炉竞争。

3）调节炼-浇节奏，实现多炉连浇

在炼钢设备与连铸机之间设置的具备保持和调温的缓冲设备—炉外精炼炉，则可显著地改善炼钢设备和连铸机的配合，实现多炉连浇，降低生产成本。

4）降低生产成本

提高生产率、改善钢的质量、扩大品种及实现多炉连浇都可以降低产品成本。

此外，某些炉外精炼法允许初炼炉使用一些质量较差，或价格便宜的原材料。如采用VOD或AOD生产超低碳不锈钢，就允许初炼炉的炉料中配用高比例的同类钢种的返回钢或碳素铬铁，从而显著地降低原材料的费用。

4、钢水炉外精炼方法

方法多达几十种，从精炼方法上分为：

?渣洗精炼法

?真空精炼法

?非真空精炼法

?喷射冶金及合金特殊填加法。

从有无补偿加热装置分为：

?钢包处理型

?钢包精炼型

尽管炉外精炼方法多达几十种，但比较普遍的、常用的就那么几种，见图。

针对不同钢种、不同流程，采用不同的炉外精炼方法，如：

?合结钢：电炉（EBT）—LF炉—连铸

?轴承钢：电炉（EBT）—LF炉—VD—连铸

电炉（EBT）—LF炉—RH—连铸

?不锈钢：电炉（槽）—VOD—（LF炉）—连铸

电炉（槽）—AOD—（LF炉）—连铸

电炉（槽）—AOD —VOD—（LF炉）—连铸

日本电炉配炉外精炼的情况见表7-1。

常用的炉外精炼方法

5、钢包精炼型

钢包精炼型中典型的炉外精炼方法当属ASEA-SKF 与LF法，后者是日本特殊钢公司开发的钢包炉——Ladle Furnace，简称LF。

两者的主要差别在于钢水的搅拌，前者为低频电磁搅拌，而后者为氩气搅拌。世界范围广泛采用LF法，以下主要介绍LF法。

LF法

钢包处理型处理钢水过程中，因钢水的温降而使渣及合金成分的调整以及处理时间等都受到限制。如果用提高初炼炉出钢温度的办法保证渣熔化及足够的精炼时间，势必加重初炼炉的负担，降低炉衬寿命。

1971年，日本特殊钢公司开发的Ladle Furnace，简

称“LF”、“LF炉”、“LF钢包炉”、“LF钢包精炼炉”、“钢包炉”、“钢包精炼炉”等。

该炉采用碱性合成渣，埋弧加热，吹氩搅拌，在还原气氛下精炼，钢包炉的原理图见下图。

LF炉设备示意图

（1）LF炉设备组成

LF炉主要由钢包炉体、电极加热系统、吹氩搅拌系统、合金加料系统以及测温取样系统等部分组成。

因LF炉设备简单，操作灵活、精炼效果好以及投资费用低等，而受到普遍重视，并得到了广泛的应用。

（2）LF炉主要冶金功能及精炼手段

LF炉具有的主要冶金功能有：

?钢水升温、调温及保温功能

?强化脱氧、脱硫功能

?合金微调功能

采用的精炼手段有：

?吹氩搅拌

?埋弧加热

?造强还原气氛

?造碱性合成渣

1）氩气搅拌

这是LF炉最大的贡献——强化精炼（还原）。

“强化”——加速钢-渣之间接触，有利于钢液脱氧、脱硫反应，加速夹杂物的上浮及均匀钢液成分与温度。

2）埋弧加热

降低初炼炉出钢温度，补偿精炼过程吹氩、合金化等温度损失。

LF炉三根电极插入渣层中进行埋弧加热，这种方法辐射热小，对炉衬有保护作用，热效率高，浸入渣中石墨与渣中氧化物反应不仅提高了渣的还原性，而且还提高合金回收率，生成CO使LF炉内气氛更具还原性。

3）造强还原气氛

LF炉本身不具备真空系统，但由于钢包与炉盖密封隔离空气，加热时石墨电极与渣中FeO、MnO、Cr2O3 等反应生成CO气体，使LF炉内气氛中氧含量减至0. 5％,使炉内具有强还原气氛。钢液在强还原气氛条件下可以进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂。

4）造高碱度白渣

LF炉白渣以CaO-CaF2为主要成分，一般渣量为钢液的3％～7％，渣对钢液中氧化物吸附和溶解，达到脱氧效果。

LF炉由于有温度补偿，吹氩强烈搅拌，随渣中碱度提高，硫的分配增大，可炼出含[S] 仅为5ppm的低硫钢。钢液在强还原气氛、高碱性炉渣条件下可以进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂。

（3）适用的钢种

除超低碳、氮、硫等超纯钢外，几乎所有的钢种都可以采用LF法精炼，特别适合轴承钢、合金结构钢、工具钢及弹簧钢等的精炼。精炼后轴承钢全氧含量降至0.001％，[H]降至0.0003％～0.0005％，[N]降至0.0015％～0.002％，非金属夹杂物总量在0.004％～0.005％。

LF处理工艺过程如图。

LF处理工艺过程

多功能LF法

指在上述LF炉功能的基础上再附加更多功能，如根据产品的钢种和质量要求，可增设真空手段，甚至装设氧枪系统、喷粉系统等，使之成为一个多功能的钢包精炼炉。

根据工艺要求它可以完成真空脱气、吹氧脱碳、吹氩搅拌、电弧加热、脱氧、脱硫、合金化等精炼任务。

它相当于将真空脱气（VD）、真空吹氧脱碳装置（VOD）及非真空的钢包炉（LF）的有机组合，即可以完成所有的精炼任务，也可以选择完成其中的几项精炼任务。

这种组合成为的多功能精炼炉，它几乎可以精炼所有的钢种，它可以用高碳铬铁代替微碳铬铁炼超低碳不锈钢等超纯钢种。

LF炉运行

六、真空精炼法

RH法

RH——循环真空脱气法是德国蒂森公司所属鲁尔（Ruhrstahl）公司和海拉斯（Heraeus）公司于1959年研制成功的循环真空脱气装置。它将真空精炼与钢水循环流动结合起来。

最初RH装置主要是对钢水脱氢，后来增加了真空脱碳、真空脱氧、改善钢水纯净度及合金化等功能。RH法具有处理周期短，生产能力大，精炼效果好的优点，非常适合与大型炼钢炉相配合。

RH技术早在1980年就基本定型，随炼钢炉的大型化，RH处理设备随之大型化，当前世界最大的RH设备已达360t。RH设备原理示意图。

RH的精炼功能如下：

1）真空脱碳在25min处理周期内可生产出[C]≤0.002％的超低碳钢水。

2）真空脱气可生产[H]≤0.00015％，[N]≤0.002％的纯净钢水。

3）脱硫RH附加喷粉装置（RH-PB）处理后可生产出[S]≤0.001％的超低硫钢水。

4）脱磷经RH喷粉处理（RH-PB），可生产出[P]≤0.002％的超低磷钢。

5）升温采用RH-KTB技术，可降低转炉出钢温度26℃；采用RH-OB法加铝吹氧提温，钢水最大升温速度可达8℃／min。

6）均匀钢水温度可保持连铸中间包钢水温度波动不大于5℃。

7）均匀钢水成分和去除夹杂物生产出T[O]≤0.0015％的超纯净钢。

VD法

VD法（Vacuum Degassing）称为真空脱气法，是由美国芬克尔父子公司（A．Finkl ＆Sons）将简单的钢包吹氩与真空脱气相结合，形成一种钢包真空处理方法，也叫芬克尔法。它是在真空度为13.33～266.64Pa下精炼，有很好去气和脱氧效果。

VD法具有脱氧、脱气、脱硫及合金化等功能。主要用于生产轴承钢等对气体敏感的钢种。VD法设备布置示意图及运行图，VD法处理工艺过程图。

VD设备布置示意图

VD法设备结构图

VOD法

VOD法（Vacuum Oxygen Decarburization）称为真空吹氧脱碳法，它是1965年由德国维腾公司开发出的技术。VOD 设备与VD设备的构成基本相同，主要的区别在于VOD法增加了氧枪及其升降系统、供氧系统。

VOD法是在真空室内由炉顶向钢液吹氧，同时由钢包底部吹氩搅拌钢水，当精炼达到脱碳要求时，停止吹氧，然后提高真空度进行脱氧，最后加Fe-Si脱氧。它可以在真空下加合金，取样和测温。因为强烈的碳氧反应，要求钢包上部的自由空间的高度为1.0～1.2m。

VOD法具有脱碳、脱氧、脱气、脱硫及合金化等功能。主要用于生产不锈钢或超低碳合金钢。

VOD法设备结构示意图

VOD法处理工艺过程图

VOD设备结构示意图

VOD运行-2

第九章连铸工艺

第一节连铸钢水的准备

?要想使连铸生产稳定高效地进行，并且保证铸坯质量，首

先要准备好成分、温度、脱氧程度及纯净度都合格的钢水。?这里重点介绍钢水温度的要求。

?另外，炼钢工序和连铸工序要紧密配合，步调一致。

浇铸温度:指钢水进入结晶器时的温度.

也可以指中间包内的钢水温度.

通常一炉钢水需在中间包内测温3次，即开浇后5min、浇铸中期和浇铸结束前5min,而这3次温度的平均值被视为平均浇铸温度。

钢水的浇铸温度要求:(在一定范围内的合理温度)

◆在尽可能高的拉速下，保证铸坯出结晶器时形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去；

◆在结晶器内,钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。

钢水温度过高的危害：

①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；

②耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；

③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；

④铸坯柱状晶发达；

⑤中心偏析加重，易产生中心线裂纹。

钢水温度过低的危害：

①容易发生水口堵塞，浇铸中断；

②连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；

③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。

一、浇铸温度的确定

（浇铸温度也称目标浇铸温度）：

T浇=T L+△T

式中：T L——液相线温度

△T ——钢水过热度

1、液相线温度TL

液相线温度，即开始凝固的温度，就是确定浇铸温度的基础。推荐一个计算公式：

TL =1537-{88[%C]+8[%Si]+5[%Mn]+30[%P]+

25[%S]+5[%Cu]+4[%Ni]+ 2[%Mo]+ 2[%V]+ 1.5[%Cr]}

2、钢水过热度△T的确定

钢水过热度主要是根据铸坯的质量要求和浇铸性能来确定。

钢种类别过热度

非合金结构钢10-20℃

铝镇静深冲钢15-25℃

高碳、低合金钢5-15℃

二、出钢温度的确定

㈠钢水过程温降分析

钢水从出钢到进入中间包经历5个温降过程：

△T总=△T1+△T2+△T3+△T4+△T5

△T1 出钢过程的温降；

△T2 出完钢钢水在运输和静置期间的温降

(1.0～1.5℃/min)；

△T3 钢包精炼过程的温降（6～10℃/min）；

△T4 精炼后钢水在静置和运往连铸平台的温降

(0.5～1.2℃/min）;

△T5 钢水从钢包注入中间包的温降。

?1、△T1 钢水从炼钢炉的出钢口流入钢包这个过程的温降

分析：

?热量损失形式：钢流辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。?影响因素：出钢时间、出钢温度及钢包的使用状况。

?降低热量损失的措施：

①尽量降低出钢温度

②减少出钢时间

③维护好出钢口，使出钢过程中最大程度保持钢流的完整性

④钢包预热

⑤保持包底干净

?2、△T2 出完钢钢包内钢水到精炼开始前经过的运输和静置过

程中产生的温降

?分析：

?热量损失形式：钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。?影响因素：钢包的容量、包衬材质及温度，钢包的运输距离。?降低热量损失的措施：

?①钢包烘烤、充分预热

?②减少留置时间

?③在钢包内加入合适的保温剂

?3、△T3 钢包精炼过程的温降

?分析：

热量损失取决于二次精炼的时间和方法。

例如:向钢包中吹Ar, 由于Ar气的搅拌强化了对流传热，同时Ar气本身还吸热,所以随着吹Ar时间的延长及Ar气量的增加,热量损失会增大.

4、△T4 钢包精炼结束钢水在静置和运往连铸平台的温降

分析：

热量损失形式：钢水上表面通过渣层的热损失、钢包包衬吸热。

热量损失大小：钢包内衬吸热降低

加了保温剂，温降减小

5、△T5 钢水从钢包注入中间包过程中产生的温降

分析：

热量损失形式：辐射热损失、对流热损失、钢包吸热。

影响因素：钢流保护状况；中间包的容量、材质、

烘烤温度及保温措施

降低热量损失的措施：

①钢流需保护，采用长水口

②减少浇铸时间

③充分预热中间包内衬

④中间包钢液面添加保温剂

⑤提高连浇炉数

?㈡出钢温度的确定

出钢=T浇+△T总

控制好出钢温度是保证目标浇铸温度的首要前提。具体的出钢温度要根据每个钢厂在自身温降规律调查的基础上，根据每个钢种所要经过的工艺路线来确定。

㈢钢水温度控制要点

1、出钢温度控制：

①提高终点温度命中率②确保从出钢到二次精炼站，钢包钢水温度处于目标范围之内

2、充分发挥钢包精炼的温度与时间的协调作用

3、控制和减少从钢包到中间包的温度损失

采用长水口保护浇铸；钢包、中间包加保温剂

3、钢水在钢包中的温度控制

根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。

实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施：

①钢包吹氩调温。

②加废钢调温。

③在钢包中加热钢水技术。

④钢水包的保温。

第三节拉速的确定和控制

?一、拉速定义:拉坯速度是以每分钟从结晶器拉出的铸坯长度来

表示.拉坯速度应和钢液的浇注速度相一致。

?二、拉速控制的意义：拉速控制合理,不但可以保证连铸生产的顺利进行,而且可以提高连铸生产能力,改善铸坯的质量.现代连铸

追求高拉速.

?三、拉速确定：

?1、确定原则: 确保铸坯出结晶器时的能承受钢水的静压力而不破裂，对于参数一定的结晶器，拉速高时，坯壳薄；反之拉速低时则形成的坯壳厚。一般，拉速应确保出结晶器的坯壳厚度为8-15mm。

?2、影响因素

A、机身长度的限制

根据凝固的平方根定律，铸坯完全凝固时达到的厚度

又机身长度

得到拉速

B、拉坯力的限制

拉速提高，铸坯中的未凝固长度变长，各相应位置上凝固壳厚度变薄，铸坯表面温度升高，铸坯在辊间的鼓肚量增多。拉坯时负荷增加。超过拉拔转矩就不能拉坯，所以限制了拉速的提高。

C、结晶器导热能力的限制

根据结晶器散热量计算出，最高浇注速度

板坯为2.5米/分

方坯为3-4米/分

D、拉坯速度对铸坯质量的影响

（1）降低拉速可以阻止或减少铸坯内部裂纹和中心偏析

（2）提高拉速可以防止铸坯表面产生纵裂和横裂

（3）为防止矫直裂纹，拉速应使铸坯通过矫直点时表面温度避开钢的热脆区。

E、钢水过热度的影响

一般连铸规定允许最大的钢水过热度，在允许过热度下拉速随着过热度的降低而提高。

F、钢种影响

就含碳量而言，拉坯速度按低碳钢、中碳钢、高碳钢的顺序由高到低；

就钢中合金含量而言，拉速按普碳钢、优质碳素钢、合金钢顺序降低。

第四节铸坯冷却的控制

?钢水在结晶器内的冷却即一冷确定，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来度量。

?1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。

?2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验确定，以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚度和确保结晶器安全运行为前提。

?通常结晶器周边供水2L/mm.min。进出水温差不超过10 0C，

出水温度控制在45-500 0C为宜，水压控制在0.4-0.7Mpa. ?1、二冷作用:二次冷却是指出结晶器的铸坯在连铸机二冷段进行

的冷却过程.其目的是对带有液芯的铸坯实施喷水冷却,使其完全凝固,以达到在拉坯过程中均匀冷却.

?2、二冷强度确定原则:二冷通常结合铸坯传热与铸坯冶金质量两个方面来考虑.铸坯刚离开结晶器,要采用大量水冷却以迅速增加坯壳厚度,随着铸坯在二冷区移动,坯壳厚度增加,喷水量逐渐降低.因此,二冷区可分若干冷却段,每个冷却段单独进行水量控制.同时考虑钢种对裂纹敏感性而有针对性的调整二冷喷水量.

?3、二冷水量与水压:

?对普碳钢低合金钢，冷却强度为：1.0-1.2L/Kg钢.

?对低碳钢、高碳钢,冷却强度为：0.6-0.8L/Kg钢.

?对热裂纹敏感性强的钢种，冷却强度为:

0.4-0.6L/Kg钢.

?水压为0.1-0.5MPa

第五节连铸过程检测与自动控制

?一、连铸过程自动检测

用快速测温头及数字显示二次仪测量温度。

2、中间包钢液温度的连续测定

（二）结晶器液面控制

1、放射性同位素测量法

2、红外线结晶器液面测量法

3、热电偶结晶器液面测量法

4、激光结晶器液面测量法

（三）连铸机漏钢预报装置

（四）连铸二次冷却水控制

（五）铸坯表面缺陷在线检测

1、工业电视摄象法

2、涡流检测法

二、连铸过程质量控制

（一）提高钢纯净度的措施

1、无渣出钢

2、选择合适的精炼处理方式

3、采用无氧化浇注技术

4、充分发挥中间罐冶金净化器的作用

5、选用优质耐火材料

6、充分发挥结晶器的作用

7、采用电磁搅拌技术，控制注流运动

（二）连铸坯表面质量及控制

连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。

连铸坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要是受结晶器内钢液凝固所控制。

（三）连铸坯内部质量及控制

铸坯的内部质量是指铸坯是否具有正确的凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。

凝固结构是铸坯的低倍组织，即钢液凝固过程中形成等轴晶和柱状晶的比例。铸坯的内部质量与二冷区的冷却及支撑系统密切相关。

1、减少铸坯内部裂纹的措施

（1）采用压缩浇铸技术，或者应用多点矫直技术

（2）二冷区采用合适夹辊辊距，支撑辊准确对弧

（3）二冷水分配适当，保持铸坯表面温度均匀

（4）合适拉辊压下量，最好采用液压控制机构

（四）连铸坯形状缺陷及控制

1、鼓肚变形

带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳中钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形。板坯宽面中心凸起的厚度与边缘厚度之差叫鼓肚量，用以衡量铸坯彭肚变形程度。

减少鼓肚应采取措施

◆降低连铸机的高度

◆二冷区采用小辊距密排列；铸机从上到下

辊距应由密到疏布置；

◆支撑辊要严格对中

◆加大二冷区冷却强度。

◆防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选

用多节辊。

2、菱形变形

菱形变形也叫脱方。是大、小方坯的缺陷。是指铸坯的一对角小于90°，另一对角大于90°；两对角线长度之差称为脱方量。

应对菱变的措施

◆选用合适锥度的结晶器

◆结晶器最好用软水冷却

◆保持结晶器内腔正方形，以使凝固坯壳为

规规正正的形状

◆结晶器以下的600mm距离要严格对弧；并确保二冷区的均匀冷却。

◆控制好钢液成分。

3、圆铸坯变形

圆坯变形成椭圆形或不规则多边形。圆坯直径越大，变成随圆的倾向越严重。形成椭圆变形的原因有：

1）圆形结晶器内腔变形；

2）二冷区冷却不均匀；

3）连铸机下部对弧不准；

4）拉矫辊的夹紧力调整不当，过分压下。

可采取相应措施：

◆及时更换变形的结晶器

◆连铸机要严格对弧

◆二冷区均匀冷却

◆可适当降低拉速

三、中间包冶金

当前对钢产品质量的要求变得更加严格。中间包不仅仅只是生产中的一个容器，而且在纯净钢的生产中发挥着重要作用。

70年代认识到改变中间包形状和加大中间包容积可以达到延长钢液的停留时间，提高夹杂物去除率的目的；安装挡渣墙，控制钢液的流动，实现夹杂物有效碰撞、长大和上浮。80年代发明了多孔导流挡墙和中间包过滤器。

在防止钢水被污染的技术开发中，最近已有实质性的进展。借助先进的中间包设计和操作如中间包加热，热周转操作，惰性气氛喷吹，预熔型中间包渣，活性钙内壁，中间包喂丝，以及中间包夹杂物行为的数学模拟等，中间包在纯净钢生产中的作用体现得越来越重要。

在现代连铸的应用和发展过程中，中间包的作用显得越来越重要，其内涵在被不断扩大，从而形成一个独特的领域——中间包冶金。

中间包冶金的最新技术

◆H型中间包

◆离心流中间包

◆中间包吹氩

◆去夹杂的陶瓷过滤器

◆电磁流控制

1.金属成型方法

（1）质量减少的方法：

车、刨、铣、磨、钻、剪切、气割、电切、蚀刻等；（2）质量增加的方法：

铸造、电解沉积、焊接与铆接、烧结与胶结等；（3）质量保持不变的方法：

金属压力加工（轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压）。

2.金属压力加工的方法

★金属压力加工：

金属在受到外力作用并不破坏自身完整性的条件下，稳定改变其几何形状与尺寸，从而获得所需要的几何形状与尺寸的加工方法。

★金属压力加工的分类：

靠压力作用使金属产生塑性变形：锻造、轧制、挤压；

靠拉力作用使金属产生塑性变型：拉拔、冲压等。（1）轧制

☆轧制的定义：

金属在两个旋转的轧辊之间受到压缩而进行塑性变形的过程。金属可通过轧制获得一定形状、尺寸和性能。

☆轧制的方式：

a.纵轧

b.斜轧

c.横轧

（2）挤压

金属在挤压缸中受推力的作用使之从模孔中挤出的过程。挤压可分为正挤压和反挤压。

（3）锻造

金属在锻锤或压力机上受到压缩而产生变形的过程。（棒材、饼材、环材等）

（4）冲压

金属板料在压力机冲头的作用下冲入凹模中的过程。（各种杯形件和壳体等）

（5）拉拔

金属受前端的拉力作用使之从模孔中拉出的过程。（型材、线材和管材）

1.简单轧制与非简单轧制

所谓简单轧制过程是指比较理想的轧制过程。通常将具有下列条件的轧制过程称为简单轧制。

（1）两个轧辊都被电动机带动，且两轧辊直径相同，转速相等，轧辊为刚性；

（2）被轧制的金属上只有轧辊所施加的压力，即不存在前后拉力或推力，且被轧制的金属作等速运动；

（3）被轧制的金属性质均匀一致，即变形温度一致，变形抗力一致，变形一致。

（1）单辊传动的轧机，如周期式叠轧薄板轧机；

（2）附有外力（张力或推力）的连续式轧机；

（3）轧制速度在一个道次中发生变化的轧机，如初轧机；

（4）上下轧辊直径不相等的轧机，如三辊劳特式轧机；

（5）在非矩形断面孔型中的轧制，如在椭、菱、立方孔型

中的轧制。

3.纵轧变形的表示方法

⑴绝对变形量表示方法

压下量

宽展量

延伸量

⑵相对变形量表示方法

压下率

宽展率

延伸率

4.纵轧时轧辊咬入轧件的条件

1）轧辊与轧件开始接触时的受力分析

2）实现自然咬入的条件

3) 实际生产中,改善咬入的措施:

(1)减小咬入角的方法

①用楔形钢坯进行轧制,使α＜β有利于咬入；

②带钢压下：以α＜β咬入后，将轧辊压下，以增加α增加压下量；

③冲力送入(强迫送入)，使轧件冲向轧辊，将轧件前端压扁成楔形；

（2）提高摩擦角的方法

①改变轧件或轧辊的表面状态，以提高摩擦角（在轧辊上刻痕、堆焊

或滚花的轧辊）；

②降低轧辊咬入轧件时的速度，以增加摩擦角；

③减小孔型侧壁斜度的角度。

5.纵轧时的轧制压力

1）轧制压力的概念

通常所说的轧制压力是指用测压仪在压下螺丝下实测的总压力，即轧件塑性变形时作用在轧辊上的总压力的垂直分量。2）轧制压力的确定

6.纵轧时的传动力矩

在轧制过程中，在主电机轴上传动轧辊所需的力矩由以下四部分组成：

M∑＝MZ＋Mf+Mk+Md

式中：MZ－轧制力矩，即用于轧件塑性变形所需的力矩；

Mf－克服轧制时发生在轧辊轴承、传动机构中的附加摩擦力矩；

Mk－空转力矩，即克服轧机空转时的摩擦力矩；

Md－动力矩，即轧辊速度变化时的惯性力矩。

1）型钢：（30％～35％）

全长具有一定断面形状和尺寸的实心钢材，称之为型钢。

⑴按其断面形状分：

* 简单断面型钢（方钢、圆钢、扁钢、角钢等）；

* 复杂断面型钢（槽钢、工字钢、钢轨等）。

⑵按其用途分：

* 常用型钢（方钢、圆钢、扁钢、角钢、槽钢、工字钢等）；

* 特殊用途型钢（钢轨、钢桩、球扁钢、窗框钢、汽车挡圈等）。

⑶按其生产方法分：

* 轧制型钢、弯曲型钢、焊接型钢等。

简单断面型钢

①方钢：用断面边长尺寸的毫米数表示规格，规格范围：4～250mm，

可用来制造各种设备的零部件等。

②圆钢：用断面直径的毫米数表示规格，规格范围：5～350mm，

Φ5.5～9mm，称为线材，用于拔制钢丝、制造钢丝绳、金属网、

电焊条芯、弹簧、辐条、钉子等；

Φ10～25mm，建筑钢筋、螺栓等；

Φ30～200mm，机械用零件；Φ50～350mm，无缝钢管的坯料。

③扁钢：用断面厚度和宽度来表示规格，厚度：4～60mm,宽度：10～200mm。

薄板坯、焊管坯、机械制造业等。

④六角钢：以六角形内接圆的直径尺寸表示规格，内接圆直径为7～80mm,

多用于制造螺帽和工具。

⑤角钢：分等边、不等边角钢两种，用边长的尺寸表示规格，

规格范围：等边角钢：N02～N025（边长的1/10）

不等边角钢：N02.5/1.6～N025/16 (长边长/短边长的1/10）。

多用于金属结构、桥梁、机械制造和造船业等。

复杂断面型钢

①工字钢：工字钢规格以腰高的1／10表示，一般的工字钢有N010～N063；

工字钢广泛应用于建筑或其他金属结构。

②槽钢：规格以腰高的1／10表示，一般的槽钢有N05～N040；

槽钢应用于工业建筑、桥梁和车辆制造等。

③钢轨：以每米单位重量表示。5～24kg/m，称为轻轨；24～120kg/m，称为重轨；

钢轨主要用于运输，如铁路用轨、电车用轨、起重机用轨，也可用于工

业结构部件。

④T字钢：以腿宽表示，如腿宽200mm表示为T200，规格：T20～T400 。T字钢用于金

属结构、飞机制造及其它特殊用途。

⑤Z字钢：以腰部的高度表示，如腰高300mm，表示为Z300；它应用于制造铁路车辆、

工业建筑和农业机械等。

奥运鸟巢

船板钢

3）钢管：（8％～16％）

凡是全长为中空断面且长度与周长之比较大的钢材称为钢管。

钢管规格用其外形尺寸（外径或边长）和壁厚（或内径）表示。各种钢管的规格按直径和壁厚的组合很多，其外径最小可达0.1mm，大至4000mm；壁厚薄达0.01mm，厚至100mm.

（1）按用途分为管道用钢、锅炉用钢、地质钻探管、化工用管、轴承用管、注射

针管等；

（2）按制造方法分为无缝钢管、焊接（有缝）钢管及冷轧与冷拔管；

（3）按管端形态可分为光管和车丝（带螺纹的）管；

（4）按外径和壁厚之比的不同分为特厚管、厚壁管、薄壁管和极薄壁管。

★钢管的用途：

无缝钢管：高压用管、化工用管、油井用管、炮管、枪管、，也用于航空、机电、

仪器仪表元件等；

焊接钢管：煤气管、水道用管、自行车和汽车用管等。

2. 轧钢机

1）轧钢机的基本组成：

轧制钢材的设备称为轧钢机。轧钢机由轧辊、工作机架、齿轮机座、联接轴和联轴节、主电机等组成。

（1）轧辊：

（2）工作机架

2）轧钢机的分类：

（1）按轧机的用途分类

①初轧机：以轧辊直径大小命名，例如：1150初轧机；

②型钢轧机：以轧辊直径或齿轮机座中的人字齿轮的节圆直径来表示，

例如: 800轧机；

③板带钢轧机：以轧辊的辊身长度来表示，例如：1700板带钢轧机；

④钢管轧机：以能轧钢管的最大外径来表示，例如：140轧管机组；

⑤特种轧机：轧制车轮、轮箍、钢球、齿轮、轴承环等。

（2）按轧辊的装配形式分类:

①水平式轧机：轧辊水平放置的轧机，例如二辊轧机、三辊

轧机、四辊轧机、十六辊轧机等；

②立式轧机：轧辊垂直放置的轧机；

③万能轧机：工作机座中即布置水平辊又布置立辊的轧机；

④斜辊轧机：轧辊倾斜放置的轧机。

（3）按轧辊的排列方式分类：

1.钢坯生产

2.型钢生产

1）型钢生产的工艺流程

2）型钢轧机的布置

1.中厚板生产

鞍钢厚板轧制过程

4）冷轧的工艺流程

冶金工程专业炼钢考试题

试题 一、填空题 1、钢是指以铁为主要元素，含碳量一般在2% 以下，并含有其它元素的可变形的铁碳合金。 2、为了去除钢液中的磷、硫，需向炉内加入石灰，造高碱度炉渣，往往使炉渣变粘稠，加入萤石就可以稀释炉渣，但不降低炉渣碱度。 3．电炉耐材喷补的原则是快补，热补薄补）。 4、炼钢造渣的目的：去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧。 5、真空脱气过程的限制性环节是：气体在钢液中的扩散。 6、渣洗的最大缺点是：效果不稳定。 7、炼钢工艺分为：熔化期，氧化期和还原期。 8、夹杂物变性处理中，使用Ca 处理Al2O3夹杂物 9、LF炉吹氩制度中，钢包到位后，采用中等吹氩量均匀钢液成分和温度，化渣和加合金采用：大吹氩量，通电加热时采用小吹氩量。 10、炉外精炼中，气液界的主要来源包括：吹氩、CO 汽泡、吹氧和熔体表面。 11、向镇静钢中加Al是为了保证完全脱氧和细化晶粒。 12、为了向连铸提供合格钢水，炼钢要严格控制钢水成份，特别是钢中硫、磷和气体及非金属夹杂物一定要尽可能控制到最底水平，以提高钢水的清洁度。 13、工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢二大类。； 14、钢中产生白点缺陷的内在原因是钢中含氢。 15、Mn/Si比大于 3.0时，钢水的脱氧生成物为液态的硅酸锰，可改善钢水流动性，保证连铸进行。

16、氧化期的主要任务是去磷、脱碳去气去夹杂、升温，同时为放钢做好准备。 17、影响炉料熔化的因素有钢液温度、造渣制度、布料情况、钢中溶解等。 18、CaO% 和SiO2% 之比称为炉渣的碱度。 19、电弧炉冶炼的主要方法有氧化法、不氧化法和返回吹氧法。 20、废钢中不得混有密闭容器、易燃物和毒品，以保证生产安全。 21、金属材料的化学性能是指金属材料抵抗周围介质侵蚀的能力，包括耐腐蚀性和热稳定性等。 22、炉底自下而上由：绝热层、保护层、工作层、三部分组成。 23、炉壁结构由里向外：绝热层、保温层、工作层三部分组成。 24、泡沫渣的控制，良好的泡沫渣是通过控制CO气体的发生量，渣中FeO含量和炉渣碱度来实现的。 25、影响炉衬寿命的主要因数有高温作用的影响、化学侵蚀的影响，弧光辐射或反射的影响、机械碰撞与震动、操作水平的影响。 26、常用脱氧方法沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧。 27、炼钢的基本任务可归纳为“四脱”、“二去”、“二调整”，其中“四脱”指脱C、O、S、P，“二去”指去气、去夹杂，二调整指调成份、调温度。 28、电弧炉炉衬指电弧熔炼室的内衬，包括炉底、炉壁、炉盖三部分。 29、炉料熔化时的物理反应：元素的挥发、元素的氧化、钢液的吸收。 30、电炉冶炼中，氧化前期的主要任务是去磷，温度应稍低些；氧化后期主要任务是脱碳，温度应偏高些。 二、判断题 1、配料中将生铁放在料篮中间层次且分布均匀，这句话对吗？（√）2．抽引比是单位体积流量的气体，可以提升钢液的体积。（√）

冶金原理复习13.11.14

冶金原理复习 第一部分基本知识 一、金属矿按金属存在的化学状态分为自然矿石、硫化矿石、氧化矿石和混合矿石四类。 二、通常，人们习惯将冶金方法进行粗略划分，划分为两大类：火法冶金、湿法冶金。冶金方法进行细致划分，可分为三大类：火法冶金、湿法冶金、电冶金。 三、火法冶金生产中常见的单元过程有原料准备（破碎、磨制、筛分、配料等）、原料炼前处理（干燥、煅烧、焙烧、烧结、造球或制球团）、熔炼（氧化、还原、造锍、卤化等）、吹炼、蒸馏、熔盐电解、火法精炼等过程。 四、金属如何分类？ 现代工业上习惯把金属分为黑色金属和有色金属两大类，铁、铬、锰三种金属属于黑色金属，其余的金属属于有色金属。有色金属又分为重金属、轻金属、贵金属和稀有金属四类。 五、什么是湿法冶金？ 在低温下（一般低于１００℃，现代湿法冶金温度可达３００℃）用熔剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，通过液固分离等制得含金属的净化液，然后再从净化液中将金属提取和分离出来。 六、矿物是地壳中具有固定化学组成和物理性质的天然化合物或自然元素。４

七、脉石是矿石中的无用矿物。 八、精矿是经过选矿处理而获得的、高品位的矿石叫做精矿。 九、什么是火法冶金？１０ 是指矿石（或精矿）经预备处理、熔炼和精炼等冶金过程，在高温下发生一系列物理化学变化，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。 十、电冶金是利用电能来提取精炼金属的方法。按电能转换形式不同可分为两类：电热冶金和电化冶金。 十一、电化冶金是利用电化学反应，使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。电化冶金分为水溶液电化冶金和熔盐电化冶金两类。 十二、熔盐电化冶金（也称熔盐电解）是在高温熔融体中进行电化作用，使金属从含金属盐类的熔体中析出的冶金（如铝电解）。 十三、湿法冶金生产中常见的单元过程有原料准备（破碎、磨制、筛分、配料等）、原料预处理（干燥、煅烧、焙烧）、浸出或溶出、净化、沉降、浓缩、过滤、洗涤、水溶液电解或水溶液电解沉积等过程。 十四、火法冶金具有生产率高、流程短、设备简单及投资省的优点，但有不利于处理成分结构复杂的矿石或贫矿的缺点。

钢铁冶金学试卷题-炉外处理部分

一填空题（每空1分，共20分） 目前铁水预处理“三脱”包括：（1），（2），（3）。2015A 目前铁水预处理生产中用量最大、使用最广泛的脱硫剂是（4）。2015A 脱硅渣起泡的原因有两方面：一是（1）；二是（2）。2015B 常用铁水脱磷剂的组成为：（8）。 常用脱磷剂体系有（3）和（4）系。2015B 铁水脱硫有______、______、______系脱硫剂。 采用石灰（CaO）进行铁水预处理脱磷，可选择______、______、______作助熔剂。 炉外精炼采用的基本手段包括渣洗、（5）、（6）、（7）、（8）等五种。2015A 表征渣洗用合成渣性能指标包括（4）、（5）、（6）、（7）等。2015B VD的英文全称是，VOD的英文全称是。 LF的英文全称是，LFV的英文全称是。 吹氩搅拌效果有______、______、______。 转炉终点碳含量越______、钢水氧化性越______、下渣量越______，则出钢过程中的渣洗脱硫效果越差。 二名词解释（每题2分，共20分） 铁水预处理2015A KR搅拌法2015A 铁水脱硫喷吹法铁水预处理脱硅 专用转炉脱磷2015B铁水深度预处理 炉外精炼2015A 渣洗脱碳保铬2015B VOD2015B AOD炉喷射冶金搅拌 真空循环脱气法（RH）钢包炉精炼法（LF） CAS-OB 二次燃烧洁净钢同化 三单项选择题（每题2分，共20分） （1-1）铁水喷吹纯镁脱硫时，镁脱硫的主要反应是：（1）镁蒸气与铁水中的硫反应（2）铁水中的溶解镁与硫反应。2015A （1-2）铁水喷吹脱硫能力最高的脱硫剂是：（1）单独喷吹纯镁（2）Mg/CaO复合喷吹（3）单独喷吹CaO。2015B （1-3）铁水罐中加入固体氧化剂脱硅，会使铁水温度。A、升高B、降低C、不变（1-4）铁水罐中加入吹氧气脱硅，会使铁水温度。A、升高B、降低C、不变 （2-1）同时具有加热、真空功能的炉外精炼装置是：（1）CAS-OB （2）RH-OB （3）VD。2015A （2-2）钢包精炼喂CaSi线的主要冶金目的是：（1）脱氧（2）夹杂物变性（3）成分微调2015A （2-3）对钢的成分和洁净度影响最小的钢水精炼加热方法：（1）CAS化学热法（2）电弧加热法（3）RH-OB法。2015B （2-4）LF炉脱硫最佳的热力学条件是：（1）顶渣碱度越高、顶渣氧化性越低，底吹氩越小，效果越好（2）炉渣氧化性越低，底吹氩越大，效果越好（3）顶渣碱度高、顶渣氧化性越低及合适的搅拌功率，效果越好。2015B （2-5）法不适合加热钢包中的钢水。A、电弧加热B、化学热法C、燃料燃烧（2-6）采用钢水脱硫效果最好。A、RH-PB B、LF C、RH-PTB （2-7）不具有真空功能的炉外精炼装置是。A、AOD B、RH C、DH。 （2-8）采用钢水的升温速度最快。A、CAS B、CAS-OB C、LF。 铁水预脱硅后最佳硅含量确定的主要因素是：（1）转炉少渣冶炼（2）优化铁水预脱磷（3）

钢铁冶金概论论文-粉末冶金工艺

粉末冶金工艺 学生姓名：年级：学号： 摘要：粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。 关键词：粉末冶金高密度硬质合金粉末高速钢 前言 我国粉末冶金行业已经经过了近60年的发展，经历了从无到有、多领域发展。但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1)企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很大。(2)产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。(3)多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。(4)再投入缺乏与困扰。(5)工艺装备、配套设施落后。(6)产品出口少，贸易渠道不畅。随着我国加入WTO以后，以上种种不足和弱点将改善，这是因为加入WTO后，市场逐渐国际化，粉末冶金市场将得到进一步扩大的机会；而同时随着国外资金和技术的进入，粉末冶金及相关的技术水平也必将得到提高和发展。【1】【2】【3】 1.粉末冶金基础【4】 1.1粉末的化学成分及性能 尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（μm）或纳米（nm）。 1.1.1粉末的化学成分 常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。 1.1.2粉末的物理性能 （1）粒度及粒度分布 粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。 （2）颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。 （3）比表面积 即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。

新版华北理工大学材料与化工考研经验考研参考书考研真题

在决定考研的那一刻，我已预料到这一年将是怎样的一年，我做好了全身心地准备和精力来应对这一年枯燥、乏味、重复、单调的机械式生活。可是虽然如此，我实在是一个有血有肉的人呐，面对诱惑和惰性，甚至几次妥协，妥协之后又陷入对自己深深的自责愧疚当中。这种情绪反反复复，曾几度崩溃。 所以在此想要跟各位讲，心态方面要调整好，不要像我一样使自己陷入极端的情绪当中，这样无论是对自己正常生活还是考研复习都是非常不利的。 所以我想把这一年的经历写下来，用以告慰我在去年饱受折磨的心脏和躯体。告诉它们今年我终于拿到了心仪学校的录取通知书，你们的付出和忍耐也终于可以扬眉了。 知道自己成功上岸的那一刻心情是极度开心的，所有心酸泪水，一扫而空，只剩下满心欢喜和对未来的向往。 首先非常想对大家讲的是，大家选择考研的这个决定实在是太正确了。非常鼓励大家做这个决定，手握通知书，对未来充满着信念的现在的我尤其这样认为。当然不是说除了考研就没有了别的出路。只不过个人感觉考研这条路走的比较方便，流程也比较清晰。没有太大的不稳定性，顶多是考上，考不上的问题。 而考得上考不上这个主观能动性太强了，就是说，自己决定自己的前途。所以下面便是我这一年来积攒的所有干货，希望可以对大家有一点点小小的帮助。 由于想讲的实在比较多，所以篇幅较长，希望大家可以耐心看完。文章结尾会附上我自己的学习资料，大家可以自取。 华北理工大学材料与化工初试科目：(101)思想政治理论(204)英语二 （302）数学二(801)冶金原理或(803)金属学

(801)冶金原理参考书： 《钢铁冶金原理》第三版黄希祜，冶金工业出版社 先说英语吧。 词汇量曾经是我的一块心病，跟我英语水平差不多的同学，词汇量往往比我高出一大截。从初中学英语开始就不爱背单词。在考研阶段，词汇量的重要性胜过四六级，尤其是一些熟词僻义，往往一个单词决定你一道阅读能否做对。所以，一旦你准备学习考研英语，词汇一定是陪伴你从头至尾的一项工作。 考研到底背多少个单词足够？按照大纲的要求，大概是5500多个。实际上，核心单词及其熟词僻义才是考研的重点。单词如何背？在英语复习的前期一定不要着急开始做真题，因为在单词和句子的基础非常薄弱的情况下，做真题的效果是非常差的。刚开始复习英语的第一个月，背单词的策略是大量接触。前半月每天两个list，大概150个单词左右，平均速度大概1分钟看1个，2个半小时可以完成一天的内容。前一个月可以把单词过两遍。 历年的英语真题，单词释义题都是高频考点，这一点在完型中体现的非常突出，不仅是是完型，其实阅读中每年也都有关于单词辨析的题目，掌握了高频单词，对于做题的帮助还是非常大的，英语真题我用的是木糖英语真题手译。 进入第二个月开始刷真题，单词接触的量可以减少，但是对于生疏词应该进行重点的记忆，一天过1个list（75个单词）。一定记住的有两点：①背单词不需要死记单词的拼写！②多余的方法无用，音标法加上常用的词根词缀就能搞定考研英语的词汇！ 9月开学后，专业课的学习进入白热化的阶段。英语学习的重中之重变成了

钢铁冶金与有色冶金复习资料资料

钢铁冶金 1.焦炭在高炉中有什么作用？ 答：焦炭在高炉中有四个作用：供热还原剂骨架供碳。 2.铁矿石有哪几种类型？什么是富矿、贫矿？ 答：磁铁矿（主要含矿物为四氧化三铁）、赤铁矿（主要含矿物为三氧化二铁）、褐铁矿（主要含矿物为含结晶水的氧化铁矿）和菱铁矿（主要含矿物为碳酸盐铁矿石）等。实际含铁品位大于理论品位的70%时称为富矿。实际含铁品位低于理论品位的70%时称为贫矿。 3.带式抽风烧结机的原料、工艺过程、料层结构？ 答：原材料包括含铁物料、熔剂和燃料。工艺过程：（1）烧结原料的准备①含铁原料：含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。 ②熔剂：要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。③燃料：主要为焦粉和无烟煤。对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。配料与混合（2）配料：配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。②

混合：混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。（3）混合作业：加水润湿、混匀和造球。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2．5～3min。我国烧结厂大多采用二次混合。（4）烧结生产：烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。①布料：将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。②点火：点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧：点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。点火时间通常40～60s。点火真空度4～6kPa。点火深度为10～20mm。③烧结：准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。烧结风

现代钢铁联合企业各主要工艺流程

评分： 《钢铁冶金概论》课程小论文 姓名：刘召波 学号：2008442250 年级：冶金工程2008 任课教师：张倩影 日期：2010.12.06

钢铁冶金简介及学习体会 摘要：现代钢铁联合企业各主要工艺流程主要分为流程为铁前准备、高炉炼铁、转炉炼钢、炉外精炼、连铸、热轧。并对冶金新技术中富氧烧结技术的重要意义和影响富氧烧结的因素进行了分析。最后总结了个人对现代钢铁联合企业各主要工艺流程和学习了本课程的一点体会。 关键词：钢铁生产工艺流程富氧烧结个人体会 1概述现代钢铁联合企业各主要工艺流程 1.1第一个流程为铁前准备 主要有铁矿石造块烧结和焦化生产 铁矿石造块烧结：就是把铁矿粉、熔剂、燃料及返矿按一定比例制成块状或球状冶炼原料的一个过程。 其具体生产流程为：烧结作业系将粉铁矿和各类助熔剂及细焦炭经由混拌、造粒后，经由布料系统加入烧结机，由点火炉点燃细焦炭，经由抽气风车抽风完成烧结反应，高热之烧结矿经破碎冷却、筛选后，送往高炉作为冶炼铁水之主要原料。但天然富矿不用烧结。 焦化生产流程： 洗煤配煤炼焦熄焦产品处理 焦炭的四个作用：①热源；②料柱骨架；③还原剂；④渗碳。 铁前准备用简图表示相关过程为： 富矿混匀天然块矿 矿石高炉 贫矿磨矿筛分选矿造块人造富矿 其中常用铁矿石有：磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石。 富矿一般指不需选矿即可直接入炉或直接加工利用的矿石。 对铁矿石的评价可从以下几点：①铁矿石品位；②脉石成分；③杂质元素； ④矿石的还原性；⑤矿石的高温性能；⑥矿石的强度与粒度组成；⑦矿石的化学成分稳定性，判定铁矿石的好与差。 在烧结机上料层分层，其分为：烧结矿层，燃烧层，预热干燥层，过湿层和

钢铁冶金原理试题1答案

科技大学2008 /2009学年第1学期 《钢铁冶金原理》考试试题A 课程号：61102304 考试方式：闭卷 使用专业、年级：冶金2006 任课教师： 考试时间：2009 备 注： 一、 简答题（共5题，每题4分，共20分） 1. 请给出活度的定义及冶金中常用的三种标准态。 2. 什么是酸性氧化物、碱性氧化物和两性氧化物？如何表示炉渣的 碱度？ 3. 何为化合物的分解压、开始分解温度及沸腾分解温度？ 4. 何为溶液中组分的标准溶解吉布斯自山能？写出形成质量理标 准溶 液的标准溶解吉布斯自山能汁算式。 5. 何为氧化物的氧势？氧化物的氧势与其稳定性关系如何？ 二、 填空题（共20空，每空1分，共20分） 1. 在恒温、恒压下，溶液的热力学性质 对某一组元摩尔 量的 偏微分值称为溶液中该组元的偏摩尔量。 2. 在任意温度下，各 组元在 全部 浓度围均服从 拉乌尔 定律的溶液称为理想溶液。 3. 按照熔渣离子 结构理论,熔渣由简单的 阳 离子、 阴 离子和复合 阴 离子团所组 成。 4. 熔渣的氧化性表示熔渣向 金属液（或钢液） 提供 氧 的能力，用熔渣中 FeO 的活度表示。 5. 在一定温度下，把熔渣具有 ________ 粘度的组成点 连成线，称为熔渣的等粘度曲线。 6. 若化学反应的速率与反应物浓度的若干次方成 正比 ， 垃載対酣 nnnnnnnnnnnn 豊躱 ..... ........... ...........................................

且反应级数与反应物的计量系数相等,这样

的反应称为基元反应。 7. 气体分子在 分子（或得华）引力 的作用下被吸附到固体或 液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被 吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。 三、 分析题（共2题，每题12分，共24分） 1. 请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物, 利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。 2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应：4[C] + （Cr 3O 4） = 3[Cr] + 4CO, 试用热力学原理分 析有利于实现去碳保珞的热力学条件。 1UU 80 60 40 20 400 600t t 800 1000 1 200 675 737 温度八C

炼铁学

1、高炉系统包括高炉本体、原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气清洗处理系统。 2、高炉生产过程控制的关键性环节有送风条件，软熔区的位置、形状及尺寸，固体炉料区的工作状态 3、铁矿石的分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿 4、铁矿石评价的要点有含铁品位、脉石的成分及分布、有害元素的含量、有益元素、矿石的还原性、矿石的高温性能。 5、炼焦工艺过程中影响焦炭质量的环节大体上可分为洗煤、配煤、焦炉操作、熄焦等，其中配煤起着决定作用，配煤中最重要的是控制混合煤料的胶质层厚度。 6、洗煤的目的在于降低原煤中灰分及硫的质量分数。 7、高炉生产的产品有生铁、铁合金、高炉煤气、炉渣 1、散状物料聚集时颗粒间的固结力＝联结力—排斥力 2、烧结过程的主反应有燃烧反应、分解反应、还原与再氧化反应、气化反应、水分蒸发和凝结。 3、烧结料固结经历固相反应、液相生成、冷凝固结过程。 4、烧结过程中固相反应能够进行的重要因素是温度。 5、液相生成是烧结成型的基础，液态物质的数量和性质是影响烧结固结好坏，乃至冶金性能的重要因素。 6、常见的烧结矿显微结有粒状结构、斑状结构、骸状结构、丹点状的共晶结构、熔蚀结构。 7、烧结矿冷凝形成的矿物组成及其结构是影响烧结矿质量的重要因素。 8、生球成型的机理是利用细磨粉料表面能大的特性。 9、铁矿粉球团过程包括生球成型和熔烧固结两个主要作业。成球过程分为三个阶段：形成母球、母球长大、长大了的母球进一步紧密。 10、生球干燥的目的是避免焙烧时发生破裂、同时提高焙烧效率。由表面气化和内部扩散两个过程组成。 11、球团矿在高温下焙烧，引起强度增加的原因有：晶桥联结；固相烧结固结；液相烧结固结 12、现代高炉冶炼最佳炉料结构为高碱度烧结矿配加酸性球团矿。 1、FexO，方铁矿，俗称浮士体，是立方晶系氯化钠型的Fe2 缺位的晶体。 2、FexO在低温下不能稳定存在，当温度低于570℃时，将分解成为Fe3O4 ＋α-Fe。 3、铁氧化物的多级还原反应中还原顺序:＞570℃Fe2O3 → Fe3O4 → FexO → Fe,＜570℃Fe2O3 → Fe3O4 → Fe 4、影响铁还原速率的因素主要有温度、压力、矿石粒度、煤气成分、矿石的种类和性质。 5、MnO2及Mn2O3、Mn3O4在高炉的炉身上部转化为MnO。 6、高炉中Si还原的多级反应过程为：＞1500℃SiO2? SiO2（气）?Si；＜1500℃SiO2=Si 7、解决钛渣变稠的措施可概括为吃精料、造好渣、低硅钛、炉缸活。 8、在使用熟料的情况下，焦炭带入炉内的硫占总入炉硫量的80％以上。 9、降低高炉循环富集碱量的主要措有降低炉料带入的碱量、增大炉渣排走的碱量。 1、碳与氧形成CO2的反应称为完全燃烧，形成CO的反应称为不完全燃烧。 2、影响鼓风动能的因素主要有风量、风温、风压、风口截面积。 1、料柱压差ΔP主要决定于气流速度和料层通道的当量直径。 2、高炉精料的六字方针是高、稳、熟、小、匀、净。 3、改善料柱的透气性必须改善原、燃料质量，改善造渣，改善操作,获得适宜的软熔带形状和最佳煤气分布 4、从正同装至倒同装，边缘气流逐渐发展，而中心气流逐渐减弱。 5、高炉顺行的重要标志是合理的煤气流分布促进料柱的透气性改善。 6、软熔带形状基本有三种类型：“倒V”形，“V”形和“W”形 7、高炉顺行的主要标志：炉料顺利下降，煤气分布合理，炉缸工作均匀、活跃，炉温充沛稳定，生铁质量良好。 1、高炉生产的目标优质、低耗、高产、长寿、高效益。 2、喷吹补充燃料时影响置换比的主要因素有：喷吹燃料的种类；喷吹燃料在风口前气化程度；鼓风参数。 1、高炉有效容积利用系数：规定工作时间内，每立方米有效容积每昼夜生产的合格铁水的吨数。有效容积利用 系数[t/m3 .d]=合格生铁折合产量/(有效容积*规定工作日) 2、焦比：冶炼单位生铁消耗的干焦的千克数；入炉焦比又称净焦比，实际消耗的焦炭数量，入炉焦比=干焦耗用量（kg）/合格生铁产量（t）；

《钢冶金学》复习题

《钢冶金学》 第1章绪论 1 从化学成分和机械性能方面分析钢与生铁的区别？（※） 2 列举炼钢任务和炼钢的基本任务，并阐述在现代炼钢工艺中如何完成炼钢的基本任务。（※）3何谓钢铁生产的“长流程”和“短流程”？哪种流程的能耗高、排放量大？为什么？（※）4 按照化学成分和用途如何对钢进行分类？以下钢号分别为什么钢种，每个钢号的数字和字母代表什么意思？65Mn、60Si2Mn、50CrMnA、40Cr、GCr15SiMn、X70、1Cr18Ni9Ti、20CrMnTiH、Q345。 5 主要的炼钢方法有哪些？LD、BOF、BOP、OBM、Q-BOP、K-BOP、LD-Q-BOP、LD-KG、EAF各指哪种炼钢方法？（※） 第2章炼钢的基础理论 1 写出钢的密度、熔点、粘度、导热能力等常用数值（1600℃）及炉渣的粘度、密度和渣—钢界面张力的常用数值。 2 钢的熔点是如何定义的？何谓“液相线”，何谓“固相线”？为什么钢液凝固，是在一个温度区间内完成？ 3 炼钢炉渣的来源有哪些？为什么说“炼钢就是炼渣”？ 4 炉渣的“氧化性”是什么意思？为什么用“碱度”和“氧化性”这两个指标来表征炉渣的化学性质？炉渣氧化性在炼钢过程中的作用？（※） 5 熟悉炉渣中常见氧化物的熔点。 6 某一炉脱氧良好的低碳钢钢水，其钢水中的酸溶铝为0.018%，请问钢水中的溶解氧最低不低于多少ppm？ 7 简述单渣法和双渣法的区别及适用条件？ 8 炼钢过程中硅[Si]反应的特点？铁水硅含量 [Si]对炼钢过程有何影响？（※） 9 试绘制并解析一炉钢吹炼过程中，钢液中[Mn]的变化规律？提高残锰有何意义？写出吹炼过程中熔池回[Mn]的反应式，分析影响回[Mn]的因素。为什么吹炼终点残[Mn]的高低，一定程度反映吹炼水平的高低？（※） 10 如何理解“炼钢过程的[C]+[O]=CO是目的，更是手段，又是氧化精炼的主要手段。”？（※）

钢铁冶金概论整理

1、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。 特点： 1）在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应； 2）在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉内反应过程； 3）维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。 三大主要过程： 1）还原过程 实现矿石中金属元素（主要是Fe）和氧元素的化学分离； 2）造渣过程 实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离； 3）传热及渣铁反应过程 实现成分及温度均合格的液态铁水。 2、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。 焦炭的三大作用： 1）热源→在风口前燃烧，提供冶炼所需热量； 2）还原剂→本身及其氧化产物CO均为铁氧化物的还原剂； 3）骨架和通道→矿石高温熔化后，焦炭是唯一以固态存在的物料。 有支撑数十米料柱的骨架作用 有保障煤气自下而上畅流的通道作用

作用3）是任何固体燃料所无法替代的。 4）生铁渗碳的碳源。 对焦炭的质量要求： 1）强度高； 2）固定C高； 3）灰分低； 4）S含量低； 5）挥发份合适； 6）反应性弱（C＋CO2→2CO）； 7）粒度合适 为矿石平均粒度的3～5倍为宜，d小/d大≈0.7 3、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。 1）、有效容积利用系数ημ 定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量（t/ m3.d）。 我国ημ＝1.6～2.4 t/ m3.d ； 日本ημ＝1.8～2.8 t/ m3.d 2）、焦比 定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（Kg/t）。 我国焦比为250～650Kg/t 3）、焦炭冶炼强度 定义：每m3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（t/ m3.d）。 一般为0.8～1.0t/ m3.

冶金小论文-钢铁冶金概论

钢铁冶金概论 钢铁工业是基础材料工业，钢铁工业为其他制造业提供最重要的原材料，也为建筑业及民用品生产提供基础材料。可以说，一个国家钢铁工业的发展状况间接反映了其国民经济发达的程度。钢铁工业是一个集成度很高的工业，其发展需要很多方面的支撑。对大型钢铁企业来说，还必须有重型机械的制造业为其服务，此外，钢铁企业的建设除了需要雄厚的资金保障，还需要工程的设计部门、设备制造商和建筑安装公司的大力协作。可见，钢铁工业在国民经济中的地位的重要性。 钢铁生产是一项系统工程，生产基本流程如下。选矿--烧结--炼铁--炼钢--铸坯--轧钢烧结机：将矿粉制成球团矿炼铁高炉：将球团矿熔炼成铁水转炉：对铁水进行脱碳脱硫脱磷，并加入适当的微量元素成为钢水钢坯连铸机：将钢水经过铸造成型为坯料轧机：将坯料轧制成需要的钢材 首先是在矿山要对铁矿山和煤炭进行采选，将精选炼焦煤或配矿、混匀，再分别在焦化厂和烧结厂炼焦和烧结，获得符合高炉炼铁质量要求的焦炭和烧结矿，球团厂可直接建在矿山，也可建在钢铁厂，它的任务是将细粒精矿粉造球、干燥、经高温焙烧后得到球团矿。 高炉是炼铁的主要设备，使用的原料有铁矿石、焦炭和少量溶剂，产品为铁水，高炉煤气和高炉渣。铁水送炼钢厂炼钢；高炉煤气主要用来烧热风炉，同时供炼钢厂和轧钢厂使用；高炉渣经水捽后送水泥厂生产水泥。 炼钢，目前主要有两条工艺路线，即转炉炼钢流程和电弧炉炼钢流程。通常将“高炉-铁水预处理-转炉-精炼-连铸”称为长流程，而将“废钢-电弧炉-精炼-连铸”称为短流程。短流程无需庞杂的铁前系统和高炉炼铁，因而，工艺简单，投资低、建设周期短。但短流程生产规模相对小，生产品种范围相对较窄，生产成本相对较高。同时受废钢和直接还原铁供应的限制，目前，大多数短流程钢铁企业也开始建高炉和相应的铁前系统，电弧炉采用废钢+铁水热装技术吹氧熔炼钢水，降低了电耗，缩短了冶炼周期，提高了钢水品质，扩大了品种，降低了生产成本。 炼钢厂的最终产品是连铸坯。按照形状，连铸坯分为方坯、板坯和圆坯。在轧钢厂，方坯分为被棒材、线材和型材轧机轧成制成棒材、线材和型材；板坯被轧制成中厚板、薄板；圆坯被穿孔、轧制成无缝钢管。 钢铁联合企业的正常运转，除了上述主体工序外，还需要其他辅助行业为它服务，这些辅助行业包括耐火材料和石灰生产，机修、动力、制氧、供水供电、质量检测、通讯、交通运输和环保等等。 矿床开采分为露天开采和地下开采和海洋开采。露天开采又分为原生矿床开

2016年辽宁科技大学专升本考试大纲

2016年辽宁科技大学专升本考试大纲《冶金工程专 业》 【指定参考教材】 1.《钢铁冶金原理》黄希祜主编，冶金工业出版社 2.《钢铁冶金学（炼铁部分）》王筱留主编，冶金工业出版社 3.《钢铁冶金学（炼钢部分）》陈家祥主编，冶金工业出版社 4.《机械设计基础》杨可桢，程光蕴，李仲生主编，高等教育出版社高等教育出版社 考试科目：冶金原理、钢铁冶金学、机械设计基础 考试时间：150分钟 成绩分配：总分200分，其中冶金原理50分、钢铁冶金学100分、机械设计基础50分 第一部分《冶金原理》 一、冶金热力学基础 1、掌握化学反应的吉布斯自由能和平衡常数的计算方法。 2、掌握活度及活度系数的计算方法。 3、掌握活度标准态的选取。 二、冶金动力学基础 1、掌握冶金动力学的基本理论。 2、掌握冶金反应中某一反应级数的判断方法。 3、掌握零级、一级、二级反应的反应速率的计算方法。 三、金属熔体 1、了解金属熔体的种类。 2、了解熔铁及其合金的结构以及物理性质。 3、掌握铁液中组分活度的相互作用系数的计算。 四、冶金炉渣 1、掌握钢铁冶金熔渣的结构理论、熔渣的化学和物理性质。 2、掌握二元渣系的相图的分析方法。 3、掌握三元相图的基本知识及基本结构。 五、氧化熔炼反应

1、掌握氧化熔炼反应的物理化学原理以及氧势图在这里的应用。 2、掌握在冶金过程中硫、磷、硅等有害元素的去除方法。 六、钢液的二次精练 1、了解二次精练的含义。 2、掌握钢液真空处理的方法及热力学原理。 3、了解吹氩处理的作用以及热力学原理。 4、掌握钢中夹杂物的处理方法，钢液中夹杂物的种类及产生原因。第二部分《钢铁冶金学》 一、概论 1、了解高炉冶炼的基本过程及冶炼特点。 2、熟练掌握高炉冶炼的目的、原燃料的种类、性能要求。 3、了解高炉的主要产品。 二、铁矿粉造块 1、了解铁矿粉造块的意义及基本工艺过程。 2、熟练掌握烧结、球团的基本原料、成矿过程。 3、掌握烧结、球团过程的重要物理化学反应。 三、高炉炼铁基本理论 1、熟练掌握高炉逐级还原原则、高炉还原原理。 2、掌握炉渣在高炉冶炼过程中的作用和成渣过程。 3、掌握高炉风口前燃烧的作用及基本特点。 4、了解终渣的理化性质。 5、掌握高炉炉渣脱硫反应。 四、高炉冶炼过程中的传输现象 1、了解高炉常见的传输现象、高炉炉料下降的条件。 2、熟练掌握高炉用散料的基本参数及对高炉透气性、高炉煤气运动的影响，高炉煤气流分布的特点及采取的上部调剂的操作方法。 3、掌握高炉简单的热交换规律。 五、高炉冶炼能量利用 掌握燃料比，焦比等常用指标的概念及简单计算。 六、高炉炼铁工艺 1、熟练掌握高炉基本操作制度。 2、掌握高炉强化冶炼的措施。 七、炼钢的任务、原材料和耐火材料

钢铁冶金学 炼铁部分习题

1、冶金的方法及其特点是什么？ 提取冶金工艺方法：火法冶金、湿法冶金、电冶金、卤化冶金、羰基冶金等。 (1) 火法冶金：在高温下利用各种冶金炉从矿石或其它原料中进行金属提取的冶金工艺过程。操作单元包括：干燥、煅烧、焙烧(烧结)、熔炼、精炼。 (2) 湿法冶金：在水溶液中对矿石和精矿中的金属进行提取和回收的冶金过程。操作单元包括：浸取(出)、富 (3) 电冶金：利用电能提取金属的冶金过程，包括电热冶金和电化学冶金。 电热冶金：利用电能转变为热能进行金属冶炼，实质上属火法冶金。 电化学冶金：利用电化学反应使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。如： ①水溶液电解：如Cu、Pb、Zn等。可列入湿法冶金。 ②熔盐电解：如Al、Mg、Ca、Na等。可列入火法冶金。 钢铁冶金：火法、电热冶金 有色冶金：火法、湿法、电化学冶金。通常为“火法＋湿法”联合。集(净化和浓缩)、提取(金属或金属化合物)等 2、钢与生铁有何区别？ 都是以铁为基底元素，并含少量C、Si、Mn、P、S——铁碳合金。 (1) 生铁：硬而脆，不能锻造。 用途：①炼钢生铁； ②铸造生铁，占10%。用于铸造零、部件，如电机外壳、机架等。 (2) 钢：有较好的综合机械性能，如机械强度高、韧性好、可加工成钢材和制品；能铸造、锻造和焊接；还可加工成不同性能的特殊钢种。 3、钢铁冶炼的任务及基本冶炼工艺是什么？ 把铁矿石冶炼成合格的钢： 铁矿石：铁氧化物，脉石杂质。 炼铁：去除铁矿石中的氧及大部分杂质，形成铁水和炉渣并使其分离。 炼钢：把铁水进一步去除杂质，进行氧化精炼。 铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢 4、试述3种钢铁生产工艺及其特点。 传统流程：间接炼钢法：高炉炼铁+ 转炉炼钢。 优点：工艺成熟，生产率高，成本低 缺点：流程工序多，反复氧化还原，环保差 短流程：直接炼钢法：直接还原炉+ 电炉，将铁矿石一步炼成钢。 优点：避免反复氧化还原 缺点：铁回收率低，要求高品位矿，能耗高，技术尚存在一定问题。 新流程：熔融还原法：熔融还原炉+ 转炉(将铁矿石一步炼成钢)。 优点：工艺简单，投资少、成本低，资源要求不高，环境友善。 缺点：能耗高，技术尚存在大量问题，仅Corex投入工业应用。 5、一个现代化的钢铁联合企业有哪些主要工序和辅助工序？用框图画出钢铁联合企业的生产工艺流程。 目前，钢铁联合企业的主要生产流程还是传统流程： 采矿——选矿——高炉炼铁——转炉炼钢——炉外精炼——连续铸钢——轧钢——成品钢材

钢铁冶金原理试题及答案

且反应 级数 与反应物的 计量系数 相等，这样的反应称为基元反应。 7.气体分子在 分子（或范得华）引力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上称为物理吸附；在 化学键力 的作用下被吸附到固体或液体的表面上，称为化学吸附。 三、分析题（共2题，每题12分，共24分） 1．请写出图1中各条曲线所代表的反应，各区域稳定存在的氧化物，利用热力学原理分析各氧化物稳定存在的原因。 2. 钢液中[C]和[Cr]之间存在化学反应： 344[C](Cr O )3[Cr]4CO +=+，试用热力学原理分析有利于实现去碳保铬的热力学条件。 图1 四、计算题（共3题，每题12分，共36分）

1. 测得温度1873K 还原渣及GCrl5钢的表面张力分别为及1-?m N ，两者的接触角 38=α。试求钢--渣的界面张力，并确定此种还原渣能否在钢液中乳化? 解： 305 .138cos 45.063.1245.063.1cos 202222 =???-+=-+=s m s m ms σσσσσ 铺展系数：125.0305.145.063.1-=--=--=ms s m S σσσ 铺展系数小于0，说明此熔渣不易在钢渣中乳化。 2.在用CO 还原铁矿石的反应中，l173K 的速率常数 12110987.2--?=s k ，1273K 的速率常数12210623.5--?=s k 试求：(1) 反应的活化能；(2)1673K 的速率常数k 值；(3)1673K 的可逆反应的速率常数：)1 1(0K k ++。 反应为 ()2CO FeO CO s FeO +=+； T G m r 26.24228000 +-=? 1-?mol J 解：（1）由?? ? ??-=RT E k k a exp 0 可得： ?? ? ???-=?-1173314.8exp 10978.202a E k ?? ? ???-=?-1273314.8exp 10623.502a E k 先对上两式取对数，而后在相减，可得： ?? ? ??-- =??--1273111731 147.1910623.510978.2lg 2 2 a E

钢铁冶金学教案

钢铁冶金学2 课程教学大纲 Metallurgy of steel and Iron 2 课程编号: 12923102 适用专业: 冶金工程（本科） 学时数: 40 学分数: 2.5 执笔人: 芶淑云编写日期:2008年10月 一、课程的性质和目的 本门课程属于冶金工程专业（钢铁冶金方向）的一门专业方向课，通过本门课程的学习，使学生掌握炼钢的基本原理和生产工艺过程，及设备，确定工艺参数的方法，了解转炉、电炉炼钢的工艺设备及构造、炼钢用的原材料和耐火材料、炉外精炼法及其发展趋势，使学生熟悉炼钢工艺流程，为今后从事相关的生产、科研奠定必要的基础。 二、课程教学环节的基本要求 课堂讲授： 本课程以课堂讲授为主，在讲授过程中，应充分注意理论与实际的联系，以增强学生的学习兴趣，调动学生的积极性，可采取讲授与讨论相结合的教学方式。作业方面： 每章布置一定量的作业或思考题，以巩固所学的基本知识，并锻炼学生分析和解决实际问题的能力。 考试环节： 本课程为考试课，建议期末以考试成绩和平时成绩综合评定结果作为课程成绩。 三、课程的教学内容和学时分配 第一章概论(4学时) 教学内容： 炼钢的发展过程；炼钢的任务；炼钢生产流程；钢铁生产的主要技术经济指标，炼钢原料。 教学要求： 1.了解炼钢铁生产的发展过程，炼钢的任务。 2.理解炼钢用原材料的主要种类、性能及评价指标，耐火材料的损毁原因。 3.掌握炼钢生产流程，钢铁生产主要技术经济指标。 重点：炼钢生产流程和钢铁生产主要技术经济指标。 难点：炼钢过程中耐火材料的损毁机理。

第二章氧气转炉炼钢（10学时） 教学内容： 转炉炼钢的特点；氧气转炉炼钢过程渣、钢成分的变化；氧气射流与熔池的相互作用；氧气转炉炼钢的冶金特征；氧气转炉吹炼钢过程的操作制度；少渣吹炼工艺；氧气转炉炼钢的自动化控制和新技术。 教学要求： 1.了解转炉炼钢的特点，氧气转炉炼钢不同吹炼方式的冶金特点。 2.理解氧气转炉炼钢的自动化控制和新技术，氧气射流与熔池的相互作用。 3.掌握顶吹氧气转炉炼钢工艺及操作制度,氧气转炉炼钢过程渣、钢成分的变化。 重点：顶吹氧气转炉炼钢工艺。 难点：氧气转炉炼钢过程渣、钢成分的变化与控制；氧气转炉炼钢的自动化控制和新技术。 第三章电炉炼钢 (8学时) 教学内容： 电冶金概论；电弧炉基本过程；电弧炉炼钢工艺；典型钢种冶炼 电弧炉炼钢用原料，配料，补炉和装料，熔化期，氧化期，还原期，出钢，电弧炉发展趋势。 教学要求： 1．了解电炉炼钢方法（扼要介绍感应炉冶炼，电渣重熔法，真空感应炉熔炼法，等离子电弧炉重熔等方法），电弧炉炼钢用原料，电弧炉发展趋势。 2. 熟悉典型钢种冶炼电弧炉炼钢工艺 3. 掌握电弧炉炼钢工艺，碱性电弧炉冶炼工艺及各期的任务与操作方法。重点：碱性电弧炉炼钢工艺。 难点：碱性电弧炉炼钢工程中不同时期的操作工艺。 第四章炉外精炼（8学时） 教学内容： 炉外精炼的理论基础；铁水预处理；钢水炉外精炼；中间包冶金。 教学要求： 1.了解中间包冶金过程。 2.理解炉外精炼的理论基础，钢水炉外精炼方法分类。 3.掌握铁水预处理的目的和方法，钢水炉外精炼方法。 重点：铁水预处理；钢水炉外精炼。 难点：钢水炉外精炼。 第五章凝固理论与浇注工艺（10学时） 教学内容：

钢铁冶金学试题库

试题库 一、填空题 1.高炉生产的主要原料是___________________、_________ 和熔剂。 答案：铁矿石及其代用品；燃料 2.炼铁的还原剂主要有三种，即__________、_________和_________ 。 答案：碳、一氧化碳、氢 3.高炉CO不能全部转变成CO2的原因是因为铁氧化物的____________需要过量的CO与生成物平衡。答案：间接还原 4.钢、铁都是铁碳合金，一般把碳含量大于2.00%叫_______________。 答案：铁 5.硅的氧化反应是________反应，低温有利于硅的氧化。答：放热 6.钢中加入适量的铝，除了脱氧的作用以外，还具有___________的作用。 答案：细化晶粒 7.在硫的分配系数一定的条件下，钢中含硫量取决于_______中硫含量和渣量。答案：炉渣 8.要使炉况稳定顺行，操作上必须做到三稳定，即____________、____________、____________。答案：炉温、碱度、料批 9.钢中有害气体主要是_________、_________。答案：H；N 10.炼钢的基本任务有脱碳、脱硫、脱氧合金化和__________。 答案：去气和去夹杂物 11.造渣方法根据铁水成份和温度，冶炼钢种的要求选用_______、双渣法、留渣法。措施。答案：单渣 12.12.铁矿石还原速度的快慢，主要取决于____________和____________的特性。 答案：煤气流；矿石 13.生铁一般分为三大类，即____________、____________、____________。 答案：铸造铁、炼钢铁、铁合金 14.在钢材中引起热脆的元素是____________ ，引起冷脆的元素是____________ 。 答案：Cu、S；P、As 15.在Mn的还原过程中，____________是其还原的首要条件, ____________是一个重要条件。答案：高温；高碱度 16.炉渣中含有一定数量的MgO，能提高炉渣____________ 和____________。 答案：流动性；脱硫能力 17.氧气顶吹转炉炼钢操作中的温度控制主要是指__________和终点温度控制。。 答案：过程温度 18.氧气顶吹转炉炼钢影响炉渣氧化性酌因素很多，经常起主要作用的因素是_________。答案：枪位和氧压 19.铁子预处理主要是指脱硫，另外也包括___________。答案：脱硅和脱磷 20.影响高炉寿命的关键部位是____________ 和____________。答案：炉缸；炉身中部 21.氧气预吹转炉传氧方式一般有直接传氧和（间接传氧）两种方式。 22.高炉下部调剂中,凡是减少煤气体积或改善透气性的因素就需____________ 风速和鼓风动能；相反，则需相应____________ 风速和鼓风动能。答案：提高；减小 23转炉入炉铁水温度应在_________以上。答案：1250℃ 24.一般规定矿石中含硫大于为____________高硫矿。答案：0.3% 25.FeO含量对烧结矿质量的影响主要表现在____________和____________两个方面。