碳含量的经验判断.doc

碳含量的经验判断 钢液的碳含量主要依靠化学分析、光谱分析及其他仪器来确定。但在实际操作中，为了缩短冶炼时间，电炉炼钢工也常用经验进行准确的判断，方法介绍如下：（1）根据用氧参数来估计钢中的碳含量。在冶炼过程中，依据吹氧时间、吹氧压力、氧管插入深度、耗氧量或矿石的加入量、钢液温度、全熔碳含量等，先估算lmin或一段时间内的脱碳量，然后再估计钢中的碳含量。因这个办法使用方便，所以应用的时候较多。 （2）根据吹氧时炉内冒出的黄烟多少来估计钢中的碳含量。炉内冒出的黄烟浓、多，说明碳含量高，反之较低。当碳含量小于0.30时，黄烟相当淡了。这个办法只能大概地估计钢中碳含量，难以作到准确的判断。 （3）根据吹氧时炉门口喷出的火星估计钢中的碳含量。吹氧时炉门口喷出的火星粗密且分叉多则碳高，反之则低。 （4）根据表面张力的大小进行粗略的判断。当碳含量位于0.300.40和碳含量小于0.10时，钢的表面张力较大，取样时，样勺的背面在钢液面上打滑。（5）根据碳花的特征判断钢中的碳含量，该法简称碳花观察法。由于该法简便、迅速、准确，因此获得普遍的应用。未经脱氧的钢液在样勺内冷却时，能够继续进行碳氧反应，当气泡逸出时，表面附有一薄层钢液的液衣，宛如空心钢珠，这就是火星。又因为气泡是连续逸出的，所以迸发出来的火星往往形成火线。如果钢中的游离碳较多，有时在火星的表面上还附有碳粒。当气泡的压力较大而珠壁的强度不足时，迸发出来的火星破裂，进而形成所谓的碳花。然而，CO 气泡压力随钢液碳含量的降低而降低，碳花的数目和大小也依次递减，火星的迸发力量也是由强到弱。有经验的炼钢工可根据火星(碳花)的数量、大小与破裂情况及迸发力量的强弱、火线的断续情况或发出的声音等进行判断，碳含量越低判断得越准确，误差常常只有0.010.02，而碳含量越高，碳花越大，分叉越多，跳跃越猛烈，也越缺乏规律性，因此碳含量很高时难以准确的判断。当碳含量超过0.80以上时，碳花在跳跃破裂过程中还发出吱吱的响声。碳花的具体观察方法有两种：一种是直接观察从勺内迸发出来的火星(碳花)情况；另一种是观察火星(碳花)落地后的破裂情况。一般碳钢的碳含量与碳花特征的关系见表122。 表12-2 碳钢的碳含量与碳花特征的关系 碳含量火星或碳花的颜色 火星与碳花的多少等迸发力量或破裂的情况备注 0.O50.10 棕白色全是火星构成的火线无花迸发无力火线稀疏时有时无 0.10.20 白色火星构成的火线中略有小花迸发无力火线稀疏时有时无 0.30.40 带红火星23，小花13迸发稍有力火线细而稍密0.500.60红色火线23，小花13间带23朵大花迸发有力火线粗而密0.700.80红色火线l3，小花23大花35朵迸发有力，花内分叉，呈现二次破裂0.901O0红色火星少，小花多，大花710朵迸发有力、很强，花有圈呈现三次破裂碳含量大于0.08%以上时，碳花在跳跃破裂过程中有吱的响声 1.11.20红色大花很多、很乱略有火星花跳跃频繁有力，花有圈呈现三次破裂1.301.40红色大花l3，紫花23花跳跃短而有力，多次破裂1.501.80红色几乎全是紫花花跳跃短雨有力，多次破裂利用碳花的特征判断钢中的碳含量，还应考虑以下一些因素的影响。温度过低，容易低看，而实际碳含量不是那么低；温度过高，容易高看，而实际碳含量又没有那么高。合金钢的碳花与碳钢基本相似，但形状因其他元素的影响而有所不同。与碳含量相同的碳钢比较：当Mn、Cr、V等元素含量较高时，碳花较大、分叉又多，容易估的偏高；当W、Ni、Si、Mo等元素含量较高时，碳花分叉较少，容易估的偏低。除此之外，如钢中的氧含量低于碳氧的平衡值时，碳花较少或无碳花，如经脱氧或真空处理的钢液就是如此。铁、硅、锰、铬等元素的氧化 在脱磷、脱碳反应进行的同时，钢液中其他元素和杂质也发生氧化。这些元素的氧化及氧化程度取决于：与铁比较该元素对氧的亲和力大小、该元素在钢液中的浓度、熔渣组成与该元素氧化物的化学性质(酸性或碱性)及冶炼温度等。除此之外，在实际冶炼中，钢液中各元素的氧化程度还受各元素氧化反应速度的影响，而这速度又与熔渣的物理性质(粘度、表面张力)及熔池的物理状态有关。 铝对氧的亲和力很强，钛次之，钢液经熔化和氧化后，它们几乎全部氧化掉，而Fe、Si、Mn、Cr等元素与铝和钛的情况不一样。下面我们分别进行介绍。 1铁的氧化 铁与氧的亲和力比其他元素(Cu、Ni、CO除外)小，只要有别的元素存在，它就很难与氧结合，但在铁基钢液中，由于铁的浓度最大，所以它还是首先被氧化。当钢中的C、Si、Mn、P等元素进行氧化反应时，氧的主要来源是FeO，因此铁的氧化能为其他元素的氧化贮存氧，这也说明FeO对氧的传递起着重要作用。 2硅的氧化 Si与O的亲和力较大，但次于Al和Ti，而强于V、Mn、Cr。因此，钢液中的Si在熔化期将被氧化掉70，少量的残余Si在氧化初期也能降低到最低限度。硅的氧化反应式如下： Si+2(FeO)=(SiO2)+2Fe Si+O2=SiO2(固) 硅的氧化是放热反应，并随着温度的升高氧化程度减弱，且在碱性渣下比在酸性渣下氧化完全。在冶炼高铬不锈钢或返吹其他钢种时，炉料中往往配入一定量的硅，以保证钢液的快速升温及减少铬的烧损。反应生成物SiO2不溶于钢液中，除一部分能上浮到渣中外，还有一部分呈细小颗粒夹杂悬浮于钢液中，SiO2可与其他夹杂物结合生成硅酸盐，如果去除不当而残留在钢中能成为夹杂。 在熔渣中，(SiO2)与(FeO)发生下述反应： (SiO2)+2(FeO) = (2 FeOSiO2) 在碱性渣中，(FeO)能被更强的碱性氧化物(CaO)从硅酸铁中置换出来，即： 由于生成的正硅酸钙(2CaOSiO2)是稳定的化合物，使Si02分解压力变得更低，渣中a(SiO2)变得更小，所以在碱性渣下，硅的氧化较完全。3锰的氧化锰与氧的亲和力比硅小，到了熔化末期锰大约烧损50左右。如果熔化期渣中(FeO)含量和碱度较低时，烧损可能还要少些。 在氧化期，钢液中的锰继续氧化，锰的氧化反应如下： 锰的氧化也是放热反应，且随着温度的升高氧化程度减弱。当钢液的温度升高到一定程度时，锰的氧化反应趋于平衡。因此，全熔后钢液中的锰含量较高时，可在氧化初期在较低的温度下进行氧化，并采取自动流渣或换渣的方式去除。 通常在电炉钢的实际冶炼过程中，锰含量的变化被看成是钢液温度高低的标志。这是因为熔池温度升高后，由于碳的氧化反应使渣中的(FeO)含量不断降低，溶于熔渣中呈游离状态的(MnO)就要参与碳的氧化反应，这时已趋于平衡的锰的氧化反应被破坏，而转变为锰的还原，反应式如下： 如果氧化末期钢液中的锰含量比前期高或氧化过程中锰元素没有损失，说明氧化沸腾是在高温下进行的。如果氧化末期钢液中的锰含量损失较多，说明氧化沸腾有可能是在较低的温度下进行的。 锰的氧化反应生成物(MnO)在钢液中的溶解度很小，将上浮进入渣中，其中一部分在上浮途中与悬浮在钢液中的细小不易上浮的Si02、Al2O3结合成硅酸锰和铝酸锰即： 这些硅酸锰和铝酸锰属于颗粒大、熔点低并易于上浮的化合物。为了更好地去除钢中夹杂，在冶炼用途重要或碳含量较低的钢种时，在氧化末期建立了保持锰的工艺制度。当熔渣具有足够的碱度时，(CaO)能将(MnO)从硅酸锰或铝酸锰中置换出来而形成比较稳定不易分解的复合化合物，即：4铬的氧化Cr比Fe易氧化，但不如Al、Ti、Si等，铬的氧化反应式如下： 在碱性渣下的氧化，第二个反应是主要的。该反应式也表明了渣中(FeO)能使铬的收得率降低，且当炉料中的铬含量很高时，转入熔渣中的铬损失也多。高铬的熔渣很粘，能影响其他元素氧化反应(如脱磷)的正常进行。因此，为了减少铬的损失及保证冶炼的正常进行，矿石法氧化不宜使用含高铬的炉料。 铬的氧化也能放出大量的热，而铬的氧化损失又与温度有关。除此之外，在高温时还将发生下述反应： 高温下脱碳能抑制铬的氧化损失，这一点对于采用返吹法冶炼低碳高铬钢具有极其特殊的意义。换言之，高温不利于铬的氧化，所以为了降低钢中的铬含量，一般均采用偏低的温度并选用矿石氧化的方式进行。5钒的氧化钒对氧的亲和力较大，当熔池中(FeO)的含量很高时，它几乎全部氧化。钒的氧化也是放热反应，因此偏低的氧化温度可使钒的氧化损失增加。反应式如下： 温度升高后，由于碳的激烈氧化夺取了大量的(FeO)，从而也能抑制钒的氧化。钒既易氧化，产物(V2O3)、(V2O5)也极易还原。如果炉中剩留的含钒氧化渣较多，或炉壁和炉盖处悬挂的含钒氧化渣较多，在电炉炼钢的还原气氛下，将有一部分的钒被还原回钢中。这种情况在利用含钒炉料冶炼钒钢时尤要注意，以避免钒的成分超出规格。6钨的氧化钨是一种弱还原剂，它比铁容易氧化。在电炉钢的氧化过程中，当(FeO)的含量很高时，钨的氧化烧损也很严重。反应式如下： 其中，WO3为酸性氧化物，除有一部分能被还原外，当渣中碱度达到足够高时，又能发生下述反应： 因此，相对比较而言，酸性熔炼钨几乎不受损失，而碱性熔炼损失较大。此外(WO3)的沸点约为1850，所以还有一部分的(WO3)可能在电弧的光柱下升华而使钨挥发。不难得出，矿石法氧化能使钢液中的钨蒙受损失，且碱性熔炼损失更大。因钨铁的生产比较困难，价格较高，所以矿石法冶炼不应使用含钨的炉料。然而钨的熔点高，密度大，易沉积炉底，如果FeO的含量不高时，钨的氧化损失也是有限的，这样就为我们利用装入法或返吹法冶炼高钨钢提供了可能。 7钼、镍、钴、铜等元素的氧化钼