第一章 金属材料的制备

第一节冶金工艺第二节钢铁冶炼第三节有色金属冶炼 第一章金属材料的制备 冶金 1 因此 要获得各种金属及其合金材料 必须首先通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来 接着对粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理 然后浇注成锭 加工成形 才能得到所需成分 组织和规格的金属材料 第一节冶金工艺 绝大多数金属元素 除Au Ag Pt外 都以氧化物 碳化物等化合物的形式存在地壳之中 金属的冶金工艺可以分为火法冶金 湿法冶金 电冶金等 冶金是基于矿产资源的开发利用和金属材料生产加工过程的工程技术 2 一 火法冶金 定义 火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法 干法冶金 第一节冶金工艺概述 3 火法冶金 矿石准备 选矿 去除矿石中大量无用的脉石或有害矿物 以获得含有较多金属元素的精矿 干燥 去除矿石中的水分 干燥温度一般在400 600 焙烧 在一定的气氛下 将矿石加热到一定温度 低于熔点 使之发生物理化学变化以适应下一步冶金过程的要求 烧结和球团 选矿得到的细精矿不宜直接使用 需先加入溶剂再高温烧结成块 或添加粘结剂压制成型或滚成小球再烧结成球团 第一节冶金工艺概述 4 火法冶金 冶炼 将处理好的矿石 在高温下通过氧化还原生成粗金属和炉渣的过程 还原冶炼 使金属氧化物在高温熔炼炉还原性气氛下被还原成熔体金属的冶炼方法 加入的炉料 富矿 烧结矿 球团矿 造渣用的石灰石 石英石的溶剂 还加入焦炭 煤 既作为发热剂 产生高温 也作还原剂 使金属化还原 第一节冶金工艺概述 5 火法冶金 造锍冶炼 属氧化冶炼 主要用于处理硫化铜矿或硫化镍矿 生产上利用铜 镍 钴对硫的亲和力大于铁 而对氧的亲和力远小于铁的性质在熔炼过程中 使铁的硫化物不断氧化成氧化物随后与脉石造渣而除去 氧化吹炼 在氧化性气氛下进行冶炼 吹入氧气使生铁液中的硅 锰 碳 磷 硫等杂质被氧化炼成合格的钢水 第一节冶金工艺概述 6 火法冶金 精炼 对冶炼的金属进行去除杂质提高纯度的过程 物理精炼法熔析精炼 利用某些杂质金属或其化合物在主金属中的溶解度随温度的降低而显著减少的性质 改变温度 使原来成分均匀的粗金属分相 形成多相体系 而将杂质分离到一种固体或液体中 与主金属分开 达到提纯金属的目的 多用于提纯熔点较低的金属 Sn Pb Zn Sb等 以去除熔点较高并与主金属形成二元共晶的杂质 第一节冶金工艺概述 7 火法冶金 物理精炼法精馏精炼 利用物质沸点不同 交替进行多次蒸发和冷凝去除杂质 适用于相互溶解或部分溶解的金属熔体 区域精炼 又称为区域熔炼或区域提纯 指根据金属液体混合物在冷凝结晶过程中偏析 即杂质在固液相中分配比例不同 将杂质富集到液相或固相中从而与主金属分离 的原理 通过多次熔融和凝固 达到精炼的目的 第一节冶金工艺概述 8 火法冶金 化学精炼法氧化精炼 利用氧化剂将粗金属中的杂质氧化造渣或氧化挥发除去的精炼方法 硫化精炼 用加入硫或硫化物的方法 除去粗金属中杂质的精炼方法 氯化精炼 通入氯气或氯化物使杂质形成氯化物而与主金属和分离的精炼方法 碱法精炼 向粗金属加入碱 使杂质氧化并与碱结合成渣而被除去的精炼方法 第一节冶金工艺概述 9 二 湿法冶金 定义 湿法冶金是在常温或低于100 以下 用溶剂处理矿石或精矿 使所要提取的金属溶解于溶液中 而其他杂质不溶解 然后再从溶液中将金属分离和提取出来的过程 大部分溶剂为水溶液 也称为水法冶金 第一节冶金工艺概述 10 湿法冶金 浸出 也称为浸取 是对矿石进行选择性溶解的过程 即借助于浸出剂从矿石 精矿等固体物料中提取所需金属可溶性成分 从而与其他不溶物质分离的过程 浸取剂不同 酸浸出 碱浸出 盐浸出化学过程不同 氧化浸出 还原浸出 浸出过程压力的不同 常压浸出 加压浸出 浸出方式 就地浸出 渗滤浸出 搅拌浸出 热球磨浸出 流态化浸出 第一节冶金工艺概述 11 湿法冶金 固 液分离 是将浸出液与残渣分离成液相和固相 同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子洗涤回收的过程 沉降分离法 借助于重力的作用使固相沉积将液相与固相分离的方法过滤分离法 在压力的作用下 利用多孔介质拦截浸出液相中的固体离子 使液相与固相分离的方法 第一节冶金工艺概述 12 湿法冶金 第一节冶金工艺概述 富集 对分离的溶液进行净化 一般浸出溶液中除欲提取的金属外 还有其他金属和非金属杂质 必须将他们分离出来才能最终提取所需的金属 方法 结晶 蒸馏 沉淀置换 溶液萃取 离子交换 膜分离等提取 通过电解 化学 置换 还原等方法从净化的溶液中获得金属或化合物方法 13 三 电冶金 定义 利用电能从矿石或其它原料中提取 回收 精炼金属的冶金过程 工艺分类 电热冶金 直接用电加热生产金属的一种冶金方法 包括电弧熔炼 电阻熔炼 等离子熔炼 感应熔炼 电子束熔炼等 第一节冶金工艺概述 电化学冶金 利用电化学反应 使金属从含金属盐类的水溶液或熔体中析出的冶炼方法 包括溶液电解和熔盐电解 14 熔盐电解 直接利用高导电率 低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解 适用于电极电位较负的金属 如Al Mg Ti Be Li Ta Nb等 溶液电解 以金属浸出液作为电解液进行电解还原 使溶液中的金属离子还原为金属析出 电解提取 不溶阳极电解 使粗金属阳极经由溶液精炼沉积于阴极 电解精炼 可溶阳极电解 的冶金过程 适用于电极电位较正的金属 如Cu Ni Co Au Ag等 15 Fe在地壳中的含量为5 左右 在金属中仅次于铝 除陨石外 纯铁在地壳中还未见到 铁容易与其它元素化合 特别是与氧化合 因此铁矿石多以氧化物形式存在 铁矿石中除铁的氧化物外 还有其它元素的氧化物 SiO2 Al2O3 MnO2等 这些统称为脉石 炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中还原 并使还原出的铁与脉石分离 第二节钢铁冶炼 16 生产基本过程 高炉的还原过程 氧化过程 铁矿石 炼铁 炼钢 铸锭 连铸 轧制 钢材铸造生铁铸造 第二节钢铁冶炼 17 1 炼铁的原料 铁矿石 熔剂和及燃料 一 生铁冶炼 1 铁矿石含铁矿物和脉石组成 赤铁矿 Fe2O3 70 Fe红色磁铁矿 Fe3O4 72 4 Fe黑色褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 59 8 Fe黄褐色菱铁矿 FeCO3 42 8 Fe淡黄色 脉石 SiO2 Al2O3 CaO MgO等 第二节钢铁冶炼 一 生铁冶炼 18 褐铁矿 菱铁矿 赤铁矿 磁铁矿 19 对铁矿石的要求 含铁量愈高愈好 30 70 贫矿 Fe 45 富矿 Fe 45 还原性好 粒度适中 通常为10 25mm脉石成分中碱性氧化物含量高 杂质含量少 S 0 15 P 0 4 As 0 1 有一定强度 冶炼前铁矿石的处理 主要通过选矿来提高矿石的品位 A 贫铁矿 破碎 筛分 细磨 选矿 精矿粉 混匀 烧结 造块 烧结矿或球团矿 筛分 储藏 过筛 称量 入炉 B 天然富矿 破碎 筛分 混匀 储藏 过筛 称量 入炉 一 生铁冶炼 1 炼铁的原料 20 2 熔剂作用 降低脉石熔点 生成熔渣 去硫种类 通常用碱性熔剂石灰石要求 碱性氧化物高 CaO MgO 50 酸性氧化物低 SiO2 Al2O3 3 5 P S低 强度高 粒度均匀 粒度最好与矿石粒度一致 一 生铁冶炼 1 炼铁的原料 21 3 燃料作用 发热剂 提供热量 还原剂 料柱骨架 渗碳剂要求 含碳量高 有害杂质硫 磷及水分 灰分 挥发分的含量低 在常温及高温下要有足够的机械强度 气孔率要大 粒度要均匀常用的燃料 焦炭喷吹用燃料 10 30 有的达40 50 包括气体燃料 天然气 焦炉煤气等 液体燃料 重油 柴油 焦油 固体燃料 无烟煤粉 一 生铁冶炼 1 炼铁的原料 22 2 高炉设备及工艺过程 一 生铁冶炼 23 一 生铁冶炼 2 高炉设备及工艺过程 24 炼铁高炉的结构 25 炼铁工业设备图 26 炼铁工业设备图 27 一 生铁冶炼 2 高炉设备及工艺过程 28 1 燃料的燃烧C O2 CO2CO2 C 2CO 3 炼铁的物理化学过程 2 炉料的蒸发 挥发 及分解 水分的蒸发和结晶水的分解105 以上 吸附水 游离水 可蒸发 对高炉无害 200 开始 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 分解 400 500 分解速度最大 约400 高岭土 Al2O3 2SiO2 2H2O 开始分解 在500 600 才迅速进行 燃料挥发分的挥发焦碳中含挥发分0 7 1 3 在风口被加热到1400 1600 这些挥发分进入煤气 由于量少 对煤气成分和冶炼过程影响很小 碳酸盐的分解主要指CaCO3 MgCO3 FeCO3 MnCO3的分解反应 前两者为主 其反应式为 CaCO3 CaO CO2 42520KcalMgCO3 MgO CO2 26470Kcal 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 29 CO作还原剂 间接还原 T 570 3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO22Fe3O4 2CO 6FeO 2CO26FeO 6CO 6Fe 6CO2T 570 3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO22Fe3O4 2CO 3Fe 4CO2基本为放热反应 主要在高炉上部800 以下的低温区进行 3 铁的还原 当T 570 时 Fe2O3 Fe3O4 Fe当T 570 时 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 30 固体碳作还原剂 直接还原 高炉内固体碳的还原作用化学反应 FeO CO Fe CO2 3250KJCO2 C 2CO 39600KJ综合以上反应结果相当于碳对氧化物的直接还原 FeO C Fe CO 36350KJ吸热反应 反应主要在高炉下部1000 以上进行 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 31 氢作为还原剂 间接还原 当T 570 3Fe2O3 H2 2Fe3O4 H2OFe3O4 H2 3FeO H2OFeO H2 Fe H2O当T 570 3Fe2O3 H2 2Fe3O4 H2O3Fe3O4 4H2 3Fe 4H2O 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 32 铁矿石中锰以MnO2 Mn2O3和Mn3O4的形式存在 还原过程为 MnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnO Mn MnO在还原前与SiO2结合生成硅酸盐 大量进入炉渣中 所以 生铁中的锰最终从炉缸内炉渣还原出来 MnO反应式为 MnSiO3 C Mn SiO2 CO Q高温和提高炉渣碱度有利于锰的还原 约有1 3的MnO能被还原 被还原的锰大约有40 60 进入生铁 4 锰的还原 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 炉渣碱度 渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度之比 常用 CaO 和 SiO2 摩尔分数之比表示 33 铁矿石中硅的氧化物以SiO2的形式存在 二氧化硅还原过程是以固体碳为还原剂进行的直接还原 反应式为 SiO2 2C Si 2CO Q该反应为吸热反应 炉温愈高 硅被还原的数量愈多 5 硅的还原 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 34 矿石中的磷主要以 CaO 3P2O5 Ca3 PO4 2 的形式存在 磷酸钙在1200 1500 与固体碳为还原剂发生直接还原反应 反应为 CaO 3P2O5 5C 3CaO 2P 5CO而SiO2存在 又能与磷酸钙中的CaO相结合 使P2O5游离出来 从而加速磷酸钙的还原 反应为 2 3CaO P2O5 3SiO2 3 2CaO SiO2 2P2O52P2O5 10C 4P 10CO被还原出来的磷除小部分挥发外都溶入铁中 还原出来的磷与铁结合生成Fe2P或Fe3P并溶于生铁中 因此控制生铁含磷量的唯一方法是控制炉料的含磷量 6 磷的还原 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 35 造渣是矿石中废料 燃料中灰分与熔剂熔合的过程 炉渣与熔融金属液不互熔 又比其轻 能浮在熔体表面 便于排出 mSiO2 pAl2O3 nCaO nCaO pAl2O3 mSiO2主要成分 SiO2 Al2O3 CaO 及少量MnO FeO CaS等 炉渣具有重要作用 1 熔化各种氧化物 控制生铁合格成分 2 浮在铁液表面 能保护金属 防止其过分氧化 热量散失或不致过热 7 造渣 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 36 矿石和焦碳等燃料中的硫主要以硫化亚铁的形式存在 与石灰石中的CaO MgO 以及固体碳作用 发生的炉渣脱硫主要是在铁水滴入炉缸穿过渣层时进行的 反应为 FeS CaO C Fe CaS CO Q炉料带入的硫有三个去处 即分别进入生铁 炉渣和随煤气逸出高炉 即 S 铁 S 料 S 渣 S 煤气 降低硫在生铁中含硫量 有以下途径 A 加强原料的准备处理 降低原料带入的硫量 B 增强硫的挥发量使更多的硫进入煤气 而随煤气逸出 C 提高硫的分配系数 LS S S 提高炉渣脱硫能力 提高脱硫能力的方法 A 提高渣的碱度B 提高炉缸温度 8 脱硫 一 生铁冶炼 37 8 铁的增碳 炉料在高炉中下降的过程中 当进入1000 1100 时 从矿石中还原出的铁与一氧化碳 焦炭相互作用 会溶入大量的碳 使铁的熔点降低 铁在炉身下部和炉腹处开始熔化 熔滴顺焦炭块流向炉缸 在此过程中 碳还会大量进入铁的熔滴 并达到饱和程度 其含碳量可达4 或更高 一 生铁冶炼 3 炼铁的物理化学过程 38 4 炼铁的主要产品 生铁生铁是高炉冶炼的主要产品 一般生铁中W Fe 为94 左右 W C 为4 左右 其于Si Mn P S等少量元素 生铁和钢在成分上的差别如下表 成分 CSiMnPS生铁 2 11 0 50 5 2 0 0 1 0 4 0 07钢 2 11 0 40 3 0 8 0 05 0 05生铁按用途分为三种 炼钢生铁 占生铁总量的80 90 w si 0 6 1 6 w s 0 07 铸造生铁 又称翻砂生铁 用于铸造生产 主要特点是含si较高 w si 2 75 3 25 占产量的10 20 特殊生铁 如铬铁 硅铁 锰铁 w Mn 10 25 等 为高炉冶炼的铁合金 用于炼钢的脱氧剂和合金元素的添加剂 一 生铁冶炼 4 炼铁的主要产品 39 2 炉渣按冶炼矿石的品位不同 冶炼1t生铁产生渣量0 3 0 6t之间 可用来制造水泥 造砖 矿渣棉等 3 高炉煤气冶炼1t生铁可产生2000 3000m3的高炉煤气 其中含有质量分数约25 的CO 1 4 的H2 少量甲烷等可燃烧气体 其发热值为3000 4000KJ m3 一座日产2000t生铁的高炉 每日产生的高炉煤气相当于500t标准煤或相当于500t原煤 可作为工业上的燃料 使用前应除尘 一般高炉煤气总量的1 3左右用于自身热风炉的加热 其余可供动力 炼焦 炼钢 烧结 轧钢等部门使用 4 炉尘炉气上升时从炉内带出的细颗粒固体炉料 冶炼1t生铁产生炉尘50 100Kg 可做烧结配料 40 5 高炉技术经济指标 1 有效容积利用系数 高炉利用系数 nn P VuP 生铁日产量 t d Vu 高炉有效容积 m3 每立方米高炉有效容积一昼夜 d 生产生铁的质量 t 单位为 t m3 dn越大 生铁产量越高 高炉生产率也越高 目前世界主要产铁国年平均高炉有效利用系数在2 0 2 5t m3 d之间 先进的达2 8 3 2t m3 d 一 生铁冶炼 41 2 铁焦比KK Q PQ 每日消耗焦炭量 t d 铁焦比就是生产1t生铁所消耗的焦炭重量 Kg 在工厂习惯常用kg t表示 显然铁焦比越低越好 在喷吹燃料条件下 不能只用铁焦比来表达 须用燃料比 K燃 即每吨生铁耗用各种入炉燃料之总和 K燃 焦炭 煤粉 重油 kg t 国外铁焦比日本最低 近年一般在400kg t左右 燃料比一般在450kg t左右 我国重型企业年平均铁焦比为500kg t 居世界中等水平 一 生铁冶炼 4 高炉技术经济指标 42 3 冶炼强度II Q Vu1立方米高炉有效容积每天消耗焦炭的重量 t 目前国内外一般约为1 0t m3 d左右 利用系数 铁焦比和冶炼强度三者之间的关系 n I K可见 利用系数n与冶炼强度成正比 与铁焦比成反比 要提高n 强化高炉生产 应从降低K和升高I两方面考虑 在目前能源紧缺的情况下 首先应考虑降低K 4 生铁合格率根据国家标准 在一定期间 日 月 旬等 内 合格生铁占生铁总产量的百分数为生铁合格率 优质率 即优质生铁占生铁总产量的百分数 对生铁质量的考查主要看其化学成分 如S和Si 是否符合国家标准 一般合格率应在99 以上 一 生铁冶炼 5 高炉技术经济指标 43 5 生铁成本生产1t生铁所需的费用 它是衡量高炉生产经济效益的重要指标 成本越低 经济效益越高 说明高炉的生产效果越好 6 高炉一代寿命 炉龄 从高炉点火到停火大修之间的时间 或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命 寿命越长 则一代炉龄产量越高 各项消耗相对减少 经济效益越好 一般大高炉一代寿命10年左右 有的达到18年 一 生铁冶炼 5 高炉技术经济指标 44 6 非高炉炼铁法高炉炼铁的缺点 投资大 流程长 能耗高 污染大 改进 不用焦碳 不用高炉 用烟煤或天然气作还原剂 采用直接还原或熔融还原生产铁 以供电炉炼钢 经二次精炼 连铸连轧 形成最佳短流程 直接还原 用煤或天然气等还原剂直接将固态铁矿石还原成固态海绵铁 可用煤基回转窑 气基竖炉等设备直接还原 煤基回转窑中 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2气基竖炉中 CH4 H2O CO 3H2 天然气裂化反应 Fe2O3 3H2 2Fe 3H2OFe2O3 3CO 2Fe 3CO2 一 生铁冶炼 45 6 非高炉炼铁法 一 生铁冶炼 46 6 非高炉炼铁法 一 生铁冶炼 47 6 非高炉炼铁法 2 熔融还原 用铁矿石和普通烟煤作原料 在汽化炉的流化床中 将直接还原得到的海绵铁进一步加热熔化 在熔融汽化炉的炉底形成铁水与炉渣的熔池 一 生铁冶炼 48 存在两种不同的钢铁生产工艺流程 矿石 生铁 钢 即以高炉 转炉为主的流程 矿石 海绵铁 钢 即以直接还原为主的流程 传统的第一种 工艺成熟 可大规模生产 是现代钢铁生产的主要形式 直接还原流程 规模小 目前 正在发展 是钢铁生产的重要补充 第二节钢铁冶炼 二 钢的冶炼 49 1 炼钢用原料 两类 金属料和非金属料 金属料主要指铁液 生铁 废钢和铁合金 非金属料主要指造渣材料 氧化剂 冷却剂 还原剂和增碳剂等 1 铁液转炉炼钢的基本原料 占转炉金属装入量的70 100 对铁水总的技术要求 硅 锰合适 磷 硫低 成分稳定 温度高 Si 0 5 0 8 为宜 易与氧结合 生成SiO2 同时放出大量的热 容易成渣 铁水含Si量高 则转炉可多加废钢 多加矿石 提高钢水收得率 但铁水含Si量过高 会导致石灰耗量增大而增大渣量 易产生喷溅 而且对炉衬寿命不利 Mn 0 2 0 4 为宜 对化渣 脱S以及提高炉龄有益 为节约锰资源 现生产上对Mn不作特殊要求 只希望铁水含Mn量相对稳定 以便吹炼终点的含Mn量相对稳定 便于合金化 P 炼铁过程中矿石中P部分还原入生铁 其含量无法控制 只能通过配料调节 炼钢希望含P量低些 S 有害杂质 通常要求铁水含S量 0 07 以减轻炼钢脱S的负担 T 希望尽可能减少波动 避免过低 一般要求 1200 1300 第二节钢铁冶炼 50 1 炼钢用原料 2 废钢电炉炼钢的基本原料 废钢用量约占钢铁料质量的70 90 氧气转炉用铁水炼钢时 由于热量富裕 可多加入多达30 的废钢作为调整吹炼温度的冷却剂 采用废钢冷却可减低钢铁料 造渣材料和氧气的消耗 而且比用铁矿石冷却效果好喷溅少 废钢来源复杂 因此废钢的管理和加工非常重要 废钢入炉前应仔细检查 严禁混入封门器皿 爆炸物和有害物质 注意防止混入铅 锌 锡 铜等有色金属 此外 应尽量减少带入的泥沙 耐火材料和炉渣等 3 铁合金炼钢生产中广泛使用的铁合金和脱氧剂有 锰铁 硅铁 铝铁 其他脱氧剂有 硅钙合金 硅锰铝合金 以及铝 锰 镍 钴等金属 第二节钢铁冶炼 51 1 炼钢用原料 4 造渣材料石灰 碱性炼钢方法基本的造渣材料 由石灰石煅烧而成 来源广泛 价廉 有相当的脱硫 脱磷能力 不危害炉衬 对石灰要求 CaO含量高 SiO和S的含量尽量低 石灰容易受潮粉化 变为硝石灰 Ca OH 2 应尽量用新烧的石灰 采用密封的容器储藏和运输 块度要求在5 40mm范围 块度太大熔化困难 块度太小则容易从空气中吸收水分 带入炉内 使钢被其中的氢腐蚀 所以 应保持石灰干燥 新鲜 在料仓储存时间不得超过3天 氟石 萤石 普通应用的熔剂 主要的成分是CaF2 熔点低 约930 还能使CaO和阻碍石灰溶解的硅酸钙熔点降低 而且作用迅速 因而能加速石灰的溶解 迅速改善炉渣的流动性 成分要求 CaF2 85 SiO2 5 S 0 2 块度5 40mm 且干燥 洁净 萤石的优点是作用快 不降低炉渣碱度 但用量过多会引起喷溅 并减低炉衬寿命 通常为石灰石用量的0 15 白云石 碳酸盐矿物 属镁质造渣剂的一种 CaMg CO3 2 理论成分 CaO30 4 MgO21 9 CO247 7 常含有硅 铝 铁 钛等杂质 熔点比石灰低 加入白云石代替部分石灰 增加渣中MgO含量 降少炉衬中MgO向炉渣中转移 减轻炉渣对炉衬侵蚀 延长炉衬寿命 而且还能促进前期造渣 第二节钢铁冶炼 52 1 炼钢用原料 5 氧化剂氧气 一般要求氧气的纯度 98 冶炼含氮低的钢种时 氧气的纯度 99 5 炼钢用的氧气一般由厂内的制氧车间供应 用管道输送 铁矿石 氧化铁皮 为改善脱磷条件 还需使用一定量的铁矿石 作为氧化剂使用的铁矿石 要求铁含量高 SiO2 P和水分尽量少 使用前应加热 有时也利用轧钢和锻造车间的氧化铁皮代替部分铁矿石 但氧化皮潮湿 油污较多 使用前应烘烤 6 冷却剂除废钢外 转炉炼钢常用的冷却剂有 富铁矿 球团矿 烧结矿 氧化铁皮 石灰石等 用富铁矿等炼铁原料或氧化铁皮作为冷却剂 主要利用它们氧化金属中的杂质时要吸收大量的热 7 增碳剂电弧炉炼钢使用的增碳剂有石墨 碳粉等 它们粒度应小于0 5mm 使用前应烘烤 第二节钢铁冶炼 53 2 炼钢的基本过程 1 元素的氧化顺序 冶金还原原理 氧化顺序与各元素与氧的亲合力有关 与氧亲和力强的元素可以夺得更多得氧 首先大量氧化 反之 被氧化得慢 元素与氧亲和力得强弱 常用该元素的氧化物分解压力表示 Po2 Po2越低 说明氧化物越稳定 即生成该氧化物的元素越容易氧化 A T1530 氧化顺序 C Si Mn P Fe氧化的顺序还受元素在钢液中浓度的影响 当供氧量不足时 它们被氧化的可能性与氧亲和力的影响很大 如果供氧很足 与氧化剂接触的元素都有机会被氧化 因此 那种元素含量多 则被氧化的机会就多 在氧气顶吹转炉炼钢中 供氧很充分 所以元素含量对元素氧化顺序的影响就十分明显 因此 从吹炼过程中的金属成分可知 吹炼一开始Fe Si Mn即大量氧化 而碳的氧化少量发生 碳的大量氧化是在Si Mn基本氧化完了 熔池的温度上升之后 另外 从分解压力来看 P C不能同时氧化 但在氧气顶吹转炉操作中P往往与C同时氧化 并且 吹炼前期P就被大量氧化去除 这是因为前期温度不太高 碳的氧化受到抑制 这时 渣中 FeO 高 并有一定的碱度 且炉渣的流动性好 这有利于P的去除 第二节钢铁冶炼 54 2 炼钢的基本过程 2 脱碳反应贯穿于炼钢全过程中的一个重要反应 作用 降低碳含量 使之符合钢的成分要求 生成的CO气体排出时能够搅动熔池 促进化渣和传热 均匀温度和成分 加速金属和炉渣之间的物化反应 并能带走钢中的有害气体和非金属夹杂物 如氮 氢 C O CO Q12 C O2 2CO Q2 C FeO Fe CO Q3条件 提高温度 能促进碳与 FeO 的反应 主要发生在熔炼的中期 此时 熔池温度显著升高 加入大量的铁矿石 含氧化铁较多的氧化铁皮或吹入氧气等 改善炉渣的流动性 第二节钢铁冶炼 55 2 炼钢的基本过程 3 硅的氧化和还原在炼钢过程中 初期原料中的硅将迅速氧化 放出大量的热 其反应为 Si 2 O SiO2 Si O 气 SiO2 Si 2 FeO SiO2 2 Fe 碱性炼钢法 加入石灰造渣 其反应为 2 CaO SiO2 Ca2SiO4 此时 随渣 CaO 和 FeO 含量的增加 硅被迅速氧化至微量 酸性炼钢法及高温条件下 硅可从炉渣或炉衬中被还原而进入金属液体中 酸性炼钢的炉渣主要是 FeO MnO SiO2 如果提供的氧化剂不充分 则 FeO 的含量低 其中 i 2 的含量约为50 处于饱和程度 则发生硅的还原反应 SiO2 2 C Si 2CO气 SiO2 2 Mn Si 2 MnO 降低炉渣的流动性 减少炉渣中的氧化铁的含量 提高熔池的温度 对硅的还原有利 钢液中的含硅量 取决于两个相反过程的速度差 金属液中硅被氧化速度 硅从炉渣或炉衬被还原进入金属液体中速度 第二节钢铁冶炼 56 2 炼钢的基本过程 4 锰的氧化和还原和硅一样 与氧有强的亲和力 很易被氧化 Mn O MnO Q Mn 1 2 2气 MnO Q Mn FeO MnO Fe Q在酸性渣炼钢时 金属液的氧化较为完全 不会被还原 这是因为 MnO 属于碱性氧化物 大部分 MnO 将与渣中的酸性氧化物 SiO2 反应生成硅酸盐 2MnSiO3 使 MnO 的活度降低 在碱性炉渣中大部分 MnO 大都的自然状态存在 所以 锰易被还原 温度愈高 锰还原愈明显 炼钢末期钢液中的残锰较高 所以 炼钢末期 往往用锰的还原情况来判断熔池的温度高低 第二节钢铁冶炼 57 2 炼钢的基本过程 5 脱磷反应磷是有害元素 普通钢 0 045 优质钢 0 040 高级优质钢 0 035 反应 2 P 5 FeO P2O5 5 Fe QP2O5 4 CaO 4CaO P2O5 或P2O5 3 CaO 3CaO P2O5 总式 2 P 5 FeO 4 CaO 4CaO P2O5 5 Fe 或2 P 5 FeO 3 CaO 3CaO P2O5 5 Fe 实际上炼钢工艺中 影响这些热力学条件的有关工艺如下 第二节钢铁冶炼 a 温度 由此反应为放热反应 减低反应温度将使Kp增大 所以较低的温度有利于脱硫反应的进行 但过低的反应温度 如温度低于1400 则使石灰不易融化 碱性渣不易形成 反而对脱硫不利 b 炉渣碱度 因 CaO 是使P2O5的活度降低的主要因素 增加渣中 CaO 或石灰用量 会使钢中 P 降低 但过高的 CaO 将使炉渣变粘 反而不利于脱磷 58 2 炼钢的基本过程 c FeO 的影响 在一定的限度内 FeO 含量的增加会使P减少 其次 FeO 可直接与P2O5结合 生成化合物FeO P2O5 3 FeO P2O5 3FeO P2O5 但若 FeO 太高 将使 CaO 浓度降低而影响脱磷效果 因而 FeO 与炉渣碱度对脱磷的综合影响是 在R 2 5时增强R对脱磷的影响最大 R在2 5 4之间时 增加 FeO 对脱磷有利 d 金属成分的影响 含碳 硅 锰量较高时 脱磷过程将受到抑制 原因是它们与氧化铁作用 消耗渣中的氧 另外 含硅量高 其产物二氧化硅将影响炉渣碱度而不利于脱磷 e 渣量 增加渣量即稀释了渣中的 P2O5 而 4CaO P2O5 量也相应的降低了 所以增加渣量可降低 P 从热力学观点上 使脱磷反应顺利所采用的工艺方法是 较低的炉温 较高的炉渣碱度 3 4 形成较高氧化铁浓度 15 30 的氧化性炉渣和造成氧化性炉内气氛 增大渣量或多次换渣操作 第二节钢铁冶炼 59 2 炼钢的基本过程 回磷现象炼钢过程中某一时期 特列是炉内预脱氧到出钢期间 甚至在盛钢桶中 当脱磷的基本条件得不到满足时 被脱除的磷重新返回到钢液中的现象 其原因是 a 在炼钢后期 当金属液温度太高时 加入硅铁 锰铁进行脱氧时 炉渣中 FeO 与脱氧剂作用 不仅降低了炉渣的氧化铁的活度 而且炉渣中的SiO2增加 炉渣碱度降低 为回磷提供了有利条件 b 炉渣中 3CaO P2O5 和 P2O5 与脱氧剂 Mn Si Al 作用 使磷还原 返回钢液 c 炉渣中 3CaO P2O5 与含有SiO2的酸性炉衬作用 使渣中的游离 P2O5 量增加 产生回磷 2 3CaO P2O5 3 SiO2 3 2CaO SiO2 2 P2O5 防止回磷的方法 在炼钢后期控制钢液温度不过高 减少钢液在钢包中的停留时间 提高钢包中的渣层碱度 用碱性炉衬钢包 第二节钢铁冶炼 60 2 炼钢的基本过程 6 脱硫反应一般钢 S 0 04 优质钢 S 0 03 高级优质钢 S 0 02 某些特殊的钢要求的低硫钢含硫量在0 015 以下 炉渣脱硫利用渣中足够的CaO 把钢液中FeS去除 FeS CaO FeO CaS Q生成的CaS渣不熔于钢液 且比其轻 溶于炉渣中 FeS CaO FeO CaS Q脱硫的条件 高的炉温 高的炉渣碱度 还原渣生产中 可通过加石灰或石灰石 扒掉含硫高的初期渣 造无硫的新渣 加入CaF MnO等降低炉渣粘度的造渣材料 以提高炉渣的流动性 搅拌钢液 以增大钢液与炉渣的接触面积 气化脱硫 S 2 O SO2气 S O2 SO2气 S 2 FeO SO2气 2 Fe 一般 气化脱硫效果低于炉渣脱硫 但转炉炼钢中 气化脱硫高于炉渣脱硫 第二节钢铁冶炼 61 2 炼钢的基本过程 7 脱氧反应利用脱氧剂除去钢液中残留的氧化亚铁中氧 并还原出铁来 生成物可聚集上浮到钢液表面 常用的脱氧剂有锰铁 硅铁 铝等 Me FeO MeO Fe具体方法有两种 沉淀脱氧 脱氧剂直接加入钢液中 并与FeO反应脱氧 速度快 效率高 但脱氧产物MnO SiO2 Al2O3可留在钢液中 扩散脱氧 利用加在炉渣中的脱氧剂与FeO反应 减少渣中FeO含量 破坏了FeO在炉渣及钢液中的浓度平衡 使钢中FeO向渣中扩散 间接脱氧 该法速度慢 时间长 设备生产率低 但脱氧产物在熔渣中 不会污染钢液 钢液较为纯净 最佳方法是 两者结合 用锰铁沉淀脱氧 再用碳粉和硅铁扩散脱氧 最后用铝沉淀脱氧 第二节钢铁冶炼 按脱氧程度 钢分为 镇静钢 脱氧充分 沸腾钢 脱氧程度低 半镇静钢 介于两者之间 62 基本反应a碳脱氧 FeO C Fe CO主要在渣中进行 不产生非金属氧化物 利于优质钢产生 缺点是 1600 时与0 3 c 相平衡的氧含量0 007 在钢锭冷却过程 可再次发生碳氧反应 产生钢锭中气孔 疏松等缺陷 在碳脱氧的缓慢过程中 容易引起增碳 对于碳规定范围很窄或含碳量很低的钢种就有困难 b锰脱氧 弱脱氧剂 Mn 2FeO MnO Fe生成物MnO不溶于钢液 还与SiO2 Al2O3结合生成低熔点液态炉渣 有利于上浮去除 Mn还能降低钢中S的有害作用 c硅脱氧 强脱氧剂 产物为SiO2 并放热 低温利于脱氧 Si FeO SiO2 2Fe碱性法中硅的脱氧能力高于酸性法 脱氧产物SiO2可与碱性氧化物化合 生成复合氧化物 减少自由SiO2含量 若先用锰进行预脱氧 生成的MnO2也能与SiO2结合 减少自由SiO2含量 使反应不断进行 增强了Si的脱氧能力 d铝脱氧 强氧化剂 2Al FeO Al2O3 3Fe生成的Al2O3熔点高 颗粒细 弥散在钢液难以上浮去除 故用此法前需充分脱氧 在很低的含氧量中选用此法 第二节钢铁冶炼 63 3 炼钢的常见工艺 1 转炉炼钢法 LD法 1 设备和冶炼工艺氧气吹炼转炉由炉体及倾动设备 吹氧设备 废气处理设备及供料设备四部分组成 炉体以其中心成为对称梨型 外壳为钢板焊接而成 内衬由镁砖 焦油白云石砖或焦油镁砖砌成 目前国内广泛使用的5 10t容量的中小型炉 最大的容量为300t 第二节钢铁冶炼 64 3 炼钢的常见工艺 1 转炉炼钢法 LD法 1 设备和冶炼工艺喷枪 氧气顶吹转炉炼钢是靠插入炉内的喷枪向熔池喷吹高纯度的高压氧气进行的 氧气通常由制氧站专用的管道直接供给 混铁炉或混铁车 由于与转炉配合生产的高炉间断出铁水 且铁水温度与成分均不同 为了贮存 保温和混匀铁水 除尘设备 氧气顶吹转炉吹炼时将排除大量高温且携带了大量褐色尘埃的废气 直接排放则将造成环境污染 目前转炉炼钢厂均应配置 包括文氏洗涤器 湿式电除尘设备 干式电除尘设备及袋式过滤器等 氧气顶吹转炉炼钢原料 铁水 废钢 铁合金及造渣材料等 第二节钢铁冶炼 65 3 炼钢的常见工艺 第二节钢铁冶炼 66 2 顶吹氧气转炉炼钢的基本过程 装料 在清除完上炉的炉渣后 按炉料配比从倾斜炉口先加入废钢 不大于30 再倒入1250 1400 的液体生铁 然后将炉体转到垂直位置 从顶部插入喷枪 用它来吹入压力为0 9 1 4MPa的氧气 在开始吹氧时 需向炉内加入石灰 铁矿石等造渣剂 吹炼 初期 Si Mn迅速氧化 同时能脱除较大比例的磷和少量的硫 大量的铁和部分的碳被氧化 氧化杂质能放出大量的热 加热熔池 中期 进行碳的氧化 在脱碳的同时 能脱出部分磷和硫 后期 脱碳速度减慢 喷溅减小 进一步调整好炉渣的氧化性和粘度 脱磷和硫 准备控制终点温度 造渣 在吹氧过程中要不断追加石灰等造渣材料 以便为脱硫 脱磷创造条件 当吹炼磷含量高达0 3 的生铁石 脱除磷 必须采用双渣法 即放渣和重新造渣 脱氧和出钢 主要采用沉淀脱氧 对某些钢还可配合盛钢桶的扩散脱氧或真空脱氧 出钢温度为1460 1560 出钢温度过低会造成固炉 盛钢桶底部凝钢及钢锭各种缺陷 过高则会造成跑钢 漏钢 粘膜及钢锭的各种高温缺陷 并影响炉体和氧枪寿命 第二节钢铁冶炼 67 3 顶吹氧气转炉炼钢的质量钢的质量主要取决于钢中有害杂质 气体和非金属夹杂物的含量 生产实践表明顶吹氧气转炉钢具有很高的质量 这是因为 钢中气体含量少 有害杂质元素磷 硫的含量较低 脱磷率为90 95 脱硫率70 80 残余元素和非金属夹杂物含量低 机械性能好 冷加工性 抗时效性 锻造和焊接性能都较好特别适宜于吹炼低碳和超低碳钢种冶炼钢种范围可从极低碳钢到高碳钢 直至合金钢 最适合生产冷加工性能和抗时效性能是关键问题的薄板钢种 以及对锻造和焊接性能有较高要求的焊接钢管和无缝钢管的钢种 第二节钢铁冶炼 68 2 电弧炉炼钢法 概述以三相交流电为电源 利用电极与炉料间产生高温电弧使电能转变为热能来熔炼钢的一种方法 主要特点 a 炉温和热效率高b 炉内既可造成氧化性气氛 又可造成还原性气氛C 设备简单 占地少 投资省 建厂快 污染易控制不足之处 电能消耗大 生产成本高 氢和氮的含量较高 高合金工具钢 不锈钢 耐热钢等大多数优质钢在电弧炉内熔炼 第二节钢铁冶炼 69 主要设备 a 炉用变压器 工业网中高电压小电流 低电压大电流 能换挡b 电弧炉炉体 炉壳 包括圆桶形炉身 炉底和上部加固部分 通常采用12 30mm厚普通钢板焊成 易变形部分 用槽钢加固 大型炉体用水强制冷却 表面温度不大于100 70 主要设备 石墨电极炉门 炉门是为了补炉 炼钢过程中加料 扒渣 吹氧操作和观察熔池情况等所设 这对减少炼钢熔池热损失 减少冷湿空气进入炉内 以及还原期保持良好的还原气氛又重要意义 倾动机构 出钢时向出钢槽一侧倾倒40 45 扒渣时向炉门一侧倾倒10 15 采用液压机构c 电极升降机构 由电极夹持器 横臂 主柱组成 71 碱性电弧炉氧化法熔炼工艺过程 补炉期 高温 快速 薄补 镁砂烧结温度达1600 白云石为1540 要求 补炉后炉膛温度不低于1200 不能太厚 一般10 25mm 保证补炉料依靠炉内的余热进行良好的烧结 装料期 要求 快速 密实地装料 合理布料 尽可能一次装完 石灰 为减少炉料对炉底冲击和促进造渣 1 2小块料 大块料及其他难熔料 布置在高温电极区 中块料 布置在大块料四周或上面 以填充大块料的空隙 剩余的小块料一般 质量25Kg为大块料 使用时搭配比例如下 电炉容量 t大块料中块料小块料10 40 45 15 72 熔化期任务 首先保证炉料快速熔化 其次是尽快造好熔化渣 以除去钢液中约为30 40 的磷 减轻氧化期的任务 熔化期时间约占总熔炼时间的50 电耗约占总耗量的60 70 因此 为了缩短熔化时间 提高产量 降低电耗和成本 必须采取适当措施 加速炉料熔化 其主要措施有提高变压器的输入功率 吹氧助熔和炉外预热废钢等 氧化期任务 氧化钢液中的碳 使其含量降低 继续氧化钢液中的磷 使其低于成品规格 去除钢液中的气体和夹杂 提高钢液温度 在氧化期碳的氧化是实现精练的重要手段 其氧化方法有矿石氧化 吹氧氧化和矿氧综合氧化 为了脱磷 氧化期必须造高氧化 高碱度和良好流动性的熔渣 为此必须向熔池中加铁矿石和石灰 以保证炉渣中有高的氧化铁和氧化钙的含量 由于脱磷反应是放热反应 故低温有利于脱磷 氧化期温度的控制应兼顾脱磷和脱碳的需要 并保证优先脱磷 因此 氧化前期应适当控制升温速度 待脱磷达到要求后再放手升温 在氧化末期要把钢液温度升高到高于出钢温度10 20 以便为还原期创造条件 第二节钢铁冶炼 73 还原期任务 脱氧 脱硫 根据钢种要求调整钢液成分和进行合金化 调整钢液温度 a 脱氧是还原期的首要任务 电弧炉炼钢采用了沉淀脱氧 扩散脱氧和综合脱氧方法 一般使用较多是综合脱氧法 初期 沉淀脱氧 预脱氧 硅铁 硅锰铝 硅钙和铝 中期 扩散脱氧碳粉 硅铁粉 铝粉 硅钙粉和电石块 造还原渣 O 1 末期 沉淀脱氧Al O 0 006 b 脱硫 在电弧炉炼钢过程中的还原期进行 这时已具备充分的脱硫条件 即高熔渣碱度 3 5左右 低的 FeO 含量 小于1 和高的炉内温度 而且渣量大 流动性好 因此渣钢之间硫的分配系数可达30 50 适当增大渣量对脱硫有明显的效果 但渣量不宜过大 否则会延长还原时间 增大电耗 一般钢种硫可降到0 045 以下 优质钢可降至0 02 0 03 c 调整钢液成分和进行合金化 为了提高元素的收得率和稳定钢液成分 在加入铁合金的时间 方法和次序应根据铁合金的物化性质来确定 不易氧化的元素铜 镍 钴 钼和钨等可在氧化期或还原期加入 较易氧化的元素锰一般在还原初期加入 极易氧化的元素铝 钛 硼和稀土等一般在还原末期加入 对密度大 熔点高的铁合金加入时应加强搅拌 块度应小些 易氧化元素加入大量时要先烘烤加热 以便迅速熔化 d 调整钢液温度 通常出钢温度应比钢的熔点高70 120 74 出钢当钢液成分和温度合格 并用铝进行最终脱氧后即可出钢电弧炉有两种出钢方法 a 先出钢后出渣 不会出现夹渣现象 但钢液降温大 二次氧化严重 b 钢渣混出 先决条件是熔渣流动性好 碱度高和氧化铁低 故钢渣混出不仅使钢液二次氧化较少 而且大大增加了钢与渣的接触面积 可强化脱氧和脱硫反应 从而缩短炉内还原时间 因此 钢渣混出是较为广泛采用的一种出钢方法 第二节钢铁冶炼 75 3 电弧炉钢的质量电弧炉炼钢与转炉和平炉钢相比 其质量总体均优于后两种 主要表现在 a 电弧炉钢能最大限度地去除磷和硫b 电弧炉炼钢夹杂物很少c 电弧炉冶炼成分易控制 第二节钢铁冶炼 76 4 钢锭的浇铸和钢锭 1 浇注法钢锭浇铸分为 钢锭模铸锭法 模铸法 和连续铸钢法 连铸法 模铸法又分为 上注法和下注法上注法 优点 耐火材料的消耗和钢液损失少 且钢液不会被耐火材料所污染 因而带入钢中夹杂物含量少 浇注准备工作简单 缺点 在浇注时由于钢流冲击引起钢水的飞溅在锭模的表面 并受到强烈的氧化 从而易导致钢锭表面产生结疤等缺陷 上注法适宜生产大钢锭 且对钢锭内部质量要求较严格的场合 如轴承钢和炮钢等 第二节钢铁冶炼 77 下注法 优点 可同时浇注多根钢锭 浇注时间短 故生产率高 而且由于钢液自下而上平稳的上升 因此钢锭表面的质量较好 缺点 钢液易被中注管和汤道中的耐火材料所污染 并吸收气体 这样不仅会增加钢中的夹杂和气体的含量 从而影响钢的质量 而且还会使耐火材料的消耗和钢液的损失增多 成本高 易形成翻皮等缺陷 适宜应用在生产钢锭小 每炉浇注钢锭多 对表面质量要求较严格的场合 如不锈钢 硅钢 薄板钢 沸腾钢一般采用下铸法 第二节钢铁冶炼 78 4 钢锭的浇铸 2 浇注工艺 浇注温度合适的浇注温度是指钢液温度必须高于液相线一定值 即必须有一定的过热度 应根据钢种 锭型和浇注方法来确定 原则 浇注裂纹倾向大 钢水粘性大 流动性差的钢种 钢水过热度应高些 大钢锭比小钢锭过热度可低些 下注比上注时过热度要高些 浇注速度与浇注温度 浇注方法和钢种有关 原则 高温慢注 低温快注 以调整钢液带入的热量 保证钢锭表面质量 此外 上注比下注的浇注速度要快 裂纹倾向大的钢种慢注 流动性差和易氧化元素含量的高的钢种宜快注 第二节钢铁冶炼 79 4 钢锭的浇铸 3 钢锭的结构 镇静钢钢锭钢液在浇注前经过充分脱氧的钢 钢的含氧量一般在0 002 0 003 当钢液注入锭模后不发生碳氧反应和析出一氧化碳气体 钢液可较平静地凝固成锭 故称为镇静钢 镇静钢特点 成分比较均匀 组织比较致密 具有较高的力学性能 但镇静钢锭的成材率低 成本较高 a 钢锭的结构组成表层细小等轴晶带中间柱状晶带中心粗大等轴晶带钢锭的头部有缩孔和缩松下部有沉积锥形带 第二节钢铁冶炼 80 4 钢锭的浇铸 b 钢锭的缺陷内部缺陷 偏析 缩孔 疏松 夹杂和裂纹等 表面缺陷 裂纹 结疤 翻皮和气孔等 偏析钢锭内部出现化学成分的不均匀性称为偏析 第二节钢铁冶炼 缩孔和疏松缩孔和疏松分别是由于钢锭凝固时因集中的和分散的体积收缩得不到钢液补充而形成的空腔和小空隙 缩孔位于钢锭头部 纵面呈漏斗状 疏松往往在其下部沿钢锭纵向中心线分布 缩孔中聚集着较多的偏析元素和非金属夹杂 且其表面氧化严重 故在锻轧过程中不能焊合 加工时必须完全切除 否则在热加工时会引起严重的内部破裂 1 V型正偏析2 型正偏析3 负偏析 81 4 钢锭的浇铸 疏松的形成原因 钢液中的晶核在以树枝状方式长大的过程中 由于结晶后期树枝晶相遇 使钢液通向树枝间的通道受阻 导致树枝间富集杂质的低熔点钢液在最后凝固过程中得不到补充 因收缩而形成许多细小得孔隙 第二节钢铁冶炼 缩孔和疏松 82 4 钢锭的浇铸 非金属夹杂物非金属夹杂物主要来源于浇注过程中因浸蚀和冲刷而带入钢中的耐火材料 再生夹杂以及未被排除的脱氧产物 第二节钢铁冶炼 裂纹裂纹分为内裂纹和外裂纹 内裂纹 在钢锭内部的裂纹 内裂纹的原因主要是钢的纯洁度 强度和塑性较低有关 此外 还与钢所受的各种应力有关 外裂纹 在钢锭表面的裂纹 纵裂纹 纵裂纹主要产生在钢液凝固壳薄 强度低 塑性较差而承受不住钢水静压力的部位 横裂纹 横裂纹大多由于凝固壳产生局部悬挂 限制钢锭的正常收缩 当凝固层局部存在质量缺陷或外力超过凝固强度时 表面层拉裂而形成 83 4 钢锭的浇铸 结疤 翻皮和皮下气泡结疤是钢锭表面的一种金属壳皮 大多出现在钢锭下部 易在上注开浇或注流不正时产生 当钢液飞溅在模壁上即被氧化 冷却后不能再与钢液融合 而嵌在钢锭表面成为结疤 翻皮是钢锭模内钢液表面上氧化膜卷入钢锭内而造成的大块疤皮 皮下气泡是存在于钢锭皮下的气泡 分布在钢锭表面以下10 15mm内 当钢锭加热表层氧化脱落时 皮下气泡即暴露并被氧化 锻轧时不能焊合 便在钢材表面形成发纹或裂纹 第二节钢铁冶炼 84 4 钢锭的浇铸 沸腾钢钢锭沸腾钢是脱氧不完全的钢 一般只用弱的脱氧剂锰铁脱氧 由于脱氧后钢液中仍保留一定含量的氧 故在结晶过程中继续发生碳氧反应 有大量CO气体逸出 引起锭模内钢水沸腾 故称为沸腾钢 主要用于生