电炉炼钢绪论

1、0 绪论钢铁材料是人类所使用的最主要的结构材料和最主要的功能材料， 尤其是钢， 更是被广 泛应用于石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要领域，人们的日常生活 也离不开钢。钢是碳、 硅、锰及其他元素在铁中的固溶体。 钢与生铁的区别首先是在碳的含量中得到 体现，理论上把碳含量小于2.11%的铁碳合金称之为钢，它的熔点为14501500 C;碳含量大于2.11%的铁碳合金称之为生铁，它的熔点为11001200 C。在钢中，碳元素和铁元素形成 Fe3C 固溶体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。由于钢 具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深

2、加工，所以用途十分 广泛，而且用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的品种也提出了不同的要求。钢中存在的非铁元素可大致分为两大类：碳、硅、锰等是用以改善钢的性能，以满足工 程材料要求的有益元素;另一类如磷、硫、氧、氢、氮等，是从炉料或大气中进入钢中的， 它们的存在会使大部分钢的性能变坏。炼钢的工艺过程就是将铁水（或生铁）、废钢铁、直 接还原铁经加热、 熔化， 通过化学反应去除金属液中的有害杂质元素， 配加合金调整化学成 分达到规定要求，最后浇铸成半成品铸坯（锭）的过程。钢的生产历史，也是近代工业的发展历史。从1740年英国人亨茨曼（B.Huntsman ）发明了坩埚炼钢法，到1856年英国人亨

3、利？ 贝塞麦（H.Bessemer）发明的空气酸性底吹转炉炼钢法一贝塞麦法， 再到1865年德国人马丁 （Mar Tin ）发明的酸性平炉炼钢法一马丁炉法， 直到1899年法国人埃鲁（P.L.T.H &oult ）发明的三相电极电弧炉炼钢法。各种炼钢法相继 的出现， 带动了整个工业技术的发展， 而相关产业的发展又更加促进了炼钢技术的进步。 应 运而生的氧气转炉炼钢技术、连续铸钢技术、超高功率电弧炉炼钢技术、炉外精炼技术等， 推动了炼钢工业业在产品、 工艺、设备上的更新换代， 使得炼钢技术在二战结束后得到了前 所未有的高速发展。进入 21 世纪的炼钢工艺和设备日趋完善，钢的产量大幅度提高

4、，钢的 质量不断改善，现代炼钢工业正朝着高效、低耗、清洁、优质的方向健康发展。近代炼钢工艺主要有转炉炼钢工艺、 平炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。 到上个世纪末， 平 炉炼钢工艺已基本被淘汰，则现代炼钢工艺主要有转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺通常被分别描述为 “从矿石到钢” 的长流程工艺和 “从废 钢到钢”的短流程工艺，典型的长流程和短流程炼钢工艺见图0.1。长流程：铁矿石（烧结矿和球团矿）T高炉T铁水预处理T氧气转炉T炉外精练T连铸机（模铸）T铸坯（锭）短流程：废钢铁、生铁或铁水以及直接还原铁T电弧炉T炉外精练T连铸机（模铸）T铸坯（锭）图 0.1 典型的长流程和短流程炼钢

5、工艺上述两大炼钢流程的特点比较见表 0.1。从上表比较可以看出： 短流程炼钢工艺在投资、 效率、 环保以及工艺灵活性等方面具有明显的优势，而在钢的纯净度控制方面略逊于长流程工艺。表0.1长流程和短流程炼钢工艺的特点比较工序名称短流程长流程投资（美元/吨钢）50080010001500劳动生产率（吨钢/人年）10003000600800建设周期（年）11.54从原料到钢水的能耗（kg标煤/吨钢）213.73703.17二氧化碳排放（kg/吨钢）80020003000炼钢能源电能+化学能化学能炼钢工序能耗（kg标煤/吨钢）2202500炉外精炼LF/VDRH炼钢温度控制容易较容易C较高极低N较高低

6、O极低极低钢中残余元素较高低炼钢工艺柔性非常灵活灵活炼钢合金化能力强较弱31 电弧炉炼钢工艺概论1.1 电弧炉炼钢工艺发展概论1.1.1 电弧炉炼钢技术发展概论电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子的统称， 电炉可分为： 电渣重熔炉利用电阻 热，感应熔炼炉利用电磁感应，电子束炉依靠电子碰撞，等离子炉利用等离子弧，以 及电弧炉利用高温电弧等几种炼钢的电炉。目前，世界上电炉钢产量的 95%以上是由电弧炉生产的， 因此人们通常所说的电炉炼钢， 主要是指电弧炉炼钢。 电弧炉炼钢是靠电流通过石墨电极与金属料之间放电产生电弧， 使电 能在弧光中转变为热能， 借助辐射和电弧的直接作用来加热、 熔化炉料， 冶炼

7、出各种成分的 钢和合金的一种炼钢方法。1800年英格兰人戴维( H.Davy )发现了碳电极。 1894年，法国人德布莱兹( Deprez) 研究用电极来熔化金属。1866年，冯西门子(W.Siemens)发明电能发生器。1879年，威廉姆斯西门子(C.W. Sieme ns)获得了几个不同类型实用电弧炉的专利。虽然采用两支水 冷金属电极炼出了钢，但因耗电高，而电费又十分昂贵，故无法推广。之后还先后出现了6种不同形式的电弧炉，其容量均很小且多为直流供电，也因同样原因而无法推广。1885年，瑞典ASEA公司设计了一台直流电弧炉。1888年，法国人埃鲁(P.L.T.H Soult)用间接电阻加热炉

8、进行熔炼金属实验。 18891891 年，同步发电机和变压器推广应用。 1899年，埃鲁接 受了一系列直接加热电弧炉的专利， 研制成功炼钢用三相交流电弧炉。 用三根碳电极将三相 交流电输入炉内，利用碳电极和金属料间产生的电弧将金属炉料熔化并进行熔炼。在 19001903年，埃鲁在拉巴斯(L.P.Savoy)用该炉熔炼铁合金，该炉成为现代炼钢电弧炉的 雏形。20 世纪初，发电成本下降，高压输电线路技术推广应用，为炼钢用三相交流电弧炉的推广应用奠定了必要的基础。1905年，德国人林登堡(R.Lindenberg )建成第一台二相埃鲁电弧炉。1906年，林登堡在雷姆沙伊德(Remscheid)进行了

9、第一炉钢水的铸锭，开创了用 电弧炉进行钢的生产的先河。 19091910年，在德国和美国分别首次有容量为 6吨和 5吨的 炼钢生产用埃鲁型三相交流电弧炉建成投产，并首次把继电器与接触式调节器用于三相交流电弧炉的电极升降系统。 1920 年，杠杆平衡式调节器用于电弧炉，提高了电极升降速度。 这期间，炉盖均为固定式，炉料从炉门加入。1926年，德国德马克公司制造了两台容量为6吨的炉盖开出式电弧炉，首次实现了用料斗从炉顶加料。1927年，美国蒂姆肯( Timken Roller Bearing )公司一台 100吨电弧炉投入运行。 1930 年，出现炉体开出式电弧炉。 1936年，德国制造了 18吨

10、炉盖旋转式电弧炉，进一步缩短加 料时间，提高了热效率。至此，普通三相交流电弧炉已成形。之后，电弧炉的结构、工艺逐 渐得到完善，炉容量进一步扩大。在这一时期，由于电站的输电能力低，早期的埃鲁型三相交流电弧炉的公称额定容量只有170230kV A/吨钢。后来，随着电力供应的改善，电弧炉就装备了较大容量的变压器，其额定容量增至250350kV A/吨钢。而由于碳质电极和用电价格高昂，同时熔炼效率低，直到 20 世纪的 30年代末电弧炉通常只熔炼合金钢。用电弧炉 熔炼普通低碳钢，价格实在很昂贵。二次大战期间， 由于对合金钢和更昂贵的高质量钢材需求的增加。 电炉钢的的产量大幅 度增大。但电弧炉的装料量一

11、般都不超过 35吨。只是在二次大战结束后，才建造了熔炼容 量为150吨的电弧炉。但其变压器公称容量仍然只有 250350kV A/吨钢。二次大战结束以 后， 由于对合金钢的需求大大减少， 同时电渣重熔和真空熔炼炉的推广应用， 给合金钢的熔 炼增加了新的炉种， 迫使电弧炉冶炼品种向普通钢渗透和转移。而当时电力工业的发展， 用电低廉且电网容量普遍有较大的提高，废钢资源丰富，因而进入20世纪的 50年代，即便是最大的炉子也逐渐装备较高容量的变压器。同时，返回吹氧法和吹氧助熔技术在 60 年代初推广应用。与此同时，电弧炉的机械和 电气设备也得到了不断的改进。如 1936 年瑞典人特勒福斯提出电弧炉电磁

12、搅拌的想法，并 在苏哈拉尔钢厂的 10吨电弧炉进行了试验。1947年，瑞典ASEA公司发明了工业生产用电 磁搅拌电弧炉， 炉壳采用非磁性钢制造。 在大电流供电线路的改进方面， 瑞典人提出了修正 平面法， 1960年美国出现了等边三角形布置，以提高三相电路的对称性，使三相电抗平衡。 因此， 熔炼时间和生产成本， 特别是非合金钢成本大幅度下降， 电弧炉钢成本终于可以与平 炉钢相比肩。为进一步提高电弧炉炼钢的生产效率和降低成本，1964 年在美国矿冶石油工程师协会的电炉会议上，美国碳化物公司施瓦伯（W.E.Schwabe）和西北钢线材公司罗宾逊 （C.G.Robinson ）根据有关试验结果，共同提

13、出电弧炉超高功率概念（ Ultra High Power ）, 简称UHP），并在两台135吨电弧炉上采用不同的功率水平进行进一步深入的运行试验。 随后，瑞典、德国和日本等国也相继采用了这项技术，并取得了很好的效果，不久就在世界 各国推广开来。这时期，超高功率电弧炉的一个根本特征就是： 100吨以下的电弧炉其变压器容量至少 500kV A/吨钢。相应地，要采用高电流低电压，以降低炉衬的侵蚀。采用UHP技术使得电弧炉冶炼周期由 38小时缩短到 2小时。此后的工作主要集中在如何解决电弧炉超高功率 化以后出现的设备、 工艺、 消耗等方面存在的问题， 继续提高变压器的最大功率利用率和时 间利用率， 提

14、高电弧炉炼钢生产率， 降低能耗和冶炼成本上。 各种重要的相关技术的出现与 发展不仅解决了电弧炉超高功率化带来的问题， 而且反过来有推动了电弧炉功率水平的进一 步提高。到了 21世纪初，电弧炉功率水平已达到8001000 kV A/吨钢，冶炼周期缩短到50min以下，生产效率达到 800010000吨钢/ （吨公称容量年），电极消耗下降到1kg/吨钢以下，电弧炉冶炼电耗下降到300kwh/吨钢以下。现代电弧炉已经成为一个低成本的快速熔炼设备， 以电弧炉为核心的短流程炼钢工艺也成为现代炼钢生产两大流程之一，正朝着低成本、低消耗、高效率、高质量、环保型的方向发展。图 1.1 为 19652001 年

15、现代电弧炉技 术发展情况。1.1.2 炉外精炼技术发展概论炉外精炼，也叫二次精炼，是在初炼炉（转炉或电弧炉）以外的钢包或专用容器中，对 钢水进行炉外处理的方法。 炉外精炼把传统的炼钢方法分为两步， 即初炼加精炼。 初炼在 氧化气氛下进行炉料熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼在真空、惰性气体或可控气氛的 条件下进行深脱碳、脱气（H、N）、脱氧、脱硫、去夹杂物、控制夹杂物的形态、调整成 分及温度等。炉外精炼的主要手段有：渣洗、真空、搅拌、喷粉、加热等五种。采用炉外精 炼技术可以提高钢的质量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，调节炼钢炉与连铸的生产节奏，并可降低炼钢成本、提高经济效益。1933年，法

16、国人波林（R.Perrin ）应用专门配制的高碱度合成渣，在出钢过程中，对钢 水进行“渣洗脱硫”，这是炉外精炼技术的萌芽。到了20世纪50年代，由于真空技术的发展和大型蒸汽喷射泵的研制成功，为钢水的大规模真空处理提供了条件，开发出了各种钢水真空处理方法，如 1957年，前联邦德国的多特蒙德（Dortmund ）和豪特尔（Horder）两公司开发的提升脱气法（DH法），德国鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和海拉斯公司（Heraeus）仝（啤！絶.KJ SQ3AHARQKOTJ ARQH! r»s»i!：.申卍窕松績*鯉色空整护枝札雀址闻惓*< E I ! |1 珪劇甌

17、 怪帆 DAN ARC HUBrft* i COOTlAgCtt#, MSPK* !E£QAJMyt就 二罄士 ankwhi LC/1L9C519TO19751901 輻&1990年199520002005图1.1 19652001年现代电弧炉技术发展情况共同发明的钢水真空循环脱气法（ RH法）。20世纪60年代70年代，是钢水炉外精炼多种方法发明的繁荣时期，这是与该时期提 出洁净钢生产，连铸要求稳定的钢水成分和温度以及扩大钢的品种密切相关。在这个时期， 炉外精炼技术形成了真空和非真空两大系列。真空精炼技术有：前联邦德国于1965年开发的用于超低碳不锈钢生产的真空吹氧脱碳法（

18、VOD ）和1967年美国开发的真空电弧加热去气法（VAD ）； 1965年瑞典开发的用于不锈钢和轴承钢生产的，有电弧加热、带电磁搅拌 和真空脱气的钢包精炼炉法（ASEA-SKF ） ； 1978年日本开发的用于提高超低碳钢生产效率的RH吹氧法（RH-OB ）。非真空精炼技术有：1968年在美国开发，用于低碳不锈钢生产 的氩氧脱碳精炼法（AOD ）； 1971年在日本开发，配合超高功率电弧炉，取代电弧炉还原 期对钢水进行精炼的钢包炉（LF）以及后来配套真空脱气（VD ）发展起来的LF-VD ;喷射 冶金技术如1976年瑞典开发的氏兰法（SL法），1974年前联邦德国开发的蒂森法 （TN法），

19、日本开发的川崎喷粉法（KIP ）;喂合金包芯线技术如1976年日本开发的喂丝法（ WF ）；加盖或浸渣罩的吹氩技术如1965年日本开发的密封吹氩法（SAB法）和带盖钢包吹氩法（CAB ），1975年日本开发的成分调整密封吹氩法（ CAS ）。自20世纪80年代以来，炉外精炼已经成为现代钢铁生产流程水平和钢铁产品高质量的 标志，并朝着功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向发展和完善。这一时期发展起来的 技术主要有 RH顶吹氧法（RH-KTB ）、RH多功能氧枪（RH-MFB ）、RH钢包喷粉法（RH-IJ）、 RH真空室喷粉法（RH-PB ）、真空川崎喷粉法（ V-KIP ）和吹氧喷粉升温精炼法

20、（IR-UT 法）等。未来的炉外精炼技术正朝着多功能化的方向发展，发挥着提高效率、 提高精炼比、优化流程的重要作用。我国于1957年开始研究钢水真空处理技术，建立了钢水真空脱气、真空铸锭装置。70年代又建立了 AOD炉、VOD炉、RH炉、ASEA-SKF精炼炉、VAD炉、LF炉和钢包喷粉 等炉外精炼装置。到 90年代初，与世界发展趋势相同，我国炉外精炼技术也随着连铸生产 的增长和对钢铁产品质量日益严格的要求，得到了迅速发展。不仅装备种类和数量增加，处理钢水量也由2%增加到20%。各种炉外精炼装置所采取的手段与功能见表1.1。表1.1各种炉外精炼装置所采取的手段与功能工艺精炼手段主要冶金功能造渣

21、真空搅拌喷粉加热脱气脱氧去夹杂控制夹杂形态脱硫合金化调温脱碳钢包吹氩CABDHRHLFVDASKF-SKFVADCAS-OBVODRH-OBAODTNSLWF合成渣洗注：-具备。1.1.3铸锭技术发展概论铸锭是指钢水经由钢包注入钢锭模， 冷凝成钢锭的过程， 也称模铸，是炼钢的最后一道 工序。炼钢炉炼出的合格钢水， 必须铸成一定形状和重量的钢锭或铸坯，才能经塑性加工得到各种用途的钢材。铸锭包括从炼钢炉出钢（或炉外精炼结束）到钢锭脱模送至初轧厂均热 炉的一系列工序，即浇注前准备、浇注、脱模、钢锭精整或热送等，见图1.3。钢包浇铸脱模 或热送图1.3典型铸锭工艺流程(中国冶金百科全书， P725)模

22、铸工艺的一个突出特点是钢锭模、 保温帽、底盘等设备都可以反复使用。按铸锭作业 流程的特征可分为车铸法和坑铸法； 按钢水注入钢锭模的方位分为下注法和上注法。钢锭则按钢水脱氧程度的不同分为沸腾钢钢锭、半沸腾钢钢锭和镇静钢钢锭。铸锭源于古代的铸造技术。1740年，英国人亨茨曼(B.Huntsman )发明了坩埚炼钢法，首次炼出可以浇注的液体钢。1845年，菲舍尔(J.C.Fischer)用液体钢铸造马蹄铁在英国取得专利权，开创了铸造技术。近代铸锭工艺则以1856年贝塞麦(Bessemer)转炉炼钢法问世为起点。19世纪下半叶，转炉、平炉、电弧炉等主要炼钢方法先后出现，钢铁工业先是 在欧洲，而后在美国

23、得到迅速发展。其间，铸锭技术也得到同步发展。美国90%以上的钢锭生产采用上注法；而欧洲主要下注法。至第二次世界大战结束的70年间，铸锭技术不断革新和不完善，保证了铸锭能力与冶炼能力的同步增长，同时钢锭质量也有明显提高。为适应大容量炼钢炉和大型、高速轧机的 需要，钢包容量已达300350吨，轧制板材的钢锭单重已增至4050吨，型材用钢锭也达10吨以上。与之相配套的铸锭车、起重设备、脱模及精整设备也都相应增大。钢包内衬的 砌筑与拆除、钢锭模的清扫与涂刷、水口及滑板的更换与启闭等各项操作，在许多工厂实现了机械化、自动化作业。车铸法逐渐取代了坑铸法，成为主导的铸锭方式，从而将脱模、整 模等工序移至铸锭

24、跨以外的专门跨间进行，形成平行流水线作业，使铸锭生产能力得以大幅度提高。第二次世界大战结束后， 随着钢需求量的进一步增加，特别是利用冷冻分离技术从空气中生产工业纯氧的工艺获得成功，开始了氧气炼钢的新时代。由于用氧炼钢，使得炼钢炉的生产能力成倍增加，而铸锭的生产能力却成为增产的限制性环节。从而一系列旨在提高铸锭生产能力的新技术应运而生，如大钢锭快速上注、用上小下大钢锭模挂绝热板浇注镇静钢、 钢包采用滑动水口浇钢等。进入20世纪70年代，连续铸钢技术兴起并迅速发展，逐渐取代模铸。即使这一时期，模铸技术仍有突出发展，如开发成功合成渣保护浇注技术等。我国采用由模铸生产的钢锭供轧钢使用的这一铸锭工艺始于

25、1890年的汉阳铁厂，而模铸技术的真正发展始于 20世纪的50年代。首先是鞍钢以车铸代替劳动条件恶劣的坑铸，加大锭模锥度、减小模重与锭重比；设计了新型镇静钢锭模，杜绝了钢坯内裂；发展了半镇静 钢生产技术和沸腾钢生产技术；采用了钢锭热送技术；以及钢包滑动水口浇注技术、钢包内衬整体浇注技术、合成渣保护浇注技术、保温帽使用绝热板衬等。到20世纪90年代以前，我国钢锭的产量始终是随着钢产量的增加而逐年增加。进入90年代后，由于连铸技术的飞 速发展， 连铸逐渐取代模铸， 钢锭的产量开始逐年下降。 尽管连铸逐渐取代模铸是大势所趋， 但目前在一些特殊钢的生产中，模铸仍然是无法替代的。1.1.4 连铸技术发展

26、概论连续铸钢， 简称连铸， 使钢水不断地通过水冷结晶器， 凝成硬壳后从结晶器下方出口连 续拉出， 经喷水冷却， 全部凝固后切成坯料的一种铸造工艺。 连铸是炼钢和轧钢之间的一道 工序， 连铸生产出来的钢坯是热轧厂生产各种产品的原料。连铸的主要设备有： 钢包支撑装置、钢包、中间包、中间包车、结晶器、结晶器振动装置、铸坯导向和二次冷却装置、引锭 杆、拉坯矫直装置（拉矫机）、切割设备、铸坯输送装置和铸坯冷却存储床。根据连铸机外 形的不同，连铸可分为立式连铸、立弯式连铸、直弧形连铸、弧形连铸、超低头（椭圆形） 连铸、水平连铸、轮（带）式连铸等；根据所浇铸的铸坯断面的不同，又有方坯连铸、板坯 连铸、圆坯连

27、铸、异型坯连铸以及薄板坯连铸和薄带连铸之分；等等。与模铸相比，连铸有 以下优点： 1）简化了生产工序； 2）提高了金属收得率； 3）降低了能耗； 4）铸坯组质量好； 5）易于实现自动化，改善劳动条件。连续浇铸液体金属的设想是 19世纪中叶由美国人塞勒斯（ G.E.Sellers）（1840 年）、莱恩 （ J.Laing ）（ 1843 年）和英国人贝塞麦（ H.Bessemer）（ 1846 年）提出的，由于当时技术 条件的限制， 只能用于低熔点有色金属 （如铅） 的浇铸。 最早的类似现代连铸的建议是 1887 年由德国人德伦（ R.M.Daelen ）提出的，在其设备上已经包括上下敞口的水

28、冷结晶器、二次 冷却段、引锭杆、夹棍和铸坯切割设备等装置。 1933 年，现代连铸之父德国人容汉斯（S.Ju ngha ns）开发了结晶器振动系统，从而奠定了工业上大规模采用连铸的工艺基础。同 年，容汉斯在德国建成一台使用振动结晶器的立式连铸设备并用其浇铸黄铜获得成功。 1943 年， 容汉斯在德国建成第一台浇铸钢水的试验性连铸机， 提出了振动的水冷结晶器、 浸入式 水口和结晶器钢水面加保护剂等技术。为现代连续铸钢奠定了基础。从 20 世纪 50 年代起， 连铸开始用于钢铁工业。 世界上第一台工业生产性连铸机是 1951 年在前苏联红十月钢厂投产的立式半连续装置，但作为连续式浇铸的铸机是195

29、2 年英国巴路（Barrow）钢厂建立的双流立弯式连铸机。19631964年曼内斯曼公司相继建成了方坯和板坯弧形连铸机， 这种机型较之立弯式连铸机高度低、 操作方便， 并能为工业上急需的热轧、 冷轧带钢和厚板生产提供钢坯， 很快就成为发展连铸的主要机型， 对连铸的推广应用起了很 大作用。此外，由于氧气转炉已经用于炼钢，原有的模铸铸锭工艺已不能满足炼钢的需要， 这也促进了连铸的发展。20 世纪 70 年代，由于国际能源危机的出现和连铸本身固有的节能优势，使连续铸钢进 入迅猛发展时期。 一些连续铸钢新技术相继出现： 结晶器在线调宽、 带升降装置的钢包回转 台、多点矫直、连续矫直、压缩矫直、气-水喷

30、雾冷却、连铸电磁搅拌、保护浇注、中间包冶金、上装引锭杆、轻压下、多节辊、二冷动态控制、在线质量控制、共振结晶器、液面自 动控制、漏钢预报等，有力地促进了连铸机生产率的提高，保证了连铸坯的质量。此外，转 炉复吹技术、 超高功率电弧炉和各种炉外精炼技术的发展与应用， 以及钢铁工业朝着大型化、 高速化、 连续化方向发展， 都为连铸的发展创造了条件。 并逐渐出现了连铸坯热装轧制和连 铸坯直接轧制。 20 世纪 90 年代，以高质量、高温无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、 高作业率、高拉速、近终形的连铸技术又得到迅速发展。 到 1998年，世界连铸比达到了 83.3%， 连铸已取代模铸成为占统治地位的

31、浇铸工艺，见图 1.2。图1.2 70年代以来世界钢产量、连铸比增长趋势（中国冶金百科全书，P335）我国早在20世纪50年代就已经开始应用连铸技术的探索性工作，。19571959年间先后建成三台立式连铸机。 1964年在重钢三厂建成一台 规格为180mm x 1500mm的板坯弧形 连铸机，这是世界上工业应用最早的弧形连铸机之一。从20世纪70年代末一些企业引进了一批连铸技术装备，大大促进了我国连铸的发展。特别是进入21世纪，我国连铸技术紧跟世界的发展潮流进入了快速发展的时期。到2003年底，我国高效连铸机累计达到 75%以上。到2004年初，我国在生产的连铸机累计超过 550 台，连铸比达

32、到96%，大部分企业实现了全连铸。 今后，随着连铸技术的设计、 制造、工艺、 和管理经验的积累，我国连铸技术必将有更大的发展。1.2钢产品分类1.2.1钢种分类和牌号钢是以铁为基体、碳为主要元素的多元合金。钢的品种繁多，其成分、性能和用途各不 相同。为了便于生产、管理和使用，必须对钢进行分类、命名和编号。通常把钢分成碳素钢 和合金钢两大类。1.2.1.1碳素钢的分类、牌号碳素钢的分类钢中碳的质量分数（又称为碳含量）C%<2.11 %，而且不含有特意加入合金元素的钢称为碳素钢，简称碳钢。碳素钢冶炼较容易，价格低廉，可以满足一般零件和工具的使用要 求，所以在机械制造、建筑、交通运输等各种行业

33、中得到了广泛的应用。碳素钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下几种： 按钢的含碳量分类低碳钢：含碳量 C%<0.25 ；中碳钢：含碳量C%=0.25 %0.60%; 高碳钢：含碳量 C%>0.60 。实际使用的碳素钢，含碳量 C% 一般不大于 1.35%，而含碳量 C%<0.04 %的钢称为工 业纯铁。必须指出，这是一种习惯上的分类法，其实在低碳钢和中碳钢或中碳钢和高碳钢之间， 碳含量并没有严格的界限。 按钢的质量分类碳素钢质量高低的区分，一般是指钢中有害元素硫和磷的含量高低。普通质量钢： 优质钢： 高级优质钢： 特级质量钢：S% < 0.050%,S% < 0.

34、035%,S% < 0.025%,S%< 0.015%,P% < 0.040%; P% < 0.035%； P% < 0.025%;P% < 0.025%。11 按钢的用途分类0.70%。0.70%。碳素结构钢：主要用于制造各种机械零件和工程结构件,其含碳量一般都低于 碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、模具和量具,其含碳量一般都高于 碳素钢的牌号我国钢种牌号是用化学元素符号、汉语拼音字母和阿拉伯数字相结合的方法表示的。 普通碳素结构钢（简称普碳钢）按供应的条件可分为：甲类钢：按力学性能 （钢的强度、塑性、韧性等 ）供应的钢。 乙类钢：按化学成分供应的钢。特类

35、钢：按力学性能和化学成分供应的钢。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的拼音字母“Q”、屈服点的数值、质量等级符号和脱氧方法符号四部分按顺序组成。例如，Q235-A . F表示屈服点为235N/ mm2的A级沸腾钢。普通碳素结构钢因价格便宜,产量较大,主要用于金属结构件和一般机械零件。 优质碳素结构钢根据钢中含锰量可分为普通含锰量钢和较高含锰量钢两组,较高含锰量钢在牌号后面标出元素符号“ Mn ”（或“锰”）,例如 60Mn（ 60 锰）。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示,这个两位数即该钢的平均含碳量的万分之几。例如： 20 钢表示平均含碳量 C%=0.20 %的优质碳素结构钢; 08钢表示平均

36、含碳量 C%=0.08 %的优质碳素结构钢。 优质碳素结构钢和普通碳素结构钢及高级优质钢的主要区别是化学成 分中的磷、硫含量不同，高级优质钢应在钢号后添加“A”，例如20A表示优质碳素结构钢。 碳素工具钢碳素工具钢的牌号是以汉字“碳”或拼音字母“T”后面标以阿拉伯数字来表示的，其数字表示钢中平均含碳量的千分之几。例如碳8 （T8）表示平均含碳量为 0.8%的碳素工具钢，碳12 （T12）表示平均含碳量为 1.20 %的碳素工具钢。碳素工具钢主要用于制造刀具、模具和量具,所以钢硬度要高、耐磨性要好。工具钢是 含碳量在 0.70%以上的高碳钢,而且都是优质钢和高级优质钢。 铸造碳钢铸造碳钢的含碳量

37、一般在 0.20%0.60%之间,若含碳量过高则钢的塑性差,在铸造时 就容易产生裂纹。铸造碳钢的牌号是用铸钢两字的汉语拼音字母头“ZG ”后面加两组数字组成,第一组数字代表屈服强度值,第二组数字代表抗拉强度值。例如：ZG270-500 表示屈服强度为270MPa、抗拉强度为500MPa的铸造碳钢。1.2.1.2 合金钢的分类、牌号 合金钢的分类 所谓合金钢就是在碳素钢中有意识地加入一种或多种适量的合金元素， 使之改善性能或 具有某种特殊性能的钢。合金钢有多种分类方法，最常见的分类方法有两种： 按用途分类 合金结构钢。用于制造机械零件和工程结构的钢。 合金工具钢。用于制造重要的刃具、模具和量具的

38、钢。特殊性能钢。 具有某种特殊物理性能和化学性能的钢。 例如耐酸不锈钢、 耐热钢和耐磨 钢等。 按合金元素的含量分类 低合金钢。合金元素总含量小于5。中合金钢。合金元素总含量为510 。高合金钢。合金元素总含量大于10。此外，还可按钢中所含合金元素的种类，可以分为锰钢、铬钢、铬镍钢、硅铬钢、铬钼 钨钢以及铬钨锰钢等。 合金钢的牌号我国合金钢的牌号采用碳含量、 合金元素的名称及含量以及质量级别来编号。 这种编号 方法简明易懂，现将合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢的编号方法及用途介绍如下。 合金结构钢 合金结构钢的牌号采用“两位数字”加元素符号（或汉字）再加“数字”表示。前面两 位数字表示钢的平

39、均含碳量的万分之几；元素符号（或汉字）表明钢中所含的合金元素，元 素符号后面的数字表示该元素平均含量的百分数，凡元素平均含量小于1.5时不标数字，平均含量在 1.52.5、 2.53.5之间时，则相应地标数字2、3，依此类推；高级优质钢在钢号尾部加标注符号“ A ”或“高”。例如： 60Si2Mn 钢表示平均含碳量 C%=0.60 ， 合金元素硅的含量在1.5%2.5%之间，锰的含量Mn%<1.5 %;又如12CrNi3A表示平均含碳量C%=0.12 %，铬含量Cr%<1.5 %，镍含量Ni%在2.5%3.5%之间，这是高级优质 合金钢。合金结构钢是合金钢中用途最广、 用量最大的一

40、类钢， 按用途可分为低合金高强度结构 钢和机械制造用钢两类。低合金高强度结构钢是一种低碳（碳含量 C%<0.20 %）、低合金（合金元素总量小于 3%）的钢，它与相同含碳量的碳素结构钢相比，由于合金元素的强化作用，强度（特别是屈服点 ）要高得多，并且有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性。因此广泛用于制造桥梁、 船舶、车辆、锅炉、压力容器和大型钢结构件等。例如用 16Mn 钢代替 Q235-A 钢，其强度 和耐大气腐蚀性均可提高20%以上，而重量却减轻了20%左右。机械制造用钢主要用于制造各种机械零部件。按照用途和热处理的特点又可分为调质 钢、渗碳钢、弹簧钢等。 合金工具钢 合金工具钢的牌

41、号和合金结构钢的区别仅在于含碳量的表示方法不同，它是用一位数字表示平均含碳量的千分之几，例如：9CrSi工具钢平均含碳量C%=0.90 %，主要合金元素铬、硅的含量都是低于 1.50%;当含碳量为 1 %左右时，则不标数字。如 Crl2 工具钢含碳量 C%=0.95 %1.05%，合金元素铬的含量 Cr%=11.5%13.5%。合金工具钢主要用于制造尺寸大、 精度高和形状复杂的模具、 量具以及切削速度较快的 刀具。合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。 特殊性能钢这是具有特殊物理和化学性能的钢的总称，包括不锈耐酸钢、热强钢和耐热不起皮钢、 高速工具钢和滚动轴承钢等。热强钢和耐热不起皮钢

42、。 这类钢主要用于锅炉、 内燃机的阀门和化工石油工业的设备构 件等。热强钢在高温下能抗氧化和耐介质腐蚀，并具有抗蠕变及抗破断能力。如 1Crl4Nil4W2Mo2Ti ，4Crl4Nil4W2Mo 等钢号。 耐热不起皮钢要求在高温下具有抗氧化能力， 但对抗蠕变及抗破断能力无严格要求或要求较低，典型钢号有 4Cr9Si2 等。高速工具钢。这类钢主要用于制造在高温下（ 600C左右）能保持高速切削的刀具。钢 中含有高的碳量， 主要合金元素是钨、 钼、钒、 铬等， 钢号前表示碳含量的数字一般都省略。 典型钢号如 W18Cr4V 、 W6Mo5Cr4V2 等。滚动轴承钢。主要用来制造各种机械上的滚珠、

43、滚柱和轴承套圈，也可用来制造冲模、 轧辊等。典型的钢号是高碳铬钢，其含碳量在1左右，含铬量在 0.51.65之间。其编号方法为：在钢牌号前不标碳含量的数字而冠以"滚”或“G”，表示是滚动轴承钢，牌号中铬元素后的数字表示含铬千分之几，而其他元素含量仍按百分之几表示。例如：GCrl5 含铬量是 1.5左右，而不是 15； GCrl5SiMn 中铬含量为 1.5左右，而硅、锰的含量均小 于 1.5 。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的统称。 在空气中能抵抗腐蚀的钢叫不锈钢， 在某些化学 介质中 （酸、碱、盐等 ）能抵抗腐蚀的钢叫耐酸钢。因此不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢通常具 有良好的不锈性能。 不

44、锈钢具有不锈和耐蚀特性， 其主要原因是由于钢表面形成富铬氧化膜 而钝化。 研究表明， 钢中铬含量大于 12%以后引起耐蚀性突变， 因此， 不锈钢中含铬量一般 应大于 12%。国内外都曾试图开发节铬和无铬的不锈钢，除特殊情况外， 迄今尚未获得有效的进展。不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大进展。研究开发始于1904年，19081911年蒙纳尔兹（P.Monnartz）于德国提出了不锈性和钝化理论，开辟了工业用不锈钢的先河，至U 50年代各种不锈钢系列已具雏形， 60年代不锈钢的冶炼技术得到了突破性进展， 1950年全 世界不锈钢总产量不足 100 万吨，至 1990 年增至 1100 万吨， 4

45、0 年间增长了 10 倍以上。1.2.1.3 不锈钢分类不锈钢钢种很多，性能各异，常见分类方法有： 按钢的组织结构分类：如马氏体不锈钢，铁素体不锈钢；奥氏体不锈钢，双相不锈钢等。 按钢中主要化学元素或特征元素分类：如铬不锈钢，铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢、 超低碳不锈钢；高钼不锈钢，等。 按钢的性能特点和用途分类：如高强度不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢；耐硝酸不锈钢， 耐硫酸不锈钢，耐点蚀不锈钢，等。按钢的功能特点分类：如低温不锈钢、无磷不锈钢，易切削不锈钢，等。在实际应用中，常按组织结构和化学元素两者结合的分类方法，如：马氏体不锈钢，铁 素体不锈钢，奥氏体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢或铬不锈钢和

46、铬镍不锈钢。最常用的不锈钢钢种有： 马氏体不锈钢 Cr13型：1Cr13, 2Cr13, 3Cr13，其中1Cr13含有铁素体是半马氏体钢 9Cr18型：不锈工具类 1Cr17Ni2型：强韧性优 铁素体不锈钢 低 Cr 11 15%Cr, 0Cr13 等 中 Cr 16 20%Cr, 1Cr17 等 高 Cr 21 30%Cr 奥氏体不锈钢（占总产量之70%以上）0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni9Ti1.2.1.4 不锈钢的表示方法和编号不锈钢表示方法： 用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份， 用阿拉伯字母来表示成份含量：

47、 如：中国、俄国 12CrNi3A ；用固定位数数字来表示钢类系列或数字；如：美国、日本、300系、400系、200系; 用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。 不锈钢编号： 我国的编号规则不锈钢、合金工具钢（用千分之几表示 C含量），女如： 1Cr18Ni9千分之一（即0.1%C）,不锈 CW 0.08% 如 0Cr18Ni9，超低碳 C< 0.03% 如 00Cr17Ni13Mo 国际不锈钢标示方法 美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中： 奥氏体型不锈钢用 200 和 300 系列的数字标示。 铁素体和马氏体型不锈钢用400 系列的数字表示。 例如， 某些较普

48、通的奥氏体不锈钢是以 201 、 304 、 316 以及 310 为标记。 铁素体不锈钢是以 430和446为标记。马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记，双相（奥氏体铁素体）。 不锈钢、 沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命0Cr13410001Cr17Ni73011Cr134101Cr18Ni93022Cr134200Cr18Ni93043Cr1300Cr19Ni10304L1Cr17Ni24310Cr17Ni12Mo2 3169Cr18440C00Cr17Ni14Mo2 316L0Cr174300Cr19Ni13Mo3 31700Cr17430

49、LX（日）00Cr19Ni13Mo3例如常见的主要钢号：1Cr17Mn6Ni5N 201317L1Cr18Mn8Ni5N 2025）不锈钢标准的分类和分级不锈钢的国际常用标准有美国的ASTM标准（UNS）和AISI，日本JIS,德国DIN，法国NF，英国BS，欧洲EN，国际标准化组织ISO等。由于美国的标准纳入的钢种最全、最 多，因此大部分国家都用以当作参照。6）不锈钢特性及用途 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢具有面心立方晶体结构， 无磁性， 不能通过热处理强化， 只能用冷加工强 化手段提高强度， 奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要得一类， 由于耐蚀、 良好的常温和低温塑 性，易成型性和良好的可焊性被广泛

50、应用于各工业领域和日常消费领域， 奥氏体不锈钢约占 不锈钢产量的 70 。奥氏体不锈钢常用钢种： 0Cr18Ni9 00Cr18Ni10 0Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 。 铁素体不锈钢铁素体不锈钢是以 Cr为主要合金元素，含 Cr 10.5%30%范围，C通常含量w 0.20%, 大多数含碳量在 0.12以下。此类钢具有体心立方晶格（即铁素体）组织，有磁性。纯铁素 体不锈钢在加热和冷却过程在中没有相变, 因此, 无法通过热处理方法使它强化。 铁素体应 变硬化速度低并在冷却后降低塑性, 因此,铁素体不锈钢也不靠冷却强化。 在各类不锈钢中, 此类钢导热系数最高,膨胀系数较小

51、,此类钢的耐蚀性随钢中Cr 量增加而提高,随钢中加入Mo、Si、Al、Ti、Nb、S、Se等赋予钢不同的特性。铁素体不锈钢有中等至优异的耐蚀 性。铁素体不锈钢大致可分成三类：1）低铬铁素体不锈钢，Cr含量约为11%14%; 2）中铬铁素体不锈钢 ,Cr 含量为 14%22%； 3）高铬铁素体不锈钢, Cr 含量约 23%32%。 马氏体不锈钢马氏体不锈钢是一类可通过热处理 （淬火回火） 对其性能进行调整的不锈钢, 通俗地讲是 一类可硬化的不锈钢, 此类钢具有高的硬度、 良好的力学性能和不锈性, 这些特性决定了此 类钢必须具备两个基本条件：其一,在平衡相图中必须有奥氏体相区存在；其二,为使钢形

52、成耐腐蚀的钝化膜, 铬含量必须在 10.5%以上。 根据钢中合金元素的差别, 可将马氏体不锈 钢区分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。 在马氏体不锈钢中又可划分成低碳、 中碳和 高碳三种类型。 马氏体不锈钢在淬火状态下具有体心四方晶体结构, 具有铁磁性, 在较弱腐 蚀环境中具有耐蚀性。钢中的铬含量可达 18%,碳可以超过 1.2%。为了提高钢的耐蚀性和 刃具的锋利度,组织中允许存在过剩碳化物,为了改善淬火后的回火效应,可适当加入铌、 硅、 钨和钒。 含镍马氏体不锈钢改善了铬马氏体不锈钢在某些介质中的耐蚀性,提高了钢的韧性。马氏体不锈钢由于具有良好的力学性能和中等程度的耐蚀性以及在低于650

53、C的良好耐热性，已广泛应用于各个工业领域，低碳和中碳马氏体不锈钢，稍高碳的2Cr13等马氏体不锈钢主要用刀具，马氏体不锈钢回火脆性温度范围出现在425 - 565C，在此温度回火钢的冲击韧性急剧下降, 对于要求耐冲击的部件应不采用此温度回火, 并避免在此温度范围内 应用。 双相不锈钢 所谓双相不锈钢是在它的固溶组织中铁素体相及奥氏体相约各占一半,一般最少相的含量也需要达到 30% ,因此它兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点。双相不锈钢的回火组织主要包含等量的奥氏体和铁素体，这类钢含Cr 1829%, Ni 38%及其它不同元素，主要是氮和钼。 屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多,且具有成

54、型所需的足够的塑韧性。 采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用奥氏体不锈钢减少30% 50%,有利于降低成本。 具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力, 尤其在含氯离子的环境中, 即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力,应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。 在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的 316L 奥氏体不锈钢,而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性,在一些介质中,如醋酸、甲酸等甚至可以取代 高合金奥氏体不锈钢,乃至耐蚀合金。 具有良好的耐局部腐蚀性能,与合金含量想当的奥氏体不锈钢相比, 鉴于双相不锈钢的高强度和良好耐腐蚀性能，它的耐磨损腐蚀和腐蚀疲劳性能都优于奥氏体不锈钢。 比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，与碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。 不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对于结构件应付突发事故如冲撞、爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用