冶金质量分析

1、1.反应速度通常可用下式表示： ，n、c、K分别为反应级数、反应物浓度及速率常数，其K与温度有关.2. ，A、E分别代表常数及活化能，它有决定反应机理和预测反应速度的功能。3.反应速度理论：碰撞理论和绝对反应速度理论碰撞理论 根据气体动力学理论，对均相来说，任何反应的产生，必须满足以下的两个条件：1）分子与分子之间的碰撞2）碰撞时分子处在能起反应的状态。碰撞频率Z随温度增加的关系式为Z正比T1/2。而真正对速度贡献大的是那些具有高于平均能量的分子，即活化分子。并不是所有碰撞的分子都能发生反应，所以起反应的分子必须要获得额外的、高出平均水平的能量E，对此发生反应的最小平均动能称为活化能，当活化能

2、越低，活化分子越多，反应速度就越快。这个因素是实际导致反应发生的碰撞分额，称为“有效”碰撞。绝对反应速度理论 绝对反应速度理论又称活化络合物理论或过渡态理论，仍设分子发生碰撞，但排斥速度是碰撞的函数。反应速度是由活化络合物过渡态的分解速度给定的。更适合于处理钢铁冶金中的反应。基本原理 1）活化络合物可像对待任何其他化学物质那样来对待，并与各反应物处于平衡状态，它的寿命很短。2）活化络合物分解成两种产物的反应速度为通用速度，与反应物的性质和活化络合物的形态无关。4. 炉渣在冶金过程中的作用炉渣的有利方面（对熔炼过程的正常进行，提高合金质量，改进技术经济指标等都有很大的影响。）1）炉渣直接参加化学

3、反应，控制合金元素的氧化与还原，并去除合金中硫磷等有害杂质。2）炉渣对合金熔体有保护作用。3）电弧炉、平炉从上部加热熔池，在此过程中，炉渣是传热介质，同时还有保温作用。4）电渣重熔精炼炉渣还可作为电阻发热体并具有渣洗过滤金属的作用。炉渣的不利方面 1）炉渣能浸蚀炉衬，降低炉衬寿命。2）炉渣夹有金属小珠粒及未还原的金属氧化物，降低金属的回收率。5.分解压力在炼钢中的应用 ：判断熔池中物质的反应方向。判断熔池中不同元素的氧化趋势。6.脱硫的热力学条件：高温（平衡常数KS与温度成正比），高碱度（提高渣中氧离子的摩尔分数），炉渣低（FeO），增大金属液体中 和降低渣中的 。7.脱氧方法：沉淀脱氧（化学

4、脱氧）是将脱氧剂直接加入钢液内部，使脱氧元素与溶解在钢液中的氧在钢液内部发生脱氧反应，所形成的脱氧产物以液态或固态的形式从钢液中排出，也称为直接脱氧。主要用于氧气转炉炼钢，电弧炉氧化末、还原前，一开始采用沉淀脱氧，临出钢以前，再一次进行沉淀脱氧。优点：脱氧反应在钢液内部进行，氧不需要太长的扩散时间，脱氧反应速度快，脱氧所需时间短。缺点：沉淀脱氧反应产物不可能全部从钢液内部排除，残留的脱氧产物以非金属夹杂物形式存在，对钢液造成污染。扩散脱氧：根据分配定律，让钢液中的氧向炉渣中扩散，与加入炉渣中的脱氧元素进行脱氧反应，使钢液中的氧含量降低。这种方法也称为间接脱氧，主要用于电弧炉冶炼还原期脱氧。优点

5、：脱氧反应是在炉渣的下层或钢渣界面上进行的，反应产物进入炉渣，不会成为非金属夹杂物污染钢液。缺点：反应速度慢，脱氧时间长。 综合脱氧在实际生产中，经常把沉淀脱氧法和扩散脱氧法在整个炼钢过程中交替使用，这种方法称为复合脱氧法 真空脱氧（又称真空下用碳脱氧）在抽真空条件下利用碳进行脱氧。特点： 1）可以减少钢中夹杂物含量 2）脱氧产物CO不溶于钢水，上升起到沸腾搅拌作用，又不玷污钢液. 3）同时还可达到去气（H2、N2）目的，从而提高了钢的纯洁度，改善了钢的物理化学性能。8. 脱氧剂的添加方法：(1) 炉内添加（只限于在还原期电炉上使用）。(2) 出钢时向盛钢桶内添加。(3) 出钢后在盛钢桶内添加

6、。(4) 钢锭模内添加。9.电炉炼钢法的特点：电炉炼钢法是利用电能冶炼的方法，电炉炼钢主要包括电弧炉和感应炉两种方法，但通常习惯把电弧炉法简称为电炉法。 10.电弧炉炼钢法的特点：1）利用电能为热源，其本身清洁、无污染，而且能量易于调节，便于控制熔池温度。2）同平炉、氧气转炉相比，电炉炉体密封性好，所以热效率高，约为65%以上。能熔化高熔点合金元素，可冶炼各种特殊用途的钢种。3）有还原期，其炉内气氛可以根据冶炼需要来控制，不仅能形成氧化性气氛，也能形成还原性气氛，这是平炉和氧气转炉不能比拟的。4）电炉可以采用合金废钢返回冶炼，这对节约贵重元素，提高经济效益十分有利。5）与平炉比较，电炉设备简单

7、，基建费用低，投产快，生产率高。11.感应炉炼钢法的特点：1）由于电磁搅拌钢液，改善了反应的动力学条件，促使钢液化学成分和温度均匀化。2）感应炉冶炼没有其他设备中所存在的污染源，可获得较纯净的钢及合金。3）冶炼过程中对功率和温度的调节简单方便。4）冶炼过程钢液增碳少，合金化过程易于控制，使合金元素回收率高且稳定。5）感应炉电、热效率和生产率较高，设备占地面积小，劳动条件较好等。 12.氧气顶吹转炉冶炼质量控制：转炉炼钢的质量控制主要是吹炼过程的控制。1）装入量的控制。顶吹转炉的装入量是指每炉装入铁水和废钢的数量。由于吹炼过程中炉衬被侵蚀，转炉容积随着炉龄的增长逐渐扩大，所以装入量也要相应地增加

8、，以保证合理的炉容比。2）吹氧过程的控制。氧气顶吹转炉吹炼过程中，炉内压力高，熔池中大量CO气泡逸出时，带走钢液中的许多氢和氮，使转炉钢的脆性倾向低于其他炼钢法的产品，故可炼出含氮量很低的钢。3）炉渣控制。成渣速度（点火后的46min炉渣已经形成 ）炉渣碱度（3.04.5 ）炉渣氧化性（FeO）控制在12%15% (低碳钢)；10%12%(中碳钢)）渣量 （顶吹转炉渣量以控制在金属装入量的10%12%）。4）温度控制。吹炼温度较低，影响成渣速度和炉渣碱度的提高，对脱硫反应等均有不利的影响，钢质量变坏。吹炼前期炉温过低，使炉渣和金属中均积聚大量的氧，一旦升温，碳氧反应，引起炉内大喷。吹炼温度过高

9、，脱磷困难，炉衬浸蚀严重，钢中气体和非金属夹杂物含量将增加，钢质量变坏。13氢对钢质量的影响：（钢中的氢主要来源于炼钢原料，耐火材料和炉气中水分。）降低钢的塑性。使钢产生氢脆。使钢产生白点。14.冶炼过程钢液氢含量的变化及去除降低熔化期钢液氢含量的主要措施是：1)装料前在炉底部加入适量的渣料，当炉底部形成熔池的初期，钢液就在渣层的覆盖下与大气隔离，减轻了钢液自大气中吸收的氢量。2)选用氢含量较低的炉料，如炉料中有大量含氢较高的合金时，应先进行去氢退火处理，以减少其中的氢含量.3)尽可能不在大气湿度高的天气冶炼对氢敏感的钢种。在精炼与合金化时，由于加入钢液的炉料、渣料和脱氧剂带有氢和吸附的水，会

10、使钢液的含氢量增高。根据精炼与合金化过程钢液氢含量的变化特点，为降低钢液氢的质量分数可采取以下措施：（1）选择合适的炉渣。在冶炼低氢钢时，应选用低碱度渣进行精炼。（2）对氢含量高的炉料、精炼使用的脱氧剂与渣料，应充分烘烤，以减少由其带入的水分。（3）合理选择精炼期时间和温度。避免钢液过热和时间过长。减少出钢浇注过程钢液氢含量的主要措施有以下几点：1)使用干燥的耐火材料，新的出钢槽与盛钢筒应进行充分地烘烤。2)采用钢包吹氩脱氢工艺对钢液进行处理。15.钢中非金属夹杂物的来源1）外来非金属夹杂物。外来的钢中非金属夹杂物是由于炉衬和包衬以及浇注系统耐火材料、炉渣等在冶炼、出钢、浇注等过程中进入钢液并

11、滞留其中而造成的。一般外来非金属夹杂物具有的特征是：外形不规则，尺寸较大，数量不多，分布集中。2）内生非金属夹杂物。钢中的内生非金属夹杂物主要是钢液在冶炼和凝固时进行的各种物理化学反应形成的，它们大多是氧、硫、氮的化合物。四阶段形成：钢液冶炼时形成的脱氧反应产物称为为一次夹杂；在出钢和浇注过程中由于钢液温度下降，其内部成分平衡移动时生成的称为二次夹杂；在钢液凝固过程中生成的称为三次夹杂；钢凝固后的冷却过程中由于发生相变使溶解度变化而析出的化合物称为四次夹杂。大部分非金属夹杂物是在钢液冶炼和凝固阶段生成的，主要是一次和三次夹杂物。16.降低微量元素有害影响的方法：微量有害元素的真空挥发去除 利用

12、微量添加剂来消除杂质的有害影响限制由原材料带入的有害元素数量17.DH、RH脱气法：在脱气方法的基础上，为了进一步降低处理过程中的温度损失，提高脱气效率，进行成分微调，去除钢中夹杂物，开发出真空提升脱气法-DH和真空循环脱气法-RH。DH、RH特点：借助真空将钢液吸入真空室，进行间歇或循环脱气，为耐火材料吸附夹杂物或上浮创造了良好的条件，去氢效果极佳、温降小。 RH-OB法：利用安装在RH真空室侧壁上的氧枪向钢液表面吹氧，在抑制Cr的氧化的同时，将含碳量降至较低的程度，常用来生产极低碳钢，不锈钢。18.喷粉装置：主要功能是脱硫、脱磷、脱氧、排除钢中夹杂物，改变夹杂物的形态以及微量元素，易氧化元

13、素的合金化。钢包喷射冶金的基本特征：利用氩气直接将粉料喷射到钢液深部。特征表现在：扩大反应面积。连续的可控供料。解决微合金化元素和易氧化元素的加入问题。反应在熔池强烈搅动下进行19.钙处理技术（向钢液中加含钙合金已经成为炉外精炼过程中的一个工序。）加钙处理的目的:脱硫、改善连铸钢液的流动性，改善切削性能，改善横向力学性能。钢中加钙的作用：能细化晶粒、脱氧、脱硫，改变非金属夹杂物的成分、数量及形态；改善钢的耐蚀性、耐磨性、耐高温、耐低温性能；提高钢的塑性、冲击韧性、疲劳强度和焊接性能；增强钢的抗热裂、抗氢致裂纹和抗层状撕裂等性能。 20.VAD法：一个带多孔塞的钢包、电极加热密封盖、真空室、多极

14、蒸气喷射泵和加料系统组成。 VAD法的特点：将盛有初炼钢液的钢包落入真空室，在真空下加热，然后在67Pa下脱气和精炼，总精炼时间6090min，搅拌方式是在50100L/min的整个精炼过程中从包底吹入氩气。LF法：（四个部分）带有搅拌器的常规钢包（氩气搅拌方式）；带有电极孔的钢包加热盖；加热装置；真空系统。采用在大气下高碱度渣埋弧加热，吹氩搅拌精炼钢液，再与RH装置配合，脱除氢气，进一步降低夹杂物含量，是典型的加热与脱气装置的结合。 CAB法：一种钢包吹氩精炼装置（CAS）和氧枪吹氧（OB）的工艺组合 。通过CAS工艺，可以均匀成分与温度，调整钢液成分，提高钢的清洁度。如果加一氧枪（OB），

15、就可以实现温度调整。CAS-OB与转炉和连铸配合生产低碳钢较为适宜。21.不锈钢的生产技术及精炼效果：AOD法：作为低碳不锈钢的精炼方法，用O2+Ar混合气体吹炼，混合气体从设备在接近转炉形容器底部侧壁上的几个风眼吹入。AOD法精炼的不锈钢，比起电弧炉精炼的钢液氢含量降低约30%，氧含量降低约50%，氮含量降到150200x 10-4%，纯净度提高，改善了钢材的热加工及切削性能。 VOD法：与转炉或电弧炉联合使用，对钢液进行脱碳，比普通的真空脱气法更容易去除钢液中的氮。 特点：吹氧精炼用的氧枪通过真空室上盖的密封圈时必须自由升降；为排除大量的CO气体，真空系统的抽气能力比钢包脱气法应有所提高。

16、22.钢液结晶过程中的偏析 ：钢液结晶过程中出现化学成分和非金属夹杂物或相分的不均匀现象称为偏析，通常是指化学成分的不均匀性 。钢液凝固时产生的偏析可分为化学偏析（区域偏析）：钢锭各个结晶带间的化学不均匀性 （宏观偏析）树枝偏析（晶间偏析）：树枝晶体的枝干与枝间部分在12mm范围内的化学不均匀性，它是只有在显微镜下才能确定的偏析 （显微偏析）23.浇注温度和浇注速度的控制：钢水的浇注温度一般用光学温计测量，也可以观察在锭模内上升的液面状态来判断。钢液浇注的速度以钢液在模内上升速度（m/min）来计算，保证平稳的浇注，不得断流和过速。浇注温度通常较开始凝固的温度高出3050。为使钢液流动性好，开

17、始浇注温度一般比钢的熔点高80100。 浇注温度和速度随钢液种类、钢锭的形状和浇注方法不同而异，较高的钢水温度应配以较低的注速24.稀土元素对铸钢质量的影响（在铸钢生产中，稀土元素除了变质作用外，还能起到净化钢液及提高铸造性能的作用）： 1）稀土元素与硫、氢、氧、氮有很大的亲和力，故能起脱硫、去气和除夹杂的作用。 2）稀土能与钢中的铅、锑、铋、砷等低熔点有害元素形成高熔点化合物，以消除这类有害元素的脆性影响。 3）稀土对铸钢中第二相有变质作用，在高磷ZG45中加入稀土，使沿晶界连续分布的磷共晶变为均匀分布于晶内的球状颗粒。 4）稀土提高铸钢的综合力学性能 5）用稀土处理的钢液能改善铸钢的铸造性

18、能，尤其是使钢的流动性和抗热裂倾向性能显著提高25.连续铸钢的特点 连铸坯的凝固特点：（1）连铸坯凝固时，坯壳是在不断移动和结晶振动的条件下进行的，任何本部分钢液都是在稳定状态下进行凝固。因此，在长度方向上铸坯的结构比较均匀。（2）连铸坯凝固时，冷却强度均比模铸钢锭大，所以连铸结晶时间短，结构致密，同时还可通过改变冷却制度来影响铸坯结构。连铸坯的结构特点：（1）镇静钢铸坯结构 同样是由三层不同的结晶组织构成。连铸坯表层凝固速度比钢锭高10%30%，故激冷层较厚。（2）沸腾钢铸坯结构 主要表现在内部气泡分布规律也和同类模铸钢相同连铸技术的经济特点：（1）连铸坯质量优于铸锭。（2）钢液收得率高。（

19、3）连铸钢种不断增多。（4）连铸可节能降耗，易于实现机械化和自动化，提高生产率。 26.连铸坯常见缺陷及质量分析（包括表面缺陷和内部缺陷）：连铸时的振动会使铸坯产生振动波纹；在强度较低的高温状态下拉坯并激冷，容易导致铸坯出现裂纹；连铸坯如凝固过快，又易造成中心偏析和缩孔等缺陷；以及因连铸过程的钢液氧化等因素，造成连铸坯中夹杂物的产生。常见缺陷还有表面凹坑、夹渣、气泡、鼓肚及中心疏松、中心裂 27.表面质量检验：表面质量检验包括对表面缺陷和外观形状、尺寸缺陷的检验。钢在浇注、锻轧、加热等过程中，由于处理不当，可能产生各种表面缺陷。最常见的钢材表面缺陷有：结疤、划痕、折迭、表面裂纹、氧化铁皮和表面形状、尺寸公差缺陷等。28.宏观组织检验1)缺陷包括：一般疏松、中心疏松、锭型偏析、斑点状偏析、白亮带、中心偏析、帽口偏析、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂缝、内部气泡、非金属夹杂物（肉眼可见）及夹渣、异金属夹杂等15种。 2)宏观组织检验：低倍试验（破坏性试验）：又称酸浸检验，一般采用横向全断面试样，有特殊要求时才用纵向试样。常用50盐酸