特种钢的冶炼

1、7 常见钢种冶炼,7-1 氧气顶吹转炉 钢种的冶炼,7-2 复吹转炉 冶炼45钢,情景7,硅钢的冶炼 不锈钢的冶炼 低合金钢的冶炼 低碳钢 中、高碳钢,7-1 氧气顶吹转炉钢种的冶炼,Company Logo,7-1-1-1硅钢分类和硅钢片性能,用途,分类,1,2,3,4,性能要求,钢号,7-1 硅钢的冶炼,根据需要，可以按生产方式、化学成分、结晶织构和用途等对硅钢片进行分类； 按化学成分有低硅（含Sil1.5左右）、中硅（含Si22.5左右）和高硅（含Si3.0以上）硅钢片； 按轧制工艺分有热轧和冷轧硅钢片； 按结晶织构分有热轧的非织构硅钢片，冷轧低织构、高斯织构（单取向织构）和立方织构（双

2、取向织构）硅钢片等。,用途,硅钢主要用于制造软磁材料硅钢片，是发展电力、电讯、自动控制和仪表制造等工业的主要金属材料。,硅钢分类,表71 按化学成分命名的常用硅钢钢号,(1) 创造良好的冶炼条件 严格保证入炉原材料质量，选用优质原材料。对于铁水，冶炼低硅钢时要求含硫量0.050，高硅钢0.030。 提高氧气纯度，减少水分含量，以减少带入钢中的氢、氮含量。 (2) 根据铁水中Si、P、S含量选择好造渣制度 (3) 控制供氧操作 要用比一般钢种稍高的过程枪位促进化渣并使熔池良好的活跃沸腾，以加强脱气和排除夹杂。 (4) 控制吹炼过程温度和终点温度 (5) 控制好终点和出钢操作 (6) 所用脱氧剂和

3、铁合金、钢水包都要严格进行烘烤。,7.1.1.2 硅钢冶炼,7-1-2-1 不锈钢的分类和耐蚀性,根据金相组织，不锈钢可以分为以下三类： 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 马氏体不锈钢 强化的马氏体不锈钢、 时效硬化的不锈钢 相强化的不锈钢等 常见不锈钢的化学成分见表72。,分类,铬：决定不锈钢耐蚀性的主要合金元素是铬，钢中含铬量越高，耐蚀性能越好。；铬还能够提高铁的电极电位，使其由负值变为正值。电极电位跃变式提高，耐腐蚀性显著提高；铬也是缩小（乃至封闭）区扩大区的元素，促进钢的组织均一化。因此不锈钢中的含铬量应至少为12.5，原子百分数（重量百分数）为11.7 镍、硅、铝、钛、铌、铜、钼等元素：也

4、都具有不同程度改善耐蚀性的作用，因此也是冶炼不锈钢常用的合金元素。 碳：在不锈钢中具有双重作用，它可以提高钢的强度、硬度和耐磨性，但同时也降低钢的耐蚀性。所以，不锈钢的含碳量一般都很低。,影响耐蚀性的因素,7-1-2-2 碳、铬的选择性氧化和吹炼时脱碳保铬,碳、铬选择氧化的转化温度,Cr+2CO=2C+ 2C+ 1/2（Cr3O4）,(7-1),(7-2),由式(7-2)可见：温度和压力对金属中C和Cr的平衡浓度都存在影响。欲降低钢中含碳量，可以通过减小PCO和提高温度两种途径来实现。,图71 不同温度和Pco下 碳与铬的平衡关系,从式71、72和图71可以看出，在不锈钢脱碳过程中， pCO的

5、影响比温度影响更大。 对铬在钢一渣间分配的研究表明，炉渣碱度和氧化铁含量、对铬的分配比有重要影响。铬在钢一渣间的分配比随炉渣碱度和炉渣氧化性下降而下降,方法 （1）单纯用顶吹转炉的方法 （2）用熔化炉配合转炉的方法 （3） 用中间包配合的转炉氧化还原法。 （4）顶吹转炉真空脱氧(VODK法)法 （5）顶吹转炉一真空处理双联法，例如LD-VOD法 （6）顶吹转炉一双液循环真空吹氧（RHOB）法 （7）顶吹转炉一电炉双联法。（8）底吹氧气转炉法 （9）顶底复合吹炼转炉法等。,冶炼特点 （1） 它是一种低碳高铬钢，在冶炼过程中需要去碳保铬，成分中杂质P、S的限制也很严； （2） 它是一种高合金钢，合

6、金元素的含量至少在5以上，需要在冶炼和出钢过程中加入钢水中。 吹炼前期要搞好造渣制度，强化脱磷、硫操作，尽快使钢中P、S降到规格要求含量以下。在吹炼前期结束后，要除净炉渣，避免后期回磷。 除净前期渣后，要加强供氧操作,7-1-2-3 不锈钢的冶炼,7-1-3 低合金钢的冶炼,7-1-3-1 低合金钢的分类,按合金元素,按金相组织,按特点和用途,低合金钢 分类,分类,强度钢（亦称结构钢）,专用钢,耐腐蚀钢,钢筋,低温用钢,A 按特点和用途分类,耐磨钢,钢轨钢,氧气瓶、焊条、地下铁道接触轨、自行车链条用钢等,按主体合金元素的不同可分为： 锰系 锰一钒系、锰一铌系、锰一钛系 硅系 硅一钛系、硅一铌系

7、、硅一钒系 钒系 含铝钢系 含磷钢系 多元钢系等,B 按合金元素分类,贝氏体型,马氏体型,铁素体十珠光体型,C 按金相组织分类,低合金钢中的合金元素，对钢中相变和钢的组织、结构都起重要影响，从而使钢具有各种需要的性能。以铁秦体一珠光体型钢的合金化为例 绝大多数合金元素，如P、Si、Mn、Cr、Cu和Ni等，都可固溶于铁素体中，使其晶格产生歪扭，并改变（多为增加）原子间的结合力； 绝大多数合金元素，如Mn、Cr、Mo、W、Ni、Cu和Si等，在一般加热条件下比较容易溶于奥氏体，增加其稳定性和过冷能力，从而使珠光体的弥散度增大，其组织的百分数增加，同时也使铁素体晶粒得到细化； 绝大多数合金元素，使

8、铁碳状态图上共析成分点左移，从而使钢的强度增加； Ti、V、Mo及少量A1能形成稳定的碳化物和氮化物，减少奥氏体晶粒长大倾向，因而能细化晶粒；Ti、V、Al等与氮有很大的亲合力；可形成弥散的化合物；产生弥散硬化作用。,低合金钢中的合金元素作用,化学成分控制 化学成分是影响钢的性能的主要因素，为了保证低合金钢性能，在标准规定的基础上，必须对成分进行严格控制和适宜调整。 化学成分变化对钢的性能特别敏感。如 25MnSi 钢、16Mn 钢等 通常采用缩小成分控制范围，适当控制化学成分的作法 严格控制化学成分的结果，既促进了操作水平提高，合金收得率波动范围缩小，炼钢成本下降，也使钢材性能相对稳定,冶炼

9、工艺控制 （1）创造良好的炉体条件，尽量不在新炉前10炉和补炉后第一炉冶炼； （2）低合金钢质量要求比较严格， （3）采用拉碳法控制终点，避免后吹，以降低钢中含氧量，提高合金和金属收得率， （4）加强脱氧操作，以生产16Mn钢为例， （5）维护好出钢口，加强出钢操作，出钢时尽量少下渣并防止渣钢混出，必须防止回磷，出钢后应向钢包中加石灰稠化炉渣。,7.1.3.2 低合金钢的冶炼,低碳钢（C0.25）：普碳钢、焊条钢，硅钢、工业纯铁、子弹钢等低碳优质钢。 操作注意事项 (1) 铁水的含硫量不能大于0.05%。 (2) 可一次拉碳控制吹炼终点，但为了有效的去除磷硫和控制熔池温度，在吹炼低碳优质钢时，

10、多采用高控补吹工艺。 (3) 注意炉渣控制，早化渣、化好渣、全程化透渣。 (4) 终点温度应根据冶炼钢种，合金种类和用量，浇注方法及是否进行炉外处理等来确定。 (5) 为了加强熔池搅拌，可适当降低顶吹枪位或增加氧压。复吹时可适当增加底部供气压力。 (6) 脱氧一般在盛钢桶内进行，合金应经过烘烤。出钢到13时开始加入合金，出钢到34时加完，严禁先加合金后出钢。 (7) 出钢后最好采用吹Ar处理。,7-1-4 低碳钢,含碳量为0.250.60的钢称为中碳钢，把含碳量大于0.6的钢称为高碳钢。中、高碳钢都是优质钢和合金钢。 (1)高拉碳法。根据炉口火焰和喷出火花的外观形状，参考供氧时间及氧气消耗量，

11、对熔池含碳量作出判断，按高出所炼钢种的含碳量规格中限一定范围用副枪取样测温或停吹取样测温，根据钢中的含碳量和这一含碳量范围的脱碳速度确定继续吹炼时间或补吹时间。 (2)增碳法。高拉碳法冶炼中、高碳钢，终点控制虽比较理想，但很难炉炉命中，这样就延长了冶炼时间，影响炉衬寿命，由于熔池含碳量高，对脱磷不利。因此很多厂用炉后增碳法代替高拉碳法冶炼中、高碳钢。,7-1-5 中、高碳钢,Company Logo,小结,7-2 复吹转炉冶炼45钢,铁水条件,工艺技术,钢水的 质量分析,冶炼效果,7-2-1 铁水条件,某厂80t复吹转炉冶炼45钢，冶炼周期为33min，吹炼前10min吹氮气，10min后自动

12、切换为氩气，底吹气体流量为3080m3/h。,采用复吹转炉生产45钢过程中所采取的冶炼工艺及相关技术措施，生产实践表明，这些工艺技术能够适应复吹转炉冶炼45钢的生产需要。,表75 冶炼45钢采用的铁水,7-2-2 复吹转炉冶炼45钢的工艺技术,采用双渣留渣法进行操作， 由于转炉在溅渣过程中底吹惰性气体的冷却作用，炉渣冷凝速度要比顶吹转炉快，溅渣操作之后留下的炉渣较稠，在下一炉次冶炼初期熔化速度减缓。 底部气体搅拌熔池，冶炼过程渣中（FeO）含量低于顶吹转炉，造成炉渣成泡、乳化时间相对滞后，图72为顶吹与顶底复合吹炼钢过程中炉渣（FeO）的变化情况，,7-2-2-1 前期造渣,供氧流量控渣在16

13、50017000 m3/h，出口压力为0.750.80MPa，相对于冶炼普碳钢时下调1000 m3/h.这样起到一定程度上的“软吹”作用。 过程枪位与顶吹转炉相比，上调200mm，并视炉内反应成渣情形，将枪位在100 mm范围内调整，强化高枪位化渣效果倒完前期渣之后。 加入500800kg轻烧白云石，同时加入余下所需石灰，控制分批、均衡加入，避免炉渣状况剧烈变化。,7-2-2-2供氧流量、枪位控制及过程造渣,7-2-2-3 底部供气调整,炼钢过程中底部供气增强了对熔池的搅拌，使钢渣反应界面增加，良好的动力学条件和热力学条件即吹入气体的降温效应，以及均匀温度、成分的作用均促进前期脱磷的效果。生产

14、45钢时，控制底吹气体的压力在0.30MPa为宜。,7-2-2-4终点控制,当供氧时间达到13min左右时进行第一次倒炉测温取样 ，防止回磷,温度：稳定在16101640,成分：,转炉完成第一次倒炉测温取样操作后，进行吹氧。 当补吹氧时间达到70s120s进行第二次倒炉测温、取样。 出钢过程控制下渣量，采用出钢终了前加挡渣球的方法，可控制渣层厚度小于100mm，能有效地防止回磷。 在出钢过程中加沥青焦炭和向罐内钢水喂碳线微调含碳量的工艺技术，将钢水中的氧控制在0.42%0.02%的范围水平,钢水中O含量是否合适，影响到浇注能否顺利进行，同时也是成品钢材获得良好质量性能的重要保证。 在合金加入方式及用量不做调整的情况下，分析多炉次钢水到精炼工序时测定的氧含量数据显示，在底部供气正常条件下，复吹转炉与顶吹转炉相比，在终点碳含