钢中有害元素

41
3
0，原子量118.69， 熔点：白锡231.88℃， 灰锡231.99℃，脆锡231.99℃。 沸点：白锡2260℃，灰锡2270℃，脆锡2260℃。


锡可大大降低钢及合金的高温机械性能，对钢的加 工性能也十分有害。在钢中加入少量锡时能提高钢 的耐腐蚀性，其强度也有一定提高，而对塑性却影 响不大。
33







有害元素主要来源于循环回收物， 65％锌来源于高炉除尘灰， 80％钠来自焦化废水， 63％钾由循环带入， 90％Cl以上由循环带入。 从排出情况看，98％锌保留于烧结矿，80％钠以上 从烟气排出或黏结于箅条、管道等，52％钾留在烧 结矿、43％进入烧结除尘灰，63％Cl从烟气排出或 黏结于箅条等、27％进入烧结除尘灰。 因此，锌和钾富集最快，必须采取措施切断循环链 (高炉灰和烧结电除尘灰)。

38
39




一类元素的氧化势低于铁：即在炼钢时 的氧化反应将不涉及这些元素。 结果这些残余元素将全部积存在最终的钢 铁产品中。 第二类残余元素的氧化势与铁接近，在炼 钢的吹炼过程中，其中一部分将被氧化除 去在钢水中残存的部分将取决于它们在钢 水和炉渣的成分，两者确定了残余元素在 钢水和炉渣中的分配因数。第三类元素的 氧化势要高于铁,在钢水吹炼过程中，它们 首先被氧化进入渣相中除去,一般不能进入 钢水。因此,钢中的残余元素问题，实际上 只有第一类和第二类所含的l5种金属或非 金属元素,其中8种元素为全保留元素,7种 元素为部分保留元素

5



周期系Ⅴ A族元素，原子序数51，原子量121.8， 密度6.684g/cm3, 熔点630.74℃， 沸点1750℃，
锑对钢的性质有恶劣影响，一般使钢的强度降 低，脆性增加，但如在钢中加入一定量的锑， 会不同程度的提高钢的抗腐蚀能力及耐磨性。

6


周期系Ⅴ A族元素，原子序数83，原子量208.98， 密度9.8g/cm3, 熔点271.4℃，沸点1560±5℃， 由于铋在钢中含量几乎不熔，在冶炼过程中，绝大 部分以蒸汽逸出，故铋在钢中含量极微。它易偏析 于晶间，相间，它在晶间浓度甚至可为在合金整体 浓度的8100倍，它的存在因而引起钢的脆性，它能 使不锈钢热态韧性降低，如含铋量较多，还会降低 钢的塑性，影响钢的高温强度，致使不锈钢挤压材 产生裂纹。如作特殊用途加入少量铋入钢中，则可 显著改善钢的切削加工性能。

36

烧结工序有害元素主要来源分为原料带入 和系统内部循环。
烧结工序有害元素分布与烧结机面积和电 除尘级数息息相关。烧结电除尘分1级、2 级、3级。 除尘灰中的残余元素逐级递增;电除尘灰中 残余元素随着配套烧结机产能及除尘电机 功率的增加而增大。

37
5.1 ICP-AES法： 采用酸溶分解试样，用标准钢样配比法制 备标准溶液，

17
高炉冶炼中锌全部被还原，其沸点低 (905℃)，不熔于铁水。很容易挥发。 挥发的锌在炉内又被氧化成ZnO，部分ZnO 沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分 渗入炉衬的孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀 而破坏炉衬。 矿石中的含锌质量分数应小于0．1％。

18

砷在矿石中含量较少。
与磷相似，在高炉冶炼过程中全部被还原 进入生铁。
28
29
在不配高炉除尘灰的前提下，目前非主流 矿配比仍可以保证高炉入炉锌负荷低于首 钢内控标准。 但是在配2％高炉除尘灰的情况下，即便非 主流矿完全不配，高炉入炉锌负荷仍处于 首钢内控标准上限。 因此，面临固废和非主流矿不可兼顾，要 想使用非主流矿就得把高炉除尘灰(旋风灰) 停配，要回吃固废，就得停配非主流矿。
20
碱金属来源主要来焦炭，其次是烧结矿和 球团矿； 铅的主要来源，烧结矿和球团矿带入。

锌的来源，是生产烧结矿、球团矿的精矿 粉，不法商贩将瓦斯灰回收来的金属料加 入精矿粉中，使原料Zn含量大大提高。
21
22
23
24
25


烧结前分布开炉期， 烧结矿中锌65％由高炉除尘灰带入； 钠81％由焦化废水带入； 钾42％由烧结除尘灰带入，21％由熔剂带入， 17％由高炉除尘灰带入，合计64％的钾元素由 循环回收物带入，外排烧结电除尘灰是降低钾 富集的主要手段； 氯53％由焦化废水带入，26％由烧结除尘灰带 入，13％氯来源于高炉除尘灰，仅有6％的氯 来自于新生烧结原料(包括矿粉、熔剂和燃料)， 可见，氯绝大部分是由循环回收物带入。
34
炼铁中的碱金属、锌等，均成为炉渣、除 尘灰、污泥等成分而产出。 因此，铁水中碱金属、锌元素的含量较低。

高炉中的铅含量，容量愈大的高炉，其铁 水中的铅的产出相对量愈高。而对于小高 炉而言，约有20%的含量进入铁水中。
35
K、Na、Zn进入炉内首先在高温区挥发,上 升后冷凝沉积于炉身上部炉墙、矿石及焦 炭孔隙中,破坏炉墙内衬同时降低原燃料强 度; Pb作为重金属会沉积入炉缸、破坏炉底碳 砖、引起炉底碳砖上涨。

15
高炉炼铁原料中的有害元素主要有铅、 锌、碱金属等。

锌在高炉内循环富集已严重影响高炉顺行 和热制度稳定。
16
在高炉内铅是易还原元素，但铅又不溶解 于铁水，其密度大于铁水，所以还原出来 的铅沉积于炉缸铁水层以下，渗入砖缝破 坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起。 铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO， 粘附于炉墙上，易引起结瘤。一般要求矿 石中的含铅质量分数低于0．1％。
40
铅、锡、锑、铋和砷有一些共同的特点： 第一,它们的熔点与钢的熔点相比是比较低 的,当钢已经处于固态时,他们仍处于液态,因 此,通常称它们为低熔点元素。 第二,它们在钢中的含量超过一定限度时,都 会明显降低高温机械性能,增加钢的高温脆 性,降低钢的强度和韧性,使钢变脆。 第三, 它们往往共生于一体,造成严重的偏析, 很少单独存在,因而对钢的破坏作用更大。

30
31
32

计算表明：碱金属70％由炉料带入，其中 烧结矿带入为首要因素；85％～90％锌由 炉料带入，烧结矿带入为首，占60％左右。 从排出情况分析，高炉稳定生产情况下碱 金属从炉渣排出比例升高，可达80％左右； 锌排出率较低，不到60％，主要分布于干 法灰和旋风灰，建议适当放开边缘煤气有 利于排锌。
钢中含砷也会使钢材产生“冷脆”现象， 并降低钢材焊接性能。 要求矿石中的含质量分数小于0.07%。

19





碱金属主要指钾和钠。一般以硅酸盐形式存在于矿石中。 冶炼过程中，在高炉下部高温区被直接还原生成大量碱 蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成碳酸盐沉积在炉 料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复循环积累。 其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石K2O· Al2O3· 2SiO2） 体积膨胀40%而损坏炉衬；与炉衬作用生成低熔点化合 物，粘结在炉墙上，易导致结瘤； 与焦炭中的碳作用生成插入式化合物（CK8、CNa8）体 积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料 柱透气性。 因此要限制矿石中碱金属的含量。
26
27





锌98％留在烧结矿，由于锌65％来源于高炉除尘灰，如果高炉 除尘灰不外排，则锌的富集主要源于高炉除尘灰的再利用； 钠14％进入烧结矿，84％随烟气带走或黏结到箅条，可见焦化 废水中钠几乎都随烟气带走，仅25进入烧结除尘灰； 钾52％留在烧结矿，43％进入烧结除尘灰，5％黏结到箅条或其 他，钾元素由于很少以其他方式排出。因此，如果烧结除尘灰 不采取外排则富集速度会很快； 氯63％随烟气排出或黏结到箅条，27％进入烧结除尘灰，10％ 保留于烧结矿。 铁矿粉中的钾、钠大多以长石或闪石类形式赋存，烧结矿中钾、 钠绝大多数富集于玻璃质，以硅酸盐形态存在[2]。

4



周期系Ⅴ A族元素，原子序数33，原子量74.92，俗 名砒，有灰，黄，黑三种同素异构体， 熔点717℃，613℃升华 砷在钢中常以Fe2As, Fe3As2, FeAs及固溶体形式存在， 易发生偏析现象，砷与磷，锑同族，对钢性能影响 有类似之处，砷能提高钢的抗拉强度和屈服点，增 强抗腐 蚀和抗氧化性能，但砷含量较高时（如大于0.2%）， 则使钢的脆性增加，延伸率，断面收缩率及冲击韧 性降低，并影响焊接。
石钢京诚装备技术有限公司质量 部（内部资料）
1
钢中五种有害的元素是指： Pb-铅，Sn-锡，As-砷，Sb-锑，Bi-铋。

2





周期系第Ⅳ A族元素， 原子序数82， 原子量270.2 熔点，327.5℃， 沸点1740℃，, 钢中残余铅极微，因绝大部分铅在冶炼过程中以蒸 汽逸出钢液。由于铅和铁不生成固熔体，一般它是 以微小的球状形态而存在于钢中，易发生偏析，对 钢的性质有一定不良影响，铅能使钢的塑性略有降 低，使钢的冲击值有较大降低。如因特殊用途则是 在浇注过程中加入，钢中含少量铅可改善钢的切削 加工性能。
培训资料 9

P, As, Sn, Sb在晶界偏聚可造成晶界脆性， 是产生回火脆性，特别是回火脆性的因素。
10
11
12
13
对钢中残余有害元素的控制可按 Cu+6×（Sn+Sb) ≤0.3%(德国曼内斯特无 缝钢管厂） 可降低或消除钢材表面网状裂纹（热脆）

14
传统的观念，铁水是降低钢中残余有害元 素含量的最简单的措施，不仅可起到稀释 作用，还可提供大量的显热及潜热。 然而，由于炼铁原料的来源多，导致烧结 矿及球团矿的有害元素的含量难以控制。 因此铁中有害元素含量的分析与控制，愈 发得到注意。
7


钢中需要控制的残存元素具有三个特征： （1)钢铁冶炼的各个生产环节经常出现; (2) 一般冶炼工艺不易去除； （3） 对钢的性能产生有害作用 一般认为：Cu,Ni, Cr,Mo,Sn,As,Co,Sb,W不易去 除；同时Al,Pb,Ti,V,Zn,Zr和一些稀土元素也可 能对钢有不利作用。但它们一般不进入钢中， 而是进入粉尘，炉渣中。一些情况下的有害元 素，在另一些情况下如钢的成分对其有要求时， 又成为有价值的元素。