炼钢的任务原材料和耐火材料

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2.2 炼钢用原材料
（1）石灰
2.2.2 造渣材料
转炉、电炉炼钢的主要造渣材料，主要成分是CaO。是脱磷
脱硫、提高钢液纯净度和减少热损失不可缺少的材料。 石灰由石灰石在900～1200℃下焙烧而成。 目前一般用活性石灰，要求CaO>90%，SiO2≤2.5%， S≤0.025%，P≤0.02%，活性度≥350ml。活性石灰要求新鲜、干 净、干燥、水分≤1%。粒度要求：5～50mm,小于5mm者不得超过 5%，不允许有大于50mm者。 石灰在水中的溶解能力可表示石灰在渣中的溶解速度。
2.1 炼钢的任务
钢中[S]
2.1.1 去除杂质
去除杂质：去除钢中S、P、O、N、H和夹杂物。 热脆 S高Mn低钢种凝固时，在晶界产生低熔点的FeOFeS共晶化合物 (熔点940℃)，其熔点远低于轧制温度 （1150℃），热加工时在铸坯液体处开裂，称为热脆。 钢中加Mn后，[Mn]在钢凝固的范围内生成MnS（熔 点1610℃）和少量FeS，FeS-MnS共晶（FeS占93.5%） 化合物(熔点1164℃)，可有效防止钢在轧制时开裂。 MnS塑性夹杂物，在轧制过程中被拉长成条带状。
提高[Mn]/[S]比可提高钢的热延展性。
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钢中元素和[S]化合成硫化物的能力依下列次序减弱： Ce-La-Ca-Zr-Ti-Mn-Nb-V-Cr-Mo-W 钢中元素的脱硫能力一般不如脱氧能力强，它化合 成硫化物的温度比生成氧化物的温度低，钢液在凝固偏 析过程中硫化物易寄生在现成的相界面上。钢中的 Ti、 Ca、Ce和硫的结合能力很强，能在较高的温度形成硫化 物。 钢中[P] （1）磷的突出危害是产生冷脆； （2）使韧性降低：[P]越高，冲击性能降低就越大。 （3）略微增加钢的强度； （4）[P]是降低钢液表面张力的元素，易析集在结晶边 界处，随着其含量的增加表面张力值降低很多，从而降 34 低了钢的抗热裂纹性能。
氧化物系耐火材料； 非氧化物系耐火材料； 氧化物和非氧化物系复合耐材。
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2.3 炼钢用耐火材料
按加工方式和外观 烧成砖 不烧成砖 电熔砖 不定形耐火材料 绝热材料 耐火材料 耐火纤维 高温陶瓷材料等。
2.3.1 耐火材料的种类和性质
按使用温度：
普通耐火制品（1580-1770℃） 高级耐火制品（1770-2000℃） 特级耐火制品（>2000℃）
S降低钢的强度，降低钢的横向机械性能，降低钢的深 32 冲压性能。
断面收缩率：试样在拉断后，其断裂处横截面积的缩 减量与原横截面积的比值称为断面收缩率。
F0 F1 100% F0
F0 试样的原横截面积
F1 试样拉断后断裂处横截面积
伸长率（延伸率）：试样在拉断后，其标距部分内所增 加的长度与原标距长度的比值。 l1 l0 100% l0 金属的断面收缩率和伸长率越大，则塑性越好。
2.2.1 金属料
金属料是炼钢的基本原料。 （1）铁水 [Si]是发热元素，每氧化掉1%的Si发热量为 278×106J/t（66430kcal/t）。 铁水[Si]含量一般为0.4～0.6%： 过高，[Si]氧化产生大量（SiO2），增加石灰消耗； 过低，渣量小，石灰溶解慢，脱P脱S能力低。 [Mn]促进成渣，减少萤石用量，利于脱P脱S。 [P] 在高炉中不能去除，转炉脱磷率90%。 [S] 转炉脱S率20～40%。 成分要求： [Si]0.4～0.6%，[Mn]≤0.3%，P≤0.15%， S≤0.03%，[Cu]≤0.15%。 44 高炉出铁温度1450～1500℃，脱硫前温度≥1350℃。
2.2.4 冷却剂 转炉用球团矿TFe≥60%，SiO2≤4%，S≤0.045%，H2O≤2%，抗
压强度1470N/个，粒度要求：10～50mm占95%以上,小于10mm者 不得超过5%，不允许有大于50mm者。
转炉用烧结矿TFe≥55%，SiO2≤6%，S≤0.035%，H2O≤1%，抗
压强度1470N/个，粒度要求：5～50mm。还要求干净、干燥，不 得混有泥土等杂质。
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2.3 炼钢用耐火材料
2.3.1 耐火材料的种类和性质
耐火材料的重要性质： （1）耐火度和荷重软化点 耐火度：高温下材料抵抗熔化的性能 荷重软化点：材料在载负下在高温下抵抗变形的能力。 （2）高温抗折强度：取代荷重软化点 （3）热震稳定性：耐材抵抗急剧温度变化的能力。 （4）气孔率和密度：耐火制品致密程度的指标。 （5）抗渣性：耐材抗渣侵蚀性能。
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钢中[H]
危害：白点（发裂）、疏松和气泡，使钢变脆。
白点：铸坯取样打断口样，在纵断口上呈白色的亮点，
实为交错的细小裂纹。钢中[H]在小孔隙中析出的压 力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强 度，则会产生白点。
氢的控制：
（1）原材料（尤其是石灰）干燥清洁； （2）转炉和电弧炉炼钢脱碳沸腾去氢； （3）RH/VD真空下去除。
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2.1 炼钢的任务
2.1.2 调整钢的成分
3 钢中硅 [Si]是钢中最基本的脱氧剂。 [Si]提高钢的强度。 [Si]增加电阻和导磁性，硅钢作电机和变压器的铁芯。
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2.1 炼钢的任务
2.1.2 调整钢的成分
4 钢中铝 铝镇静钢[Al]s 0.02～ 0.06%， Al在钢包中加入，称为终脱氧剂 Al脱氧产物Al2O3夹杂大部分能上浮去除，冷凝过程中 生成的大量细小分散的夹杂Al2O3 促进形成细晶粒钢。 Al是调整钢的晶粒度的有效元素之一，它能使钢的晶 粒开始长大时保持到较高的温度。 做好保护浇注工作，防止二次氧化。
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2.1 炼钢的任务
2.1.2 调整钢的成分
1 钢中碳 [C]是重要的合金元素之一，增加钢的强度和硬度。略微降低韧 性指标。 [C]决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。[C]↑熔点↓
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2.1 炼钢的任务
2.1.2 调整钢的成分
2 钢中锰 [Mn]弱脱氧剂，协助Si、Al脱氧 [Mn]消除[S]的热脆倾向，FeS→MnS [Mn]略微提高钢的强度，提高钢的淬透性能 [Mn]稳定并扩大奥氏体区
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2.3 炼钢用耐火材料
2.3.2 硅酸铝系耐火材料 （1）粘土砖 （2）高铝砖
2.3.3 碱性耐火材料
（1）镁砂及白云石砂的烧结 （2）镁砖、镁铬砖、镁铝砖 （3）白云石砖、镁白云石砖 （4）镁碳砖
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2.3 炼钢用耐火材料
2.3.4 耐材损毁原因及防止措施
（1）溶渣的浸蚀 （2）耐火材料在高温高真空下的损毁 （3）耐火材料的剥落
冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的
能力。
AK aK F
AK 冲击功，焦尔(J)
aK
冲击值
冲击功或冲击值越大，表示材料抗冲击载荷的能力越强， 即韧性越好。
元素的脱磷能力不强，很难在冶炼温度下产生磷化物， 在一般钢中[P]≤0.04%时很难在钢中形成磷化物。
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钢中[O] 一般测定的钢中氧含量是T[O]，包括溶解氧和氧化物中 的氧。在用浓差法定氧时才测定钢液中溶解的氧（氧的活 度）。 低温下，钢中的氧基本上和元素反应全部生成夹杂物。
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2.2 炼钢用原材料
（2）萤石
2.2.2 造渣材料
①萤石的主要成份是CaF2，其他还含有少量的SiO2、Al203、 Fe2O3等化合物，萤石的熔点较低 (930℃左右)。加入炉内后，在 高温下即爆裂成碎块并迅速熔化。 ②能与CaO形成熔点为1362℃的共晶体，直接促进石灰的熔化。 也可以与MgO生成低熔点化合物 (1350℃)，从而使石灰迅速熔解， 改善碱性炉渣的流动性，适应于转炉炼钢快成渣的要求。 ③能显著降低2CaO·SiO2的熔点，生成低熔点化合物 3CaO·CaF2·2SiO2，使炉渣在高碱度下有较低的熔化温度。 ④可以降低炉渣粘度。从炉渣离子理论的观点，认为是由于F－ 离子切断了硅酸盐的链状结构的缘故。所以它可以迅速化渣，并 且不降低炉渣的碱度。 ⑤萤石化渣作用虽快，但持续时间较短，大量使用萤石会增加 喷溅；加速炉衬侵蚀，其中的F会造成环境污染，应控制使用。 对萤石的要求：CaF2>85%。SiO2≤14.3%，S≤0.15%，P≤0.06%。 47 粒度要求：10～30mm。
钢中非金属夹杂物来源： (1)脱氧脱硫产物，特别是一些颗粒小、或密度大的夹杂 物没有及时排除。 (2)随着温度降低，硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应 下降，以非金属夹杂物形式在钢中沉淀。 (3)带入钢液中的炉渣和耐火材料。 (4)钢液被大气氧化所形成的氧化物。 前两类夹杂称为内生夹杂，后两类夹杂称为外来夹杂。 内生夹杂物类型和组成取决于冶炼和脱氧方法； 外来夹杂物系偶然产生，通常颗粒大，呈多角形。成分复杂， 36 分布无规律。
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（2）生白云石和轻烧白云石
用白云石造渣的目的是使炉渣保持一定的 MgO 含量，以减少炉 渣对炉衬的侵蚀，利于提高转炉的炉衬寿命。 轻烧白云石 项目 MgO % SiO2 % S % 灼减% 活性度ml 指标 ≥ 30 ≤2 ≤0.018 5 ≥150
粒度要求：5～50mm，小于5mm者不得超过5%，不允许有大于 50mm者。
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2.1 炼钢的任务
2.1.3 浇注成内外部质量好的铸坯
连铸坯表面缺陷 各种类型的表面裂纹 深振痕 表面针孔（以及皮下气泡） 表面宏观夹杂（以及皮下夹杂物）。 铸坯内部缺陷：
内部裂纹（中间裂纹、中心线裂纹、对角线裂纹（角部裂纹））
中心偏析
中心疏松
V型点状偏析
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2.2 炼钢用原材料
钢中[N]
（1）在低碳钢中增大[N]含量会降低冲击值，产生老化现 象。碳越低影响的值就越大。 （2）[N]是表面活性物质，因此降低了钢液的表面张力， 使[N]容易析集在晶界，降低了钢的抗热裂纹的性能。 （3）[N]能使强度略为增加，可用N代替Ni生产耐热钢。
脱氮方法： （1）转炉和电弧炉炼钢脱碳沸腾； （2）RH/VD真空下去除。 [N]的原子半径比较大，在铁液中扩散比较慢，不 如[H]的去除效果好。
2.2 炼钢用原材料
2.2.1 金属料
金属料是炼钢的基本原料。 （2）废钢 转炉、电炉都使用废钢。 顶底复吹转炉，废钢比13%左右。 （3）铁合金 调整钢液成分和脱除钢中杂质（O、S、N）
(1) FeMn、FeSi、FeCr、FeV、FeTi、FeMo、FeW、FeP、FeS (2) 复合脱氧剂：CБайду номын сангаасSi、FeMnSiAl、FeMnSi、FeCaBaSiAl (3) 纯金属：金属锰、金属钛、镍、铝
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2.3 炼钢用耐火材料
2.3.1 耐火材料的种类和性质
耐火材料：一般是指耐火度在1580℃以上的材料。
耐火材料必须是高熔点物质。 对耐材的要求：耐火温度高、高温下机械性能好、能经受熔渣和 金属液的侵蚀和急剧的温度波动，对于RH用耐材还要求在高真空 高温下不挥发或不发生分解。 稳定的化学成分，而且要密度高。气孔率低，抗炉渣侵蚀与 钢液的冲刷能力强，基本上没有残余收缩，在高温下有适度的膨 胀，不污染钢液，砖的外形尺寸要精确。 按化学性质： 碱性：MgO、CaO； 酸性：SiO2； 中性：Al2O3、C、SiC 按材料：
还要求干净、干燥，杂质含量小于5%。
生白云石主要成分是MgCO3，CaCO3，要求MgO≥19%、
SiO2≤3.5%。粒度要求：5～30mm,小于5mm者不得超过10%，不允 许有大于50mm者。还要求干净、干燥，不得混有泥土、杂石等 杂质。
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2.2 炼钢用原材料
2.2.3 氧化剂
（1）氧气 炼钢最主要的氧化剂 （2）铁矿石和氧化铁皮 （3）其他氧化剂