冶金学第三讲：炼钢学.ppt

磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，但 通常是以[P]来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金
属液与熔渣界面进行的。
不同用途的钢对磷的含量有严格要求：
非合金钢中普通质量级钢[P]≤0.045%；
优质级钢
[P]≤0.035%；
特殊质量级钢
[P]≤0.025%；
有的甚至要求
[P]≤0.010%。
有些钢种:炮弹钢，耐腐蚀钢需加P元素。
OBM/ Q-BOP
炼 钢 方 法（8）
在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，19781979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工 艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧）， 从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅 提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本， 更适合供给连铸优质钢水。
LD- Q- BOP
炼 钢 方 法（9）
பைடு நூலகம்
炼 钢 方 法（5）
1899年出现了完全依靠废钢为原料的电 弧炉炼钢法(EAF)，解决了充分利用废钢 炼钢的问题，此炼钢法自问世以来，一 直在不断发展，是当前主要的炼钢法之 一，由电炉冶炼的钢目前占世界总的钢 的产量的30-40%。
炼 钢 方 法（6）
瑞典人罗伯特·杜勒首先进行了氧气顶吹 转炉炼钢的试验，并获得了成功。1952 年奥地利的林茨城(Linz)和多纳维兹城 (Donawitz)先后建成了30吨的氧气顶吹 转炉车间并投入生产，所以此法也称为 LD法。美国称为BOF法（Basic Oxygen Furnace）或BOP法。
1.3.2 钢中的硫
可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产生 了重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已 经开始迈入钢铁强国的行列。
我国粗钢产量的变化情况
1.3炼钢的基本任务
炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧， 去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成 分。
归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫）， “二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和 温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升 温，加脱氧剂和合金化操作。
1.3.1 钢中的磷
对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的 含量高会引起钢的 “冷脆”，即从高温降到0℃ 以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接 性能与冷弯性能变差。 磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增 加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的 抗裂性能。
磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的 元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小， 因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢 的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务 之一。
总之，钢材仍将是21世纪用途最广 的结构材料和最主要功能材料。
炼 钢 方 法（1）
最早出现的炼钢方法是1740年出现的坩 埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和 粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉 料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法 几乎无杂质元素的氧化反应。
炼 钢 方 法（2）
1856年英国人亨利·贝塞麦发明了酸性空 气底吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦法， 第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难 题，从而使炼钢的质量得到提高，但此 法要求铁水的硅含量大于0.8%，而且不 能脱硫。目前已淘汰。
LD/ BOF/ BOP
炼 钢 方 法（7）
1965年加拿大液化气公司研制成双层管氧 气喷嘴，1967年西德马克西米利安钢铁公 司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢 法，即OBM法(Oxygen Bottom Maxhuette) 。1971年美国钢铁公司引进 OBM法，1972年建设了3座200吨底吹转 炉，命名为Q-BOP (Quiet BOP)。
在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，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。
钢的应用前景
钢具有很好的物理化学性能与力学性 能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工， 其用途十分广泛；
用途不同对钢的性能要求也不同，从而 对钢的生产也提出了不同的要求。
石油、化工、航天航空、交通运输、 农业、国防等许多重要的领域均需要各 种类型的大量钢材，我们的日常生活更 离不开钢。
我国首先在 1972-1973 年 在沈阳第一炼钢 厂成功开发了全 氧侧吹转炉炼钢 工艺。并在唐钢 等企业推广应用。
总之，炼钢技术经过200多 年的发展，技术水平、自动化程 度得到了很大的提高，21世纪炼 钢技术会面临更大的挑战，相信 会有不断的新技术涌现。
1.2 我国钢铁工业的状况
我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，东 汉时就出现了冶炼和锻造技术，南北朝时 期就掌握了灌钢法，曾在世界范围内处于 领先地位。
冶金学第三讲：炼钢学
朱苗勇 教授
东北大学钢铁冶金研究所
内容提要
炼钢学概述 炼钢的基础理论 炼钢原料 顶吹氧气转炉炼钢法 底吹氧气转炉炼钢法 顶底复吹转炉炼钢法 钢的连续浇铸
第一章 绪 论
炼钢的发展历程 我国钢铁工业的状况 炼钢的基本任务 钢的分类
1.1 炼钢的发展历程
钢与生铁的区别：
首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于 2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而 生铁的熔点在1100-1200℃。
但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低， 从1890年建设的汉阳钢铁厂至1948年的 半个世纪中，钢产量累计到200万吨， 1949年只有15.8万吨。
新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的钢 铁事业得到迅速发展，1980年钢产量达到3712万 吨，1990年达到6500万吨，1996年首次突破1亿 吨大关，成为世界第一产钢大国，2005年产量达到 3.4亿吨，占世界产量的1/3。
炼 钢 方 法（3）
1865年德国人马丁利用蓄热室原理发明 了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢 法，即马丁炉法。1880年出现了第一座 碱性平炉。由于其成本低、炉容大，钢 水质量优于转炉，同时原料的适应性强， 平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。
炼 钢 方 法（4）
1878年英国人托马斯发明了碱性炉衬的 底吹转炉炼钢法，即托马斯法。他是在 吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决 了高磷铁水的脱磷问题。当时，对西欧 的一些国家特别适用，因为西欧的矿石 普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉 子寿命底，钢水中氮的含量高。