钢铁冶金PPT课件
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• 2） C＋FeO － Fe＋ CO的反应是在高 温进行的
• 3）下面的元素能还原上面的元素（炼 钢） 还原FeO的能力：由低到高Mn ， Si ，Al
高炉炼铁
原料 － 铁矿石(氧化物)；熔剂(CaCO3) 、燃料(焦炭) 铁矿石含铁量：30－70％， 其它是脉石（SiO2；Al2O3；CaO，MgO） 杂质：有害－S（FeS），P(Ca3(PO4)2)，Zn, Pb 有利－ Mn，Ni，Cr，V
FeO ＋ O2 → FeO 低温Fe被氧化，所 以脱氧需要高温
C ＋ O2 → 2CO →温度
P ： FeP+FeO+CaO → (CaO)4 -P2O5+Fe S ： FeS＋CaO——CaS＋FeO
2）脱氧：氧化过程出现的FeO 方法： － 沉淀脱氧：直接将锰、硅、铝等脱氧剂加入到钢液中。生成的MnO，SiO2
1.铸锭凝固－三晶带，浪费 2.一般连续铸造 3.钢锭的液芯轧制 4.板材连铸连轧技术
冷却器
各自特点：温度场和组织结构的区别
连续铸造
图9-6 旋转式连铸机
1-天车运送钢包，2-钢包， 3-旋转塞棒，4-浇注管，5结晶器，6-1区，7-导辊1， 8-2区，9-导辊2，10-3区， 11-机架框，12-拉坯机， 13-回转台，14-中间包，15、 16-旋转和拉坯电机，17、 18-剪切装置和飞锯，19-滑 动千斤顶，20-翻倒机，21输出场地，22-小车
图9-4 弧形连铸机结构示意图
1-钢包，2-回转台，3-中间包，4-振动装置，5-弧形半径，6-扇形段，7拉矫机，8-浇注平台，9-水平夹辊区，10-引锭杆存放装置，11-切割 机，12-出坯辊道
液态连铸
图9-67 黑兹利特连铸机结晶器剖面示意图 1-高速冷却水嘴，2-钢带支撑辊，3-回水挡板，4-集水器
图9-42 德国 Eduard Huck GmbH公司的铝垂 直连铸机
日本Showa Denko生产两台连 铸机生产，日产坯料 180吨，年产坯料4万吨； 采用热顶技术连铸。
水平连铸机结构示意图
1-钢水包，2-中间包，3-结晶器，4-二冷区，5-拉坯装置，6-同步切割机，7-冷床
双辊式连铸
(a)上注式，(b)下注式，(c)倾斜式，(d)水平式 1-流槽，2-浮漂，3-前箱，4-供料嘴
以上连铸的特点都是有结经器，起冷却的作用
O.O.C连铸：
1。改变连铸中冷却结晶器 的方法，反而加热结晶 器。
2. 靠金属液的表面张力将缝 隙中的金属液锁住。
2. 3. 从而改变了温度场， 成为单向凝固，有利获 得单晶。
连续铸造
连续浇注最早由亨利·贝塞麦提出，并于1846年开始试验，但是直到1937年才实现了铜合 金的连铸，1937年实现铝合金的连铸，1950年制出钢液的连铸机。
连铸技术在钢铁生产中的应用是钢铁冶金工业的一次技术革命，它不仅大大提高了生产
率，减少了材料消耗，并且提高了材料的质量。此后还出现了连铸连轧O.C.C技术。
沉淀脱氧：快速 扩散脱氧；干净，但时间长。 两者结合: － 用Mn铁进行沉淀予以脱氧。 － 用碳粉、硅铁进行扩散脱氧。
－ 用Al进行终沉淀脱氧。
Mn、Si、Al 、C FeO
扩散脱氧
转炉炼钢
加入废 钢，石 灰石。
吹入氧气
Mn,Si+O2＝ MeO等产生 飞溅
注入 铁水
脱碳
C+FeO= Fe+CO CO出现时会有 火焰
反应，将其带入渣内 。
高炉的冶炼理化过程：
1） 燃烧过程:C＋O2——CO2↑
(1)
CO2在上升过程中：CO2＋C——CO↑
(2)
2） 溶剂分解:CaCO3——CaO＋CO2↑
(3)
3） 铁的还原:FeO＋CO——CO2＋Fe(间接还原)
(4)
FeO＋C——Fe＋CO （直接还原）
4）增碳：铁水在与焦碳的接触中会增碳－扩散
任务：炼钢的基本任务就是将生铁的碳、硅、锰氧化，炼到规格范围内，将有害 元素硫、磷含量降到规格范围内。
1） 脱C和去Mn ，Si ，P ，S 方法：吹氧 直接氧化： C ，Mn ，Si ，(Fe) ＋O2 → 氧化物（那个先被氧 化） 同时 间接氧化： FeO ＋ C ，Mn ，Si → Fe ＋ CO
任务： 1）FeO的还原 2）还原脉石或把脉石与铁水分离
溶剂 ：分离脉石：与SiO2；Al2O3形成低熔点的渣 燃料： 焦碳和煤粉
可以把炼铁归结为：矿石的还原，除脉石，造渣， 或简单称为造渣过程
高炉生产：进入高炉有铁矿石、熔剂、焦炭等原料，热空气经环风管吹入高炉；焦炭即
作为燃料又是还原剂，有一部分与铁化合；石灰石与脉石反应生成炉渣，并与矿石中的硫
过程， 使铁水被C所饱和。
5）其他元素的还原:
Mn，Si 部分被还原，被还原后进入铁水中 Al不被还原 ，只能和熔剂形成渣
出渣口
6）去S: FeS＋CaO——CaS＋FeO
7）P： Ca3(PO4)2＋C － CaO＋P＋CO
所以在铁水中： C饱和，溶有部分的Mn，Si，S以及全部的P。
炼钢 (脱碳，脱氧)
图3-14 OCC连续定向凝固工艺原理 (a)下引法，(b)虹吸下引法，(c)上引法，(d)水平牵引法
十年左右的时间实现了钢产量翻番
16000
15163
14000
12764 12335
钢铁冶金
生产基本过程：
（高炉的还原过程） （氧化过程）
铁矿石 → 炼铁 → 炼钢 → 铸锭（连铸）→ 轧制 → 钢材 铸造生铁 铸造
新流程：直接氧化→电弧炉炼钢→连铸连轧
氧化还原反应的热力学
• 基础：△G。－T 图 • 内容：交点的意义： • 1） C还原各元素温度：由低到
高 Fe Mn Si Al （Al：2000℃） 所 以在高炉中Mn ，Si 能部分还原；而 Al 不能被还原。
能 成渣上浮，但Al2O3不易上浮。从动力学当然是Al更彻底，所以 一般采用Mn初脱氧，Si次之，Al终脱氧的制度。
－ 扩散脱氧：将Mn、Si、Al 、C粉脱氧剂加在到钢液液面上，在渣中FeO被 还
原，还原的Fe进入铁水中，生成的氧 化物留在渣中；由于 FeO（渣）和【FeO】（铁水） 有一个平衡关系，所以铁水 的【FeO】向渣扩散。
• 3）下面的元素能还原上面的元素（炼 钢） 还原FeO的能力：由低到高Mn ， Si ，Al
高炉炼铁
原料 － 铁矿石(氧化物)；熔剂(CaCO3) 、燃料(焦炭) 铁矿石含铁量：30－70％， 其它是脉石（SiO2；Al2O3；CaO，MgO） 杂质：有害－S（FeS），P(Ca3(PO4)2)，Zn, Pb 有利－ Mn，Ni，Cr，V
FeO ＋ O2 → FeO 低温Fe被氧化，所 以脱氧需要高温
C ＋ O2 → 2CO →温度
P ： FeP+FeO+CaO → (CaO)4 -P2O5+Fe S ： FeS＋CaO——CaS＋FeO
2）脱氧：氧化过程出现的FeO 方法： － 沉淀脱氧：直接将锰、硅、铝等脱氧剂加入到钢液中。生成的MnO，SiO2
1.铸锭凝固－三晶带，浪费 2.一般连续铸造 3.钢锭的液芯轧制 4.板材连铸连轧技术
冷却器
各自特点：温度场和组织结构的区别
连续铸造
图9-6 旋转式连铸机
1-天车运送钢包，2-钢包， 3-旋转塞棒，4-浇注管，5结晶器，6-1区，7-导辊1， 8-2区，9-导辊2，10-3区， 11-机架框，12-拉坯机， 13-回转台，14-中间包，15、 16-旋转和拉坯电机，17、 18-剪切装置和飞锯，19-滑 动千斤顶，20-翻倒机，21输出场地，22-小车
图9-4 弧形连铸机结构示意图
1-钢包，2-回转台，3-中间包，4-振动装置，5-弧形半径，6-扇形段，7拉矫机，8-浇注平台，9-水平夹辊区，10-引锭杆存放装置，11-切割 机，12-出坯辊道
液态连铸
图9-67 黑兹利特连铸机结晶器剖面示意图 1-高速冷却水嘴，2-钢带支撑辊，3-回水挡板，4-集水器
图9-42 德国 Eduard Huck GmbH公司的铝垂 直连铸机
日本Showa Denko生产两台连 铸机生产，日产坯料 180吨，年产坯料4万吨； 采用热顶技术连铸。
水平连铸机结构示意图
1-钢水包，2-中间包，3-结晶器，4-二冷区，5-拉坯装置，6-同步切割机，7-冷床
双辊式连铸
(a)上注式，(b)下注式，(c)倾斜式，(d)水平式 1-流槽，2-浮漂，3-前箱，4-供料嘴
以上连铸的特点都是有结经器，起冷却的作用
O.O.C连铸：
1。改变连铸中冷却结晶器 的方法，反而加热结晶 器。
2. 靠金属液的表面张力将缝 隙中的金属液锁住。
2. 3. 从而改变了温度场， 成为单向凝固，有利获 得单晶。
连续铸造
连续浇注最早由亨利·贝塞麦提出，并于1846年开始试验，但是直到1937年才实现了铜合 金的连铸，1937年实现铝合金的连铸，1950年制出钢液的连铸机。
连铸技术在钢铁生产中的应用是钢铁冶金工业的一次技术革命，它不仅大大提高了生产
率，减少了材料消耗，并且提高了材料的质量。此后还出现了连铸连轧O.C.C技术。
沉淀脱氧：快速 扩散脱氧；干净，但时间长。 两者结合: － 用Mn铁进行沉淀予以脱氧。 － 用碳粉、硅铁进行扩散脱氧。
－ 用Al进行终沉淀脱氧。
Mn、Si、Al 、C FeO
扩散脱氧
转炉炼钢
加入废 钢，石 灰石。
吹入氧气
Mn,Si+O2＝ MeO等产生 飞溅
注入 铁水
脱碳
C+FeO= Fe+CO CO出现时会有 火焰
反应，将其带入渣内 。
高炉的冶炼理化过程：
1） 燃烧过程:C＋O2——CO2↑
(1)
CO2在上升过程中：CO2＋C——CO↑
(2)
2） 溶剂分解:CaCO3——CaO＋CO2↑
(3)
3） 铁的还原:FeO＋CO——CO2＋Fe(间接还原)
(4)
FeO＋C——Fe＋CO （直接还原）
4）增碳：铁水在与焦碳的接触中会增碳－扩散
任务：炼钢的基本任务就是将生铁的碳、硅、锰氧化，炼到规格范围内，将有害 元素硫、磷含量降到规格范围内。
1） 脱C和去Mn ，Si ，P ，S 方法：吹氧 直接氧化： C ，Mn ，Si ，(Fe) ＋O2 → 氧化物（那个先被氧 化） 同时 间接氧化： FeO ＋ C ，Mn ，Si → Fe ＋ CO
任务： 1）FeO的还原 2）还原脉石或把脉石与铁水分离
溶剂 ：分离脉石：与SiO2；Al2O3形成低熔点的渣 燃料： 焦碳和煤粉
可以把炼铁归结为：矿石的还原，除脉石，造渣， 或简单称为造渣过程
高炉生产：进入高炉有铁矿石、熔剂、焦炭等原料，热空气经环风管吹入高炉；焦炭即
作为燃料又是还原剂，有一部分与铁化合；石灰石与脉石反应生成炉渣，并与矿石中的硫
过程， 使铁水被C所饱和。
5）其他元素的还原:
Mn，Si 部分被还原，被还原后进入铁水中 Al不被还原 ，只能和熔剂形成渣
出渣口
6）去S: FeS＋CaO——CaS＋FeO
7）P： Ca3(PO4)2＋C － CaO＋P＋CO
所以在铁水中： C饱和，溶有部分的Mn，Si，S以及全部的P。
炼钢 (脱碳，脱氧)
图3-14 OCC连续定向凝固工艺原理 (a)下引法，(b)虹吸下引法，(c)上引法，(d)水平牵引法
十年左右的时间实现了钢产量翻番
16000
15163
14000
12764 12335
钢铁冶金
生产基本过程：
（高炉的还原过程） （氧化过程）
铁矿石 → 炼铁 → 炼钢 → 铸锭（连铸）→ 轧制 → 钢材 铸造生铁 铸造
新流程：直接氧化→电弧炉炼钢→连铸连轧
氧化还原反应的热力学
• 基础：△G。－T 图 • 内容：交点的意义： • 1） C还原各元素温度：由低到
高 Fe Mn Si Al （Al：2000℃） 所 以在高炉中Mn ，Si 能部分还原；而 Al 不能被还原。
能 成渣上浮，但Al2O3不易上浮。从动力学当然是Al更彻底，所以 一般采用Mn初脱氧，Si次之，Al终脱氧的制度。
－ 扩散脱氧：将Mn、Si、Al 、C粉脱氧剂加在到钢液液面上，在渣中FeO被 还
原，还原的Fe进入铁水中，生成的氧 化物留在渣中；由于 FeO（渣）和【FeO】（铁水） 有一个平衡关系，所以铁水 的【FeO】向渣扩散。