炉渣的来源组成和作用Word文档格式.doc
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转炉炼钢工艺流程:
高炉铁水→
铁水预处理→
复吹转炉炼钢→
炉外精炼→
连铸→
热轧
电炉炼钢:
电弧炉炼钢的热源是电能记电弧炉内有石墨做成的电极,电极的端头与炉料之间可以发出强烈的电弧,类似我们看到的闪电,具有极高的热能。
我们知道,在炼钢时主要是对铁水中的碳进行氧化以减少碳的含量,但有些钢的品种中需要含有一些容易氧化的其他元素时,如果吹入过多的氧,就会把那些元素也二起氧化了。
在这时,用电弧炉炼钢就显得优越多啦。
因此,电弧炉往往用来冶炼合金钢和碳素钢。
电弧炉主要以废钢材为原料。
装好炉料后,炉盖会盖上,随后电极就下降接近炉料表面。
这时接通电源,电极就会发出电弧将电极附近的炉料熔化。
然后加大电压,加快熔化速度。
随着炉料的熔化程度,炉料(钢水)的位置会有变化,这时电极也会自动调整高度而不会淹没在钢水中。
用电弧炉炼钢时也要吹进一些氧,以加快熔化速度。
这个吹氧的时间必须掌握准确,否则会发生爆炸。
在炉料将全部熔化时,钢水表面会漂浮着一层炉渣,这时工人们会取出一些钢水和炉渣来分析它们的成分,看看这炉钢炼得怎么样。
如果里面有对钢质量有害的元素,还要继续精炼加以除掉
2、炼钢的任务:
炼钢的任务是:
脱硫、托磷、脱碳、脱氧,去除有害气体和非金属及杂物,提高温度和调整成分。
[P]对大多数钢来说是有害元素,它在钢中的含量高会引起:
“冷脆”,从高温降到0摄氏度以下,钢的塑性和冲击韧性降低,并使钢的焊接性和冷弯性能变差。
[S
」对大多数钢来说是有害元素,它在钢中的含量高会引起:
“热脆”会使钢的热加工性能变坏,引起高温龟裂,并在金属焊缝中产生气孔和疏松,从而降低焊接强度。
[O
]在吹炼过程中,由于吹入了大量的氧气,当吹炼结束,钢水中有大量氧,在钢的凝固过程中,氧以氧化物形式存在,会降低钢的韧性、塑性等加工性能。
[C]
炼钢的主要任务之一就是把溶池里的「C
]氧化脱除到所炼钢种的要求。
去夹杂物,非金属夹杂物对钢的性能会产生严重影响,应该最大限度驱除。
3
、炉内反应:
炼钢是氧化反应,利用O
和铁水中的C
起化学反应。
C
一O反应,放出热量,铁水中主要成分:
、SI
、Mn
、P
、S
。
炉内反应:
脱【
P
】:
2[
]
+
5(
FeO
)+4(
CaO
)→(
4CaOP2O5)
5[Fe]P
O2↑→P2
05、
P205+
→Ca
(
P2O4
)2
(磷酸钙+Q↑
)。
S
02
→CaS2O3
s
+MNO→MnS
02↑
O
Si
O2↑
→SiO2
、SiO2
+CaO
→CasiO3
(炉渣+Q↑
O2↑→CO
CO2
Q↑
C
→CO,从吹炼开始就进行。
S+
O2
十CaO
一CaS2O3
,在高温进行,所以有低温去【
】
,高温去【
,去【
【
主要是依靠CaO
的碱度来控制的,使之生成磷化物、硫化物的复合物进入炉渣。
P
和CaO
的反应是一个可连反应,温度、碱度是二个控制要素。
宝钢目前采用顶底复合吹炼工艺,顶部吹O
,底部吹Ar
或N
加强钢水搅拌,增加接触面,反应加快、缩短生产周期,目前宝钢生产一炉钢在34
分钟。
吹炼过程中,要用副枪测温,对成分快速分析。
达到出钢要求,就可以将钢水倒入钢包,进行后处理。
一、炉渣的来源、组成和作用
1.炉渣的来源
炉渣又叫熔渣,是炼钢过程中产生的。
炉渣的主要来源有:
1)由造渣材料或炉料带入的物质。
如加入石灰、白云石、萤石等,金属材料中的泥沙或铁锈,也将使炉渣中含有(FeO)、(SiO2)等。
这是炉渣的主要来源。
2)元素的氧化产物。
含铁原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物,如Si02、Mn0、Fe0、P205等。
3)炉衬的侵蚀和剥落材料。
由于高温、化学侵蚀、机械冲刷等方面原因使炉衬剥落,则耐火材料进入渣中。
4)合金元素脱氧产物及炉渣脱硫产物。
如用Al脱氧化生成的(Al2O3),用Si脱氧生成的(SiO2),以及脱硫产物(CaS)等。
2.炉渣的组成
化学分析表明,炼钢炉渣的主要成分是:
Ca0、Si02、Fe203、Fe0、Mg0、P205、Mn0、CaS等,这些物质在炉渣中能以多种形式存在,除了上面所说的简单分子化合物以外,还能形成复杂的复合化合物,如2Fe0·
Si02、2Ca0·
Si02、4Ca0·
P205等。
3.炉渣的作用
炼钢过程中熔渣的主要作用可归纳成如下几点:
1)通过调整炉渣的成分、性质和数量,来控制钢液中各元素的氧化还原反应过程,如脱碳、脱磷、脱氧、脱硫等;
2)吸收金属液中的非金属夹杂物;
3)覆盖在钢液上面,可减少热损失,防止钢液吸收气体;
4)能吸收铁的蒸发物,能吸收转炉氧流下的反射铁粒,可稳定电弧炉的电弧;
5)冲刷和侵蚀炉衬,好的炉渣能减轻这种不良影响,延长炉衬寿命。
由此可以看出:
造好渣是实现炼钢生产优质、高产、低消耗的重要保证。
因此实际生产中常讲:
炼钢就是炼渣。
二、炉渣的化学性质和物理性质
熔渣的化学性质主要是指熔渣的碱度、氧化性和还原性。
熔渣的物理性质主要是指炉渣的熔点和黏度。
为了准确描述反应物和产物所处的环境,规定用“[
]”表示其中的物质在金属液中,“(
)”表示在渣液中,“{
}”表示在气相中。
1.炉渣的化学性质
(1)熔渣的碱度
炉渣中常见的氧化物有酸、碱性之分,其分类如下:
碱度是指炉渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值,用“R”来表示。
碱度是判断熔渣碱性强弱的指标。
去磷、去硫以及防止金属液吸收气体等都和熔渣的碱度有关,因此碱度是影响渣、钢反应的重要因素。
由于熔渣中Ca0和Si02的数量最多,约为渣量的60%以上,所以在熔渣含磷不高时,常以Ca0与Si02浓度之比表示熔渣的碱度,即:
R
若炉渣中含磷量较高,也可以表示为:
根据碱度高低,熔渣可分为三类:
1)R<
1酸性渣
2)R=1
中性渣
R<
1.5低碱度渣
3)R>
1碱性渣
R=1.8~2.2
中碱度渣
R>
2.5高碱度渣
(2)熔渣的氧化性
炉渣的氧化性是指熔渣所具备的氧化能力的大小。
它对炼钢过程中的成渣速度、去磷、去硫、喷溅、金属收得率和终点钢水含氧量等均有重大影响。
根据炉渣的分子理论,Fe0能同时存在于渣—钢之中,并在渣—钢之间建立一种平衡(FeO)/[FeO],所以一般认为渣中的氧是通过Fe0传递到钢液中的。
因而熔渣中的FeO含量便可代表熔渣所具备的氧化能力的大小,即熔渣的氧化性通常用渣中氧化亚铁总量乏(Fe0)表示。
渣中氧化铁含量即渣的氧化性,它对熔渣的反应能力及物理性能有重要的影响。
转炉熔渣Fe0过低,造渣困难,炉渣的反应能力低。
熔渣Fe0过高,又会造成喷溅,增加金属损失及炉衬侵蚀。
因此,渣中氧化铁的含量应适当,在转炉冶炼过程中,一般控制在10%~20%为好。
(3)熔渣的还原性
熔渣的还原性和氧化性是炉渣的同一种化学性质的两种不同说法。
在碱性电弧炉还原期操作中,要求炉渣具有高碱度、低氧化性、流动性好的特点,以达到钢液脱氧、去硫和减少合金元素烧损的目的。
所以应降低渣中的Fe0,提高渣的还原性。
电弧炉还原期出钢时,一般要求渣中的Fe0质量分数应小于0.5%,以满足出钢时对渣还原性的要求。
2.熔渣的物理性质
(1)熔渣的黏度
黏度是表示熔渣内部各部分质点间移动时的内摩擦力的大小。
黏度的单位是泊(P),1P=0.1Pa·
S(帕·
秒)。
黏度与流动性正好相反,黏度低则流动性好。
冶炼时,若熔渣的黏度过大,则物质在钢液及熔渣之间的传递缓慢,不利于炼钢反应的迅速进行;
但若黏度过小,又会加剧炉衬的侵蚀。
所以在炼钢时,希望获得适当黏度的炉渣。
影响熔渣黏度的主要因素是熔渣成分和温度。
凡是能降低炉渣熔点的成分均可以改善熔渣的流动性,降低渣的黏度;
熔池温度越高,渣的黏度越小,流动性越好。
实际操作中,黏度的调节主要是靠控制渣中的Fe0、碱度和加入萤石等来实现的。
(2)熔渣的熔点
熔渣是多元组成物,成分复杂,当它由固相转变成液相时,是逐渐进行的,不存在明显的熔点,其熔化过程有一个温度范围。
通常熔渣的熔点是指炉渣完全转变成均匀液体状态时的温度。
不同的氧化物和复合氧化物的熔点是不同的,炉渣中各种氧化物的熔点见表8—1。
表8—1
炉渣中各种氧化物的熔点
炉渣中最常见的氧化物大部分都有很高的熔点。
炼钢温度下,这些氧化物很难熔化。
但实际上,它们相互作用生成了各种复杂化合物,这些化合物的熔点低于原氧化物的熔点,从而降低了熔渣的熔点。
降低炉渣熔点的主要措施是:
加入一定的助熔剂,如矿石(Fe203)、萤石(CaF2)等,以便形成低熔点的多元系化合物。
第二节
铁、硅、锰的氧化
在炼钢过程中,氧供入金属熔池后,元素随即开始氧化。
无论是氧气顶吹转炉或是其它炼钢方法,元素的氧化速度可以不同,但都是按一定的次序进行的。
一般地讲,硅、锰最先被大量氧化,而碳随后被迅速氧化,磷的氧化基本上可与碳同时进行。
元素氧化具有不同次序的原因,是由于各元素与氧的亲和力不同,与氧亲和力强的元素可以夺取更多的氧,首先开始大量氧化;
反之,与氧亲和力弱的元素则夺得较小的氧,它的氧化就慢些。
1、当温度T<1400℃时,元素的氧化顺序是:
Si
Mn
C
P
Fe
2、当1400℃<T<1530℃时元素的氧化顺序是:
3、当T>1530℃时,元素的氧化顺序是:
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