中频炉冶炼工艺标准标准资料.doc
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1、.中频冶炼工艺学习资料一.原材料1.废钢:一是厂内的返回废料,二是外来废料如废模、轧辊等。(1)对废钢要求:1)废钢表面应清洁少锈;2)废钢中不得混有铝、锡、砷、锌、铜等有色金属;3)废钢中不得混有密封容器、易燃物、爆炸物和有毒物;4)废钢化学成分应明确,S、P 含量不宜过高;5)废钢外形尺寸不能过大。(2)对废钢管理:1)须按来源、化学成分、大小分类堆放,并作相应标记;2)废钢中的密封容器,爆炸物、有毒物和泥砂等应予以清除和处理;3)对大块料进行分割处理。2.合金材料(1)硅铁(Si-Fe):用于合金化,以增 Si,也可作脱氧剂使用。 SiFe 多为含 Si 45%和 75%的两种。45%
2、(中硅)SiFe 比 75%(高硅)Si Fe 价格低,在满足钢种质量要求的情况下,尽量使用中硅,但研究所常用约 75%的高硅铁。含 Si 在 50%-60%左右的 SiFe 极易粉化,并放出有害气体,一般都禁止使用这种中间成分的 SiFe。硅铁含氢量高,须烤红后使用,烘烤工艺为 500烘烤约 4 小时,烘烤完后将其放于干燥处保存,超过一周未用的应重新烘烤。(2)锰铁(Mn-Fe):用于合金化,也可作脱氧剂。根据含碳量可分为低碳、中碳、高碳锰三种,含 Mn 量均在 50%-80%之间。MnFe 含碳量越低,P 就越低,价格也就越贵,因此冶炼时尽量用高碳锰。锰铁烘烤工艺 SiFe 烘烤工艺。除一
3、般锰铁外,也有使用电解锰。(3)铬铁(Cr-Fe):用于合金化,调整合金含量。根据含碳量多少可分高碳 Cr、低碳 Cr 等。除金属铬外,CrFe 中 Cr 含量都在 50%-65%之间,研究所使用的约为 63%。CrFe 的价格随 C 含量的降低而急剧升高。铬铁的烘烤工艺为 700750烘烤不少于 3 小时,烘烤完同样放于干燥处保存。(4)钨铁(W-Fe):用于合金化。WFe 含 W 量在 65%以上。WFe 熔点高,密度大,在还原期补加时应尽早加入。WFe 需经烘烤后使用,烘烤工艺同 CrFe.(5)钼铁(Mo-Fe):MoFe 含 Mo 量在 55%-65%之间。MoFe 熔点高,表面易生
4、锈,需经烘烤后使用,烘烤工艺同 CrFe 烘烤工艺。(6)钒铁(VFe):VFe 含 V 量在 45%-55%之间。VFe 使用前的烘烤工艺同 SiFe 烘烤工艺。(7)镍(Ni):镍含量约 99%。Ni 中含 H 量很高,还原期补加的 Ni 需经高温烘烤,烘烤工艺同CrFe。3.造渣材料(1)石灰:碱性炉炼钢的主要造渣材料。石灰极易受潮变成粉末,因此要注意防潮,用前应经烘烤,还原期用的石灰要在 600高温下烘烤 2 小时以上。无特殊手段时,不允许使用石灰粉末,因为其极易吸水,影响钢的质量。中频冶炼一般不用石灰石和没烧透的石灰,因为石灰石分解是吸热反应,会降低钢液温度,增加电力消耗,且不能及时
5、造渣,对冶炼不利。.(2)萤石(CaF2):由萤石矿直接开采出来。主要作用是稀释炉渣,它能降低炉渣的熔点,提高炉渣的流动性而不降低炉渣的碱度。此外,萤石能与硫生成挥发性的化合物,因此它具有脱硫作用。但萤石稀释炉渣的作用持续时间不长随氟的挥发而逐渐消失。萤石的用量要适当,用量过多,渣子过稀会严重侵蚀炉衬。4氧化剂(1)氧化铁皮:锻钢和轧钢过程中剥落下来的碎片和粉末。氧化铁皮主要用来调整炉渣的化学成分,提高炉渣的 FeO 含量,改善炉渣的流动性,提高炉渣的脱磷能力。氧化铁皮 Fe 含量高,杂质少,但粘附的油分和水分多,因此使用前须在 500以上的高温下烘烤 4h 以上。5.脱氧剂(1)工业铝锭作为
6、沉淀脱氧剂的 Al,在使用前应根据炉子容量不用,锯成质量不一的 Al 块可用于预脱氧和终脱氧。(2)硅钙合金一种强烈的脱氧剂,并且还可脱硫。硅钙合金在潮湿空气中易吸水粉化,应注意防潮。(3)碳粉:主要是扩散脱氧,由于脱氧产物(CO)是气体,不玷污钢液。炭粉也是增碳剂。(4)硅铁粉用含 Si75%的 SiFe 磨制而成,这样密度小,含 Si 高,有利于扩散脱氧。(5)SiCa 粉一种优良的脱氧剂,它的密度小,故钢液不易增硅。二.配料与装料1. 配料(1)配料时注意事项:1)必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量;2)炉料的大小要按比例搭配,以达到好状、快装、快化的目的;3)各类炉料应根据钢
7、的质量要求和冶炼方法搭配使用;4)配料成分应符合工艺要求;5)炉料装入量必须保证钢锭能注满,每炉钢有规定的注余钢水,防止短锭或余钢过多。(2)配料要求:根据冶炼方法不同,可以分为氧化法配料、返回吹氧法配料和不氧化法配料。在研究所采用的是不氧化法配料。不氧化法冶炼时,炉料应由清洁少锈、干燥的本钢种返回料、类似本钢种的返回料、碳素废钢及切头等组成。炉料中 P 应确保比成品规格低 0.005%以上;碳比成品规格低 0.03%-0.06%;配入合金元素应接近成品规格的中下限。通常炉料的综合收得率按 98%计算。(3)配料计算第一步:确定出钢量:出钢量=(钢锭单重钢锭支数+注余重量)其中注余重量约为出钢
8、量的 0.5%-1.0%(炉容量小可取上限)第二步:计算炉料装入量:炉料装入量=出钢量/钢铁料综合收得率-添加铁合金量添加铁合金量=出钢量(控制含量-炉内含量)/(铁合金成分收得率)第三步:算出各种炉料的配入量各种炉料配入量= 装入量各种料的配比例H13 钢化学成分为 C:0.320.45% ;Si:0.801.20%;Mn:0.200.50%;Cr:4.75-5.50%;Mo:1.101.75%;V:0.801.2%,现考虑用切头(C%0.20%,Mn%0.5%)加合金要配.750Kg 的中频锭,高碳铬含 C%=8%,Cr%=58%,低碳铬含 C%=0.18%,Cr%=63%(具体合金成分以
9、买回的合金为准) ,计算如下:总装入量=出钢量/钢铁炉料综合收得率=750kg754kg/98%765kg770kgH13 的控制成分:C%=0.4,Si%=0.9%,Mn%=0.4,Cr%=5.0%,Mo%=1.15%,V%=0.85%合金加入量=总装入量(控制含量-炉内含量)/(铁合金成分收得率)高碳铬加入量=770(0.4%-0.2%)/(8%80%)24KG低碳铬加入量=(7705.0%-2461%)/(60%95%)42KGSi 铁加入量=770(0.9%-0)/(73%95%)10KG钼铁加入量=770(1.15%-0)/(63%98%)14KG钒铁加入量=770(0.85%-0)
10、/(55%98%)12KG切头加入量=770-24-42-10-14-12=668KG通过计算知炉料组成为:切头 668kg,硅铁 10kg,高碳铬 26.6kg,低碳铬 37.4kg,钼铁 14kg,钒铁 12kg。2.装料(1)装料方法:采用人工装料及天车辅助方式。()布料顺序:为了使炉内料密实,装料时必须把大、中、小料合理搭配。一般小料占,中料占,大料占。其中底部装小料,用量为小料总量的一半,然后在中心区装入全部大料,在大料之间填充小料,中型料装在大料的上面及四周。而炉底则事先铺一层石灰,用量约为出钢量的 3%.总之布料应做到:下致密、上疏松。三.熔化期1.通电前应确保设备正常,正常则可
11、通电熔化,在熔化过程中可相应添加炉料。2.炉料熔化时的物化反应1)元素的挥发与氧化炉料熔化时会产生金属元素的挥发和氧化。对不氧化或基本不氧化元素主要是挥发损失,对易氧化元素主要是氧化损失。熔化期元素的氧化是不可避免的,因为炉内存在着氧。元素的氧化损失量与元素和氧的亲和力大小有关,通常 Al、Si 等易氧化元素几乎全部被氧化。在 1530以下时,Si同氧的亲和力大于碳同氧的亲和力,所以首先氧化 Si 元素。2)钢液吸气熔化期钢液要吸收气体,因为气体在钢中的溶解度随温度的升高而增加,为减少钢液的吸气量,应该尽早造好熔化渣。3.缩短熔化期的途径熔化期的主要问题是时间长、耗电多。为了加速炉料熔化,必须
12、尽量减少热损失,可采用以下方法:)快速补炉和合理装料出钢后高温炉体散热很快,为减少热量损失,出钢后炉前操作要分秒必争,补炉时应迅速。废料在炉内的合理布置是保证炉料快速熔化的重要条件。)炉料预热炉料预热主要是提高入炉炉料的温度,从而使所需要的能量减少。有资料表明炉料预热温度在500时,可节省能量 1/4,而温度在 600-700时可节省 1/3,这意味着变压器输入功率不变,熔化期将按相应比例缩短,可根据实际情况决定。4.熔化期造渣及去磷(1)熔化期提前造渣的作用有:能覆盖钢液,防止热量损失,保持温度;:防止钢液吸收气体,聚集吸收废钢材料表面带入的杂质;.:有利于脱除钢中的 P 等。(2)炉渣成分
13、对渣况的影响渣中 FeO 和 MnO 都能使石灰的溶解度增加,但 FeO 的影响比 MnO 的大。渣中 SiO2含量增加,使炉料渣碱度降低,石灰的溶解速度增加。但当其含量超过约时,石灰的溶解速度反而下降。萤石中的主要成分 CaF2 与渣中a作用可形成熔点为 1635K 的共晶体,直接促进石灰的熔化,萤石能量显著地降低 2aSiO 2 的熔点,使炉渣在高碱度下有较低的熔点,并可以降低炉渣的粘度。因此萤石化渣速度迅速,并且不降低碱度,但是其化渣作用持续时间不长,用量增加对炉龄不利。渣中 MgO 和 MnO 虽然也是碱性氧化物,但其生成的磷酸镁和磷酸锰远不如磷酸钙稳定。特别是 MnO 会显著地降低炉
14、渣的流动性。判断氧化渣好坏的标准:用铁棒蘸渣待冷凝后进行观察,符合要求的氧化渣一般为黑色,在空气中不会自行破裂。前期渣有光泽,断面疏松,后期渣断面颜色近于棕色。如果断面光滑、易裂,说明炉渣碱度低,如果呈玻璃状,说明是酸性渣;如果炉渣呈黄绿色,说明渣中有氧化铬存在。(3)熔化期炉渣控制及去 P熔化期炉渣量只需总钢量的 23%即可,渣量过多,会使熔化期有用能量消耗增加。从脱磷的要求考虑,熔化渣必须具有一定的氧化性、碱度和渣量。 炉渣过粘使钢渣反应减慢,对去 P 极为不利。炉渣过稀则侵蚀炉衬厉害,这两种情况都要避免。影响炉渣流动性的因素主要是温度和炉渣成分。炉渣的流动性随温度的升高而增加。在碱性渣中
15、,提高 CaO、MgO、Cr 2O3 等含量时,会使炉渣流动性变坏,而适当增加 CaF2 、Al 2O3、SiO 2、FeO 等含量时,炉渣流动性会变好。调整炉渣流动性常用的材料是萤石,但应适量使用。因为萤石虽有稀释炉渣作用,但也严重侵蚀炉衬而使渣量中g含量增加,如果使用不当,流动性会重新变坏。熔化期要脱磷,从脱磷反应的热力学条件知,在较低的温度条件下,造具有一定碱度的、流动性良好的氧化性炉渣,可以有效地脱磷。熔化期钢水温度较低(约 15001550),所以能否较好地脱磷关键在于造好熔化渣。为使脱彻底,使已被氧化的不大量返回钢液,就需要向炉渣中加入强碱性氧化物a(石灰) ,使 P2O5和a生成
16、稳定的磷酸钙,从而提高炉渣氧化脱能力。在炉料熔清后扒去大部分炉渣,造新渣进入还原期。四还原期1主要任务有:(1)脱氧。使钢液中深解的氧含量下降到 0.002%0.003%的水平,同时要减少脱氧产物对钢液的玷污程度。(2)脱 S。保证成品钢的 S 量小于规格要求。(3)控制化学成分。(4)调整温度。确保冶炼正常进行并有良好的浇铸温度。2.脱氧炉料溶清后至还原期,钢液氧化性较强。无论是生产钢锭还是铸造件,钢中氧含量高对钢的加工性能及产品质量都极为有害。危害归纳如下:(1)易引起钢锭的冒涨,皮下气泡和疏松等冶金缺陷;(2)钢液含氧高,浇铸时随温度下降析出的氧,与钢中硅、锰、铝等元素作用,生成的氧化物
17、来不及浮出,造成钢中非金属夹杂物增多;(3)氧降低 S 在钢中的溶解度,加剧 S 的有害作用。钢中 FeS 和 FeO 形成低熔点的共晶体(熔点940)分布于晶界,当钢热加工时,低熔点的共晶体于 940时熔化使钢村在锻造或轧制时开裂。(4)钢中含氧量高,使钢的综合性能变坏。为了限制或避免“氧”的种种有害影响,就必须最大限度地脱氧,并将脱氧产物排出钢液,通常采用的方法有沉淀脱氧和扩散脱氧。3.沉淀脱氧沉淀脱氧是将脱氧元素(即脱氧剂)直接加入钢液中与氧化合,过成稳定的氧化物,并和钢液分.离,上浮进入炉渣,以达到降低钢中氧含量的目的,又称直接脱氧。沉淀脱氧一般选择脱氧能力强,而且生成的脱氧产物也容易
18、排出钢液的元素作为脱氧剂。各元素脱氧能力由强到弱的排序如下:e、r、a、g、Al、i、i、b、n、r、 (e、i、u),氧化顺序在e 以后的元素,如i、u 等与e不起反应,因此i、u 等不能作脱氧剂,亦不能被氧化去除。相关数据证明,元素的脱氧能力(除n 外)是随着钢液中该元素含量的增加而降低的,而且某些元素达到一定含量后反而使钢液中氧含量升高,所以不是说脱氧剂加入愈多钢中溶解的氧就愈少,它是有一个限度的。而g 虽然有强的脱碳能力,但由于g 在钢液中的溶解度非常小,不可能使钢与g 之间发生分子交换,所以就不可能用纯g 使钢液脱氧。Mn 作为脱氧剂虽然脱氧能力低,但在钢的脱氧过程中却是必不可少的。
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