2022年钢铁冶金学炼钢部分 .pdf

炼钢学复习题第二章一思考题1. 炼钢的任务。1) 脱碳：含碳量是决定铁与钢定义的元素，同时也是控制性能最主要的元素，一般来用向钢中供养，利于碳氧反应去除。2）脱硫脱磷：对绝大多数钢种来说，硫磷为有害元素，硫则引起钢的热脆， 而磷将引起钢的冷脆，因此要求炼钢过程尽量去除。3）脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中的杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除，减少钢中含氧量叫做脱氧。 （合金脱氧，真空脱氧）4）去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮，非金属夹杂物包括氧化物，硫化物以及其他化合物，一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。5）升温：炼钢过程必须在一定高温下才能进行，同时为保证钢水能浇成合格的钢锭，也要求钢水有一定的温度，铁水最温度很低，1300 摄氏度左右Q215钢熔点 1515 摄氏度 6）合金化：为使钢有必要的性能，必须根据钢中要求加适量的合金元素。 7）浇成良锭：液态钢水必须浇铸成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料，同时要求质量良好，一般有模铸和连铸两种方式。2.S 的危害原因和控制方式。（1） 产生热脆。（硫的最大危害） （2）形成夹杂： S 在固体钢中基本上是以硫化物夹杂的形式存在。降低塑性，危害各向同性（采用Mn抑制 S 的热脆），影响深冲性能和疲劳性能，夹杂物的评级，强度（S对钢的影响不大）（3）改善切削性能（这是硫的唯一有用用途）（2） 控制措施有两种方法： （1）提高 Mn含量： Mn/S高则晶界处形成的MnS量多、 FeS量生成量少，提高了钢的热塑性，减少了钢裂纹倾向。（2）降低 S 含量：过高的S 会产生较多的 MnS夹杂，影响钢的性能。3.Mn 控制 S的危害的原理，要求值。Mn影响 S的原理：钢中的Mn在凝固过程中同样产生名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - 选分结晶，在晶界处与S反应生产 MnS 。Mns的熔点高，在轧制和连铸过程中仍处于固态，因此消除了低熔点FeS引起的热脆现象。MnS:Mn对 S的控制力，一般用Mn和 S的质量百分数的比值表示， 称为 “锰硫比”。 一般认为 MnS7即可消除热脆， 但在连铸过程中MnS20才能有效的控制鋳坯裂纹。4.P 含量与性能的关系。 （1）产生冷脆（ 2）降低抗裂纹性能（3）影响强度和塑性（4）改善钢的特殊性能。5. 为什么脱氧。（1）影响浇注过程：沸腾、侵蚀、水口堵塞（2）铸坯中产生气泡： C和 O的凝固富集产生CO气体，气量小时在铸坯中产生气泡（3）影响热脆性： 在凝固过程中在晶界富集形成FeO ，与 FeS形成共晶体（ 4）形成夹杂物：凝固过程中O偏析使脱氧反应重新进行，形成凝固夹杂。6.(O) 和 T（O ）的意义和区别。溶解氧：液态钢水中以溶解状态存在的氧元素称为溶解氧，以【O】表示。全氧：钢中（包括液态和固态）所有的氧元素称为全氧，以T【O】表示。包括溶解氧和夹杂物中的所有氧元素。7. 减少气体含量的措施。减少入炉原料带入的气体元素。2）控制温度、裸露时间和面积。3）改善脱气条件。 4）真空脱气。 5）保护浇注。8.H 和 N的来源。N的来源：铁水，氧气，空气（电炉空气电离增N,转炉倒炉时增N,浇注时从空气中增N） ，合金料，H的来源：氧气，石灰，耐火材料，铁水和废钢。二名词解释：热脆：钢在某一略高的温度范围内产生断裂的现象。溶解氧：液态钢水中以溶解状态存在的氧元素称为溶解氧，以【O】表示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 全氧：钢中（包括液态和固态）所有的氧元素称为全氧，以T【O】表示。第三章一思考题1. 脱碳反应对炼钢的影响。（1）降低熔池中的 C 含量 2 搅拌熔池， 均匀熔池温度和成分3 促使形成乳化液和泡沫渣4清除杂质，改善钢水质量5 影响熔池温度6 导致吹炼过程中的喷溅。 2. 钢液增碳的热效应。 1 碳溶解是吸热反应。 2 增碳剂由室温升高到钢水温度也要吸热，因此碳量增大，出钢温降较大。3. 铁水 Si 含量对炼钢的影响。过低：1）钢水温度低2）废钢用量小，产量低3）渣量少，脱 S、P困难。过高： 1）渣量大容易喷溅2) 石灰消耗高 3) 吹损大，金属收得率低4) 侵蚀炉衬，降低炉龄5) 铁水成本高。4. 脱碳反应的产物。脱碳反应的产物大多数石CO ，含少量的 CO2。5. 脱碳反应的控制环节。气泡生成环节（气泡生成过程并不是脱碳反应的控制环节），化学反应环节（表现活化性） ，C和 O扩散环节（是整个脱碳反应速度的控制环节）6. 气体溶解的热效应。气体溶解是吸热反应，其溶解度随温度升高而增加。7. 常用的三种脱气方式。脱碳（气泡真空，改善传质，扩大气液界面），吹氩脱气，真空脱气。 8. 降低钢中气体含量的措施。1）减少入炉原料带入的气体元素。2）控制温度、裸露时间和面积。 3）改善脱气条件。4）真空脱气。 5）保护浇注。9. 脱 C对脱气的影响方式。1）气泡真空： CO气泡对氧气、氮气来说是一个真空室。2）改善传质： CO气泡溢出对钢液形成强烈搅拌，改善了N和 O的扩散传质。 3）扩大气液界面，减少了传质距离：钢中大量CO气泡扩大了气液界面。10. 脱 S，脱 P的热力学条件。 脱 P的热力学条件 : 高碱度， 高氧化铁， 大渣量，低熔池温度，脱 S的热力学条件 : 高碱度，高温，大渣量，低氧化铁名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 11. 冶炼低 P钢的措施。减少原料含P 量，优化脱 P工艺，减少回P。12. 钢铁脱 S的方式。脱硫形式：元素脱硫、碱性氧化物、汽化脱硫和炉渣脱硫。二名词解释：碳氧积，过剩氧。碳氧积：在平衡条件下，钢液中的%C和%O的乘积成为碳氧积. 过剩氧：与熔池中 %C平衡氧含量 %O平衡和熔池内实际氧含量O 之差称为”过剩氧”.台阶形曲线：整个脱碳过程中脱碳速度变化的曲线。临界碳含量：吹炼过程中脱碳速度开始下降的碳含量。第四章思考题一名词解释冶炼周期：冶炼一炉钢的时间，或相邻俩炉钢的间隔时间。拉碳：根据操作因素和钢种要求，确定结束吹炼时机，提起氧枪停止吹氧，倒炉，测温，取样化验钢水成分，这个过程为拉碳。补吹：在拉碳后 , 熔池成分或温度未达到出钢要求,需补充吹氧进行调整。供氧时间：在一炉刚冶炼过程中，纯吹氧所用的时间。装入量：每炉装入铁水和废钢的数量称为装入量。炉龄：从开新炉到停炉的整个炉役期间炼钢的总炉数。即炉衬寿命。炉役：从开新炉到停炉的整个期间。氧气流量：单位时间内向熔池内供氧的量。供氧强度：单位时间内每吨钢液的供氧量。氧压：氧气入口前测定点的氧气压力，也称工作氧压。氧枪高度（枪位） ：氧枪喷头出口端距静止金属液面的高度。冲击深度：氧气射流冲击区的凹坑深度。冲击面积：氧气射流冲击区在熔池表面的面积。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 硬吹：低枪位或高氧压的吹炼模式。软吹：高枪位或低氧压的吹炼模式。返干：在冶炼中期向乳化液中提供的FeO减少，而乳化液内部的FeO消耗增加，结果导致渣中 FeO减少，炉渣内液体部分消失，炉渣重新变得粘稠和干燥，这种现象叫返干。拉碳法：在吹炼终点时，不但熔池的P、S、符合出钢要求，而且熔池中的C加上铁合金带入的 C 能够达到钢种要求，不需要再向钢包内加增碳剂增碳，这种操作工艺叫做 增碳法：在冶炼碳含量0.08%的钢种时 , 把终点碳吹炼到0.05%左右 ,然后根据钢种要求,再用增碳剂在钢包内增碳, 这种操作工艺叫增碳法。合金收得率：在脱氧合金化中，合金元素被钢水吸收的量占总加入量的百分比。二思考题1. 夹杂物对钢性能的影响和机理。非金属夹杂物对钢性能的影响（1）危害： 1 降低塑性 2降低韧性 3 恶化疲劳性能4 不利于冷加工性能5 扩大各向异性（ 2）作用：易切削钢、细化晶粒、沉淀硬化、促进晶粒取向。机理：夹杂物不溶于钢基体，以独立相存在，从而破坏了钢基体的连续性，造成了钢组织的不均匀和应力集中。2 内生夹杂与外来夹杂的特点。外来夹杂物特点1）成分复杂 2）形状不规则 3) 颗粒大，属于大型夹杂4）随机存在，分布无规律5) 含量少。内生夹杂物特点1) 颗粒细小 2）分布均匀有规律 3）含量多 4）形状与性质有关5）位置依形成时间而定。3 影响夹杂排除的因素。1）脱氧能力2）夹杂物尺寸3）夹杂物形态4）夹杂物性质5）钢液温度：温度降低，夹杂物上浮阻力增加6）钢液流动 7）夹杂物吸附4 减少夹杂物的措施。1)减少和排除脱氧产物2）防止钢水二次氧化3）减少卷渣4）降低耐火材料熔损6.LD 钢的特点。 1 冶炼时间短，生产率高2 可冶炼钢种多，品种范围广3 原料适应性强4基建投资少，建设速度快5 生产节奏均衡，有利于与连铸工艺匹配6 气体含量少 7 杂质含量低 8 成本低。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - 7LD冶炼中 FeO的变化规律。 1. 初期渣中（ %FeO ）较高， 2030% 2. 中期脱碳加速，渣中FeO消耗增加，含量逐渐降低3. 后期 C% 降低，铁氧化量增加，且脱碳消耗减少，%FeO 增加。8 装入量对生产的影响。 （1）过大：反应空间减少，喷溅增加；限制供氧强度；冶炼时间增加；造渣困难；钢水无法出净，影响兑铁安全和溅渣护炉等。（2）过小：降低产量；损坏炉底：熔池深度小，炉底容易受到氧气射流冲击；影响炉外精炼：LF 无法加热等9 冲击深度对冶炼的影响。冲击深度过大：1. 熔池搅动曾加2. 熔池升温速度快3. 熔池吸氧程度大脱碳速度高4. 渣中 FeO含量低，不利于化渣，甚至引起炉渣返干。5. 反应速度快，喷溅曾加 6. 易损坏炉底。 冲击深度过小： 1. 熔池搅动弱 2. 熔池升温慢 3. 熔池吸氧减少， 脱碳速度慢 4. 渣中 FeO含量高，有利于化渣和脱P。10 吹炼模式对炉渣氧化性的影响？软吹：氧流与炉渣接触面积大，直接传给炉渣的氧多，炉渣氧化性增强。硬吹：氧直接传给炉渣的氧减少，%FeO 减低11LD转炉的主要氧化方式。 （直接氧化，间接氧化，炉渣氧化）12 三相乳化液产生动力。 （氧气射流和CO溢出）13 氧枪操作方式以及目前使用的主要方式：恒枪变压，变压变枪，恒压变枪（目前采用的方式）14 枪位对冶炼的影响1 熔池搅拌。低枪位形成硬吹模式，搅拌力大，枪位低熔池搅拌充分2 渣中 FeO 。低枪位使渣中FeO降低，高枪位使渣中FeO升高 3 熔池温度：低枪位使熔池温度升高。15FeO在不同时期应达到的水平。 （前期 20%30% 。中期 10%15% ）16LD对造渣的要求。 1）快速造渣。 2）适当的物理性质。3）合理的反应性能。4）有利于保护炉衬。 5）避免喷溅等操作事故。6）控制终渣氧化性。17 萤石和白云石对造渣的作用。白云石用于提高渣中氧化镁的含量（促使石灰融化，保护炉衬）萤石是最常用的助溶剂，具有很好的化渣能力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 18 生烧石灰对炼钢的危害。1）石灰用量大。 2）化渣时间长。 3）降低熔池温度，减少废钢用量。 4）影响冶炼操作。19LD转炉内石灰融化机理。1）熔渣受到冷却在石灰表面形成渣壳，其熔化后石灰才开始溶解。2）炉渣渗透到石灰内部， 与石灰间产生化学反应形成熔渣。3）防止和破坏 C2S致密层，保持石灰继续熔化。20 改善石灰融化的措施。 （1）改善石灰质量（2）适当提高枪位，增加熔渣内FeO （3）采用适量助溶剂（ 4）提高熔池温度（5）加强熔池搅拌，改善传质和传热条件21FeO加速石灰融化的原因。1）显著降低炉渣粘度，加速熔渣传质。2）改善炉渣对石灰的润湿性能，提高炉渣向石灰孔隙中的渗透能力。3）FeO与氧化钙同是立方晶系，并且离子半径小，有利于FeO向石灰晶格中迁移和扩散。4）FeO能减少 C2S 的生成，同时也能穿透C2S层使其疏松，有利于C2S溶解。22 成渣途径有哪几个；及其优缺点。（1）钙质成渣途径；优点：炉衬侵蚀小，喷溅可能性小。缺点：前期化渣不利，脱P,S 困难，容易粘枪（ 2）铁质成渣途径；优点：脱磷和脱硫效果好，能够实现高拉碳。缺点：容易喷溅，操作困难；高FeO炉渣容易侵蚀炉衬。 （3）全程化渣；两个途径的折中方法。23 常见的造渣方法。单渣法，双渣法，留渣法24 留渣法的优缺点。优点：转炉终渣具有较高的R和 FeO ，熔点低流动性好，具有大量的物理热 1 提高初期的成渣速度； 2 提高前期的脱S 和脱 P 效果； 3 节省石灰用量；4 提高转炉的热效率；缺点：在兑铁时容易引起大喷事故。25 抑制喷溅的主要途径。 （抑制泡沫渣的形成是控制喷溅的主要途径）26 防止喷溅的措施。 1）控制熔池温度平稳上升。2）采用全程化渣工艺。 3）合理加料工艺，防止炉温产生大的波动，4）控制中期枪位适中，避免喷溅和返干。5）合理装入制度，减少超装量。 6）采用合理压渣工艺处理喷溅。低 P铁水内对温度影响最大的影响。低磷铁水中C含量变化不大， Si 含量和铁水温度是影名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - 响的主要因素冷却效果最好的冷却剂。 （废钢）过程温度的控制要求。 （1）满足快速造渣：保证尽快形成成分和性质符合要求的炉渣（2）顺利脱磷脱硫：在不同时期保证不同的精炼要求（3）维持温度平稳上升：满足吹炼过程平稳和顺利进行的要求，防止喷溅（4）保证选择性氧化：如高温脱碳保铬（5）达到终点温度要求：协调熔池升温和脱碳，准确控制终点。废钢融化机理。 1） 铁水在废钢上凝固2）废钢表面的凝固铁熔化3）废钢升温和渗碳熔化4）废钢熔化终点控制的基本要求。在吹炼结束时，熔池内钢水的化学成分和温度同时满足出钢要求。具体来讲，一般是C,S,PT 四个指标同时满足出钢要求。由于S,P 去除困难，生产中尽可能在终点钱使其达到目标要求。出钢温度包括哪三个部分。钢种的液相线温度，过程温度，中间包过热温度。出钢温度对生产的影响。 （1）温度过低：不利于浇注，甚至水口冻结回炉（2）温度过高 1）加剧炉衬侵蚀，降低炉龄2）增加终点氧含量，恶化钢质量3）钢铁料和合金消耗增加4）降低氧枪和出钢口寿命降低出钢温度的措施。1）维护出钢口2) 钢包烘烤 3）减少出钢时间4）合金料烘烤5）改善钢包保温层6）减少钢包数量7）钢包清洁、无包底8）钢包加盖 9）钢包和中间包液面保温 10）减少钢水的等待时间拉碳法和增碳法的优点。拉碳法的优点：直接优点石终点碳含量高。拉碳法的缺点：与增碳法有点对立。增碳法的优点：1. 操作简单，控制稳定；2. 终点命中率高； 3. 减小冶炼周期，供养强度高，减少拉碳和补吹次数；4. 化渣好，脱S,P 率高； 5. 喷溅小：不要求提前化渣； 6. 废钢用量大： Fe 氧化增加热量多。增碳法的缺点：与拉碳法对立（拉碳发最常用）挡渣的目的。 1）减少回磷 2）降低合金料消耗3) 稳定脱氧操作和成分4）减少对精炼影响5）减少夹杂物6）增加出钢口寿命7）减轻钢包衬侵蚀名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - 出钢时间对生产的影响。 （1）时间长：刚水温度降大；冶炼周期长；搅拌力弱；吸气量大（2）时间短：搅拌不充分；下渣量大；影响合金加入控制影响转炉终点氧含量的措施。终点高拉碳，2 增大供氧强度。 3 采用多孔喷头， 4 消除和减少补吹次数， 5 终点前适当降低枪位，6 保证炉内一定的镇静时间。终点氧化对生产的影响。1）直接影响脱氧元素的收得率2）钢水成分的命中率3）夹杂物含量 4）炉衬寿命降低氧含量的措施。 1 终点高拉碳，2 增大供氧强度。3 采用多孔喷头，4 消除和减少补吹次数， 5 终点前适当降低枪位，6 保证炉内一定的镇静时间。脱氧的四种方式。1）沉淀脱氧 2）钢渣界面脱氧3）渣中脱氧 4）真空脱氧沉淀脱氧的优缺点。优点：脱氧速度快；缺点：脱氧产物容易滞留在钢液中形成夹杂物。影响合金收得率的因素。1）终点氧含量。氧含量高吸收率低。2）脱氧能力。脱氧能力高吸收率低。 3）钢种元素含量：元素含量高吸收率多。4）下渣量：下渣量多元素收得率低。5）其他脱氧元素：其他脱氧元素高，合金收得率高。6）出钢时间：时间长收得率低。7）钢流状态：钢流圆滑，吸氧量少，合金收得率高。钢包底吹 Ar 的作用。均匀成分、均匀温度、夹杂上浮、精炼中加快传质。复吹转炉的优点和冶金特点。复吹冶金特点：1 由于增加底部供气，与LD相比，加强熔池搅拌，是熔池更加均匀。 2 熔池搅拌增强，改善了钢渣反映条件使其更接近平衡，过氧化现象降低。3 底吹惰性气体，使气泡中CO的分压低，有利于脱碳反映。 4 通过改变顶枪位置和底吹炼制度，可以控制化渣，有利于充分发挥炉渣的作用。5 采用复吹方法，使熔池富余热量减少，降低了废钢比（喷吹燃料和炉气燃料除外）。复吹冶金优点：1 吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率高； 2 降低夹杂提高质量. 延长炉龄； 3 合金收得率高；4 脱磷能力强，石灰消耗降低；极限终点碳降低，有利于炼超低C钢； 6 提高生产率底吹供应的种类。 （Ar、 N2、 CO2、 O2和空气。）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -