钢的生产：钢的冶炼.ppt

* * 钢的生产 钢的冶炼 炼钢将生铁中的碳量控制在一定范围内，清除有害元素S、P、O2、N2，同时保留或加入有益元素（Si、Mn、Ni、Cr）并调整元素之间的比例，获得最佳性能。 钢的生产 炼铁与炼钢 铁矿石在高炉中通过化学反应炼制成生铁，生铁碳含量高于2%，其制品硬而耐磨，但很脆不易焊接；钢的碳含量低于2%，其制品具有良好的综合性能。 炼钢将生铁中的碳量控制在一定范围内，清除有害元素S、P、O2、N2，同时保留或加入有益元素（Si、Mn、Ni、Cr）并调整元素之间的比例，获得最佳性能。 炼钢在1700?C进行，首先发生 2Fe+O2=2FeO 在铁液中被C、Mn、Si还原， C+FeO= CO?+Fe Si+2FeO=SiO2+Fe Mn+FeO=MnO+Fe 生成气体作为废气排出，氧化物成为炉渣排出。 最后加入脱氧剂脱氧，在适当的成分和温度下出钢。 钢的生产 主要原料是废钢和铁水，造渣剂（石灰、萤石），氧化剂（铁矿石），脱氧剂（铁合金）。炉气作为燃料（煤气、高炉焦炉的高炉煤气、重油天然气等）。 熔化阶段为使炉料尽快熔化，需要消耗大量煤气提供热量。 平炉炼钢 钢的生产 转炉炼钢 （1）普通转炉炼钢：依靠炉底吹入空气将铁水中的碳、硅、锰、磷等元素氧化时产生的热来炼钢的。特点是周期短，生产效率高。氮的侵入、不能利用废钢，由于冶炼时间短，质量不好控制。所以不能冶炼优质钢。 钢的生产 （2）纯氧顶吹转炉炼钢：采用纯氧从碱性转炉口吹进铁水进行冶炼。原料为铁水，采用部分废钢做冷却剂。加入石灰、萤石除S、P。用锰、硅或铝脱氧。 （3）电炉炼钢：废钢做原料，冶炼高质量钢的方法。平炉与转炉冶炼时都发生强氧化过程，合金元素烧损严重，电炉利用电能做热源，避免元素烧损。冶炼时杂质少、质量稳定、原材料消耗低，金属回收率高。 钢的生产 转炉炼钢三种炼钢方法比较 具有不同的特点，并且钢中杂质含量不同。含碳量相同时三种钢的强度、伸长率无显著差别，但冲击韧性、冷脆性、焊接性不同，其中普通转炉钢最差。选材时对重要结构一般可用平炉、电炉或纯氧转炉冶炼。 钢的生产 镇静钢与沸腾钢 根据炼钢时脱氧程度的不同，钢材可分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢。 （1）镇静钢：用锰、硅（或用铝补充），脱氧完全。浇注后析出气体少，钢锭安静凝固，但有集中缩孔，其他部分致密。 钢的生产 （2）沸腾钢：只用锰脱氧，脱氧不完全。钢中留下的FeO冷却时与C反应生成CO，在钢锭中呈沸腾状态，凝固后没有集中缩孔，有分散气泡，在轧制与锻造过程中可弥合。 （3）半镇静钢：加入的脱氧剂比镇静钢少，析出的气体比沸腾钢少，浇注后钢锭下部无沸腾，上部有沸腾。 钢的生产 脱氧剂中锰、硅、铝的脱氧能力依次增强。沸腾钢中不加硅，所以可用此来区分钢的类型，沸腾钢的 硅含量0.05%或0.07%，大于0.17~0.35%为镇静钢。 钢的生产 （4）特别镇静钢：合金添加量提高到约0.2%Si、0.02%Al和少量的Mn使钢水完全脱氧，其中 Mn与大部分硫化合，这类钢在凝固时特别的镇静。 碳钢 工业用钢，绝大多数是由冶金厂生产的板材、棒材、型材、管材及线材等。 材料的组织和性能除与其成分、加工工艺及热处理有关外，还与它的冶金质量密切相关。 钢的生产 钢的冶金质量是指钢在冶炼、浇注及压力加工后的质量，主要包括钢中所含的杂质元素及非金属夹杂物，钢锭的宏观组织及压力加工后的组织与缺陷，它们均是衡量钢材冶金质量的重要标志。 钢的冶金质量 钢的生产 钢中的杂质元素及其质量 碳钢中除铁和碳二个基本组元之外，还含有少量的Mn、Si、P、O、H、N等元素。它们是从矿石和在冶炼过程中进入钢中的，这些元素称为常存杂质。 钢的生产 （1）Mn和Si 锰和硅是在炼钢时作为脱氧剂加入钢中的，Mn和Si都能溶入铁素体，有固溶强化作用。可提高钢的强度。Mn还能与钢中的S形成MnS，降低S的有害作用。在合理含量范围内，Mn和Si是有益元素。 钢的生产 （2）S 硫是在炼钢时由矿石和燃料带到钢中的杂质。硫会引起钢的热脆性，含S高的钢，因为有热脆性而难以进行热压力加工。 S是钢中的有害杂质．但当钢中含S量增高的同时并含有较多的Mn时，可以改善钢的切削加工性能。 钢的生产 （3）P