钢铁性质介绍.ppt

* 3-3 3-1 3-1 * 3-3 * 3-3 3-1 3-1 鋼鐵的製造 3-3 鋼錠的種類及加工 世界鋼鐵協會(WSA)報告，今年全球鋼鐵耗量為12.41億公噸。中國為5.79億公噸。 一貫作業煉鋼廠 將原料處理、生鐵冶煉、煉鋼以至各種鋼鐵製品的加工，都在同一鋼鐵廠的各工廠完成。 四大部門 原料處理 冶煉生鐵 煉鋼 加工成形 圖3-1 一貫作業鋼鐵廠的概況 一貫作業煉鋼廠四大部門 原料處理：包括堆料場、煉焦炭及副產品工廠。 冶煉生鐵：包括鼓風爐(高爐)、熱風爐，用以將冷空氣加熱後送入鼓風爐。 煉鋼：轉爐等各種煉鋼的爐子及連續鑄造機等。 加工成形：主要設備為滾軋機，把鋼材軋成鋼板、鋼胚、鋼條及線材等。 3-1 鋼鐵的製造 由於鼓風爐內溫度最高的區域達1800℃，若直接將冷空氣由風口鼓入，有使爐溫劇降，反應中斷的危險，所以須用熱風爐將 冷空氣預熱。 圖 3-2 熱風爐 煉鐵的原料 鐵礦石：赤鐵礦、 磁鐵礦、褐鐵礦及菱鐵礦。 燃料：焦炭 (coke) 熔劑：鹼性之石灰石 (CaCO3)，與鐵礦石中的雜質起化學反應，結合成爐渣 (slag) 而與鐵分離。有時添加適量的螢石 (CaF2) 於石灰石中，有助於除去鐵液中的硫。 熱空氣：提供燃燒時所需之氧氣。 鼓風爐之構造 鼓風爐又稱高爐。其爐體由鋼板銲接成圓錐形，內壁由耐火磚砌成，外壁輔以普通土磚，並以鐵皮夾持保護。 鼓風爐可分為四大部分，最底部為爐床，它的上方有風口，中間有排渣口，下方有出鐵口。再往上分別為爐腹、爐胸、喉部。喉部上方為加料設備。 冶煉生鐵的過程 鐵礦石：焦炭：石灰石＝3：2：1 3-1 鋼鐵的製造 鐵水流到最底層的爐床內，用開孔機鑽穿出鐵口，即可使鐵水流下，即得所謂之生鐵或銑鐵。 圖3-4 高爐開孔機作業流出生鐵 3-1 鋼鐵的製造 鼓風爐必須日夜不停的運作，才可確保其功能正常，約7～10年更換耐火磚時才停車大修。 圖3-6 鼓風爐之作業情形 3-1 鋼鐵的製造 生鐵可鑄成錠，供鑄造之用。 圖3-5 生鐵錠廠 煉鋼法 將生鐵中的雜質含量控制在所需的範圍內，並調整其碳的含量，而得到能加工的鋼鐵。 轉爐法、電爐法 煉鋼的過程 氧化階段：目的在除去雜質。 還原階段：目的在還原Fe元素及控制含碳量。 轉爐煉鋼法 過去使用之底吹式轉爐，係由爐底吹送壓縮空氣，將矽、錳、磷、硫等順序氧化，產生之熱足以維持鐵水之熔融狀態，故不需使用燃料。但因熱效率低，同時空氣中的氮熔於鋼中易使鋼脆化，而難於煉出高品質的鋼。 圖3-7 　底吹空氣的轉爐 轉爐煉鋼法 二次大戰後，轉爐法迭經改進，採用純氧而不用空氣，採用頂吹而不用底吹。稱為L-D鹼氣轉爐法，其熱效率高且可得良質之鋼。 中鋼採用L-D鹼氣轉爐法 圖3-8 頂吹純氧的轉爐 煉鋼(轉爐法) 轉爐法的優點是操作容易，冶煉時間短，不需燃料，成本較低廉，且可由高爐之生鐵直接以熔液之狀態用魚雷車運送至L-D轉爐直接吹純氧煉成熔鋼，故為目前煉鋼法之主流。 圖3-9 魚雷車內的熔生鐵倒入轉爐 電爐鍊鋼法 利用電力加熱使之熔解。 依發熱方式可分為電弧爐、電阻爐、感應爐三種。 主要用途在於利用轉爐鋼，配以合金元素，熔煉成合金鋼。 優點:溫度容易精確控制、鋼品優良，爐中可控制為氧化、還原或中性之狀態，故可產製易氧化之昂貴合金成分的合金鋼。 缺點:分批操作，產量不大，成本較高。 電爐鍊鋼法 感應 電爐 鋼鐵的分類 鋼鐵依冶煉方法之不同可分為轉爐鋼、電爐鋼等。 依含碳量之多寡可分為 純鐵：含碳量低於0.02%以下的Fe-C合金 鋼 ：含碳量於0.02%～2.0%間之Fe-C合金 鑄鐵：含碳量於2.0%～6.67%間的Fe-C合金。 碳鋼的分類 碳鋼又依含碳量的高低而分為 低碳鋼：含碳量在0.02%～0.3%； 中碳鋼：含碳量於0.3%～0.6%； 高碳鋼：含碳量於0.6%～2.0%。 鋼錠之製造方法 鐵模鑄造法：將鋼液澆入鐵模內鑄成鋼錠，是屬於傳統的製造法 連續鑄造法：鋼液經由連續鑄造機直接澆鑄成為鋼胚，而不使用鋼錠模澆鑄成鋼錠再開胚之過程。現代化的鋼廠大都採用連續鑄造法。 連續鑄造法原理 熔融之鋼液由盛鋼桶流經鋼液分配器進入水冷的黃銅模。鋼液在黃銅模內凝固後向下擠延，並藉輥輪之控制使之下降、引導。用乙炔焰將之切成適當之長度，然後送往軋鋼廠軋製。 圖3-14 黃銅模連續鑄造法示意圖 連續鑄造機 火焰切割機切割鋼胚 輸送鋼胚 鋼胚儲存區 鋼錠的種類(以脫氧程度分) 未靜鋼錠：係以脫氧力不強之錳鐵做輕度脫氧而後澆鑄於鑄模者。內部有許多氣泡，呈多孔性組織。 全靜鋼錠：添加強脫氧劑，如矽鐵、鋁使充分脫氧者。因無CO氣體產生，鋼錠內無氣泡，故鋼錠得