减少钢中夹杂物的工艺设计.doc

攀枝花学院本科课程设计(论文)
减少钢中夹杂物的工艺设计
摘要
随着钢铁工业的进一步发展,钢的材质设计和应用技术的开发给冶金工业带来了极大的挑战。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性能高的方向发展,其中高纯净度钢的生产是21世纪钢铁企业面临的重大课题,它的解决与钢的冶炼过程密切相关,而任何钢的冶炼都需要脱氧,脱氧制度(脱氧剂种类、用量、时问、次序)不同,钢液的脱氧效率、洁净度乃至钢材产品的质量都将受到极大的影响。
夹杂物对钢性能的影响是多方面的,包括切削、热脆、冷脆、腐蚀和力学性能等。夹杂物对钢性能影响的主要因素有夹杂物的数量、分布、尺寸、几何形状、熔化温度和可变形性等。不同钢种有不同的性能和用途,对夹杂物的敏感性也是不同的,对夹杂物含量有一定的限制,对夹杂物的存在形态也有要求。纯净钢要求夹杂物越少越好。
本文首先通过对钢中夹杂物的介绍,然后再对炼钢过程的铁水预处理、脱氧、钢液炉外精炼、中间包冶金、保护浇注的几个阶段分别除杂来进行简单地纯净钢工艺设计。
关键词除杂,铁水预处理脱氧,钢液炉外精炼,中间包冶金,保护浇注
目录
摘要 I
1 钢中夹杂物 1
1
1
2
钢中非金属夹杂物按化学成分分类 2
2
3
3
3
3
3
2 减少杂质进入炉内 4
4
4
4
4
3 脱氧净化 6
6
6
4 钢液炉外精炼 8
5 中间包冶金和保护浇注 9
9
9
9
10
结论 11
参考文献 12
1 钢中夹杂物
在冶炼或浇注过程中产生于或者混入钢液中,而在其后的热加工过程中分散在钢材中的非金属相。它们的存在破坏了钢的基体的连续性,造成了组织上的不均匀,从而降低了钢的强度和韧性等,使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。降低钢中非金属夹杂物的最好方法是尽可能减少非金属夹杂物的引入和形成[1]。
对钢性能影响最大的夹杂物是氧化物、氮化物、硫化物和磷化物等。要提高钢的洁净度,应重视氧化物、硫化物的去除和改性,降低磷、氮含量。为提高钢的洁净度,对铁水预处理、钢液炉外精炼、中间包冶金、保护浇注分别进行设计。铁水预处理已成为减少钢中夹杂物和生产纯净钢的重要手段;要创造条件促使夹杂物快速上浮进入顶渣;防止浇注系统外来夹杂物和有害气体进人钢液。通过参照参考书,本文对减少钢(着重于转炉炼钢)中夹杂物的工艺作一简单设计[2]。

钢中非金属夹杂物的来源主要来源有内生夹杂和外来夹杂两部分组成。

钢铁的冶炼实质是液态金属的氧化一还原反应。由于金属在高温液体状态下对氧和其它气体的溶解量远远大于凝固状态,因此在炼钢的后期必须设法将过剩的氧尽量从钢液中排除出去,因此在炼钢的后期必须设法将过剩的氧尽量从钢液中排除出去。排除的方法:在电炉炼钢中主要是靠含氧低的炉渣,使氧从钢液中扩散到渣中去,另外向钢液中加入对氧亲和力较强的脱氧元素, 这样在钢液中就发生了脱氧反应,并生成了夹杂物。例:
[Si]+2[O]→{SiO2}
[Mn]+[O] →{MnO}
2[Al]+3[O] →Al2O3
由于这些夹杂一般尺寸较大, 大多数可以在还原期上浮到渣内, 从而去除了钢液中相当数量的氧。但仍有一部份残留在钢液中。另外上述的反应是与钢液温度密切相关的, 当钢液温度逐步降到凝固温度时, 上述反应不断向右进行, 形成的非金属夹杂物的颗粒也不断减小, 浮出钢液就逐渐变得困难。当钢液浇入钢锭模后, 由于冷却速度突然加快, 液态钢对气体的溶解度也骤然降低因此上述脱氧反应也迅速加剧。此时除Mn,Si和Al等强脱氧元素进行脱氧反应外, 其它如Cr、Fe等也会参加脱氧反应,生产FeO
·SiO2、FeO·Al2O3、MnO·Cr2O3、mMnO·nFeO等复合夹杂物, 而这类夹杂物大多是从钢中原有的脱氧产物SiO2、MnO、Al2O3等为核心而伴生的,因此这类夹杂物的组成和结构都极为复杂,而且其数量一般占钢中总夹杂量的40~60%[3]。

该夹杂是指由渣、耐火材料或与钢液相接触的其它材料机械结合所形成的夹杂物。钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂