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鍊鋼

(將生鐵熔鍊成鋼的工藝)

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鍊鋼是指控制碳含量(一般小於2%),消除P、S、O、N等有害元素,保留或增加Si、Mn、Ni、Cr等有益元素並調整元素之間的比例,獲得最佳性能。
把鍊鋼用生鐵放到鍊鋼爐內按一定工藝熔鍊,即得到鋼。鋼的產品有鋼錠、連鑄坯和直接鑄成各種鋼鑄件等。通常所講的鋼,一般是指軋製成各種鋼材的鋼。鋼屬於黑色金屬但鋼不完全等於黑色金屬。
中文名
鍊鋼
外文名
steel making
拼    音
liàn gāng
第一步
加料
造    渣
調整鋼、鐵生產中熔渣成分
出    渣
氧化渣必須徹底放出
發明國家
中國

鍊鋼基本信息

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鍊鋼車間 鍊鋼車間
名稱 : 鍊鋼
漢語拼音:liàn'gāng
英文:steel making; steel smelting 製造鋼的過程或業務以及鍊鋼設備

鍊鋼鍊鋼過程

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鍊鋼加料

加料:向電爐或轉爐內加入鐵水或廢鋼等原材料的操作,是鍊鋼操作的第一步。

鍊鋼造渣

鋼鐵高爐 鋼鐵高爐
造渣:調整鋼、鐵生產中熔渣成分、鹼度粘度及其反應能力的操作。目的是通過渣——金屬反應煉出具有所要求成分和温度的金屬。例如氧氣頂吹轉爐造渣和吹氧操作是為了生成有足夠流動性和鹼度的熔渣,能夠向金屬液麪中傳遞足夠的氧,以便把硫、磷降到計劃鋼種的上限以下,並使吹氧時噴濺和溢渣的量減至最小 [1] 

鍊鋼出渣

出渣:電弧爐鍊鋼時根據不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所採取的放渣或扒渣操作。如用單渣法冶煉時,氧化末期須扒氧化渣;用雙渣法造還原渣時,原來的氧化渣必須徹底放出,以防回磷等。

鍊鋼熔池攪拌

熔池攪拌:向金屬熔池供應能量,使金屬液和熔渣產生運動,以改善冶金反應的動力學條件。熔池攪拌可藉助於氣體、機械、電磁感應等方法來實現。

鍊鋼脱磷

減少鋼液中含磷量的化學反應。磷是鋼中有害雜質之一。含磷較多的鋼,在室温或更低的温度下使用時,容易脆裂,稱為“冷脆”。鋼中含碳越高,磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規定含磷量不超過 0.045%,優質鋼要求含磷更少。生鐵中的磷,主要來自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學穩定性相近。在高爐的還原條件下,爐料中的磷幾乎全部被還原並溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物,脱磷就只能在(高)爐外或鹼性鍊鋼爐中進行。
鐵中脱磷問題的認識和解決,在鋼鐵生產發展史上具有特殊的重要意義。鋼的大規模工業生產開始於1856年貝塞麥(H.Bessemer)發明的酸性轉爐鍊鋼法。但酸性轉爐鍊鋼不能脱磷;而含磷低的鐵礦石又很少,嚴重地阻礙了鋼生產的發展。1879年托馬斯(S.Thomas)發明了能處理高磷鐵水的鹼性轉爐鍊鋼法,鹼性爐渣的脱磷原理接着被推廣到平爐鍊鋼中去,使大量含磷鐵礦石得以用於生產鋼鐵,對現代鋼鐵工業的發展作出了重大的貢獻。
鹼性渣的脱磷作用 脱磷反應是在爐渣與含磷鐵水的界面上進行的。鋼液中的磷 【P】和氧 【O】結合成氣態P2O5的反應

鍊鋼電爐底吹

電爐底吹:通過置於爐底的噴嘴將N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等氣體根據工藝要求吹入爐內熔池以達到加速熔化,促進冶金反應過程的目的。採用底吹工藝可縮短冶煉時間,降低電耗,改善脱磷、脱硫操作,提高鋼中殘錳量,提高金屬和合金收得率。並能使鋼水成分、温度更均勻,從而改善鋼質量,降低成本,提高生產率。

鍊鋼熔化期

鋼花伴我鍊鋼忙 鋼花伴我鍊鋼忙
熔化期:鍊鋼的熔化期主要是對平爐和電爐鍊鋼而言。電弧爐鍊鋼從通電開始到爐料全部熔清為止、平爐鍊鋼從兑完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務是儘快將爐料熔化及升温,並造好熔化期的爐渣

鍊鋼氧化期

“鍊鋼工人”雨花石 “鍊鋼工人”雨花石
氧化期和脱碳期:普通功率電弧爐鍊鋼的氧化期,通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有認為是從吹氧或加礦脱碳開始的。氧化期的主要任務是氧化鋼液中的碳、磷;去除氣體及夾雜物;使鋼液均勻加熱升温。脱碳是氧化期的一項重要操作工藝。為了保證鋼的純淨度,要求脱碳量大於0.2%左右。隨着爐外精煉技術的發展,電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進行。

鍊鋼精煉期

連鑄機出坯 連鑄機出坯
精煉期:鍊鋼過程通過造渣和其他方法把對鋼的質量有害的一些元素和化合物,經化學反應選入氣相或排、浮入渣中,使之從鋼液中排除的工藝操作期。

鍊鋼還原期

還原期:普通功率電弧爐鍊鋼操作中,通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時間稱為還原期。其主要任務是造還原渣進行擴散、脱氧、脱硫、控制化學成分和調整温度。高功率和超功率電弧爐鍊鋼操作已取消還原期。

鍊鋼爐外精煉

鍊鋼車間 鍊鋼車間
爐外精煉:將鍊鋼爐(轉爐、電爐等)中初煉過的鋼液移到另一個容器中進行精煉的鍊鋼過程,也叫二次冶金。鍊鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進行。初煉:爐料在氧化性氣氛的爐內進行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精煉:將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進行脱氣、脱氧、脱硫,去除夾雜物和進行成分微調等。將鍊鋼分兩步進行的好處是:可提高鋼的質量,縮短冶煉時間,簡化工藝過程並降低生產成本。爐外精煉的種類很多,大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理方式的不同,又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。

鍊鋼鋼液攪拌

鋼液攪拌:爐外精煉過程中對鋼液進行的攪拌。它使鋼液成分和温度均勻化,並能促進冶金反應。多數冶金反應過程是相界面反應,反應物和生成物的擴散速度是這些反應的限制性環節。鋼液在靜止狀態下,其冶金反應速度很慢,如電爐中靜止的鋼液脱硫需30~60分鐘;而在爐精煉中採取攪拌鋼液的辦法脱硫只需3~5分鐘。鋼液在靜止狀態下,夾雜物上浮除去,排除速度較慢;攪拌鋼液時,夾雜物的除去速度按指數規律遞增,並與攪拌強度、類型和夾雜物的特性、濃度有關。

鍊鋼鋼包喂絲

鋼包喂絲:通過喂絲機向鋼包內喂入用鐵皮包裹的脱氧、脱硫及微調成分的粉劑,如Ca-Si粉、或直接喂入鋁線、碳線等對鋼水進行深脱硫、鈣處理以及微調鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態的功能。

鍊鋼事後處理

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鍊鋼鋼包處理

轉爐鍊鋼 轉爐鍊鋼
鋼包處理:鋼包處理型爐外精煉的簡稱。其特點是精煉時間短(約10~30分鐘),精煉任務單一,沒有補償鋼水温度降低的加熱裝置,工藝操作簡單,設備投資少。它有鋼水脱氣、脱硫、成分控制和改變夾雜物形態等裝置。如真空循環脱氣法(RH、DH),鋼包真空吹氬法(Gazid),鋼包噴粉處理法(IJ、TN、SL)等均屬此類。

鍊鋼鋼包精煉

鋼包精煉:鋼包精煉型爐外精煉的簡稱。其特點是比鋼包處理的精煉時間長(約60~180分鐘),具有多種精煉功能,有補償鋼水温度降低的加熱裝置,適於各類高合金鋼和特殊性能鋼種(如超純鋼種)的精煉。真空吹氧脱碳法(VOD)、真空電弧加熱脱氣法(VAD)、鋼包精煉法(ASEA-SKF)、封閉式吹氬成分微調法(CAS)等,均屬此類;與此類似的還有氬氧脱碳法(AOD)。

鍊鋼氣體處理

惰性氣體處理:向鋼液中吹入惰性氣體Ar,這種氣體本身不參與冶金反應,但從鋼水中上升的每個小氣泡都相當於一個“小真空室”(氣泡中H2、N2、CO的分壓接近於零),具有“氣洗”作用。爐外精煉法生產不鏽鋼的原理,就是應用不同的CO分壓下碳鉻和温度之間的平衡關係。用惰性氣體加氧進行精煉脱碳,可以降低碳氧反應中CO分壓,在較低温度的條件下,碳含量降低而鉻不被氧化。

鍊鋼預合金化

預合金化:向鋼液加入一種或幾種合金元素,使其達到成品鋼成分規格要求的操作過程稱為合金化。多數情況下脱氧和合金化是同時進行的,加入鋼中的脱氧劑一部分消耗於鋼的脱氧,轉化為脱氧產物排出;另一部則為鋼水所吸收,起合金化作用。在脱氧操作未全部完成前,與脱氧劑同時加入的合金被鋼水吸收所起到的合金化作用稱為預合金化。

鍊鋼成分控制

成分控制:保證成品鋼成分全部符合標準要求的操作。成分控制貫穿於從配料到出鋼的各個環節,但重點是合金化時對合金元素成分的控制。對優質鋼往往要求把成分精確地控制在一個狹窄的範圍內;一般在不影響鋼性能的前提下,按中、下限控制。

鍊鋼增硅

增硅:吹煉終點時,鋼液中含硅量極低。為達到各鋼號對硅含量的要求,必須以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧劑消耗部分外,還使鋼液中的硅增加。增硅量要經過準確計算,不可超過吹煉鋼種所允許的範圍。

鍊鋼終點控制

終點控制:氧氣轉爐鍊鋼吹煉終點(吹氧結束)時使金屬的化學成分和温度同時達到計劃鋼種出鋼要求而進行的控制。終點控制有增碳法和拉碳法兩種方法。

鍊鋼出鋼

出鋼:鋼液的温度和成分達到所鍊鋼種的規定要求時將鋼水放出的操作。出鋼時要注意防止熔渣流入鋼包。用於調整鋼水温度、成分和脱氧用的添加劑在出鋼過程中加入鋼包或出鋼流中也叫脱氧合金化。

鍊鋼鍊鋼歷史

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中國是世界上最早生產鋼的國家之一。考古工作者曾經在湖南長沙楊家山春秋晚期的墓葬中發掘出一把銅格“鐵劍”,通過金相檢驗,結果證明是鋼製的。這是迄今為止我們見到的中國最早的鋼製實物。它説明從春秋晚期起中國就有鍊鋼生產了,鍊鋼生產在中國已有2500多年的歷史。

鍊鋼鍊鋼技術

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1.鍊鋼安全生產的主要特點
鐵水中含有C、S、P等雜質,影響鐵的強度和脆性等,需要對鐵水進行再冶煉,以去除上述雜質,並加入Si、Mn等,調整其成分。對鐵水進行重新冶煉以調整其成分的過程叫作鍊鋼。
鍊鋼的主要原料是含炭較高的鐵水或生鐵以及廢鋼鐵。為了去除鐵水中的雜質,還需要向鐵水中加入氧化劑、脱氧劑和造渣材料,以及鐵合金等材料,以調整鋼的成分。含炭較高的鐵水或生鐵加入鍊鋼爐以後,經過供氧吹煉、加礦石、脱炭等工序,將鐵水中的雜質氧化除去,最後加入合金,進行合金化,便得到鋼水。鍊鋼爐有平爐、轉爐和電爐3種,平爐鍊鋼法因能耗高、作業環境差已逐步淘汰。轉爐和平爐鍊鋼是先將鐵水裝入混鐵爐預熱,將廢鋼加入轉爐或平爐內,然後將混鐵爐內的高温鐵水用混鐵車兑入轉爐或平爐,進行融化與提温,當温度合適後,進入氧化期。電爐鍊鋼是在電爐爐鋼內全部加入冷廢鋼,經過長時間的熔化與提温,再進入氧化期。
(1)融化過程。鐵水及廢鋼中含有C、Mn、Si、P、S等雜質,在低温融化過程中,C、Si、P、S被氧化,即使單質態的雜質變為化合態的雜質,以利於後期進一步去除雜質。氧來源於爐料中的鐵鏽(成分為Fe2O3·2H2O)、氧化鐵皮、加入的鐵礦石以及空氣中的氧和吹氧。各種雜質的氧化過程是在爐渣與鋼液的界面之間進行的。
(2)氧化過程。氧化過程是在高温下進行的脱炭、去磷、去氣、去雜質反應。
(3)脱氧、脱硫與出鋼。氧化末期,鋼中含有大量過剩的氧,通過向鋼液中加入塊狀或粉狀鐵合金或多元素合金來去除鋼液中過剩的氧,產生的有害氣體CO隨爐氣排出,產生的爐渣可進一步脱硫,即在最後的出鋼過程中,渣、鋼強烈混合沖洗,增加脱硫反應。
(4)爐外精煉。從鍊鋼爐中冶煉出來的鋼水含有少量的氣體及雜質,一般是將鋼水注入精煉包中,進行吹氬、脱氣、鋼包精煉等工序,得到較純淨的鋼質。
(5)澆鑄。從鍊鋼爐或精煉爐中出來的純淨的鋼水,當其温度合適、化學成分調整合適以後,即可出鋼。鋼水經過鋼水包脱入鋼錠模或連續鑄鋼機內,即得到鋼錠或連鑄坯。
澆注分為模鑄和連鑄兩種方式。模鑄又分為上鑄法和下鑄法兩種。上鑄法是將鋼水從鋼水包通過鑄模的上口直接注入模內形成鋼錠。下注法是將鋼水包中的鋼水澆人中注管、流鋼磚,鋼水從鋼錠模的下口進人模內。鋼水在模內凝固即得到鋼錠。鋼錠經過脱保温帽送入軋鋼廠的均熱爐內加熱,然後將鋼錠模等運回鍊鋼廠進行整模工作。
連鑄是將鋼水從鋼水包澆入中間包,然後再澆入潔淨器中。鋼液通過激冷後由拉坯機按一定速度拉出結晶器,經過二次冷卻及強迫冷卻,待全部冷卻後,切割成一定尺寸的連鑄坯,最後送往軋鋼車間。
2.鍊鋼生產的主要安全技術
(1)彎頭或變徑管燃爆事故的預防。氧槍上部的氧管彎道或變徑管由於流速大,局部阻力損失大,如管內有渣或脱脂不乾淨時,容易誘發高純、高壓、高速氧氣燃爆。應通過改善設計、防止急彎、減慢流速、定期吹管、清掃過濾器、完善脱脂等手段來避免事故的發生。
(2)回火燃爆事故的防治。低壓用氧導致氧管負壓、氧槍噴孔堵塞,都易由高温熔池產生的燃氣倒罐回火,發生燃爆事故。因此,應嚴密監視氧壓。多個爐子用氧時,不要搶着用氧,以免造成管道回火。
(3)汽阻爆炸事故的預防。因操作失誤造成氧槍回水不通,氧槍積水在熔池高温中汽化,阻止高壓水進入。當氧槍內的蒸氣壓力高於槍壁強度極限時變發生爆炸。
3、廢鋼與拆爐爆破安全技術
(1)爆破可能出現的危害:爆炸地震波;爆炸衝擊波;碎片和飛塊的危害;噪聲。
(2)安全對策:一是重型廢鋼爆破。廢鋼必須在地下爆破坑內進行,爆破坑強度要大,並有泄壓孔,泄壓孔周圍要設立柱擋牆;二是拆爐爆破,限制裝藥量,控制爆破能量;三是採取必要的防治措施。
4、鋼、鐵、渣灼傷防護技術
鐵、鋼、渣液的温度很高,熱輻射很強,又易於噴濺,加上設備及環境的温度很高,極易發生灼傷事故。
(1)灼傷及其發生的原因:設備遺漏,如鍊鋼爐、鋼水罐、鐵水罐、混鐵爐等滿溢;鐵、鋼、渣液遇水發生的物理化學爆炸及二次爆炸;過熱蒸汽管線穿漏或裸露;改變平爐爐膛的火焰和廢氣方向時噴出熱氣或火焰;違反操作規程。
(2)安全對策:定期檢查、檢修鍊鋼爐、鋼水罐、鐵水罐、混鐵爐等設備;改善安全技術規程,並嚴格執行;搞好個人防護;容易漏氣的法蘭、閥門要定期更換。
5、鍊鋼廠起重運輸作業安全技術
鍊鋼過程中所需要的原材料、半成品、成品都需要起重設備和機車進行運輸,運輸過程中有很多危險因素。
(1)存在的危險:起吊物墜落傷人;起吊物相互碰撞;鐵水和鋼水傾翻傷人;車輛撞人。
(2)安全對策:廠房設計時考慮足夠的空間;革新設備,加強維護;提高工人的操作水平;嚴格遵守安全生產規程。
6、鍊鋼生產事故預防措施和技術
(1)鍊鋼廠房的安全要求。應考慮鍊鋼廠房的結構能夠承受高温輻射;具有足夠的強度和剛度,能承受鋼水包、鐵水包、鋼錠和鋼坯等載荷和碰撞而不會變形;有寬敞的作業環境,通風采光良好,有利於散熱和排放煙氣,要充分考慮人員作業時的安全要求。
(2)防爆安全措施。鋼水、鐵水、鋼渣以及鍊鋼爐爐底的熔渣都是高温熔融物,與水接觸就會發生爆炸。當1 kg水完全變成蒸汽後,其體積要增大約1500倍,破壞力極大。鍊鋼廠因為熔融物遇水爆炸的情況主要有:轉爐、平爐氧槍,轉爐的煙罩,連鑄機的結晶器的高、中壓冷卻水大漏,穿透熔融物而爆炸;鍊鋼爐、精煉爐、連鑄結晶器的水冷件因為回水堵塞,造成繼續受熱而引起爆炸;鍊鋼爐、鋼水罐、鐵水罐、中間罐、渣罐漏鋼、漏渣及傾翻時發生爆炸;往潮濕的鋼水罐、鐵水罐、中間罐、渣罐中盛裝鋼水、鐵水、液渣時發生爆炸;向有潮濕廢物及積水的罐坑、渣坑中放熱罐、放渣、翻渣時引起的爆炸;向鍊鋼爐內加入潮濕料時引起的爆炸;鑄鋼系統漏鋼與潮濕地面接觸發生爆炸。防止熔融物遇水爆炸的主要措施是,對冷卻水系統要保證安全供水,水質要淨化,不得泄漏;物料、容器、作業場所必須乾燥。
參考資料