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電爐煉鋼工藝

【本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)】本章學(xué)習(xí)電爐煉鋼的配料計(jì)算,裝料方法及操作,電爐熔化期、氧化期、還原期的任務(wù)及其操作,出鋼操作等。

   
電爐煉鋼,主要是指電弧爐煉鋼,是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)特殊鋼的主要方法。目前,世界上90%以上的電爐鋼是電弧爐生產(chǎn)的,還有少量電爐鋼是由感應(yīng)爐、電渣爐等生產(chǎn)的。通常所說(shuō)的電弧爐,是指堿性電弧爐。
電弧爐主要是利用電極與爐料之間放電產(chǎn)生電弧發(fā)出的熱量來(lái)煉鋼。其優(yōu)點(diǎn)是:(1)熱效率高,廢氣帶走的熱量相對(duì)較少,其熱效率可達(dá)65%以上。
2)溫度高,電弧區(qū)溫度高達(dá)3000℃以上,可以快速熔化各種爐料。
3)溫度容易調(diào)整和控制,可以滿足冶煉不同鋼種的要求。
4)爐內(nèi)氣氛可以控制,可去磷、硫,還可脫氧。
5)設(shè)備簡(jiǎn)單,占地少,投資省。

第一節(jié)           冶煉方法的分類

   
根據(jù)爐料的入爐狀態(tài)分,有熱裝和冷裝兩種。熱裝沒(méi)有熔化期,冶煉時(shí)間短,生產(chǎn)率高,但需轉(zhuǎn)爐或其他形式的混鐵爐配合;冷裝主要使用固體鋼鐵料或海綿鐵等。根據(jù)冶煉過(guò)程中的造渣次數(shù)分,有單渣法和雙渣法。根據(jù)冶煉過(guò)程中用氧與不用氧來(lái)分,有氧化法和不氧化法。氧化法多采用雙渣冶煉,但也有采用單渣冶煉的,如電爐鋼的快速冶煉,而不氧化法均采用單渣冶煉。此外,還有返回吹氧法。根據(jù)氧化期供氧方式的不同,有礦石氧化法、氧氣氧化法和礦、氧綜合氧化法及氬氧混吹法。
   
冶煉方法的確定主要取決于爐料的組成以及對(duì)成品鋼的質(zhì)量要求,下面我們扼要介紹幾種冶煉方法:
    (1)
氧化法。氧化法冶煉的特點(diǎn)是有氧化期,在冶煉過(guò)程中采用氧化劑用來(lái)氧化鋼液中的Si、Mn、P等超規(guī)格的元素及其他雜質(zhì)。因此,該法雖是采用粗料卻能冶煉出高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,所以應(yīng)用極為廣泛。缺點(diǎn)是冶煉時(shí)間長(zhǎng),易氧化元素?zé)龘p大。
    (2)
不氧化法。不氧化法冶煉的特點(diǎn)是沒(méi)有氧化期,一般全用精料,如本鋼種或類似本鋼種返回廢鋼以及軟鋼等,要求磷及其他雜質(zhì)含量越低越好,配入的合金元素含量應(yīng)進(jìn)入或接近于成品鋼規(guī)格的中限或下限。不氧化法冶煉可回收大量貴重合金元素和縮短冶煉時(shí)間。在缺少本鋼種或類似本鋼種返回廢鋼時(shí),爐料中可配入鐵合金,這種冶煉方法又叫做裝入法,用字表示,多用于冶煉高合金鋼等鋼種上。
   
不氧化法冶煉如果不采取其他有效措施相配合,則成品鋼中的氫、氮含量容易偏高。為了消除這種缺點(diǎn),從而出現(xiàn)了返回吹氧法。
    (3)
返回吹氧法。返回吹氧法簡(jiǎn)稱返吹法,用字表示。該法主要使用返回廢鋼并在冶煉過(guò)程中用氧氣進(jìn)行稍許的氧化沸騰,既可有利于回收貴重的合金元素,又能降低鋼中氫、氮及其他雜質(zhì)的含量。因此,該法多用于冶煉鉻鎳鎢或鉻鎳不銹鋼等鋼種。
    (4)
氬氧混吹法。爐料全熔后,按比例將混合好的氬、氧氣體從爐門或從爐底吹入,即相當(dāng)于一臺(tái)電爐又帶一臺(tái)AOD精煉爐。該法主要用于不銹鋼的冶煉上,特點(diǎn)是鉻的回收率高,成本低,操作靈活簡(jiǎn)便,且鋼的質(zhì)量好。

第二節(jié)     

   
配料的首要任務(wù)是保證冶煉的順利進(jìn)行??茖W(xué)的配料既要準(zhǔn)確,又要合理地使用鋼鐵料,同時(shí)還要確??s短冶煉時(shí)間、節(jié)約合金材料并降低金屬及其他輔助材料的消耗。
   
一、對(duì)配料的基本要求
    1
.準(zhǔn)確配料
   
一般是根據(jù)冶煉的鋼種、設(shè)備條件、現(xiàn)有的原材料和不同的冶煉方法進(jìn)行配料。配料的準(zhǔn)確性包括爐料重量及配料成分兩個(gè)方面。配料重量不準(zhǔn),容易導(dǎo)致冶煉過(guò)程化學(xué)成分控制不當(dāng)或造成鋼錠缺支短尺廢品,也可能出現(xiàn)過(guò)量的注余增加消耗。爐料化學(xué)成分配得不準(zhǔn),會(huì)給冶煉操作帶來(lái)極大的困難,嚴(yán)重時(shí)將使冶煉無(wú)法進(jìn)行。以氧化法冶煉為例,如配碳量過(guò)高,會(huì)增加礦石用量或延長(zhǎng)用氧時(shí)間;配碳量過(guò)低,熔清后勢(shì)必進(jìn)行增碳;配入不氧化元素的含量如果高于冶煉鋼種的規(guī)格,需加入其他金屬料撤掉多余的含量或進(jìn)行改鋼處理,既延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間,降低了爐襯的使用壽命,增加了各種原材料的消耗,又影響鋼的質(zhì)量,如果配得過(guò)高而又無(wú)其他鋼種可更改時(shí),只有終止冶煉。為了杜絕以上情況的發(fā)生,配料前掌握有關(guān)鋼鐵料及鐵合金的化學(xué)成分是十分必要的。
實(shí)際上,影響配料準(zhǔn)確性的因素較多,除與計(jì)劃、計(jì)算及計(jì)量有關(guān)外,還與收得率、爐體情況、鋼鐵料及鐵合金的科學(xué)管理、裝料工和煉鋼工的操作水平等有關(guān)。
2
.鋼鐵料的使用原則
鋼鐵料的使用原則主要應(yīng)考慮冶煉方法、裝料方法、鋼種的化學(xué)成分以及產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量的要求等。根據(jù)冶煉方法的不同特點(diǎn)使用鋼鐵料,鋼鐵料的化學(xué)成分必須符合冶煉鋼種的需要。氧化法有較好的脫磷、去氣、除夾雜的能力,應(yīng)多使用普通的粗料;返吹法和不氧化法因脫磷、去氣、除夾雜能力不強(qiáng),但能回收貴重的合金元素,所以應(yīng)盡量使用優(yōu)質(zhì)的返回精料。由于對(duì)軸承鋼、曲軸鋼以及高標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)鋼等的質(zhì)量與使用性能要求較高,無(wú)論采用何種方法冶煉,最好多用一些精料。
此外,在配料時(shí),還應(yīng)預(yù)先掌握鋼鐵料的塊度和單位體積重量。一般爐料中應(yīng)配入大塊料30%~40%、中塊料40%~50%、小塊料或輕薄鐵15%~25%。當(dāng)然,料源不好或采用爐外精煉時(shí),輕薄雜鐵也可多配。人工裝料時(shí),鋼鐵料的塊度及重量必須與爐門的尺寸和人力相適應(yīng),輕薄料也不宜過(guò)多,以免延長(zhǎng)裝料時(shí)間。爐頂機(jī)械裝料時(shí),由于采用機(jī)械設(shè)備且能充分利用熔煉室空間,可使用較大的重料及較多的輕薄料。

l2-1常見(jiàn)鋼種的密度系數(shù)

  
二、配料計(jì)算公式
1
.爐料成分的配定原則
配料過(guò)程中,爐料化學(xué)成分的配定主要考慮鋼種規(guī)格成分、冶煉方法、元素特性及工藝的具體要求等。具體為:
(1)
碳的配定。爐料中碳的配定主要考慮鋼種規(guī)格成分、熔化期碳的燒損及氧化期的脫碳量,還應(yīng)考慮還原期補(bǔ)加合金和造渣制度對(duì)鋼液的增碳。熔化期碳元素的燒損與助熔方式有關(guān),可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的具體條件,總結(jié)固有規(guī)律,一般波動(dòng)在060%左右。氧化期的脫碳量應(yīng)根據(jù)工藝的具體要求而定,對(duì)于新?tīng)t時(shí)的第一爐,脫碳量應(yīng)大于040%。不氧化法碳的配定應(yīng)保證全熔碳位于鋼種規(guī)格要求的下限附近。
(2)
硅的配定。在一般情況下,氧化法冶煉鋼鐵料的硅主要是由生鐵和廢鋼帶入,全熔后的硅不應(yīng)大于030%,以免延緩熔池的沸騰時(shí)間。返吹法冶煉為了提高合金元素的收得率,根據(jù)工藝要求可配入硅廢鋼或硅鐵,但也不宜超過(guò)10%以上,對(duì)于特殊情況也可不配。
(3)
錳的配定。用氧化法冶煉的鋼種,如錳的規(guī)格含量較高,配料時(shí)一般不予以考慮;如錳的規(guī)格含量較低,配料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制,盡量避免煉鋼工進(jìn)行脫錳操作。對(duì)于一些用途重要的鋼種,為了使鋼中的非金屬夾雜物能夠充分上浮,熔清后鋼液中的錳含量不應(yīng)低于020%,但也不宜過(guò)高,以免影響熔池的沸騰及脫磷。由于不氧化法或返吹法冶煉脫錳操作困難,因此配錳量不得超過(guò)鋼種規(guī)格的中限。高速鋼中錳影響鋼的晶粒度,配入量應(yīng)越低越好。
    (4)
鉻的配定。用氧化法冶煉的鋼種,鋼中的鉻含量應(yīng)盡可能的低。冶煉高鉻鋼時(shí),配鉻量不氧化法按出鋼量的中下限控制,返吹法則低于下限。
    (5)
鎳、鉬元素的配定。鋼中鎳、鉬含量較高時(shí),鎳、鉬含量按鋼種規(guī)格的中下限配入,并同爐料一起裝爐。冶煉無(wú)鎳鋼時(shí),鋼鐵料中的鎳含量應(yīng)低于該鋼種規(guī)定的殘余成分。高速鋼中的鎳對(duì)硬度有害無(wú)利,因此要求殘余含量越低越好。
    (6)
鎢的配定。鎢是弱還原劑,在鋼的冶煉過(guò)程中,因用氧方式的不同而有不同的損失。礦石法冶煉,任何鋼種均不人為配鎢,且要求殘余鎢越低越好。不氧化法和返吹法冶煉時(shí),應(yīng)按鋼種規(guī)格含量的中下限配入,并同爐料一起裝爐。許多鎢鋼中的鉬在成分上可代替部分鎢,配料過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)加注意。
    (7)
刷鍋鋼種爐料成分的配定原則。在電爐煉鋼車間,在冶煉含CrNi、M0、WMn 等高合金鋼結(jié)束后,接著需冶煉l2爐含同種元素含量相應(yīng)較低的合金鋼,對(duì)上一爐使用的爐襯和鋼包進(jìn)行清洗,這樣的鋼種被稱為刷鍋鋼種。刷鍋鋼種如采用返吹法冶煉,被刷元素的含量應(yīng)低于該鋼種規(guī)格下限的020%~050%;如用氧化法冶煉,被刷元素的含量還要低一些。另外,出鋼溫度越高的鋼種,被刷元素的含量應(yīng)配得越低。
    (8)
磷、硫的配定。除磷、硫鋼外,一般鋼中的磷、硫含量均是配得越低越好,但顧及鋼鐵料的實(shí)際情況,在配料過(guò)程中,磷、硫含量的配定小于工藝或規(guī)程要求所允許的值即可。
    (9)
鋁、鈦的配定。在電爐鋼冶煉中,除鎳基合金外,鋁、鈦元素的燒損均較大,因此無(wú)論采用何種方法冶煉,一般都不人為配入。
(10)
銅的配定。在鋼的冶煉過(guò)程中,銅無(wú)法去除,且鋼中的銅在氧化氣氛中加熱時(shí)存在著選擇性的氧化,影響鋼的熱加工質(zhì)量,因此一般鋼中的銅含量應(yīng)配得越低越好,而銅鋼中的銅多隨用隨加。

2
.配料計(jì)算公式
   
出鋼量
   
出鋼量=產(chǎn)量+湯道量+中注管鋼量+注余量
   
產(chǎn)量=標(biāo)準(zhǔn)鋼錠(鋼坯)單重×支數(shù)×相對(duì)密度系數(shù)
   
湯道量=標(biāo)準(zhǔn)湯道單重×根數(shù)×相對(duì)密度系數(shù)
   
中注管鋼量=標(biāo)準(zhǔn)中注管單重×根數(shù)×相對(duì)密度系數(shù)
   
注余量是澆注帽口充填后的剩余鋼水量,一般為出鋼量的05%~l5%。對(duì)于容量小、澆注盤數(shù)多、生產(chǎn)小錠時(shí),取上限值;反之取下限值。
配料過(guò)程中,不可不考慮鋼的相對(duì)密度系數(shù)。  
裝入量

爐料綜合收得率是根據(jù)爐料中雜質(zhì)和元素?zé)龘p的總量而確定的,燒損越大,配比越高,綜合收得率越低。
   
爐料綜合收得率=∑各種鋼鐵料配料比×各種鋼鐵料收得率+∑各種鐵合金加入比例×各種鐵合金收得率
鋼鐵料的收得率一般分為三級(jí)。
一級(jí)鋼鐵料的收得率按98%考慮,主要包括返回廢鋼、軟鋼、平鋼、洗爐鋼、鍛頭、生鐵以及中間合余料等,這級(jí)鋼鐵料表面無(wú)銹或少銹。
二級(jí)鋼鐵料的收得率按94%考慮,主要包括低質(zhì)鋼、鐵路建筑廢器材、彈簧鋼、車輪等。
三級(jí)鋼鐵料的收得率波動(dòng)較大,一般按85%~90%考慮,主要包括輕薄雜鐵、鏈板、渣鋼鐵等,這級(jí)鋼鐵料表面銹蝕嚴(yán)重,灰塵雜質(zhì)較多。
對(duì)于新?tīng)t襯(第一爐),因鎂質(zhì)耐火材料吸附鐵的能力較強(qiáng),鋼鐵料的收得率更低,一般還需多配裝入量的l%左右。
配料量
配料量=裝入量鐵合金總補(bǔ)加量礦石進(jìn)鐵量

礦石進(jìn)鐵量=礦石加入量×礦石含鐵量×鐵的收得率
礦石的加入量一般按出鋼量的4%算,如果鐵合金的總補(bǔ)加量較大,需在出鋼量中扣除鐵合金的總補(bǔ)加量,然后再計(jì)算礦石進(jìn)鐵量。礦石中的鐵含量約為50%~60%,鐵的收得率按80%考慮,非氧化法冶煉因不用礦石,故無(wú)此項(xiàng)。
各種材料配料量
各種材料配料量=配料量×各種材料配料比

   
三、配料計(jì)算舉例
   
1  用礦石氧化法冶煉38CrMoAl鋼,澆注一盤3.2t鋼錠6支,每根湯道重20kg,中注管鋼重l20kg,注余重l50kg,其他已知條件如下:
   
爐中殘余錳量為010%,殘余鉻量為015%,殘余鉬量為001%。
   
控制規(guī)格成分:C038%、Mn045%、Crl55%、M0020%、Al090%。
   
鉻鐵含鉻量為65%,收得率為96%;錳鐵含錳量為60%,收得率為98%;鉬鐵含鉬量為70%,收得率為98%;鋁錠含鋁量為98%,收得率為75%。
    C
生為400%,C返為030%,C雜為010%,爐料綜合收得率為96%,38CrMoAl的相對(duì)密度系數(shù)為09872,礦石的鐵含量為60%。當(dāng)配碳量為080%時(shí),求配料量和配料組成
   
解:(1)出鋼量=(3200×6+20×6+120+150) ×0.9872
=19339.25(kg)
(2) (kg)
(3)
配料量:
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
鐵合金總補(bǔ)加量=11511+43389+5356+23681
=839.37(kg)
礦石進(jìn)鐵量=(19339.25-839.37)×4×60×80
=355
20(kg)
配料量=20145O5=839.37—355.20
=18950.48(kg)
    (4)
配料組成:
   
令雜鐵配比為20%,則:
   
雜鐵配入量=l8950.48×20=3790.10(kg)


=2765.5(kg)
返回廢鋼配入量=l8950.48-3790.10-2765.75
=12394.63(kg)
  
第三節(jié)   裝料方法及操作

裝料操作是電爐冶煉過(guò)程中重要的一環(huán),它對(duì)爐料的熔化、合金元素的燒損以及爐襯的使用壽命等都有很大的影響。
   
一、裝料方法
電爐煉鋼最常見(jiàn)的是冷裝料,而冷裝按鋼鐵料的入爐方式不同可分為人工裝料和機(jī)械裝料;機(jī)械裝料因采用設(shè)備不同又分為料槽、料斗、料筐裝料等多種。目前,廣泛采用的還是料筐頂裝料。其裝料過(guò)程是:將爐料按一定要求裝在用鐵鏈銷住底部的料筐中。裝料時(shí),先抬起爐蓋,并將其旋轉(zhuǎn)到爐子的后側(cè)或?qū)t體開(kāi)出;然后再用天車將料筐從爐頂?shù)跞霠t內(nèi),而后拉開(kāi)銷子卸料入爐。
   
人工裝料多用于公稱容量小于3t的電爐,缺點(diǎn)是裝料時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)率低,熱量損失大,電能消耗高,勞動(dòng)強(qiáng)度大且爐料的塊度和單重受爐門尺寸及人的體力限制。
料槽或料斗裝料雖能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,能彌補(bǔ)人工裝料的一些缺點(diǎn),但裝料時(shí)間仍較長(zhǎng),且易剮碰爐門。
料筐頂裝料是目前最理想的裝料方法,爐料入爐速度快,只需35min就可完成,熱量損失小,節(jié)約電能,能提高爐襯的使用壽命,還能充分利用熔煉室的空間。另外,料筐中的料可在原料跨間或貯料場(chǎng)上提前裝好,時(shí)間充裕、布料合理,裝入爐內(nèi)的爐料仍能保持它在料筐中的布料位置,如爐料質(zhì)量好,一次即可完成裝料。
   
二、對(duì)裝料的要求
為了縮短時(shí)間,保證合金元素的收得率,降低電耗和提高爐襯的使用壽命,裝料時(shí)要求做到:準(zhǔn)確無(wú)誤、快速入爐、裝得致密、布料合理。操作時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
    (1)
防止錯(cuò)裝。首先是原料工段裝料時(shí),要嚴(yán)格按配料單進(jìn)行裝料,嚴(yán)禁裝錯(cuò)爐料;其次是爐前吊筐時(shí),要認(rèn)真檢查隨料筐單的爐號(hào)、冶煉鋼種及冶煉方法等與爐前的生產(chǎn)計(jì)劃單是否相符,防止吊錯(cuò)料筐。
    (2)
快速裝料。剛出完鋼時(shí),爐膛溫度高達(dá)1500℃以上,但此時(shí)散熱很快,幾分鐘內(nèi)便可降到800℃以下。因此應(yīng)預(yù)先做好裝料前的準(zhǔn)備工作,進(jìn)行必要的補(bǔ)爐之后快速將爐料裝入爐內(nèi),以便充分利用爐內(nèi)的余熱,這對(duì)于加速爐料熔化、降低電耗等有很大意義。
    (3)
合理布料。合理布料包括以下兩方面的含義:
   
首先,各種爐料的搭配要合理。裝入爐內(nèi)的爐料要足夠密實(shí),以保證一次裝完;同時(shí),增加爐料的導(dǎo)電性,以加速熔化。為此,必須大、中、小料合理搭配。一般料塊重量小于lOkg的為小料,l025kg的為中料,大于50kg而小于爐料總重五十分之一的為大料。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),合理的配比是小料占l5%~20%,中料占40%~50%,大料占40%。
   
其次,各種爐料的分布要合理。根據(jù)電爐內(nèi)溫度分布的特點(diǎn),各種爐料在爐內(nèi)亦即筐內(nèi)的合理位置是:底部裝一些小料,用量為小料總量的一半,以緩沖裝料時(shí)對(duì)爐底的沖擊,同時(shí)有利于盡早在爐底形成熔池;然后在料筐的下部中心裝全部大料,此處溫度高,有利于大料的熔化,同時(shí)還可防止電極在爐底尚未積存足夠深的鋼液前降至爐底而燒壞爐襯;在大料之間填充小料,以保證爐料密實(shí);中型爐料裝在大料的上面及四周;最上面放上剩余的小料,以便送電后電極能很快穿井,埋弧于爐料之中,減輕電弧對(duì)爐蓋的熱輻射。如果爐料中配有生鐵,應(yīng)裝在大料的上面或電極下面,以便利用它的滲碳作用降低大料的熔點(diǎn),加速其熔化。若爐料中配有合金,熔點(diǎn)高的鎢鐵、鉬鐵等應(yīng)裝在電弧周圍的高溫區(qū),但不能在電弧的正下方;高溫下易揮發(fā)的鐵合金如錳鐵、鎳板等應(yīng)裝在高溫區(qū)以外,即靠近爐坡處,以減少其揮發(fā)損失;容易增碳的鉻鐵合金也不要直接放在電極下面。
    (4)
保護(hù)爐襯。裝料時(shí),還應(yīng)盡量減輕爐料對(duì)爐襯的損害。為此,裝料前,在爐底上先鋪一層為爐料重量l.5%~2.0%的石灰,以緩解爐料的沖擊;同時(shí),爐底鋪石灰還可以提前造渣,有利于早期去磷、加速升溫和鋼液的吸氣等。卸料時(shí),料筐的底部與爐底的距離在滿足操作的條件下盡量小些,一般為200300mm左右。

第四節(jié)  爐料入爐與送電

   
一、爐料入爐
   
料筐頂裝料要有專人指揮,抽爐或旋轉(zhuǎn)爐蓋時(shí),爐蓋要完全抬起,電極要升到頂點(diǎn)且下端脫離爐膛、以防剮壞爐蓋或電極,同時(shí)又要求電極下端不許超出爐蓋的水冷圈或絕緣圈,避免搖晃擺動(dòng)時(shí)將電極折斷而滾落到它處砸壞設(shè)備或砸傷人。爐膛裸露后,應(yīng)迅速將料筐吊入爐內(nèi)的中心位置,不得過(guò)高、過(guò)偏與過(guò)低。過(guò)高容易砸壞爐底,且吊車震動(dòng)大;過(guò)偏將使?fàn)t料在爐中布局偏倚,抬料筐時(shí)也容易帶剮爐壁;過(guò)低易粘壞料筐的鏈板。
   
采用留鋼留渣操作時(shí),裝料時(shí)應(yīng)多墊些雜鐵,并允許料筐抬得略高些。對(duì)于多次裝料,每次均要切電,因爐內(nèi)存有大量的鋼液,料筐應(yīng)抬得再高些,這樣既可避免粘壞料筐,又可減少火焰與鋼液的任意噴射與飛濺,同時(shí)還要防止爆炸,潮濕的爐料嚴(yán)禁裝入多次裝料的料筐中。
   
爐料入爐后,對(duì)于過(guò)高的爐料應(yīng)壓平或吊出,以免影響抽爐或爐蓋的旋轉(zhuǎn)與扣合。
   
二、送電
   
爐料入爐后并在送電前,電爐煉鋼工和設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)對(duì)爐蓋、電極、水冷系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣設(shè)備等進(jìn)行檢查,如發(fā)現(xiàn)故障要及時(shí)處理,以免在冶煉過(guò)程中造成停工;還應(yīng)檢查爐料與爐門或水冷系統(tǒng)是否接觸,如有接觸要立即排除,以免送電后被擊穿。
如電極不夠長(zhǎng)時(shí),最好在送電前更換,以利于一次穿井成功。在冶煉低碳高合金鋼時(shí)應(yīng)注意電極的接尾或接頭,如發(fā)現(xiàn)不牢固或有毛刺要打掉,避免冶煉過(guò)程中增碳。新?lián)Q電極下端應(yīng)無(wú)泥土或其他絕緣物質(zhì),以免影響起弧。當(dāng)完成上述工作并確認(rèn)無(wú)誤后,方可正常送電轉(zhuǎn)入熔化期。


第五節(jié) 熔化期及其操作

   
熔化期的主要任務(wù)是在保證爐體壽命的前提下,以最少的電耗將固體爐料迅速熔化為均勻的液體。在這同時(shí),爐中還伴隨著發(fā)生一些物化反應(yīng),如去除鋼液中的大部分磷和其他雜質(zhì)以及減少或限制鋼液的吸氣與元素的揮發(fā)等。此外,有目的的升高熔池溫度,為下一階段冶煉的順利進(jìn)行創(chuàng)造條件,也是熔化期的另一重要任務(wù)。
傳統(tǒng)的電爐煉鋼熔化期約占全爐冶煉時(shí)間的一半,電能消耗占總電耗的50%~60%。因此,快速化料,縮短冶煉時(shí)間,對(duì)改善電爐煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有很大的實(shí)際意義,這也是電爐煉鋼工作者長(zhǎng)期研究的又一課題。

   
一、  爐料的熔化過(guò)程
送電開(kāi)始后,就是熔化期的開(kāi)始,爐料的熔化過(guò)程大體上分為如圖12—1所示的四個(gè)階段。


     
12─1  爐料熔化過(guò)程示意圖
a-
起弧階段;b-穿井階段;c-電極回升階段;d-低溫區(qū)爐料熔化階段
   
第一階段:起弧階段。送電后,電極下降,當(dāng)電極端部距爐料有一定的距離時(shí),由于強(qiáng)大電流的作用,中間的空氣被電離成離子,并放出大量的電子而形成導(dǎo)電的電弧,隨之產(chǎn)生大量的光和熱。起弧階段的時(shí)間較短,約為35min,但常出現(xiàn)瞬時(shí)短路電流,所以電流一般不穩(wěn)定并造成了對(duì)電網(wǎng)的沖擊,從而產(chǎn)生了燈光閃爍或電視圖像干擾等現(xiàn)象。
   
第二階段:穿井階段。起弧后,在電弧的作用下,電極下的爐料首先熔化,隨著爐料的熔化,電極逐漸下降并到達(dá)它的最低位置,這就是穿井階段。一般說(shuō)來(lái),極心圓較大的電爐往往在爐料中央部位,電極把爐料穿成比電極直徑大30%~40%的三口小井,而極心圓較小的電爐三相電極間的爐料幾乎同時(shí)熔化,一開(kāi)始便容易形成一口大井。在穿井階段,電極下熔化的金屬液滴順著料塊間隙向下流動(dòng),開(kāi)始時(shí)爐溫較低,液滴邊流動(dòng)邊凝結(jié)在冷料上,當(dāng)爐溫升高后,熔化的液滴便落在爐底上積存下來(lái)形成熔池并逐漸擴(kuò)大。
   
第三階段:電極回升階段。這個(gè)階段主要是熔化電極周圍的爐料,并逐漸向外擴(kuò)大。隨著熔化繼續(xù)的進(jìn)行,中央部分的爐料跟著熔化,三口小井匯合成一口大井,熔池面不斷擴(kuò)大上升,電極也相應(yīng)向上抬起,這就是電極回升階段。在電極回升過(guò)程中,周圍爐料被熔化。當(dāng)爐內(nèi)只剩下?tīng)t坡、渣線和其他低溫區(qū)附近的爐料時(shí),該階段即告結(jié)束。
   
第四階段:熔化低溫區(qū)爐料階段。三相電弧近似于點(diǎn)熱源,各相的熱輻射不均勻,所以爐內(nèi)的溫度分布也不均勻。一般情況,在電極下邊和靠2#電極熱點(diǎn)區(qū)的爐料熔化較快,而爐門、出鋼口兩側(cè)及靠l#爐壁處低溫區(qū)的爐料熔化較慢,第四階段主要是熔化這些部位的爐料。在此過(guò)程中,電極雖然也繼續(xù)稍有回升,但不明顯。
   
二、影響爐料熔化的主要因素
   
電爐煉鋼的能源主要是把電能轉(zhuǎn)換成熱能,目前發(fā)展趨勢(shì)之一是加大電爐輸入功率,從而有利于爐料的熔化,因此一些高功率、超高功率電爐相繼投入生產(chǎn);其次是利用外界輔助熱源,如爐料預(yù)熱、氧氣及氧燃燒嘴等助熔。據(jù)資料介紹,廢鋼鐵料入爐前的預(yù)熱溫度為500℃時(shí),可節(jié)省電能l4,而溫度為600700℃時(shí),可節(jié)省電能l3,如果溫度達(dá)到900℃,只需冷裝料時(shí)的l2左右的電能。這就意味著,變壓器輸入功率不變,熔化期將按相應(yīng)的比例縮短。此外,熱的爐料入爐還可增加電弧的穩(wěn)定性和提前吹氧助熔,也促使熔化期的縮短。為了減少電能消耗和加速?gòu)U鋼鐵料的熔化,在爐內(nèi)除及時(shí)合理地吹氧助熔外,就是利用氧燃燒嘴加熱。氧燃燒嘴是用氧氣助燃,燃燒天然氣或輕油,也有的使用煤粉,一般多用于爐內(nèi)低溫區(qū)的死角部位或爐溫不高的熔化開(kāi)始階段。
熔化期的長(zhǎng)短不僅與熱源有直接關(guān)系,而且還取決于電力使用制度、裝料方法、布料情況、爐料的化學(xué)成分、冶煉工藝、造渣制度及爐體的設(shè)計(jì)參數(shù)等。變壓器的有用功率越大,爐子的熱損失越小,熔化期就越短。在熔化初期,由于冷料能夠吸收大量的熱量,因此在穿井和電極回升階段,使用大電流和最高級(jí)電壓是有利的。當(dāng)爐中塌鐵后,弧光不能被爐料包圍,這時(shí)應(yīng)更換2#電壓較為合適(對(duì)備有46個(gè)常用的次級(jí)電壓的普通功率變壓器而言),因2#電壓的弧光較l#電壓的短,短的弧光容易被熔渣包圍,這樣就減少了熱輻射造成的熱耗,同時(shí)也有利于熔池內(nèi)的熱傳導(dǎo),從而縮短了爐料的熔化時(shí)間。快速裝料能減少熱損失,充分利用爐中的余熱來(lái)加熱爐料。如果等料、人工裝料或因設(shè)備壞等原因不能及時(shí)裝料,勢(shì)必延長(zhǎng)熔化時(shí)間。合理的布料也是縮短熔化期的有效措施之一。如爐料裝得疏松或在上部裝入大塊難熔的低碳廢鋼等,在熔化時(shí)爐內(nèi)容易形成料橋,極易延長(zhǎng)熔化時(shí)間,如再出現(xiàn)塌鐵而把電極打斷,更拖延了熔化時(shí)間。熔化速度也取決于爐料的化學(xué)成分。碳含量為0.20%碳素鋼的電阻是銅的電阻的6倍,而碳含量為0.90%碳素鋼的電阻是銅的l4倍;爐料可看成是電流的二次線路,根據(jù)焦耳定律:
Q=I2Rt                       
爐料的電阻越大,電流通過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的熱量越多。更何況高碳鋼的熔點(diǎn)比低碳鋼的熔點(diǎn)低,所以高碳料比低碳料熔化得快。另外,爐料中含SiAl、P等易氧化元素能與氧發(fā)生放熱反應(yīng),反應(yīng)熱可看成是爐料熔化的輔助熱源,因此爐料中含有易氧化元素的含量越高越有利于爐料的熔化。金屬爐料的合理擴(kuò)裝也可縮短爐料熔化時(shí)間。早期造渣有助于爐料的熔化。早期造渣不僅可以防止鋼液的吸氣,同時(shí)也能減少熱量的散失,如果采用泡沫渣埋弧操作,不僅可以減輕弧光對(duì)爐壁的熱輻射,而且更有利于熔池的加熱與升溫。采用留鋼留渣操作,在裝料后就可吹氧助熔,也可使熔化期明顯縮短。爐體的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)爐料的熔化也有直接的影響。當(dāng)爐膛的直徑與極心圓直徑之比較大時(shí),爐料熔化得較慢;如爐膛的直徑與極心圓直徑之比較小時(shí),爐料熔化得就快。對(duì)于熔池較深,爐膛直徑略小的爐體,因散熱面小,電極所走的行程長(zhǎng),爐料的熔化速度也是比較快的。
三、熔化期的物化反應(yīng)
爐料熔化的同時(shí),熔池中也發(fā)生各種各樣的物化反應(yīng),主要有元素的揮發(fā)和氧化、鋼液的吸氣、熱量的傳遞與散失以及夾雜物的上浮等。
1
.元素的揮發(fā)
爐料熔化的同時(shí),伴隨著元素的部分揮發(fā)。揮發(fā)有直接揮發(fā)和間接揮發(fā)兩種形式。直接揮發(fā)是因溫度超過(guò)元素的沸點(diǎn)而產(chǎn)生的。電弧的溫度高達(dá)40006000℃,而最難熔元素W的沸點(diǎn)也僅為5900℃,至于低沸點(diǎn)的Zn、Pb等就更容易揮發(fā)了。間接揮發(fā)是通過(guò)元素的氧化物進(jìn)行的,即先形成氧化物,然后氧化物在高溫下?lián)]發(fā)逸出。一般說(shuō)來(lái),多數(shù)金屬氧化物的沸點(diǎn)低于該金屬的沸點(diǎn),如M0的沸點(diǎn)為4800℃,而M003。的沸點(diǎn)僅為ll00℃,因此許多金屬氧化物的揮發(fā)往往先于該元素的直接揮發(fā)。熔化期從爐門或電極孔逸出的煙塵中含有許多金屬氧化物,其中最多的還是Fe203,這是因?yàn)殍F在爐料中占的比例最大,液態(tài)鐵的蒸氣壓也較大,所以熔化期逸出的煙塵多為棕紅色。
2
.元素的氧化
爐料熔化時(shí),除產(chǎn)生元素的揮發(fā)外,還存在著元素的氧化。這是因爐中存在著氧的來(lái)源:一是爐料的表面鐵銹;二是爐氣;三是為了脫磷而加入的礦石或?yàn)榱酥鄱氲难醯取T跔t料熔化過(guò)程中,元素氧化損失量與元素的特性、含量、冶煉方法、爐料表面質(zhì)量及吹氧強(qiáng)度(壓力、流量、時(shí)間)等因素有關(guān)。Fe、CMn的氧化損失量在氧化法和返吹法中基本相似。在一般情況下,Al、TiSi元素在氧化法中幾乎全部氧化掉,P只能大部分氧化,但這些元素在返吹法中,因不使用礦石助熔,氧化損失略少些,而在不氧化法中為最少。在冶煉高合金鋼時(shí),如爐料的配Si量大于1.0%,Si的氧化損失量約為50%~70%。鐵的氧化損失通常為2%~6%。廢鋼質(zhì)量越差,熔化時(shí)間越長(zhǎng),吹氧強(qiáng)度越大,鐵的氧化損失也越大。碳的氧化損失量一般為0.60%,但不用氧時(shí)碳的損失不太大。而用氧時(shí),碳的變化與鋼液中的碳含量、吹氧強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)爐料中的配碳量小于0.30%時(shí),碳的氧化損失不大,并可為電極增碳所彌補(bǔ);配碳大于0.30%時(shí),碳的氧化損失要多些。吹氧助熔的氧氣壓力越大、流量越多、吹氧時(shí)間越長(zhǎng),碳的損失也越多。碳的氧化損失還隨爐料中硅含量的增高而降低,這是因?yàn)楣柰醯挠H和力在1530℃以下時(shí)大于碳的緣故。爐料熔化過(guò)程中,有時(shí)因塌鐵而引起熔池沸騰,也會(huì)使碳的氧化損失增加,這主要是由于熔池中的金屬液無(wú)熔渣覆蓋,液面富集大量的Fe0與碳反應(yīng)的結(jié)果。
3
.鋼液的吸氣
在一般情況下,氣體在鋼液中的溶解度隨溫度的升高而增加,被高溫電弧分解出的氫和氮會(huì)因溫度的升高直接或通過(guò)渣層溶解于鋼液中。在熔化期,鋼液具有較好的吸氣條件,這是因?yàn)槌髿馔?,爐料中還含有一定的水分。而且熔化初期的鋼液液滴向下移動(dòng)時(shí)是裸露的,而初期的熔池有時(shí)又無(wú)熔渣覆蓋,液滴直接與爐氣接觸。為了減少鋼液的吸氣量,應(yīng)盡早造好熔化渣。熔化期合理的吹氧助熔也能降低鋼中的氣體含量。
   4
.熱量的傳遞與散失
   
熱量的傳遞與散失屬于物理過(guò)程。熔化期熔池中主要進(jìn)行著熱傳導(dǎo)。爐料除了吸收爐襯的余熱外,絕大部分熱量是從電弧獲取的,在起弧和穿井階段熱量由上向下傳遞;當(dāng)熔池有熔渣覆蓋后,熱量通過(guò)熔渣傳給鋼液,這時(shí)的熱量仍是由上向下傳遞,一般說(shuō)來(lái),熔渣的溫度高于鋼液的溫度。當(dāng)然,在爐中還有熱量的輻射與反射,但不是主要的。關(guān)于輔助熱源,由于提供的方式不同,傳遞方向也不同。熔池出現(xiàn)后,初期如無(wú)熔渣覆蓋或熔渣較少,熱量散失嚴(yán)重。為了減少散熱,應(yīng)盡早造好熔化渣。
    5
.熔化期非金屬夾雜物的上浮
熔池出現(xiàn)后,鋼液中就存在著內(nèi)在夾雜和外在夾雜,隨著熔池的擴(kuò)大,這些夾雜物也就有不同程度的上浮,它們是熔化渣的來(lái)源之一。實(shí)踐證明,合理的吹氧助熔和盡早造好熔化渣能促使夾雜充分上浮。吹氧后,由于氧氣流的作用,造成熔池局部沸騰,進(jìn)而有助于夾雜物的碰撞和上??;理想的熔化渣不僅對(duì)脫磷有利,而且還能很好地捕捉、吸附非金屬夾雜物。

四、熔化期脫磷操作
熔化期的正確操作,可以把鋼中的磷去除50%~70%,剩余的殘存磷在氧化期借助于渣鋼間的界面反應(yīng)、自動(dòng)流渣、補(bǔ)造新渣或采用噴粉脫磷等辦法繼續(xù)去除。因此,一個(gè)成熟的電爐煉鋼工,應(yīng)在熔化期緊緊地抓住脫磷操作。   
   
熔化期提前造好熔化渣,并使之具有適當(dāng)?shù)膲A度和較好的流動(dòng)性,能為前期脫磷創(chuàng)造有利的條件。另外,在條件允許的情況下,除加入助熔礦石外,還可在大半熔時(shí)分批加入料重l%的氧化鐵皮或礦石粉,或在墊爐底灰的同時(shí)裝入少量的鐵礦石等,從中提高熔化渣的氧化能力;在爐料大半熔或全熔后扒除部分熔化渣,對(duì)于高磷爐料或磷規(guī)格要求較嚴(yán)的鋼種,也可全部扒除,然后重造新渣,更是強(qiáng)化脫磷的行之有效的好辦法,此時(shí)去磷效率可達(dá)50%~70%,而鋼液中的剩余磷移到氧化初期去繼續(xù)處理。
   
五、 熔化期操作   
   
送電后應(yīng)緊閉爐門,堵好出鋼口,扣嚴(yán)爐蓋與爐壁的接合處及加料孔等,以防冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)。在起弧階段結(jié)束后,還要調(diào)放電極長(zhǎng)度,使一次穿井成功并能保證全爐冶煉的需要。備有氧燃燒嘴裝置的爐子也應(yīng)適時(shí)點(diǎn)燃,以使?fàn)t料能夠同步熔化。需多次裝料時(shí),在爐料每次塌鐵后,熔煉室能容納下一料筐中的料時(shí)再裝入。在爐料熔化過(guò)程中,還應(yīng)適時(shí)地進(jìn)行吹氧、推鐵或加礦助熔及早期造渣與脫磷等操作。熔化末期如果發(fā)現(xiàn)全熔碳不能滿足工藝要求,一般應(yīng)先進(jìn)行增碳操作。
熔化渣的渣量一般為料重的2%~3%,電爐功率越高越取上限值。爐料全熔并經(jīng)攪拌后,取全分析樣,然后扒除部分熔化渣,補(bǔ)造新渣。如果認(rèn)為脫磷困難或發(fā)現(xiàn)熔渣中含有大量的Mg0,也可進(jìn)行全扒渣,重新造渣。當(dāng)熔池溫度升到符合工藝要求時(shí),方可轉(zhuǎn)入下一階段的冶煉。

第五節(jié)           氧化期及其操作

   
目前,氧化期主要是以控制冶煉溫度為主,并以供氧和脫碳為手段,促進(jìn)熔池激烈沸騰,迅速完成所指定的各項(xiàng)任務(wù)。在這同時(shí),也為還原精煉創(chuàng)造有利的條件。
   
不配備爐外精煉的電爐氧化期的主要任務(wù)如下:
    (1)
繼續(xù)并最終完成鋼液的脫磷任務(wù),使鋼中磷降到規(guī)程規(guī)定的允許含量范圍內(nèi);
    (2)
去除鋼液中的氣體;
    (3)
去除鋼液中的非金屬夾雜物;
(4)
加熱并均勻鋼液溫度,使之滿足工藝要求,一般是達(dá)到或高于出鋼溫度,為鋼液的精煉創(chuàng)造條件。
   
在上述任務(wù)完成的同時(shí),鋼液中的C、Si、Mn、Cr等元素及其他雜質(zhì)也發(fā)生不同程度的氧化。配備爐外精煉裝置的冶煉,電爐只是一個(gè)高效率的熔化、脫磷與升溫的工具。在這種條件下,鋼液中的氣體及非金屬夾雜物的去除等,均移至爐外進(jìn)行,而氧化期的任務(wù)也就得以減輕。
一、氧化方法
    1
.礦石氧化法
   
礦石氧化法屬于間接方式的供氧,它主要是利用鐵礦石或其他金屬化礦石中的氧通過(guò)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼液中的CSi、Mn等元素及其他雜質(zhì)的氧化。
   
該法的特點(diǎn)是渣中(FeO)濃度高,脫磷效果好。碳和[FeO]的反應(yīng)是脫碳過(guò)程的主要反應(yīng),但[FeO]必須通過(guò)(FeO)的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn),因此脫碳速度慢,氧化時(shí)間長(zhǎng)。而鐵礦石的分解是吸熱反應(yīng),會(huì)降低熔池溫度,所以礦石加入前爐中應(yīng)具有足夠高的冶煉溫度。礦石氧化法的鋼液中容易帶進(jìn)其他夾雜。因渣中(FeO)含量高,所以熔渣的流動(dòng)性較好。
2
.氧氣氧化法
氧氣氧化法又稱純氧氧化法。它主要是利用氧氣和鋼中的CSi、Mn等元素及其他雜質(zhì)的直接作用來(lái)完成鋼液的氧化。除此之外,吹氧后,熔池中還發(fā)生下述反應(yīng):
O2+2[Fe]=2[FeO]              
[FeO]=(FeO)                  
   
氧氣氧化和礦石氧化存在著本質(zhì)的不同。氧氣氧化時(shí),由于純氧對(duì)鋼液的直接作用,各元素氧化的動(dòng)力學(xué)條件好,在供氧強(qiáng)度較高的情況下,更有利于低碳鋼或超低碳鋼的冶煉。
   
氧氣氧化屬于放熱反應(yīng),進(jìn)而也有利于提高和均勻熔池溫度而減少電能消耗。此外,氧氣氧化后,鋼液純潔,帶進(jìn)其他雜質(zhì)少,且吹氧后,鋼液中的氧含量也少,所以又有利于后步鋼液的脫氧。但由于(FeO)含量不高,因此脫磷效果差,熔渣的流動(dòng)性也差。
3
.礦、氧綜合氧化法
在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中,礦石氧化和氧氣氧化經(jīng)常交替穿插或同時(shí)并用,這就是所謂的礦、氧綜合氧化。其特點(diǎn)是脫碳、升溫速度快,既不影響鋼液的脫磷,又能顯著縮短冶煉時(shí)間。但該法如不熟練,難以準(zhǔn)確地控制終脫碳。
二、脫碳操作
    1
.鋼液的加礦脫碳
   
由于礦石的熔化與分解及Fe0的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移均吸熱,所以脫碳反應(yīng)的總過(guò)程是吸熱。鋼液的加礦脫碳開(kāi)始時(shí)必須要有足夠高的溫度,一般應(yīng)大于1530℃。為了避免熔池急劇降溫,礦石應(yīng)分批加入,每批的加入量約為鋼液重量的1.0%~l.5%,而在前一批礦石反應(yīng)開(kāi)始減弱時(shí),再加下一批礦石,間隔時(shí)間為57min。熔池的均勻激烈沸騰主要通過(guò)對(duì)礦石的加入速度和保持合適的間隔時(shí)間來(lái)控制,當(dāng)熔池溫度較高時(shí),礦石的加入速度也不能太快,如在爐門及電極孔冒出猛烈的火焰,則應(yīng)停止加礦,以避免發(fā)生噴濺或跑鋼事故。
   
鋼液的加礦脫碳原則上是在高溫、薄渣下進(jìn)行。但考慮到鋼液的繼續(xù)脫磷與升溫,溫度控制是先慢后快,渣量是先大后薄,且還要有足夠的堿度及良好的流動(dòng)性。粘稠的熔渣不僅不利于脫磷,也不利于(FeO)的擴(kuò)散及CO氣泡的排除,特別是在鋼液溫度不太高的情況下,熔池容易出現(xiàn)寂靜的現(xiàn)象,加礦后熔池不沸騰,這時(shí)應(yīng)立即停止加礦,而要用螢石調(diào)整熔渣的流動(dòng)性并升溫。
   
脫碳初期,流動(dòng)性良好的熔渣在C0氣泡的作用下呈泡沫狀,并經(jīng)爐門能自動(dòng)流出,如不能流出應(yīng)進(jìn)行調(diào)整,否則以后也難以作到高溫、薄渣脫碳。為了加速礦石的熔化與分解,且又不過(guò)多地降低熔池溫度,當(dāng)條件允許時(shí),礦石應(yīng)預(yù)先在大于800℃的高溫下烘烤4h后使用。礦石的加入量由脫碳量決定,理論計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)告訴我們,每氧化C 0.01%,每噸鋼液約用礦石lkg。理想的全熔碳應(yīng)滿足工藝的要求,但因裝料貽誤或助熔不當(dāng),有時(shí)出現(xiàn)脫碳量過(guò)大或不足。脫碳量過(guò)大不僅增加了各種原材料的消耗,而且也延長(zhǎng)冶煉時(shí)間,脫碳量不足需進(jìn)行增碳,這兩種情況對(duì)操作不利,應(yīng)盡量避免。
    2
.鋼液的吹氧脫碳
   
鋼液的吹氧脫碳有碳的直接氧化和碳的間接氧化兩種情況。吹入鋼液中的氧直接與鋼液中的碳發(fā)生反應(yīng)屬于碳的直接氧化,而吹入鋼液中的氧先與鋼液中的鐵反應(yīng),然后生成的[Fe0]再與鋼液中的碳進(jìn)行反應(yīng),屬于碳的間接氧化。
   
吹入鋼液中的高壓氧氣流以大量彌散的氣泡形式在鋼液中捕捉氣泡周圍的碳,并在氣泡表面進(jìn)行反應(yīng)。與此同時(shí),氧氣泡周圍形成的[FeO]與鋼液中的碳作用,反應(yīng)產(chǎn)物也進(jìn)入氣泡中。而[Fe0]的出現(xiàn)與擴(kuò)散,又提高了鋼液中的氧含量,因此碳的氧化不僅可以在直接吹氧的地方進(jìn)行,而且也能在熔池中的其他部位進(jìn)行。吹氧脫碳最大的特點(diǎn)是脫碳速度快,一般約為(0.030.05)%/min,而且鋼液溫度越高、供氧量越大、鋼中的碳含量越高,脫碳速度越快。
   
當(dāng)鋼液中的碳含量降低到0.10%以下時(shí),鋼液中所需與碳平衡的氧量將急劇上升,而與鋼液中碳平衡所需渣中的氧量也是上升的,這時(shí)要保持脫碳速度,就必須增加供氧量,加礦脫碳受到爐溫下降的影響,一次不能加得太多,且渣中(FeO)向鋼中的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移又是限制環(huán)節(jié),而吹氧脫碳不受這種限制,因此當(dāng)鋼液中的碳含量降到0.10%以下時(shí),吹氧脫碳優(yōu)于加礦脫碳,且兩者的速度也有顯著的差別。生產(chǎn)實(shí)踐也證明,在冶煉低碳或超低碳鋼時(shí),吹氧容易把碳很快降到很低,而且合金元素的氧化損失比礦石氧化要少,這使得利用返吹法冶煉高合金鋼并回收爐料中的貴重合金元素成為可能。在其他條件相同的情況下,吹氧脫碳和加礦脫碳相比,渣中(FeO)的含量少,且鋼液中[FeO]的最終含量也少,這樣可減輕鋼液精煉的脫氧負(fù)擔(dān)。然而脫磷條件卻惡化了,所以脫磷任務(wù)必須在熔化末期或氧化初期且當(dāng)鋼液的溫度處于不太高的情況下就已完成。吹氧脫碳冶煉時(shí)間短,可提高產(chǎn)量20%以上,電耗降低l5%~30%,電極消耗降低l5%~30%,總成本約降低6%~8%,且鋼的質(zhì)量也大有改善。吹氧降碳時(shí),最好選用較高的氧壓。因?yàn)檠鯄焊?,氧氣流在鋼液?nèi)可吹入到更深的部位,并能分裂成更多的小氣泡,從而提高氧的利用率。此外,氧壓高還可減少氧管的消耗,這是由于提高了脫碳速度,縮短了吹氧時(shí)間,提高了氧的流速,強(qiáng)化了對(duì)管壁端的冷卻作用。
3
.鋼液的礦、氧綜合脫碳
礦、氧綜合脫碳加大了向熔池供氧的速度,擴(kuò)大了礦氧反應(yīng)區(qū),同時(shí)也減少了鋼中氧向渣中的轉(zhuǎn)移,又由于氧氣流的攪動(dòng)作用,使FeO的擴(kuò)散速度加快,所以這種脫碳方法能使鋼液的脫碳速度成倍的高于單獨(dú)加礦或吹氧的脫碳速度。在操作過(guò)程中,礦石的加入是分批進(jìn)行,且先多后少,最后全用氧氣。吹氧停止后,再進(jìn)行清潔沸騰或保持錳等操作。
    4
.碳含量的經(jīng)驗(yàn)判斷
   
鋼液的碳含量主要依靠化學(xué)分析、光譜分析及其他儀器來(lái)確定。但在實(shí)際操作中,為了縮短冶煉時(shí)間,電爐煉鋼工也常用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷,方法介紹如下:
   
1)根據(jù)用氧參數(shù)來(lái)估計(jì)鋼中的碳含量。在冶煉過(guò)程中,依據(jù)吹氧時(shí)間、吹氧壓力、氧管插入深度、耗氧量或礦石的加入量、鋼液溫度、全熔碳含量等,先估算lmin或一段時(shí)間內(nèi)的脫碳量,然后再估計(jì)鋼中的碳含量。因這個(gè)辦法使用方便,所以應(yīng)用的時(shí)候較多。
   
2)根據(jù)吹氧時(shí)爐內(nèi)冒出的黃煙多少來(lái)估計(jì)鋼中的碳含量。爐內(nèi)冒出的黃煙濃、多,說(shuō)明碳含量高,反之較低。當(dāng)碳含量小于0.30%時(shí),黃煙相當(dāng)?shù)?。這個(gè)辦法只能大概地估計(jì)鋼中碳含量,難以作到準(zhǔn)確的判斷。
   
3)根據(jù)吹氧時(shí)爐門口噴出的火星估計(jì)鋼中的碳含量。吹氧時(shí)爐門口噴出的火星粗密且分叉多則碳高,反之則低。
   
4)根據(jù)吹氧時(shí)電極孔冒出的火焰狀況判斷鋼中的碳含量。常用于返吹法冶煉高合金鋼上。一般是碳含量高則火焰長(zhǎng),反之則火焰短。當(dāng)棕白色的火焰收縮,且熔渣與渣線接觸部分有一沸騰圈,這時(shí)的碳含量一般小于0.10%。在返吹法冶煉鉻鎳不銹鋼時(shí),當(dāng)棕白色的火焰收縮并帶有紫紅色火焰冒出且爐膛中煙氣不大,可見(jiàn)到渣面沸騰微弱,這時(shí)的碳含量約為0.06%~0.08%;如果熔渣突然變稀,這是過(guò)吹的象征,碳含量一般小于0.03%。碳低熔渣變稀,這種現(xiàn)象在冶煉超低碳鋼時(shí)經(jīng)常遇到。
   
5)根據(jù)表面張力的大小進(jìn)行粗略的判斷。當(dāng)碳含量位于0.30%~0.40%和碳含量小于0.10%時(shí),鋼的表面張力較大,取樣時(shí),樣勺的背面在鋼液面上打滑。
   
6)根據(jù)試樣斷口的特征判斷鋼中的碳含量。這種方法是把鋼液不經(jīng)脫氧倒入長(zhǎng)方形樣模內(nèi),凝固后取出放入水中冷卻,然后再打斷,我們可利用試樣斷口的結(jié)晶大小和氣泡形狀來(lái)估計(jì)鋼中的碳含量。
   
7)根據(jù)鋼餅表面特征估計(jì)鋼中的碳含量。這種方法主要用于低碳鋼的冶煉上。一般是舀取鋼液不經(jīng)脫氧即輕輕倒在鐵板上,然后根據(jù)形成鋼餅的表面特征來(lái)估計(jì)碳含量。
   
8)根據(jù)火花的特征鑒別鋼中的碳含量。利用火花的特征鑒別鋼中的碳含量應(yīng)具備砂輪機(jī)一臺(tái),但該法偏差大,這主要是砂輪打磨出的火花與砂輪機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)及砂輪的砂粒粗細(xì)等有關(guān),在爐前并不常用。
   
9)根據(jù)碳花的特征判斷鋼中的碳含量,該法簡(jiǎn)稱碳花觀察法。由于該法簡(jiǎn)便、迅速、準(zhǔn)確,因此獲得普遍的應(yīng)用。
   
未經(jīng)脫氧的鋼液在樣勺內(nèi)冷卻時(shí),能夠繼續(xù)進(jìn)行碳氧反應(yīng),當(dāng)氣泡逸出時(shí),表面附有一薄層鋼液的液衣,宛如空心鋼珠,這就是火星。又因?yàn)闅馀菔沁B續(xù)逸出的,所以迸發(fā)出來(lái)的火星往往形成火線。如果鋼中的游離碳較多,有時(shí)在火星的表面上還附有碳粒。當(dāng)氣泡的壓力較大而珠壁的強(qiáng)度不足時(shí),迸發(fā)出來(lái)的火星破裂,進(jìn)而形成所謂的碳花。然而,CO 氣泡壓力隨鋼液碳含量的降低而降低,碳花的數(shù)目和大小也依次遞減,火星的迸發(fā)力量也是由強(qiáng)到弱。有經(jīng)驗(yàn)的煉鋼工可根據(jù)火星(碳花)的數(shù)量、大小與破裂情況及迸發(fā)力量的強(qiáng)弱、火線的斷續(xù)情況或發(fā)出的聲音等進(jìn)行判斷,碳含量越低判斷得越準(zhǔn)確,誤差常常只有±0.01%~0.02%,而碳含量越高,碳花越大,分叉越多,跳躍越猛烈,也越缺乏規(guī)律性,因此碳含量很高時(shí)難以準(zhǔn)確的判斷。當(dāng)碳含量超過(guò)0.80%以上時(shí),碳花在跳躍破裂過(guò)程中還發(fā)出吱吱的響聲。碳花的具體觀察方法有兩種:一種是直接觀察從勺內(nèi)迸發(fā)出來(lái)的火星(碳花)情況;另一種是觀察火星(碳花)落地后的破裂情況。一般碳鋼的碳含量與碳花特征的關(guān)系見(jiàn)表12—2

12-2 碳鋼的碳含量與碳花特征的關(guān)系

  
碳含量/%        火星或碳花的顏色          火星與碳花的多少等        迸發(fā)力量或破裂的情況        備注
   0.O5
0.10          棕白色        全是火星構(gòu)成的火線無(wú)花        迸發(fā)無(wú)力        火線稀疏時(shí)有時(shí)無(wú)
  0.1
0.20          白色        火星構(gòu)成的火線中略有小花        迸發(fā)無(wú)力        火線稀疏時(shí)有時(shí)無(wú)
  0.3
0.40          帶紅        火星23,小花13        迸發(fā)稍有力        火線細(xì)而稍密
0.50
0.60        紅色        火線23,小花13間帶23朵大花        迸發(fā)有力        火線粗而密
0.70
0.80        紅色        火線l3,小花23大花35
        迸發(fā)有力,花內(nèi)分叉,呈
現(xiàn)二次破裂         
0.90
1O0        紅色        火星少,小花多,大花710        迸發(fā)有力、很強(qiáng),花有圈
呈現(xiàn)三次破裂        碳含量大于0.08%以上時(shí),碳花在跳躍破裂過(guò)程中有吱的響聲
  1.1
1.20        紅色        大花很多、很亂略有火星        花跳躍頻繁有力,花有圈呈現(xiàn)三次破裂         
1.30
1.40        紅色        大花l3,紫花23        花跳躍短而有力,多次
破裂         
1.50
1.80        紅色        幾乎全是紫花        花跳躍短雨有力,多次破裂         

   
利用碳花的特征判斷鋼中的碳含量,還應(yīng)考慮以下一些因素的影響。溫度過(guò)低,容易低看,而實(shí)際碳含量不是那么低;溫度過(guò)高,容易高看,而實(shí)際碳含量又沒(méi)有那么高。合金鋼的碳花與碳鋼基本相似,但形狀因其他元素的影響而有所不同。與碳含量相同的碳鋼比較:當(dāng)Mn、CrV等元素含量較高時(shí),碳花較大、分叉又多,容易估的偏高;當(dāng)W、Ni、SiMo等元素含量較高時(shí),碳花分叉較少,容易估的偏低。除此之外,如鋼中的氧含量低于碳氧的平衡值時(shí),碳花較少或無(wú)碳花,如經(jīng)脫氧或真空處理的鋼液就是如此。
     
三、鐵、硅、錳、鉻等元素的氧化
   
在脫磷、脫碳反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí),鋼液中其他元素和雜質(zhì)也發(fā)生氧化。這些元素的氧化及氧化程度取決于:與鐵比較該元素對(duì)氧的親和力大小、該元素在鋼液中的濃度、熔渣組成與該元素氧化物的化學(xué)性質(zhì)(酸性或堿性)及冶煉溫度等。除此之外,在實(shí)際冶煉中,鋼液中各元素的氧化程度還受各元素氧化反應(yīng)速度的影響,而這速度又與熔渣的物理性質(zhì)(粘度、表面張力)及熔池的物理狀態(tài)有關(guān)。
   
鋁對(duì)氧的親和力很強(qiáng),鈦次之,鋼液經(jīng)熔化和氧化后,它們幾乎全部氧化掉,而Fe、Si、Mn、Cr等元素與鋁和鈦的情況不一樣。下面我們分別進(jìn)行介紹。
    1
.鐵的氧化
   
鐵與氧的親和力比其他元素(Cu、Ni、CO除外)小,只要有別的元素存在,它就很難與氧結(jié)合,但在鐵基鋼液中,由于鐵的濃度最大,所以它還是首先被氧化。當(dāng)鋼中的C、SiMn、P等元素進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí),氧的主要來(lái)源是FeO,因此鐵的氧化能為其他元素的氧化貯存氧,這也說(shuō)明FeO對(duì)氧的傳遞起著重要作用。
    2
.硅的氧化
    Si
O的親和力較大,但次于AlTi,而強(qiáng)于VMn、Cr。因此,鋼液中的Si在熔化期將被氧化掉70%,少量的殘余Si在氧化初期也能降低到最低限度。硅的氧化反應(yīng)式如下:
    [Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]   
    [Si]+O2=SiO2(
)   
   
硅的氧化是放熱反應(yīng),并隨著溫度的升高氧化程度減弱,且在堿性渣下比在酸性渣下氧化完全。在冶煉高鉻不銹鋼或返吹其他鋼種時(shí),爐料中往往配入一定量的硅,以保證鋼液的快速升溫及減少鉻的燒損。反應(yīng)生成物SiO2不溶于鋼液中,除一部分能上浮到渣中外,還有一部分呈細(xì)小顆粒夾雜懸浮于鋼液中,SiO2可與其他夾雜物結(jié)合生成硅酸鹽,如果去除不當(dāng)而殘留在鋼中能成為夾雜。
   
在熔渣中,(SiO2)(FeO)發(fā)生下述反應(yīng):
    (SiO2)+2(FeO) = (2 FeO?SiO2)      

在堿性渣中,(FeO)能被更強(qiáng)的堿性氧化物(CaO)從硅酸鐵中置換出來(lái),即:


   
由于生成的正硅酸鈣(2CaO?SiO2)是穩(wěn)定的化合物,使Si02分解壓力變得更低,渣中a(SiO2)變得更小,所以在堿性渣下,硅的氧化較完全。
3
.錳的氧化
錳與氧的親和力比硅小,到了熔化末期錳大約燒損50%左右。如果熔化期渣中(FeO)含量和堿度較低時(shí),燒損可能還要少些。
   
在氧化期,鋼液中的錳繼續(xù)氧化,錳的氧化反應(yīng)如下:

   
錳的氧化也是放熱反應(yīng),且隨著溫度的升高氧化程度減弱。當(dāng)鋼液的溫度升高到一定程度時(shí),錳的氧化反應(yīng)趨于平衡。因此,全熔后鋼液中的錳含量較高時(shí),可在氧化初期在較低的溫度下進(jìn)行氧化,并采取自動(dòng)流渣或換渣的方式去除。
   
通常在電爐鋼的實(shí)際冶煉過(guò)程中,錳含量的變化被看成是鋼液溫度高低的標(biāo)志。這是因?yàn)槿鄢販囟壬吆?,由于碳的氧化反?yīng)使渣中的(FeO)含量不斷降低,溶于熔渣中呈游離狀態(tài)的(MnO)就要參與碳的氧化反應(yīng),這時(shí)已趨于平衡的錳的氧化反應(yīng)被破壞,而轉(zhuǎn)變?yōu)殄i的還原,反應(yīng)式如下:

   
如果氧化末期鋼液中的錳含量比前期高或氧化過(guò)程中錳元素沒(méi)有損失,說(shuō)明氧化沸騰是在高溫下進(jìn)行的。如果氧化末期鋼液中的錳含量損失較多,說(shuō)明氧化沸騰有可能是在較低的溫度下進(jìn)行的。
   
錳的氧化反應(yīng)生成物(MnO)在鋼液中的溶解度很小,將上浮進(jìn)入渣中,其中一部分在上浮途中與懸浮在鋼液中的細(xì)小不易上浮的Si02、Al2O3結(jié)合成硅酸錳和鋁酸錳即:

   
這些硅酸錳和鋁酸錳屬于顆粒大、熔點(diǎn)低并易于上浮的化合物。為了更好地去除鋼中夾雜,在冶煉用途重要或碳含量較低的鋼種時(shí),在氧化末期建立了保持錳的工藝制度。當(dāng)熔渣具有足夠的堿度時(shí),(CaO)能將(MnO)從硅酸錳或鋁酸錳中置換出來(lái)而形成比較穩(wěn)定不易分解的復(fù)合化合物,即:

4
.鉻的氧化
Cr
Fe易氧化,但不如Al、Ti、Si等,鉻的氧化反應(yīng)式如下:

   
在堿性渣下的氧化,第二個(gè)反應(yīng)是主要的。該反應(yīng)式也表明了渣中(FeO)能使鉻的收得率降低,且當(dāng)爐料中的鉻含量很高時(shí),轉(zhuǎn)入熔渣中的鉻損失也多。高鉻的熔渣很粘,能影響其他元素氧化反應(yīng)(如脫磷)的正常進(jìn)行。因此,為了減少鉻的損失及保證冶煉的正常進(jìn)行,礦石法氧化不宜使用含高鉻的爐料。
      
鉻的氧化也能放出大量的熱,而鉻的氧化損失又與溫度有關(guān)。除此之外,在高溫時(shí)還將發(fā)生下述反應(yīng):

   
高溫下脫碳能抑制鉻的氧化損失,這一點(diǎn)對(duì)于采用返吹法冶煉低碳高鉻鋼具有極其特殊的意義。換言之,高溫不利于鉻的氧化,所以為了降低鋼中的鉻含量,一般均采用偏低的溫度并選用礦石氧化的方式進(jìn)行。
5
.釩的氧化
釩對(duì)氧的親和力較大,當(dāng)熔池中(FeO)的含量很高時(shí),它幾乎全部氧化。釩的氧化也是放熱反應(yīng),因此偏低的氧化溫度可使釩的氧化損失增加。反應(yīng)式如下:

   
溫度升高后,由于碳的激烈氧化奪取了大量的(FeO),從而也能抑制釩的氧化。釩既易氧化,產(chǎn)物(V2O3)(V2O5)也極易還原。如果爐中剩留的含釩氧化渣較多,或爐壁和爐蓋處懸掛的含釩氧化渣較多,在電爐煉鋼的還原氣氛下,將有一部分的釩被還原回鋼中。這種情況在利用含釩爐料冶煉釩鋼時(shí)尤要注意,以避免釩的成分超出規(guī)格。
6
.鎢的氧化
鎢是一種弱還原劑,它比鐵容易氧化。在電爐鋼的氧化過(guò)程中,當(dāng)(FeO)的含量很高時(shí),鎢的氧化燒損也很嚴(yán)重。反應(yīng)式如下:

   
其中,WO3為酸性氧化物,除有一部分能被還原外,當(dāng)渣中堿度達(dá)到足夠高時(shí),又能發(fā)生下述反應(yīng):

   
因此,相對(duì)比較而言,酸性熔煉鎢幾乎不受損失,而堿性熔煉損失較大。此外(WO3)的沸點(diǎn)約為1850℃,所以還有一部分的(WO3)可能在電弧的光柱下升華而使鎢揮發(fā)。不難得出,礦石法氧化能使鋼液中的鎢蒙受損失,且堿性熔煉損失更大。因鎢鐵的生產(chǎn)比較困難,價(jià)格較高,所以礦石法冶煉不應(yīng)使用含鎢的爐料。然而鎢的熔點(diǎn)高,密度大,易沉積爐底,如果[FeO]的含量不高時(shí),鎢的氧化損失也是有限的,這樣就為我們利用裝入法或返吹法冶煉高鎢鋼提供了可能。
    7
.鉬、鎳、鈷、銅等元素的氧化
鉬對(duì)氧的親和力幾乎與鐵一樣,在電爐鋼的冶煉過(guò)程中,如含量不高,它的氧化損失很微小,一般可忽略不計(jì)。但在冶煉高鉬鋼(Mo>4%以上)時(shí),氧化損失必須予以考慮,這是因?yàn)殂f的氧化與氧化程度是隨鋼中鉬含量的增加而增加,即鉬的氧化損失與鉬在鋼液中的濃度有關(guān)。Ni、COCu對(duì)氧的親和力比鐵小很多,在煉鋼條件下不會(huì)被氧化,但Ni有時(shí)也有損失,那是在電弧高溫區(qū)揮發(fā)的結(jié)果。通過(guò)氧化方式,As、SbSn元素在氧化期一般是很難去除的。

四、冶煉溫度制度的制訂和鋼液的升溫
   
電爐煉鋼十分講究冶煉溫度,因?yàn)樗?guī)定和影響著反應(yīng)的方向與限度,直接關(guān)系到鋼的質(zhì)量、產(chǎn)量及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此,正確掌握冶煉溫度歷來(lái)都是電爐煉鋼工操作的一項(xiàng)主要任務(wù)。
1
.冶煉溫度制度的制訂
   
由于溫度對(duì)電爐煉鋼的影響很大,因此它是冶煉工藝中的一個(gè)重要的參數(shù)。為了確保冶煉的順利進(jìn)行,針對(duì)具體情況制訂合適的冶煉溫度制度是十分必要的。溫度制度的制訂主要應(yīng)考慮以下諸因素:
    (1)
掌握鋼的熔點(diǎn)與鋼液的粘度。大量的科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明,只有冶煉溫度超過(guò)熔點(diǎn)的一定范圍時(shí),渣鋼間的各種物化反應(yīng)才能得以充分進(jìn)行,因此鋼的熔點(diǎn)是制訂冶煉溫度制度的基礎(chǔ)。而冶煉過(guò)程中鋼液的成分是不斷變化的,所以在制訂冶煉溫度制度時(shí),必須依據(jù)不同時(shí)期的鋼液成分,并運(yùn)用有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)式對(duì)熔點(diǎn)進(jìn)行近似計(jì)算。不同的鋼種在相同的溫度下粘度相差較大,如l8CrMnTi12CrNi3A的熔點(diǎn)均為1510℃,但當(dāng)溫度升高100℃時(shí),l2CrNi3A的粘度變化不大,而18CrMnTi的粘度卻降低33%。由于在相同的溫度下,鋼液的粘度不同,元素的擴(kuò)散與傳質(zhì)及各種物化反應(yīng)速度等也不同,因此為了保證冶金過(guò)程的順利進(jìn)行,在制訂冶煉溫度制度時(shí)就必須考慮鋼液粘度的影響。
    (2)
熟知各種物化反應(yīng)的溫度范圍。冶煉溫度制度的制訂除了要掌握鋼的熔點(diǎn)和鋼液的粘度外,就是要熟知各種物化反應(yīng)的溫度范圍。例如,氧化期的脫磷和脫碳:前期主要是脫磷,溫度應(yīng)中等偏低;后期主要是脫碳,溫度應(yīng)逐漸升高。另外,鋼的熔點(diǎn)因碳的氧化而逐漸上升,氧化期的脫碳量一般大于030%,對(duì)于碳含量小于1.0%的鋼液,熔點(diǎn)相應(yīng)提高20℃以上,因此氧化后期的溫度應(yīng)更高些。電爐煉鋼的還原期主要進(jìn)行脫氧、脫硫反應(yīng),其中脫氧是關(guān)鍵,考慮脫氧工藝特點(diǎn)及鋼中原始硫含量,冶煉應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行。但是,鋼液還原后,由于大量脫氧劑和合金元素的不斷引入,鋼的熔點(diǎn)是降低的,因而還原期的冶煉溫度又理應(yīng)是由高逐漸降低的。如ZGMn13的熔點(diǎn)低,流動(dòng)性較好,但當(dāng)冶煉溫度在1600℃以上時(shí),鋼中的錳將與耐火材料中的SiO2發(fā)生反應(yīng),易使?fàn)t襯損壞嚴(yán)重或造成漏爐事故,所以在制訂ZGMn13鋼冶煉溫度制度時(shí),不可不考慮這一特殊反應(yīng)的溫度范圍。
    (3)
了解鋼種的特性和易產(chǎn)生的冶金缺陷。不同的鋼種有不同的特性,易產(chǎn)生不同的冶金缺陷,對(duì)冶煉溫度的要求也不一樣。一般對(duì)于碳含量低、熔點(diǎn)高、粘度大的鋼種,確定的冶煉溫度要略高一些,而對(duì)于含碳或含硅或含錳高、流動(dòng)性好的鋼種應(yīng)稍低些。對(duì)于白點(diǎn)、偏析、層狀斷口敏感的鋼種,確定的冶煉溫度要適當(dāng)?shù)鸵恍?,而?duì)于要求檢查發(fā)紋的鋼種要適當(dāng)高一些。
    (4)
考慮冶煉過(guò)程中的各種生成熱和溫度降。冶煉溫度制度的制訂應(yīng)考慮冶煉過(guò)程中的各種生成熱。如熔化期的吹氧助熔或C、Si、Mn等元素的氧化,均使熔池的溫度升高;還原期許多脫氧元素與氧發(fā)生的反應(yīng)也是放熱反應(yīng),當(dāng)用量較多時(shí),如果不考慮,容易出現(xiàn)高溫鋼并浪費(fèi)大量的熱量。此外,在制訂冶煉溫度制度時(shí),還應(yīng)考慮冶煉過(guò)程中的各種溫度降,如氧化末期的全扒渣降溫、造渣材料和各種鐵合金從常溫加熱到熔點(diǎn),再由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的吸熱降溫、中間出鋼法的降溫、出鋼過(guò)程及包中精煉或采用固體合成渣的降溫,鎮(zhèn)靜與澆注過(guò)程的降溫等,如果忽視,易使冶煉出現(xiàn)低溫鋼或后升溫。
      2
.鋼液的升溫
由于脫磷,熔化末期至氧化前期,鋼液的溫度多是中等偏低的。但為了保證熔池的激烈沸騰,脫碳反應(yīng)在高溫下進(jìn)行,礦石的熔化也需要消耗一定是熱量,隨著碳含量的降低而鋼的熔點(diǎn)提高,要求氧化期的鋼液必須不斷地進(jìn)行升溫。此外,氧化期鋼液的升溫也為還原期造渣、脫氧、脫硫及合金化等創(chuàng)造了有利條件。
   
從熔體的加熱條件上分析,氧化期鋼液的升溫比還原期有利,這是因?yàn)榧ち业奶佳醴磻?yīng)引起的沸騰火舌加速了熱量的傳遞,可在短時(shí)間內(nèi)迅速提高鋼液溫度以及使鋼液溫度變得更加均勻。而還原期的熔池比較平靜,鋼液中因合金元素與脫氧劑的引入,粘度增加,不利于分子的熱振動(dòng)或自由電子的穿過(guò)。另外,還原性鋼液和氧化性鋼液及還原渣和氧化渣的熱導(dǎo)率不一樣。在還原性鋼液中,合金元素和雜質(zhì)的總含量比氧化性鋼液中的高,在其他條件相同的情況下,還原性鋼液的熱導(dǎo)率不如氧化性鋼液的高。同理,還原渣的導(dǎo)熱能力也不如氧化渣的好。一般說(shuō)來(lái),靜止熔渣的熱導(dǎo)率要比沸騰熔渣的熱導(dǎo)率低2040倍。電爐煉鋼的弧光熱是通過(guò)熔渣傳給鋼液的,盡管還原期引入了大量的合金元素與脫氧劑,鋼的熔點(diǎn)雖然下降了,但總的情況仍然是不利于鋼液的升溫與加熱。
   
鋼液在還原后期的升溫俗稱后升溫。由于熔體的導(dǎo)熱性能不好,后升溫的速度極為緩慢且熔池中溫度分布也不均勻,既延長(zhǎng)了還原時(shí)間,又往往造成脫氧效果差,進(jìn)而使鋼中氣體和夾雜物含量增加,也降低爐襯的使用壽命。既不利于操作,又影響鋼的質(zhì)量。因此,在冶煉過(guò)程中要求氧化末期鋼液的溫度要高于或至少應(yīng)等于出鋼溫度。
然而,鋼液的升溫又不能無(wú)止境的過(guò)高,因過(guò)高的冶煉溫度不僅浪費(fèi)大量的原材料與電能,而且侵蝕爐襯嚴(yán)重,對(duì)于容量大的電爐爐臺(tái),由于熱焓高,降溫困難,易出現(xiàn)高溫鋼或影響還原操作及鋼的澆注。

五、全扒渣與增碳
     1
.全扒渣
   
全扒渣就是將熔融爐渣全部扒除。氧化結(jié)束后,熔池即將轉(zhuǎn)入還原期,但為了迅速克服爐內(nèi)的氧化狀態(tài)以及防止熔渣中有害雜質(zhì)的還原,需將氧化渣全部扒除。全扒渣是氧化與還原的分界線。熔化末期為了脫磷或去鉻,出鋼前為了脫硫或降溫或使某些易氧化元素收得率高且又穩(wěn)定,有時(shí)也需要進(jìn)行全扒渣,我們這里指的是氧化末期的全扒渣。
    A
.氧化末期的全扒渣條件
   
氧化期各項(xiàng)任務(wù)完成后,鋼液需要繼續(xù)留在爐內(nèi)進(jìn)行精煉,這時(shí)只有具備下述條件方可進(jìn)行全扒渣操作:
    (1)
足夠高的扒渣溫度。氧化末期鋼液溫度一般均高于出鋼溫度2030℃,至少也應(yīng)等于出鋼溫度(稀薄渣下加入大量鐵合金的例外),這主要是考慮到扒渣時(shí)和扒渣后加入大量的造渣材料與鐵合金以及抬電報(bào)扒渣等都會(huì)降低鋼液溫度。此外,為了盡快形成稀薄渣和防止還原期后升溫及保證脫氧、脫硫等冶金反應(yīng)的順利進(jìn)行,也要求鋼液要有足夠高的扒渣溫度。
(2)
合適的化學(xué)成分。鋼中的碳含量應(yīng)達(dá)到所需要的范圍:一般碳素鋼應(yīng)達(dá)到規(guī)格下限附近;碳素工具鋼應(yīng)達(dá)到規(guī)格的中下限,合金鋼全扒渣的碳含量應(yīng)加上鐵合金帶入的碳含量、再加上造渣材料和脫氧工藝的增碳量達(dá)到規(guī)格下限附近。磷含量在還原期只能增加,不能降低,這是由于全扒渣不徹底或飛揚(yáng)懸掛在爐壁、爐蓋處的渣中磷發(fā)生還原所致。另外,加入鐵合金中的磷也被帶入鋼中。因此,氧化末期全扒渣前鋼液中的磷含量應(yīng)越低越好。一般扒渣前對(duì)各種規(guī)格的磷含量應(yīng)符合表表l2—3中的規(guī)定。對(duì)于錳含量,在冶煉含錳低的鋼種(Tl0等鋼)時(shí),全扒渣前的錳含量應(yīng)按表12—4的要求控制。對(duì)于用途重要的高級(jí)結(jié)構(gòu)鋼或碳含量低于0.20%的鋼液,在氧化末期應(yīng)保持錳,并將錳的含量調(diào)到020%以上。對(duì)于含Ni、MoW的鋼種應(yīng)將成分調(diào)到規(guī)格下限或中下限附近,其他殘余元素的含量也應(yīng)符合規(guī)格要求。


l2—3氧化末期全扒渣前鋼中磷含量的規(guī)定

12—4氧化末期全扒渣前的錳含量控制

    (3)
調(diào)整好熔渣的流動(dòng)性。扒渣前要調(diào)整好熔渣的流動(dòng)性。因過(guò)稀的熔渣會(huì)從耙頭兩側(cè)溜開(kāi),也容易帶出鋼水;過(guò)稠的熔渣操作費(fèi)力,也不易扒出。兩者都延長(zhǎng)扒渣時(shí)間,且又不易扒凈。因此,扒渣前調(diào)整好熔渣的流動(dòng)性也是十分必要的。
    B
.氧化末期對(duì)全扒渣的要求及操作
   
因?yàn)檠趸?span lang="EN-US">(FeO)
和磷含量很高,如果不扒凈,還原期脫氧困難,脫氧劑用量增加,脫氧時(shí)間延長(zhǎng),同時(shí)鋼中也回磷,所以氧化末期的全扒渣要求干凈徹底,又因?yàn)榘窃^(guò)程中,鋼水裸露,鋼液急劇降溫且吸氣嚴(yán)重,所以又要求扒渣迅速。為此,扒渣前要撬掉爐門殘?jiān)|好爐門(中小型爐臺(tái)的除渣一般都通過(guò)爐門),提前準(zhǔn)備好耙子和渣罐等。
   
扒渣多用木制或水冷的耙子。扒時(shí)應(yīng)首先帶電扒去大部分,然后方可略抬電極進(jìn)行,以免鋼液降溫太多。也可根據(jù)需要向爐門一側(cè)傾動(dòng)爐體,以利于熔渣的快速扒除。此外,在裝有電磁攪拌的大型爐臺(tái)上,可利用攪拌作用,把熔渣聚集到爐門中處,使扒渣操作易于進(jìn)行。
    2
.增碳
   
增碳多是脫碳量不足或終脫碳過(guò)低所致,它是一種不正常的操作。因?yàn)樵鎏歼^(guò)程易使鋼中氣體和夾雜含量增加,既浪費(fèi)原材料,又延長(zhǎng)冶煉時(shí)間,所以應(yīng)盡量避免。
   
常見(jiàn)的增碳方法有四種:
    (1)
補(bǔ)加生鐵增碳。由于該法降低鋼液溫度且又要求裝入量在熔池允許的條件下進(jìn)行,因此增碳量受到了限制,一般不大于0.05%。
    (2)
停電下電極增碳,但增加電極消耗,一般不提倡。
    (3)
扒渣增碳。該法雖然收得率不夠準(zhǔn)確,但經(jīng)濟(jì)方便,因而比較多見(jiàn)。
    (4)
噴粉增碳。該法操作迅速、簡(jiǎn)便,且準(zhǔn)確而又不降低熔池溫度,所以是目前最理想的增碳方法。
   
增碳應(yīng)考慮加入鐵含量帶入的碳量以及還原工藝的增碳量(如電石渣)。常用的增碳劑除生鐵外,還有電極粉或焦炭粉等  ,它們的收得率不僅與增碳劑的質(zhì)量和增碳數(shù)量及增碳方法有關(guān),而且與所煉鋼種、冶煉方法、鋼液溫度和爐齡情況有關(guān).一般電極粉比焦炭粉收得率高;增碳量越多收得率越低;中碳鋼比高碳鋼和低碳鋼的收得率要高;氧化法比不氧化法收得率要高;爐齡中期比爐齡初期和末期要低一些;鋼液溫度越高收得率越高;噴粉增碳的收得率比扒渣增碳高。
   
對(duì)于扒渣增碳,為了穩(wěn)定增碳劑的收得率,必須將熔渣扒凈,增碳劑加入后要用耙子在鋼液面上進(jìn)行充分地推搟,促進(jìn)鋼液對(duì)炭粉的吸收,然后加入造渣材料。扒渣增碳過(guò)程中,為了減少吸氣和避免增碳劑的回收不準(zhǔn),最好不通電。

   
六、氧化期操作
1
.判斷氧化期進(jìn)行程度的主要標(biāo)志
對(duì)于不配備爐外精煉的電爐煉鋼,為了更好地去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物,氧化期必須保證熔池要有一定的激烈沸騰時(shí)間,因此在脫碳過(guò)程中要求要有一定的脫碳量和脫碳速度。從現(xiàn)象上看,脫碳量、脫碳速度、激烈沸騰時(shí)間就是判斷氧化期進(jìn)行程度的主要標(biāo)志。   
   
1)脫碳量
   
在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中,氧化期的脫碳量是根據(jù)所煉鋼種和技術(shù)條件的要求,冶煉方法和爐料的質(zhì)量等因素來(lái)確定。一般說(shuō)來(lái),爐料質(zhì)量越差或?qū)︿摰馁|(zhì)量要求越嚴(yán),要求脫碳量要相應(yīng)高些。
   
生產(chǎn)實(shí)踐證明,脫碳量過(guò)少,達(dá)不到去除鋼中一定量氣體和夾雜物的目的;而脫碳量過(guò)大,對(duì)鋼的質(zhì)量并沒(méi)有明顯的改善,相反會(huì)延長(zhǎng)冶煉時(shí)間及加重對(duì)爐襯的侵蝕,浪費(fèi)人力物力,因此脫碳量過(guò)大也是沒(méi)有必要的。一般認(rèn)為,氧化法冶煉的脫碳量為0.20%~0.40%,返吹法則要求大于0.10%,而小爐臺(tái)因脫碳速度快,可規(guī)定略高一些。
   
2)脫碳速度
   
生產(chǎn)實(shí)踐證明,脫碳速度過(guò)慢,熔池沸騰緩慢,起不到充分去氣除夾雜的作用;而脫碳速度過(guò)快,在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束脫碳,必然造成熔池猛烈的沸騰,易使鋼液裸露,吸氣嚴(yán)重,且對(duì)爐襯侵蝕加重,這不僅對(duì)去氣除夾雜不利,還會(huì)造成噴濺、跑鋼等事故。所以,電爐煉鋼的脫碳要求要有一定的速度。合適的脫碳速度應(yīng)保證單位時(shí)間內(nèi)鋼液的去氣量大于吸氣量,并能使夾雜物充分排出。一般正常的礦石脫碳速度要求為0.0080.015%/min,而吹氧脫碳速度要求為0.030.05%/min
   
3)激烈沸騰時(shí)間
   
氧化期的脫碳量和脫碳速度往往還不能真實(shí)地反映鋼液沸騰的好壞,必須再考慮熔池的激烈沸騰時(shí)間,只有這樣才能全面地表明鋼中去氣除夾雜及鋼液溫度的均勻情況等。然而熔池的激烈沸騰時(shí)間取決于氧化的開(kāi)始溫度、渣況及供氧速度等,即熔池的激烈沸騰時(shí)間與脫碳量和脫碳速度有直接關(guān)系。但即使上述因素不完全具備,電爐煉鋼工也可通過(guò)直接向熔池吹入氬氣或CO氣體等,保證熔池具有足夠的激烈沸騰時(shí)間。這里必須指出,向熔池中吹入氬氣或CO氣體,雖能制造良好的激烈沸騰,但它不能解決鋼中雜質(zhì)的氧化,而許多雜質(zhì)的氧化是離不開(kāi)氧的。因此,在氧化期如果不向熔池中供氧,單憑吹氬或吹CO氣體,最終也不能獲得較為理想的純凈鋼液。
   
在電爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中,氧化期熔池的激烈沸騰時(shí)間不應(yīng)過(guò)短或過(guò)長(zhǎng),一般約在1520min就可滿足要求。
2
.氧化期操作
1)氧化期操作的原則
氧化期的各項(xiàng)任務(wù)主要是通過(guò)脫碳來(lái)完成。單就脫磷和脫碳來(lái)說(shuō),兩者均要求熔渣具有較強(qiáng)的氧化能力,可是脫磷要求中等偏低的溫度、大渣量且流動(dòng)性良好,而脫碳要求高溫、薄渣,所以熔池的溫度是逐漸上升的,根據(jù)這些特點(diǎn),我們將氧化期總的操作原則歸納如下:
   
在氧化順序上,先磷后碳;在溫度控制上,先慢后快;在造渣上,先大渣量去磷,后薄渣脫碳;在供氧上,可先進(jìn)行礦石或綜合氧化,最后以吹氧為主。
   
2)氧化期的一般操作
   
爐料全熔經(jīng)攪拌后,取樣分析CMn、SP、NiCr、Si、Cu,如鋼中含有MOW等元素也要進(jìn)行分析。然后扒渣并補(bǔ)造新渣,使氧化渣的渣量達(dá)到料重的3%~4%。為了加速造渣材料的熔化可用氧氣吹拂渣層,流動(dòng)性不好時(shí)要用螢石調(diào)整,當(dāng)溫度達(dá)到l530℃以上開(kāi)始用礦石氧化。在氧化過(guò)程中,應(yīng)控制脫碳速度,并掌握熔池的激烈沸騰時(shí)間;脫碳量要滿足工藝要求,如果不足應(yīng)選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行增碳。在氧化過(guò)程中,最好能夠做到自動(dòng)流渣,這樣既有利于脫磷,又有利于后期的薄渣降碳。為了掌握脫碳、脫磷情況及準(zhǔn)確地知道不氧化元素的成分,在氧化中途還應(yīng)分析有關(guān)的含量。當(dāng)加完礦或停吹后,熔池進(jìn)入清潔沸騰,有的還要保持錳,在這同時(shí),根據(jù)需要還要調(diào)整一些不氧化元素的成分,如Ni、MO等,使之達(dá)到規(guī)格的中下限,然后再取樣分析CMn、P等及其他有關(guān)元素的成分。當(dāng)熔池具備扒渣條件時(shí),即可進(jìn)行全扒渣操作,而后轉(zhuǎn)入還原期。
   
在氧化過(guò)程中,應(yīng)正確控制熔渣的成分、流動(dòng)性和渣量,無(wú)論是脫磷還是脫碳,都要求熔渣具有較高的氧化能力和良好的流動(dòng)性。理想的脫磷堿度應(yīng)保持為2.53.0,而脫碳的堿度為2.0左右。在冶煉過(guò)程中,有的因爐壁倒塌或爐底大塊鎂砂上浮,使氧化渣的流動(dòng)性變壞,這時(shí)應(yīng)及時(shí)地扒出。
   
良好的氧化渣應(yīng)是泡沫渣,可包圍住弧光,從而有利于鋼液的升溫和保護(hù)爐襯,冷卻后表面呈油黑色,斷口致密而松脫,這表明(FeO)含量較高、堿度合適。氧化末期有時(shí)氧化渣發(fā)稠,這主要是爐襯粉化的鎂砂和大量的非金屬夾雜物上浮造成的。冶煉高碳鋼時(shí),如熔渣發(fā)干,表面粗糙且呈淺棕色,表明(FeO)含量低,氧化性能差,這種現(xiàn)象在返吹法冶煉或純氧氧化時(shí)出現(xiàn)較多。冶煉低碳鋼時(shí),如氧化渣表面呈黑亮色,渣又很薄,表明(FeO)含量高,堿度低,這時(shí)應(yīng)補(bǔ)加石灰。
   
3)氧化期常見(jiàn)的幾種典型操作
   
氧化期是在確知熔清成分和溫度合適的條件下開(kāi)始的,但有時(shí)熔清成分不是那么理想,常見(jiàn)的有碳高、磷高;碳高、磷低;碳低、磷高;碳低、磷低等幾種典型情況,現(xiàn)分述如下:
    a
.碳高、磷高。此時(shí)應(yīng)在氧化初期,利用熔池溫度偏低的機(jī)會(huì)集中力量脫磷,并在脫磷過(guò)程中,逐漸升溫,為后期脫碳創(chuàng)造條件。具體操作是:全熔扒渣后制造較大的渣量,可吹氧化渣并升溫,然后加入礦石粉或氧化鐵皮及適量的礦石,以利于脫磷。在這同時(shí),要保證熔渣流動(dòng)性良好,當(dāng)溫度合適后,再分批加入礦石制造脫碳沸騰,并自動(dòng)流渣,補(bǔ)充新渣或進(jìn)行換渣操作,這樣很快就能使磷滿足扒渣的許可條件。如果全熔換渣后改用噴粉脫磷效果更好。在碳高、磷高的情況下,氧化前期的操作以脫磷為主,后期以脫碳為主。當(dāng)然,高水平的操作也可兩者兼顧,直至全面滿足工藝要求為止。
   b
.碳高、磷低。如果沒(méi)有滿足扒渣的許可條件,這時(shí)的操作除采用噴粉脫磷外,還可利用脫碳沸騰,并在脫碳過(guò)程中去磷。具體操作是:全熔扒渣后制造較大的渣量,用氧氣化渣升溫,當(dāng)溫度合適后開(kāi)始降碳,并適時(shí)地加入礦石或氧化鐵皮等,使其自動(dòng)流渣、并補(bǔ)選新渣,這樣很快就能將磷降到扒渣許可的條件,最后采用高溫、薄渣脫碳直至滿足工藝要求為止。
   
如果已滿足扒渣的許可條件,這時(shí)的操作主要是制造熔池沸騰和降碳,與此同時(shí)升溫。具體操作是:全熔扒渣后制造合適的渣量,用氧氣快速化渣與升溫,當(dāng)溫度合適后,可采用礦氧并用或純氧脫碳,直至滿足工藝要求為止。
    c
.碳低、磷高。這時(shí)應(yīng)集中力量去磷,然后增碳,當(dāng)溫度上來(lái)后,再制造脫碳沸騰直至滿足工藝要求為止。
    d
.碳低、磷低。這時(shí)的操作主要是增碳,然后再脫碳激烈沸騰,與此同時(shí)快速升溫。如果爐料質(zhì)量較好,即雜質(zhì)較少,而激烈沸騰時(shí)間不夠時(shí),也可借助于直接吹入氬氣或吹CO氣體來(lái)彌補(bǔ)熔池的沸騰,以滿足工藝要求。

0

 

-

第七節(jié) 還原期精煉操作
   
還原精煉的具體任務(wù)是:
    (1)
盡可能脫除鋼液中的氧;
    (2)
脫除鋼液中的硫;
    (3)
最終調(diào)整鋼液的化學(xué)成分,使之滿足規(guī)格要求;
    (4)
調(diào)整鋼液溫度,并為鋼的正常澆注創(chuàng)造條件。
   
上述任務(wù)的完成是相互聯(lián)系、同時(shí)進(jìn)行的。鋼液脫氧好,有利于脫硫,且化學(xué)成分穩(wěn)定,合金元素的收得率也高,因此脫氧是還原精煉操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
   
一、脫氧
    1
.脫氧產(chǎn)物的形成與排除
   
1)脫氧產(chǎn)物的形成
   
電爐煉鋼常用的脫氧劑有C、Mn、SiAl及鈣系合金等,其中除碳與氧反應(yīng)生成CO 氣體逸出外,其他各種元素在鋼液中的脫氧產(chǎn)物主要是以硅酸鹽或鋁酸鹽形式存在,因此這里所敘述的脫氧產(chǎn)物主要是指鋼中的氧化系夾雜。
   
脫氧產(chǎn)物形成是由成核和長(zhǎng)大兩個(gè)環(huán)節(jié)組成,這也是脫氧過(guò)程的首要步驟。對(duì)于脫氧能力很強(qiáng)的Al、ZrTi元素,由于在微觀體積內(nèi)具有較大的過(guò)飽和度和能量起伏,所以均相成核的機(jī)率性較大。而對(duì)于脫氧能力較弱的Si、Mn元素,有可能依附在熔體內(nèi)的現(xiàn)成基體上成核,這樣的基體在鋼液中總是存在的,如夾雜或其他原子集團(tuán)或濃度差及其他不同的界面等,因此脫氧產(chǎn)物在熔池中的成核一般是比較容易的。
   
成核一旦發(fā)生,周圍的脫氧劑和氧的濃度就立刻降低,為保持濃度的平衡,這些元素將不斷地從遠(yuǎn)處擴(kuò)散過(guò)來(lái),從而引起核的長(zhǎng)大。有人曾計(jì)算溶解氧從0.06%降到0.01%的硅脫氧,最終半徑為2.5um的脫氧產(chǎn)物,長(zhǎng)大到最終半徑的90%只需0.2s,最終半徑為20um的脫氧產(chǎn)物長(zhǎng)大到90%也只需12.8s,可見(jiàn)脫氧產(chǎn)物的長(zhǎng)大也是很快的。形成的脫氧產(chǎn)物因比鋼輕及在界面張力或攪拌等因素的作用下必然引起上浮,從而有可能排除。
   
2)脫氧產(chǎn)物的排除及其影響因素
   
脫氧產(chǎn)物從鋼中的去除程度主要取決于它們?cè)阡撘褐械纳细∷俣龋细∷俣扔峙c脫氧產(chǎn)物的組成、形狀、大小、熔點(diǎn)、密度以及界面張力、鋼液的粘度與攪拌等諸因素有關(guān),并大致服從斯托克斯公式:

式中v——脫氧產(chǎn)物顆粒夾雜上浮速度,cms
    r——
顆粒夾雜半徑,cm
    g——
重力加速度,cms2
     ρ/——
鋼液密度,gcm3;
     ρ——
脫氧產(chǎn)物密度,gcm3;
     η——
鋼液粘度,Pa?S
     K——
常數(shù),脫氧產(chǎn)物在鋼液中上浮時(shí)可選用K=1。
由式中可看出,降低鋼液粘度有利于顆粒夾雜的上浮。但鋼液的粘度與成分、溫度有關(guān),依靠調(diào)整成分來(lái)降低鋼液的粘度是有限的,而鋼液的粘度隨著溫度的變化不大,例如30鋼當(dāng)溫度由1535℃升至l610℃時(shí),粘度僅降低0.00055Pa?s。通過(guò)計(jì)算可知,對(duì)于化學(xué)成分一定的鋼種,提高溫度改善鋼液的流動(dòng)性,在最理想的條件下,上浮速度只能增加 3倍左右。從式中還可看出,密度差越大,越有利于顆粒夾雜的上浮,但鋼液內(nèi)不同氧化物的密度變化范圍較小,依靠改變顆粒密度至多能將上浮速度提高23倍。因此,要去除鋼中氧化系夾雜,主要是依靠增加它的半徑。此時(shí),斯托克斯公式可簡(jiǎn)寫成下式:
                                v=Kr2   
   
上式表明,vr 的平方成正比。因此,脫氧產(chǎn)物的顆粒半徑越大,上浮速度越快, 例如在同一條件下的鋼液中,當(dāng)夾雜物顆粒半徑r20um增加到40um時(shí),上浮速度提高4倍。上述討論由于沒(méi)有考慮脫氧產(chǎn)物的物化性質(zhì)、界面張力以及鋼液溫度的不均勻性,也沒(méi)有考慮熔體所處的各種動(dòng)力學(xué)條件等,因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀察約小24個(gè)數(shù)量級(jí)。所以,斯托克斯公式只能定性的估計(jì)脫氧產(chǎn)物半徑的增大對(duì)上浮速度的影響,而用于計(jì)算有局限性。
   
懸浮于鋼液內(nèi)氧化物夾雜的聚集、長(zhǎng)大過(guò)程稱為聚結(jié)過(guò)程。聚結(jié)過(guò)程是自發(fā)的,并通過(guò)降低表面自由能所產(chǎn)生的聚合力來(lái)完成。然而液態(tài)的、粘性小的脫氧產(chǎn)物比固態(tài)的、粘性大的顆粒聚結(jié)上浮更容易,這是由它們各自不同的物理特性決定的。因此,脫氧方法和脫氧劑的選擇是這樣考慮的:最大限度地降低鋼中溶解氧的濃度,并生成低熔點(diǎn)、流動(dòng)性好的脫氧產(chǎn)物。然而,盡管固態(tài)的、粘性大的脫氧產(chǎn)物聚結(jié)比較困難,但在一定的條件下,只要有機(jī)會(huì)接觸碰撞且通過(guò)表面自由能的降低,也會(huì)越聚越大,并加速上浮。
   
既然鋼液中呈液態(tài)的脫氧產(chǎn)物易于聚結(jié)上浮,那么什么樣的脫氧產(chǎn)物呈液態(tài)呢各種元素的單獨(dú)脫氧產(chǎn)物的熔點(diǎn)都高于煉鋼溫度,且元素的脫氧能力越強(qiáng),脫氧產(chǎn)物的熔點(diǎn)越高,如Al2O3、TiO2、SiO2等。類似這樣的脫氧產(chǎn)物在煉鋼溫度下都以固體顆粒狀態(tài)存在。而復(fù)合脫氧劑或同時(shí)加入幾種單元素的脫氧劑,在脫氧過(guò)程中易于生成低熔點(diǎn)的液態(tài)脫氧產(chǎn)物,如Mn0?SiO2、2MnO?SiO2MnO?Al2O3等。由此不難看出,脫氧產(chǎn)物的熔點(diǎn)對(duì)其從鋼中的排除也有很大的影響。
   
脫氧產(chǎn)物與鋼液間的界面張力大小對(duì)脫氧產(chǎn)物的上浮與排除也有很大的影響。另外,因脫氧產(chǎn)物的組成不同,它們與鋼液間的界面張力不同,所以也影響上浮與排除。例如,低碳鋼的夾雜物中,大約含有95%的FeOMnO的液態(tài)夾雜,它們與鋼液間的界面張力實(shí)測(cè)為0.1750.3Nm,當(dāng)向此熔體中加入Al2O3時(shí),界面張力約能激增到l.2Nm。夾雜物中Al2O3。的含量越少,界面張力越低,它們也就越不易排除。現(xiàn)已研究證明,脫氧產(chǎn)物的化學(xué)鍵越強(qiáng),熔點(diǎn)越高,聚合力也越大,它們同鋼液的化學(xué)作用也就越弱。因此,即使難熔的固體顆粒只要具有足夠的界面張力,也能夠以很快的速度從鋼中上浮到渣層,也就是說(shuō),有許多強(qiáng)脫氧劑的脫氧產(chǎn)物也容易上浮與排除。如冶煉軸承鋼,當(dāng)用鋁量由0...22kgt鋼增至2kgt鋼,鋼中氧化物夾雜量由0.011%瞬間降至0.004%,Al2O3能夠很快的上浮與排除的原因主要是聚合力很大。
   
在化學(xué)成分一定的情況下,提高溫度降低鋼液粘度有利于脫氧產(chǎn)物的上浮。溫度對(duì)脫氧產(chǎn)物上浮與排除的影響是很大的。當(dāng)其他條件相同時(shí),高溫冶煉能夠獲得較純凈的鋼。這是因?yàn)楦邷爻芨纳其撘旱牧鲃?dòng)性外,還能使一些固態(tài)的顆粒狀脫氧產(chǎn)物得到相應(yīng)的液化,有利于聚結(jié)、上浮與排除。然而冶煉的溫度又不能過(guò)高,因?yàn)檫^(guò)高的溫度,不僅增加電耗,也影響澆注工作的順利進(jìn)行。此外,高溫吸氣及沖刷、侵蝕耐火材料嚴(yán)重,容易重新引進(jìn)不必要的外來(lái)夾雜,進(jìn)而又惡化了鋼的質(zhì)量。
   
攪拌可使鋼液產(chǎn)生紊流運(yùn)動(dòng),使脫氧產(chǎn)物的碰撞幾率增多及聚結(jié)和上浮速度加快,從而有利于脫氧產(chǎn)物的排除。爐前除了采用人工攪拌、機(jī)械攪拌、電磁感應(yīng)攪拌、氣體攪拌外,目前在包中進(jìn)行噴粉與吹氬冶煉也盛行起來(lái),尤其是出鋼后的噴粉操作,在進(jìn)行脫氧、脫硫的同時(shí),還可降低脫氧產(chǎn)物SiO2等的活度,更有助于它們的排除。
   
總之,鋼中脫氧產(chǎn)物的排除程度,在冶煉過(guò)程中取決于脫氧產(chǎn)物的組成和性質(zhì),這與脫氧工藝有直接關(guān)系。脫氧產(chǎn)物的顆粒越大,或密度差越大,或熔點(diǎn)低呈液態(tài)并與鋼液間的界面張力越大,排除程度越好。此外,控制合適的冶煉溫度及加強(qiáng)不同形式的攪拌,也有利于脫氧產(chǎn)物的上浮與排除。   
2
.電爐煉鋼的脫氧方法
1
)直接脫氧
直接脫氧就是脫氧劑與鋼液直接作用,它又分為沉淀脫氧和噴粉脫氧兩種。扒凈氧化渣后,迅速將塊狀脫氧劑,如錳鐵、硅錳合金或鋁塊()或其他多元素的脫氧劑,直接投入(插入)鋼中或加到鋼液的鏡面上,然后造還原稀薄渣,這種脫氧方法稱為鋼液的沉淀脫氧。這個(gè)概念起源于沉淀反應(yīng),因凡從鋼液中析出氧化物的過(guò)程多屬于沉淀反應(yīng)過(guò)程。鋼液的沉淀脫氧的速度較快,可縮短還原時(shí)間,但脫氧產(chǎn)物易殘留在鋼中而成為夾雜。鋼液的噴粉脫氧是將特制的脫氧粉劑,利用冶金噴射裝置并以惰性氣體(氬氣)為載體輸送到鋼液中去。由于在噴吹的條件下,脫氧粉劑的比表面積(脫氧粉劑和鋼液間的界面積與鋼液的體積比)比靜態(tài)渣鋼界面的比表面積大幾個(gè)數(shù)量級(jí),以及在載流氬氣的強(qiáng)烈攪拌作用下,增大了擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)和改善了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件,因此鋼液的脫氧速度很快,即在極短的時(shí)間內(nèi)就可較好地完成脫氧任務(wù),進(jìn)而簡(jiǎn)化了冶煉工藝,縮短精煉時(shí)間,且又能降低各種消耗。另外,鋼液的噴粉脫氧使密度小、沸點(diǎn)低或在煉鋼溫度下蒸氣壓很高的強(qiáng)脫氧劑(Ca、Mg)獲得了廣泛的應(yīng)用;同時(shí)又可改變鋼中夾雜物的屬性和形態(tài)、數(shù)量與分布等,從而使鋼的力學(xué)性能及工藝性能得到了提高。
   
目前,鋼液的噴粉脫氧方式有兩種:一種是在爐內(nèi)進(jìn)行,另一種是在鋼包中進(jìn)行。爐內(nèi)的噴粉脫氧因熔池淺,噴濺嚴(yán)重,脫氧粉劑容易隨著載流氣泡逸出并在渣面上燃燒,所以脫氧粉劑的利用率偏低,但最終脫氧效果還是強(qiáng)于鋼液的沉淀脫氧,而不如鋼包中的噴粉脫氧。包中的噴粉脫氧,由于粉劑運(yùn)動(dòng)的行程長(zhǎng),因此利用率很高。脫氧產(chǎn)物在氬氣攪拌作用下,碰撞聚結(jié)幾率大,易于上浮與排除,而少數(shù)夾雜物就是殘留在鋼中,也是細(xì)小、分散、均勻分布,或?qū)傩耘c形態(tài)發(fā)生了改變,因此對(duì)鋼的危害也較小。此外,鋼包中的噴粉脫氧無(wú)二次氧化。鋼液的噴粉脫氧劑有多種,除鈣系合金粉劑可用來(lái)脫氧外,還有鋁粉、硅鐵粉、鈦鐵粉、稀土等,也可噴吹渣粉,如Ca0粉或摻入少量的CaF2粉,也可噴吹渣粉和某些脫氧元素的混合劑。這些粉劑噴前需經(jīng)嚴(yán)格烘烤、篩分,H2O≤0.1%。鋼液的噴粉脫氧無(wú)論是在爐內(nèi)進(jìn)行,還是在鋼包中進(jìn)行,只是脫氧效果有差異,而反應(yīng)基理不變。
   
噴吹渣粉(如噴吹85CaO15CaF2)的脫氧,并不是渣粉與鋼中氧直接作用,而是渣粉噴入后,降低了aSiO2,增強(qiáng)了硅的脫氧能力,從而降低了鋼中的氧含量。也有人認(rèn)為在噴吹條件下,渣粉在氬氣泡表面熔化形成一層液體渣膜,使鋼中硅和氧一齊向渣膜擴(kuò)散,從而生成了活度低的脫氧產(chǎn)物并隨同氬氣泡排出,而使鋼液中的氧得到了進(jìn)一步的降低。因此,利用噴吹渣粉脫氧,鋼液中必須含有足夠的硅量。此外,該法溫降大且增氫降硅,這在制定工藝制度時(shí)不可不考慮。在噴吹時(shí),由于脫氧粉劑的比表面積大,有的還以氣態(tài)與鋼液接觸,以及在氬氣的攪拌作用下,擴(kuò)散傳質(zhì)好,因此,鋼液的噴粉脫氧有它自己獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)條件。尤其是鋼包中噴粉脫氧,準(zhǔn)確的操作可將鋼中氧降到20×10—4%以下。
   
影響鋼液噴粉脫氧的主要因素有:
    (1)
噴吹參數(shù)。噴槍插入的位置、深度及角度等有力地影響反應(yīng)界面的大小和粉劑在鋼液內(nèi)的停留時(shí)間,直接影響脫氧效果。合適的噴粉強(qiáng)度和混合濃度能相應(yīng)增加噴入量,提高渣鋼的激烈攪拌程度。但過(guò)大的送粉速度也是不必要的。因?yàn)檫^(guò)大的送粉速度使脫氧粉劑難以和鋼液充分作用而過(guò)早的逸出或使鋼液裸露嚴(yán)重,因此應(yīng)根據(jù)噴粉設(shè)備的固有特點(diǎn)選擇最佳的噴粉工藝參數(shù)。
    (2)
脫氧粉劑噴入量和噴吹時(shí)間。一般是脫氧粉劑的噴入量越大,鋼液中的最終氧含量越低;在噴吹強(qiáng)度一定的條件下,噴吹時(shí)間越長(zhǎng),脫氧效率越高。此外,噴后對(duì)鋼液的吹氬洗滌時(shí)間不應(yīng)過(guò)短,否則脫氧產(chǎn)物來(lái)不及排除,但噴吹和洗滌時(shí)間過(guò)長(zhǎng),易使包襯和噴槍侵蝕嚴(yán)重,且鋼液又會(huì)重新氧化,因此過(guò)長(zhǎng)的噴吹和洗滌時(shí)間也是不必要的。
    (3)
脫氧產(chǎn)物。鋼液噴粉脫氧的產(chǎn)物對(duì)脫氧效果的影響很大。如果脫氧產(chǎn)物為大型球狀易熔夾雜(CaO—Al2O3),就能很快地上浮與排除。
    (4)
包襯材質(zhì)。大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明,在噴吹過(guò)程中,粘土磚包襯中的SiO2將與CaAl發(fā)生下述反應(yīng):

   
可以看出,粘土磚包襯在噴吹過(guò)程中侵蝕嚴(yán)重,且有大量的SiO2被還原而使鋼中的Si含量增加,并影響CaAl的利用率,使鋼液在澆注過(guò)程中氧含量略有回升。所以,粘土磚的包襯不能用來(lái)噴吹,尤其是采用鈣系粉劑和鋁質(zhì)粉劑更不適用。目前,噴吹的包襯多是用高鋁質(zhì)或鎂碳質(zhì)的。
    2
)間接脫氧   
   
還原稀薄渣造好后,將脫氧劑(一般以粉狀脫氧劑為主)加在渣面上,通過(guò)降低渣中的氧含量來(lái)達(dá)到鋼液的脫氧,這種脫氧方法稱為間接脫氧。間接脫氧的理論根據(jù)是分配定律,即在一定的溫度下,鋼液中氧的活度與渣中(FeO)的活度之比是一個(gè)常數(shù),表示為:

式中L0——氧的分配系數(shù)。
  
將粉狀脫氧劑加入渣中,渣中(FeO)的含量勢(shì)必減少,氧在渣鋼間的分配平衡遭到破壞,為了達(dá)到重新平衡,鋼液中的氧就向渣中擴(kuò)散或轉(zhuǎn)移,由此不斷地降低熔渣中的氧含量,就可使鋼液中氧陸續(xù)得以脫除。因此,間接脫氧又稱擴(kuò)散脫氧。

3
)綜合脫氧
綜合脫氧的實(shí)質(zhì)就是直接脫氧和間接脫氧的綜合應(yīng)用。在操作過(guò)程中,力求克服各自的缺點(diǎn),集中優(yōu)點(diǎn)來(lái)完成鋼液的脫氧任務(wù)。該法脫氧既能保證鋼的質(zhì)量,又能縮短還原時(shí)間,因此目前在生產(chǎn)上比較常見(jiàn)。
3
.鋼液的脫氧操作
鋼液除噴粉脫氧外,爐中脫氧還有多種,比較常見(jiàn)的有白渣法和電石渣法兩種,它們的主要區(qū)別是:白渣中不含有CaC2,造渣時(shí)間短,適用于各類鋼種;電石渣中含有CaC2,還原能力強(qiáng),但冶煉時(shí)間長(zhǎng),在一般鋼種上不使用。除此之外,還有中性渣等脫氧操作。
1)白渣脫氧操作
扒凈氧化渣后,要立即迅速加入稀薄渣料,盡量減少鋼液的吸氣與降溫。稀薄渣料中石灰和螢石的體積比為3.51,對(duì)于中等容量的爐子,渣料的加入量一般為鋼水量的3%~3.5%,小爐子可取上限值。為使渣料快速熔化形成渣液覆蓋鋼液,應(yīng)用較大的功率供電及推渣攪拌,直至形成流動(dòng)性良好的熔渣。稀薄渣最好一次造成,避免在還原過(guò)程中時(shí)而調(diào)稠、時(shí)而調(diào)稀,盡量做到造渣材料比及渣量準(zhǔn)確,合理地使用電流電壓等。
   
根據(jù)工藝要求,薄渣料加入前或隨同薄渣料一起加入塊狀脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧。其中,使鋼中錳(包括鋼中殘余錳含量)達(dá)到(接近)規(guī)格下限,硅達(dá)到0.10%~0.15%。薄渣形成后調(diào)入合金,然后按規(guī)程要求分批加入脫氧粉劑;第一批用量應(yīng)多些,其他各批依次遞減,每批間隔大于6min。作為脫氧劑加入的硅鐵粉,大約有50%用于脫氧或燒損,余者進(jìn)入鋼液中,因此硅鐵粉的總用量不能太多,一般為36kgt鋼。有的還使用硅鈣粉或鋁粉繼續(xù)脫氧,這時(shí)更要控制硅鐵粉的用量,以免鋼中硅超出規(guī)格。第一批硅鐵粉加入后,應(yīng)加入0.3kgt鋼炭粉,其他各批根據(jù)渣況適量加入。炭粉和渣中的氧化物反應(yīng)生成CO氣體,能使?fàn)t內(nèi)保持正壓,進(jìn)而防止還原渣被空氣氧化。脫氧粉劑每批加入前,應(yīng)對(duì)熔池進(jìn)行充分的攪拌,加完后要緊閉爐門,密封電極孔和加料孔等,避免冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)而降低還原氣氛。

高堿度還原性渣中(SiO2)(MnO)的活度較低,在渣鋼界面間可顯著提高它們的脫氧能力。為使硅鐵粉充分發(fā)揮脫氧作用,在加入的硅鐵粉中應(yīng)摻入適量的石灰,使渣中局部堿度增高,石灰的摻入量主要憑經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)熔渣的流動(dòng)性而定。也可用碳化硅粉代替硅鐵粉。但碳化硅粉加入時(shí),熔池的溫度一定要高一些。碳化硅粉的脫氧產(chǎn)物SiO2和碳化硅粉中的SiO2均能稀釋熔渣,造稀薄渣時(shí)螢石的用量應(yīng)酌減。碳化硅粉每批的加入量不能太多,因?yàn)榧尤胩?,鋼液易增碳;如果前期利用炭粉渣工藝脫氧或全扒渣時(shí)用炭粉大量增碳的鋼液,不宜使用該種粉劑進(jìn)行脫氧。此外,碳化硅的熔點(diǎn)很高(24502950℃),比較穩(wěn)定,難熔化、分解,且碳化硅粉中的硅含量較低,收得率也低,因此在使用碳化硅粉脫氧時(shí),鋼液中的硅含量往往不能滿足鋼種的規(guī)格要求,這時(shí)就要利用硅鐵調(diào)硅,或在碳化硅粉進(jìn)行脫氧的同時(shí)補(bǔ)加硅鐵。
   
在還原過(guò)程中,要控制好溫度和加強(qiáng)攪拌,促使溫度、化學(xué)成分均勻及脫氧產(chǎn)物充分上浮,并注意熔池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)與變化,保證有足夠的堿度和合適的流動(dòng)性,渣稠時(shí)應(yīng)加入螢石或火磚塊調(diào)整,渣稀時(shí)應(yīng)補(bǔ)加石灰,如有大塊鎂砂浮起應(yīng)立即扒出,嚴(yán)重時(shí)要換渣。一般還原期的總渣量為料重的4%~5%,小爐子取上限,大爐子取下限,而白渣的堿度應(yīng)保持3.0左右。
   
還原期的熔渣初期含有大量的(FeO)(MnO)而呈亮黑色,含有鉻的氧化物呈綠色,隨著脫氧反應(yīng)的進(jìn)行,這些氧化物的濃度不斷降低,最后變?yōu)榘咨?。流?dòng)性良好的白渣,活躍起泡沫,并能在耙桿上均勻沾粘23mm松而脆的渣層,冷卻時(shí)很快破裂成白色片狀,時(shí)間一長(zhǎng)就散成白色粉末。這是因?yàn)樵泻?span lang="EN-US">(2CaO?SiO2)
,在溫度高于675℃時(shí)很穩(wěn)定,當(dāng)冷卻至675℃以下時(shí),會(huì)發(fā)生晶體轉(zhuǎn)變,由β晶型變?yōu)?span lang="EN-US">γ晶型,致使體積增大而粉化。如果渣中(SiO2)含量低,而(MnO)含量高時(shí),不易碎成粉末,這時(shí)應(yīng)調(diào)整一下熔渣的成分。評(píng)定白渣的好壞,不但要看渣白的程度,還要看爐內(nèi)渣色保持的時(shí)間。白渣顏色穩(wěn)定,說(shuō)明鋼液間接脫氧好,如渣色反復(fù)變化,表明脫氧不良。當(dāng)脫氧工藝完成后,渣況良好渣色變白,經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蠹纯扇臃治龀鲣摮煞帧?span lang="EN-US">
    白渣脫氧操作還有另外一種,就是當(dāng)稀薄渣形成后,用炭粉和硅鐵粉(或硅鈣粉)混合物同時(shí)進(jìn)行間接脫氧,這種操作俗稱硅炭粉渣法。硅炭粉渣的第一批脫氧劑是由l3kgt鋼炭粉和l3kgt鋼硅鐵粉(或硅鈣粉)組成,加入爐中后保持l015min,渣變白后再分批加入硅鐵粉等繼續(xù)脫氧。實(shí)踐證明,該法脫氧效果也很好,并在生產(chǎn)上獲得了較為廣泛的應(yīng)用。
   
2)電石渣脫氧操作
   
扒凈氧化渣后,根據(jù)工藝要求加入預(yù)脫氧劑,然后立即造稀薄渣,渣況稍稠一點(diǎn),再加入炭粉l.53.0kgt鋼。為了加速電石渣的形成,炭粉加入后應(yīng)緊閉爐門,封好電極孔和加料孔,并使用較大的功率,炭粉在高溫區(qū)與氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成碳化鈣:


這是個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng),因此必須使用較大的電流與電壓,以保證爐內(nèi)具有很高的溫度。當(dāng)有濃濃的黑煙或帶黑煙的火焰從爐子的縫隙冒出時(shí),標(biāo)志著電石渣已形成。為了減少形成電石渣的時(shí)間,縮短還原期,也可往鋼液面上或隨稀薄渣料或稀薄渣形成后直接加入小塊電石35kgt鋼,然后再調(diào)入少量炭粉使?fàn)t內(nèi)保持正壓進(jìn)行脫氧,同樣能得到相同的效果。
碳化鈣在渣中既能溶解又能擴(kuò)散,脫氧反應(yīng)如下:


   
在碳化鈣進(jìn)行脫氧的同時(shí),為了保持正壓而使用的炭粉在較低的溫度區(qū)域內(nèi)也能還原渣中的(FeO)(MnO)。
   
電石渣是高堿性的還原熔渣,脫氧能力比白渣強(qiáng)。為使鋼液充分脫氧,電石渣應(yīng)保持2030min。在電石渣下操作,除溫度不好控制外,鋼液還易增硅,大約增硅0.05%~0.15%/h,這是由于CaC2與渣中(SiO2)發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果,反應(yīng)式如下:

   
此外,還易使鋼液增碳,每小時(shí)約增碳0.05%~0.10%。如果采用電石渣出鋼,渣中的游離碳也會(huì)使鋼的成品碳增高。
   
電石渣因碳化鈣含量不同分為弱電石渣(CaC21%~15%)和強(qiáng)電石渣(CaC22%~4)。兩者從現(xiàn)象上區(qū)分不太容易,只不過(guò)弱電石渣顯灰黑色,強(qiáng)電石渣呈烏黑色,但它們和氧化渣有明顯的區(qū)別,電石渣無(wú)光澤,而氧化渣呈亮黑色。另外,電石渣有時(shí)帶有白色條紋,在空氣中冷卻會(huì)粉碎,放入水中能放出乙炔(C2H2)氣體,并有強(qiáng)烈的刺激味,反應(yīng)式如下:

   
因?yàn)?span lang="EN-US">CaC2的熔點(diǎn)高,所以電石渣粘度大,并與鋼液潤(rùn)濕好。從出鋼到最終澆注,由于渣鋼不易分離而易使鋼中夾雜增加,因此一般均要求電石渣變成白渣后方能出鋼。
   
電石渣的脫氧情況可根據(jù)熔渣顏色的變化來(lái)判斷。最初,熔渣中(FeO)(MnO)含量較高,渣呈亮黑色,隨著渣中氧化物的減少,變成棕黑色。當(dāng)脫氧比較好時(shí),熔渣表面無(wú)光澤或帶有白色條紋,渣色完全變白,說(shuō)明脫氧良好。電石渣變白后,一般還要分批加入硅鐵粉或硅鈣粉繼續(xù)脫氧,每批加入量為11.5kgt鋼,每隔67min加一批,加前要攪拌,并使白渣保持到出鋼。
   
為使電石渣及時(shí)變白,除炭粉的用量要合適外,還要控制好電流和電壓。如果一旦難以變白,說(shuō)明渣中游離碳和碳化鈣過(guò)多,這時(shí)應(yīng)采取稀釋或氧化掉渣中游離碳及碳化鈣的辦法:可向熔池中加入石灰、螢石進(jìn)行稀釋;也可打開(kāi)爐門及加料孔,讓空氣穿膛而過(guò),將渣中的游離碳和碳化鈣氧化掉;迫不得已時(shí),還可向渣面上吹入少量的氧或采取部分扒渣補(bǔ)換新渣等辦法進(jìn)行處理。
   
3)中性渣脫氧操作
   
扒凈氧化渣后,根據(jù)鋼種的工藝要求加入預(yù)脫氧劑,然后造中性稀薄渣。中性渣的渣料主要由火磚塊摻入適量的石灰和螢石組成,使渣中的(CaO)(MgO)的含量之和幾乎同(SiO2)的含量相當(dāng),(MgO)是由稀薄渣及高溫長(zhǎng)時(shí)間侵蝕爐襯而得。由于這種渣的主要成分為MgOSiO2,所以又稱為MgO—SiO2中性渣。
   
中性稀薄渣形成后,要立即分批加入脫氧粉劑進(jìn)行間接脫氧,使用數(shù)量應(yīng)參照鋼液中的硅含量和熔渣中的堿性氧化物的數(shù)量而定。中性渣能穩(wěn)定鋼液中的碳,且電阻大,有利于鋼液的加熱和升溫。另外,這種渣表面張力大,有利于弧光穩(wěn)定。但該種渣對(duì)堿性爐襯侵蝕嚴(yán)重,所以造渣過(guò)程中,渣量不宜過(guò)大,一般約為鋼水量的l%~2%。此外,這種渣沒(méi)有脫硫能力,因此對(duì)爐料要求比較嚴(yán)格,除冶煉含硫易切削鋼或某些不銹鋼外,已很少采用。
    4
.鋼液脫氧效果的檢驗(yàn)
   
目前,鋼液脫氧效果的檢驗(yàn)雖然尚未制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),但電爐煉鋼工對(duì)于脫氧工藝簡(jiǎn)單或使用弱脫氧劑脫氧并用于澆注鎮(zhèn)靜鋼的鋼液,在脫氧操作結(jié)束后,一般仍要進(jìn)行脫氧效果的檢驗(yàn)。如果發(fā)現(xiàn)脫氧不良,就要立即采取積極有效的措施加以處理。
鋼液脫氧效果檢驗(yàn)的方法較多,較為常見(jiàn)的有以下幾種:
(1)
經(jīng)驗(yàn)判斷法。有經(jīng)驗(yàn)的電爐煉鋼工從爐渣的顏色上可大概地判斷出鋼液脫氧的好壞:如果渣白且在爐中能保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定,而斷口呈灰白并能在空氣中粉化、碎裂,表明渣電(FeO)的含量較低,這時(shí)可判斷為鋼液脫氧良好。
(2)
脫氧杯觀察法。脫氧杯觀察法是判斷鋼液脫氧好壞比較原始的方法。脫氧結(jié)束后,將鋼液輕輕地注入清潔、干燥、圓形的高筒杯內(nèi),凝固后表面平靜或有不同程度的收縮,說(shuō)明鋼液脫氧良好(見(jiàn)圖l2—2a);如凝固過(guò)程中冒出一束束火花或在凝固后不但不收縮,反而有上漲、突起現(xiàn)象,這可能是脫氧不好的標(biāo)志(見(jiàn)圖l2—2b)。

12—2利用脫氧杯觀察脫氧
a
-脫氧良好的試樣;b-脫氧不良的試樣
有時(shí)鋼液脫氧良好,但因鋼中的氫含量較高,也會(huì)引起上漲,鑒別方法如下:將鋼液取出,插入少量的鋁進(jìn)行強(qiáng)制脫氧,然后再將鋼液輕輕注入脫氧杯內(nèi),如不上漲,說(shuō)明脫氧不良;如仍然上漲,說(shuō)明鋼中的氫含量較高。此外,經(jīng)過(guò)充分脫氧的鋼液,如果注入潮濕、不干凈的脫氧杯中,或注入的鋼水量太少或太猛,也容易引起上漲。因此,利用脫氧杯檢驗(yàn)脫氧效果時(shí),脫氧杯必須清潔、干燥,并將鋼液輕輕地注入,鋼水量最少也應(yīng)超過(guò)脫氧杯高度的60%以上。對(duì)于經(jīng)過(guò)充分脫氧,但溫度高于l600℃,碳含量大于l%的高碳鋼,如Tl2A等,當(dāng)鋼液在脫氧杯內(nèi)凝固時(shí),也往往冒出一束束火花,或有上漲并結(jié)成一層硬蓋,給人一種似乎脫氧不良的假象。如將硬蓋捅開(kāi),發(fā)現(xiàn)下面的收縮照樣良好,表明該鋼液脫氧仍然較好。這種假象的出現(xiàn),可能是當(dāng)溫度高于1600℃時(shí),鋼中的滲碳體Fe3C發(fā)生分解,隨著溫度的降低,分解出來(lái)的游離碳與氧發(fā)生二次反應(yīng)的結(jié)果。對(duì)于高鎢鋼,如3Cr2W8V等,有時(shí)也出現(xiàn)上述類似現(xiàn)象,原因可能是高鎢鋼的鋼液,在凝固結(jié)晶過(guò)程中,隨著溫度的降低,首先析出的碳與氧繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),也有可能是含鎢的滲碳體,如(FeW)3C或其他的復(fù)雜、低熔點(diǎn)的碳化物,如CrC6等較多,并在高溫下分解而產(chǎn)生的游離碳與氧再次發(fā)生反應(yīng)而造成的。一般溫度越高,注速越快,上述假象越顯著。
(3)
化學(xué)分析法?;瘜W(xué)分析能夠快速測(cè)出還原渣中(FeO)的含量。如果渣中(FeO) 的含量小于0.5%,表明鋼液的脫氧較好。
(4)
儀表測(cè)量法。目前,通過(guò)儀表可直接測(cè)出鋼液中的氧含量。所用的儀表有快速定氧定碳儀、電子電位差計(jì)、濃差電池定氧儀,還有測(cè)溫定氧儀等多種。這些儀表使用方便,快速準(zhǔn)確,有的只需幾秒鐘就可確切知道鋼中的氧含量,因此,已在許多煉鋼單位得到了普遍的應(yīng)用。
5
.鋼液的終脫氧
為了進(jìn)一步降低鋼中氧含量,根據(jù)工藝要求,在出鋼前或往出鋼槽、出鋼流中,也可在鋼包中或在澆注過(guò)程中加入脫氧能力更強(qiáng)的元素,即在凝固前對(duì)鋼液進(jìn)行最后一次直接脫氧,稱為鋼液的終脫氧。經(jīng)過(guò)終脫氧的鋼液,凝固后可獲得理想的結(jié)晶組織,各種性能也得到了提高。
   
由于終脫氧劑的用量、種類或操作不同,對(duì)鋼中夾雜物的含量、形狀、大小與分布的影響也不同。常用的終脫氧劑有鋁、鈦、硅鈣或鈰鐵等。
   
鋁的終脫氧多用在出鋼前23min插入鋼中,一般用量:低碳鋼為lkgt鋼,中碳鋼為0.8kgt鋼,高碳鋼和高硅鋼為0.5kgt鋼,而工具鋼為0.  5kgt鋼。目前出現(xiàn)的喂絲機(jī),將制成的鋁芯喂入鋼中,可以節(jié)省鋁的用量。用鋁做終脫氧劑可控制鋼液的二次氧化及減少鋼錠產(chǎn)生氣泡,同時(shí)又能防止Fe4N生成,避免鋼產(chǎn)生老化。此外,鋁和氮的結(jié)合能力較大,在脫氧良好的情況下,終脫氧鋁和鋼中的氮可生成氮化鋁,并以高度彌散狀態(tài)分布在鋼中,在鋼液結(jié)晶時(shí)可作為非自發(fā)核心而細(xì)化晶粒。對(duì)于晶粒度要求較高的鋼種,殘余全鋁量保持在0.02%~0.05%范圍內(nèi)較為理想。終脫氧鋁加入前,一般先鑄成單重不大于3kg 的均勻塊體,然后根據(jù)用量的多少插入熔池中,插前最好先放在爐門上烘烤一下,插時(shí)要使鋁塊迅速穿過(guò)渣層進(jìn)入鋼中,稍化一會(huì)再活動(dòng)耙桿,待鋁塊化后,拿出耙桿,為了擴(kuò)大鋁在熔池中的終脫氧范圍,插后應(yīng)進(jìn)行攪拌。在鋼包中用鋁塊進(jìn)行終脫氧,會(huì)因鋁的密度小,易飄浮,或脫氧產(chǎn)物Al2O3在鋼中呈團(tuán)絮狀分布,在鋼包水口的內(nèi)壁上懸掛或堵塞湯道而影響鋼的正常澆注。目前,已研制出一種噴射裝置,將預(yù)先制備的鋁丸噴射到鋼液的深部,使其在鋼中分布均勻,從而既滿足冶煉工藝的要求,又提高終脫氧鋁的利用率。在澆注過(guò)程中,通過(guò)中注管添加鋁丸或鋁絲也可對(duì)鋼進(jìn)行終脫氧。鈦的氧化物和碳化物也能成為鋼液結(jié)晶時(shí)的非自發(fā)核心,因此也有細(xì)化晶粒的作用。鈦的脫氧產(chǎn)物TiO2對(duì)錳或鐵硅酸鹽有降低熔點(diǎn)的作用,可以促使硅酸鹽夾雜物聚集上浮,結(jié)果使鋼中的這類夾雜物含量顯著減少。此外,鈦也是形成TiN最強(qiáng)的元素,雖然可減輕氮對(duì)鋼質(zhì)量的危害程度,但總會(huì)有一部分殘留在鋼中而形成帶棱角的夾雜物。終脫氧一般使用鈦鐵,用量不大,不計(jì)燒損。加入前應(yīng)插鋁lkgt鋼,以確保鈦的終脫氧效果,加時(shí)最好推開(kāi)渣面,使之與鋼液直接接觸,也可在出鋼槽或出鋼流中加入。作為終脫氧的硅鈣能減少鋼中Al2O3 鏈狀?yuàn)A雜,增加球狀?yuàn)A雜,還能控制鋼液的二次氧化、脫硫與除氣,改善鋼液的流動(dòng)性和鋼錠的表面質(zhì)量及提高鋼的沖擊韌性等。終脫氧硅鈣塊的用量一般不大于lkgt鋼,出鋼時(shí)直接投入鋼流或鋼包中。鈰對(duì)鋼的脫氧脫硫及除氣與細(xì)化晶粒均有好處,還能減少鋼液的二次氧化并能改善鋼的力學(xué)性能等。鈰鐵的加入量一般為0. 30. 5kgt鋼,多直接投入鋼流或鋼包中,如在爐中使用,要用鐵皮包好插入鋼液中。
    6
.鋼液的二次氧化與控制
   
在出鋼和澆注過(guò)程中,脫氧良好的鋼液,由于鋼液的裸露并與空氣直接接觸,鋼中某些元素有可能與空氣中的氧或氮發(fā)生反應(yīng),生成二次氧化物及氮化物。此外,出鋼后隨著溫度的降低,[O]在鋼中的溶解度也降低,而這些元素與[O]的反應(yīng)能力卻增加,這樣在新的條件下又要繼續(xù)生成氧化物。類似這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為鋼液的二次氧化。鋼液的二次氧化使鋼中夾雜物的總量明顯增加,嚴(yán)重地影響成品鋼的各種性能,因此,在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)盡量防止與避免。良好的終脫氧操作能將鋼中的氧得到進(jìn)一步地降低,從而可使鋼液發(fā)生二次氧化的程度大大減少,尤其是用鋁的終脫氧作用更大。此外,盡量縮短出鋼時(shí)間,并采取大口噴吐、渣鋼混出等,也能減少鋼液的二次氧化。
目前,比較盛行的真空冶煉或鋼包噴粉是在出鋼后進(jìn)行脫氧,能使鋼中的氧含量降到很低的水平,基本上可避免或消除鋼液的二次氧化。除此之外,在澆注過(guò)程中,采用惰性氣體、液渣、或石墨渣保護(hù)澆注及真空澆注等,也都是控制鋼液二次氧化的有力措施。


   
二、還原期的脫硫
   
電爐煉鋼的脫硫任務(wù)主要是在還原期或利用鋼液的爐外精煉來(lái)完成,脫硫是還原精煉的重要內(nèi)容之一。
   
堿性電爐煉鋼的各個(gè)冶煉階段都能脫硫。一般熔化期的LS可達(dá)34,氧化期的LS可達(dá)810,而還原期的LS可達(dá)5080。由此可見(jiàn),大部分的脫硫任務(wù)是在還原期進(jìn)行的。以下介紹還原期和出鋼過(guò)程脫硫操作的強(qiáng)化措施。
    1
.還原期脫硫操作的強(qiáng)化措施
   
還原期脫硫操作的強(qiáng)化措施有:
    (1)
提高全扒渣溫度。脫硫是吸熱反應(yīng),提高全扒渣溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行。此外,提高全扒渣溫度還能使稀薄渣形成速度快,以及改善脫硫的動(dòng)力學(xué)條件。
    (2)
提高還原渣的堿度。在渣量合適,流動(dòng)性良好的情況下,渣的堿度R應(yīng)保持在2.5 3.5之間,并在這個(gè)范圍內(nèi)盡量提高堿度,使脫硫反應(yīng)朝有利的方向進(jìn)行。
    (3)
加強(qiáng)直接預(yù)脫氧或采用強(qiáng)制性的脫氧工藝。在預(yù)脫氧劑的直接作用下,迅速降低鋼中的氧含量,越低越好,可使鋼中的硫脫除20%~30%左右。例如當(dāng)堿度R=2.83.2,(FeO)<0.5%時(shí),鋼液的脫硫量可達(dá)40%以上,(FeO)=0.6%~l.0%時(shí),鋼液的脫硫量約為30%左右,而當(dāng)(FeO)>1.0%時(shí),鋼液的脫硫量卻很低。除此之外,堿性電爐煉鋼的還原期如果采用電石渣等強(qiáng)制性的脫氧工藝,也有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。
    (4)
加強(qiáng)熔池的攪拌。加強(qiáng)熔池?cái)嚢枋菑?qiáng)化脫硫的一項(xiàng)重要措施,特別是在還原的中后期,當(dāng)鋼液中的硫含量較低時(shí),脫硫反應(yīng)經(jīng)常達(dá)不到平衡,通過(guò)攪拌強(qiáng)化硫的擴(kuò)散,以改善脫硫的動(dòng)力學(xué)條件。
    (5)
通過(guò)調(diào)整電流電壓,改善脫硫速度。為了獲得硫含量很低的鋼液,在還原末期可采用低電壓、大電流的辦法進(jìn)行脫硫。因低電壓、大電流的弧光短,能吹動(dòng)熔渣而活躍反應(yīng)區(qū)域,進(jìn)而有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。
    (6)
換渣操作。在脫硫困難的條件下,為了獲得硫含量很低的鋼液,在還原末期可采取部分扒渣或完全扒渣,然后按合適的配比加入石灰和螢石補(bǔ)造新渣,以此來(lái)達(dá)到擴(kuò)大渣鋼反應(yīng)界面積和增大渣量,最終也能較好地完成鋼液的脫硫任務(wù)。
    2
.出鋼過(guò)程脫硫操作的強(qiáng)化措施
   
通常將出鋼前鋼液中硫含量與出鋼后鋼液中硫含量之比,稱為出鋼脫硫效率。以符號(hào)ηS。表示,則:   

   
出鋼過(guò)程脫硫操作的強(qiáng)化措施大體上有以下四項(xiàng)。
    (1)
保持還原渣的正常顏色。出鋼前后還原渣中平均(FeO)含量降低越大,脫硫效率ηS提高得越大。出鋼前還原渣為黃色,表明渣中(FeO)(MnO)的含量較高,對(duì)出鋼過(guò)程的脫硫不利。出鋼前還原渣呈黑色或灰黑色,表明渣中游離碳較多或是電石渣,如果在該種渣下出鋼,對(duì)脫硫有好處,但因熔渣與鋼液潤(rùn)濕較好,出鋼后渣鋼不易分離,且又影響夾雜物的上浮,這也不是我們所希望的。綠色的還原渣中含Cr2O3較高,對(duì)脫硫略有好的影響。而亮黑色的氧化渣中(FeO)的含量高,對(duì)提高出鋼脫硫效率ηS。極為不利。所以,保持還原渣的正常顏色(白渣或花白渣)是出鋼過(guò)程強(qiáng)化脫硫操作的一項(xiàng)重要措施。
    (2)
保持還原渣的正常狀態(tài)。這里主要是指熔渣的堿度與流動(dòng)性,即出鋼前要求還原渣要有合適的堿度和合適的流動(dòng)性。堿度過(guò)高過(guò)低對(duì)出鋼過(guò)程的脫硫均不利。當(dāng)R=3.54.2時(shí),出鋼脫硫效率ηS最高。但原始硫含量[S]0越低,出鋼脫硫效率ηS也越低。熔渣的堿度和流動(dòng)性,這兩者之間的關(guān)系極為密切。堿度過(guò)低影響脫硫反應(yīng)的順利進(jìn)行,過(guò)高又破壞熔渣良好的流動(dòng)性,阻礙硫在渣中的擴(kuò)散與轉(zhuǎn)移。所以,保持還原渣的合適堿度和良好的流動(dòng)性是出鋼過(guò)程強(qiáng)化脫硫操作的又一項(xiàng)措施。
(3)
強(qiáng)化終脫氧用鋁。終脫氧用鋁量由0.5kgt鋼增加到1kgt鋼時(shí),鋼中溶解氧降低,而出鋼的脫硫效率也跟著提高,因此為了更好地脫硫,強(qiáng)化終脫氧用鋁十分重要,在操作過(guò)程中用量一定要滿足工藝要求。加入鋼中的鋁不能直接脫硫,只能協(xié)助脫硫,它的主要作用是為了降低鋼中的氧含量。當(dāng)鋼中的[Al]≥0.06%時(shí),鋼中的氧含量將明顯增高,因此一般鋼中均規(guī)定殘余鋁的含量為0.02%~0.05%。

    (4)
強(qiáng)化出鋼方式。脫硫反應(yīng)是界面反應(yīng),擴(kuò)大反應(yīng)界面有利于脫硫。如果在出鋼過(guò)程中,利用渣鋼的激烈攪混來(lái)擴(kuò)大渣鋼間的反應(yīng)界面,可使脫硫反應(yīng)條件得到顯著的改善。一般規(guī)律是出鋼脫硫效率將隨混沖速度的提高、混沖高度的增加、渣量的加大、渣溫的提高以及(FeO)含量的降低而提高。為了充分利用這樣的機(jī)會(huì),目前電爐煉鋼工多采取渣鋼混出、大口噴吐、快速有力的方式出鋼,可繼續(xù)脫硫30%~50%。為此,要求出鋼口要大、出鋼坑要深。對(duì)于高架式的電爐,要求平臺(tái)的設(shè)計(jì)高度要高些。
   
三、鋼液溫度的調(diào)整與測(cè)量
    1
.溫度對(duì)鋼液精煉的影響
   
電爐鋼冶煉溫度的控制主要是在氧化期,還原期只是經(jīng)常進(jìn)行必要的調(diào)整。正確掌握還原期的溫度能夠很好地控制冶煉過(guò)程,這對(duì)提高鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量及降低各種消耗等均有重要的作用。冶煉溫度過(guò)高,電耗增加,還原渣易變稀變黃難以控制,同時(shí)也降低元素的脫氧能力,使鋼液吸氣嚴(yán)重或使鋼中夾雜總量增加。另外,也降低爐襯的使用壽命,增加耐火材料消耗。如果出鋼溫度過(guò)高,容易蝕斷塞棒,而塞棒一旦蝕斷就必然影響注溫注速的控制。過(guò)高溫度的澆注極易造成跑鋼、粘模,錠()還易產(chǎn)生皮下氣泡、縮孔、熱裂,在成品材上容易引起白點(diǎn)或碳化物不均勻等缺陷。低溫冶煉熔體的粘度大,渣鋼間的物化反應(yīng)不能充分地進(jìn)行,既延長(zhǎng)了冶煉時(shí)間,也影響脫氧、脫硫效果以及夾雜物的上浮與排除,成品材還容易出現(xiàn)發(fā)紋或斷口等缺陷。低溫澆注又易使水口或中注管凝死而影響澆注的正常進(jìn)行,嚴(yán)重的甚至造成缺支短錠廢品,就是勉強(qiáng)注成的鋼錠也容易出現(xiàn)翻皮、結(jié)疤、冷截或中心疏松等缺陷。澆注溫度低,鋼錠表面質(zhì)量差,既增加了清理量,也浪費(fèi)了人力物力。
    2
.鋼液溫度的調(diào)整
   
氧化期的溫度制度為還原期冶煉創(chuàng)造了條件,還原期溫度的調(diào)整是在氧化期溫度的基礎(chǔ)上,考慮鋼種的特點(diǎn)、出鋼溫度、爐外精煉的特點(diǎn)以及澆注條件等而逐漸完成的。
   
1)出鋼溫度的確定
   
出鋼溫度一般按下式確定:
   
出鋼溫度=開(kāi)澆溫度+出鋼溫降+精煉與鎮(zhèn)靜溫降
   
不同的鋼種具有不同的特點(diǎn),也有不同的性能和質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),因而對(duì)出鋼溫度的要求也相應(yīng)不同。大量的生產(chǎn)實(shí)踐已總結(jié)出:高碳鋼的熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好,出鋼溫度應(yīng)低一些,低碳鋼的出鋼溫度應(yīng)高一些;粘度大的,如高鉻鋼等,出鋼溫度應(yīng)高一些,而流動(dòng)性較好或?qū)δ突鸩牧细g作用大的,如高硅鋼、高錳鋼或高錳高硅鋼,出鋼溫度應(yīng)低一些;合金元素較多和雜質(zhì)較多的高合金鋼溫度控制應(yīng)高一些,而一般合金鋼的溫度控制相應(yīng)要低一些;對(duì)發(fā)紋或斷口等缺陷敏感性強(qiáng)的鋼種溫度控制應(yīng)高一些,而對(duì)裂紋、縮孔、白點(diǎn)或碳化物不均勻等缺陷敏感性大的鋼種溫度控制應(yīng)低一些;上注時(shí)的出鋼溫度應(yīng)比下注時(shí)的低一些;多盤澆注的出鋼溫度應(yīng)比單盤澆注的高一些,對(duì)于沒(méi)有升溫能力的爐外精煉或包中合金化或包中加固體合成渣的,出鋼溫度要求更高一些;一般夏季出鋼溫度要比冬季低一些;出鋼量少的出鋼溫度應(yīng)比出鋼量多的高一些。
   
2)鋼液溫度的調(diào)整
   
因鋼液在還原前已被加熱到等于或稍高于出鋼溫度,而還原后鋼的熔點(diǎn)是下降的,所以還原期溫度的調(diào)整過(guò)程實(shí)際上就是使鋼液溫度保持或逐漸下降到出鋼溫度的過(guò)程。還原期溫度的調(diào)整主要是靠靈活正確地使用電流與電壓,一般是使冶煉溫度由高逐漸降低并達(dá)到滿足出鋼溫度的要求為止。全扒渣后,為了彌補(bǔ)扒渣時(shí)鋼液熱量的散失與造渣材料及合金熔化的耗熱,應(yīng)供給較大的功率,稀薄渣形成后再根據(jù)具體情況,合理地降低電壓或減少電流,以避免在還原期后升溫或停電急劇降溫。還原期的停電降溫大多是氧化末期冶煉溫度過(guò)高所致,停電急劇降溫會(huì)使熔池失去電弧攪拌的作用而影響鋼液成分和溫度的均勻,還會(huì)使熔渣突然變稠變壞而減弱爐中的還原氣氛,降低渣鋼間的各種物化反應(yīng)如脫氧、脫硫等,同時(shí)因急冷也會(huì)給爐襯帶來(lái)較大的損壞。所以,電爐煉鋼工在控制冶煉溫度時(shí),應(yīng)盡量避免還原期的停電急劇降溫。
    3
.鋼液溫度的測(cè)量
   
還原期的熔池比較平靜,各個(gè)區(qū)域的溫度難以均勻。熔渣的溫度電極底下最高,靠爐壁渣線附近的較低;鋼液溫度,上層比下層的高,普通功率電爐在沒(méi)有攪拌時(shí),上下溫差可達(dá)50℃,攪拌得理想一些,還相差l020℃;渣線附近與中心部位鋼液的溫差約為3040℃;熔渣溫度一般高于鋼液溫度4080℃。因此,為使還原期鋼液的溫度趨于均勻,應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行必要的攪拌,尤其是在測(cè)溫之前這項(xiàng)操作更顯得突出重要。
    1
)鋼液溫度的儀表測(cè)量
   
鋼液溫度的儀表測(cè)量有以下方法。
    (1)
光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫法。光學(xué)高溫計(jì)又叫比色高溫計(jì)。它的原理是將高溫計(jì)的電阻絲通以電流后的顏色與鋼液的顏色比較,當(dāng)一致時(shí),高溫計(jì)的溫度讀數(shù)即是鋼液的光學(xué)溫度。此法測(cè)量簡(jiǎn)便,但誤差大,測(cè)得結(jié)果也不是鋼液的實(shí)際溫度,一般鋼液的光學(xué)溫度比熱電偶溫度約低80100℃。
    (2)
熱電偶測(cè)溫法。熱電偶是利用不同的金屬在不同的溫度下具有不同的熱電動(dòng)勢(shì)制成。熱電偶的種類較多,然而根據(jù)使用方式不同分為點(diǎn)測(cè)和連測(cè)兩種:點(diǎn)測(cè)多使用消耗型侵入式熱電偶,而連測(cè)是將連續(xù)測(cè)溫儀安放在爐體或鋼包的某一部位上進(jìn)行測(cè)量。熱電偶測(cè)得的數(shù)值基本上能反映鋼液的實(shí)際溫度,因此目前獲得了比較廣泛的應(yīng)用。但有一點(diǎn)需指出,點(diǎn)測(cè)熱電偶測(cè)得的結(jié)果是在操作正常、爐況良好和充分?jǐn)嚢璧那闆r下才具有代表性,而當(dāng)爐況壞、熔渣中MgO的含量較高或在后升溫的情況下,熔渣的溫度有時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼液的溫度,這時(shí)熱電偶所測(cè)的鋼液溫度也就往往低于熔渣溫度許多,可是通過(guò)出鋼過(guò)程的渣鋼混沖,熔渣的熱量就要傳給鋼液而使鋼液的溫度升高。這時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)測(cè)量的溫度低,而出鋼后鋼包內(nèi)鋼液的實(shí)際溫度卻增高的現(xiàn)象。
    2
)鋼液溫度的經(jīng)驗(yàn)判斷
   
鋼液的溫度主要靠?jī)x表來(lái)測(cè)量,除此之外,電爐煉鋼工還經(jīng)常利用下述經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷:
    (1)
鋼液結(jié)膜(靜膜)判斷法。不同鋼種的鋼液具有不同的表面結(jié)膜(靜膜)溫度。鋼液的溫度越高,下降到結(jié)膜(靜膜)溫度所需的時(shí)間越長(zhǎng),因此根據(jù)鋼液的結(jié)膜(靜膜)時(shí)間可以間接地判斷鋼液的溫度。鋼液的結(jié)膜(靜膜)時(shí)間一般用秒計(jì)量。碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼以結(jié)膜為準(zhǔn),高鋁或高鉻鋼等以靜膜為準(zhǔn)。鋼液的結(jié)膜(靜膜)秒數(shù)與相對(duì)應(yīng)的大概溫度參照關(guān)系見(jiàn)表l2—5。
12—5鋼液結(jié)膜(靜膜)秒數(shù)與鋼液溫度的參照關(guān)系

注:此表適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、舍金工具鋼、彈簧鋼。
   
利用鋼液的結(jié)膜(靜膜)時(shí)間來(lái)判斷鋼液溫度的高低是一種簡(jiǎn)單易行的方法,在生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。但該法往往受生產(chǎn)或外界條件的影響,有時(shí)也難以確切反映鋼液的真實(shí)溫度,如在冷空氣流的作用下,或渣況不良渣色不正常,或操作不標(biāo)準(zhǔn)(如沒(méi)有熔渣覆蓋或鋼水量少),鋼液在勺內(nèi)散熱快,結(jié)膜(靜膜)秒數(shù)看上去不高,而實(shí)際溫度可能高,也有的將樣勺反復(fù)多次粘渣或用紅勺盛取高溫鋼液,或樣勺容量尺寸超標(biāo)準(zhǔn),結(jié)膜秒數(shù)很高,而實(shí)際溫度可能不高,因此利用該法進(jìn)行判斷時(shí),不要被這些假象所迷惑。由于樣勺的容積大小、勺壁的厚度對(duì)鋼液的結(jié)膜(靜膜)時(shí)間有直接影響,因此選用標(biāo)準(zhǔn)的樣勺是很重要的。目前,一般常用樣勺的尺寸如圖12—3所示,該種勺盛滿鋼液時(shí)的重量約為lkg左右。
   

12—3樣勺的尺寸
(2)
觀察鋼液顏色判斷法。由于鋼液在不同的溫度下具有不同的顏色,我們可以根據(jù)鋼液的顏色來(lái)判斷溫度的高低。該法熟練后比較有代表性。在樣勺中觀察鋼液時(shí):
鋼液呈紅色或暗紅色,溫度很低,約為1550℃以下;
鋼液呈亮紅色,溫度約為1600℃
鋼液呈青白色,液面帶有煙苗,約為1620℃左右;
鋼液呈白色,冒濃煙,約在1650℃左右;
鋼液完全發(fā)白,在藍(lán)眼鏡下感到耀眼,且濃煙直冒,表明溫度很高,約在1670℃以上。
    (3)
鋼液粘勺測(cè)溫法。該法是用幾個(gè)樣勺盛取鋼液,分別靜置不同的秒數(shù)后將鋼液倒出,觀察鋼液經(jīng)過(guò)多少秒后開(kāi)始粘勺,并以開(kāi)始發(fā)生粘勺的秒數(shù)作為鋼液溫度的標(biāo)志,稱為粘勺秒數(shù)。此法經(jīng)常用于含高鉻、高鋁、高鈦的合金鋼上。
    (4)
試樣凝固狀態(tài)判斷法。一般是將鋼液慢慢地注入試樣碗內(nèi),如收縮很厲害,邊緣呈尖薄,表示溫度高;呈圓形溫度中等;凸起則表明溫度很低。
    (5)
鋼液流動(dòng)情況判斷法。將鋼液從10cm左右的高度上慢慢地澆在光滑、清潔的鐵板上,鋼液流動(dòng)的距離越長(zhǎng),說(shuō)明溫度越高;如果將鐵板焊住則表明溫度更高。該法常用于熔點(diǎn)低或易氧化元素較多而用其他經(jīng)驗(yàn)無(wú)法判斷的高合金鋼上。
    (6)
鋼條熔蝕判斷法。將1012mm的鋼條彎成鈍角,插入樣勺的鋼液中來(lái)回?cái)噭?dòng),58s后抽出檢查。如果鋼條斷面細(xì)而尖,說(shuō)明溫度較高;平而粗糙表示溫度一般;鋼條表面粘有殘鋼則表明溫度較低。
   
此外,還可從某些元素的成分上對(duì)鋼液溫度進(jìn)行大概的判斷:在操作正常的情況下,錳是鋼液溫度的標(biāo)志,如果氧化末期鋼中錳含量沒(méi)有損失,表明鋼液的實(shí)際溫度較高;如果還原末期鋼的脫硫量較大或硅粉用量正常,但收得率低,也說(shuō)明鋼液的實(shí)際溫度較高。還可從還原氣氛上進(jìn)行判斷:如果出鋼前電極孔沒(méi)有封閉死,或時(shí)出時(shí)縮突突地冒出火苗,有時(shí)熔池中還發(fā)出嘎啦、嘎啦的響聲,表明鋼液的實(shí)際溫度不高;如果電極孔已自動(dòng)封閉死,但卻從爐門的邊角縫處冒出滾滾的濃煙,或加硅粉時(shí)火焰大,說(shuō)明溫度較高。當(dāng)然,還可從渣線附近是否沸騰進(jìn)行判斷:如果還原末期熔渣稀或渣線附近處有沸騰,說(shuō)明鋼液溫度較高,否則只是一般。
四、鋼液成分的調(diào)整
1
.合金元素的加入原則及收得率
合金元素的加入原則:
(1)
要使合金元素在鋼液中快速熔化、分布均勻;
(2)
收得率要高,成本要低;
(3)
合金材料帶入鋼液中的雜質(zhì),如SiO2、Al2O3等能有機(jī)會(huì)去除;
(4)
加入的合金材料對(duì)熔池溫度不要波動(dòng)過(guò)大,即使波動(dòng)較大,也應(yīng)在煉鋼工的掌握之中,否則將會(huì)影響操作的正常進(jìn)行。
   
在冶煉過(guò)程中,為了滿足上述的加入原則,應(yīng)根據(jù)合金元素的物化性質(zhì)、使用量和冶煉方法等來(lái)確定加入時(shí)機(jī)和加入方法。合金元素與氧的親和力比鐵小的,如鎳等,大量使用時(shí),應(yīng)在裝料或熔化期加入,少量使用時(shí),應(yīng)在氧化期或還原期調(diào)入。與氧的親和力和鐵比不相上下的合金元素,如鎢等,如采用返吹法或不氧化法冶煉時(shí),應(yīng)在裝料或熔化期加入,如采用礦氧法冶煉時(shí),應(yīng)在氧化末期或還原初期加入;與氧的親和力比鐵稍大一些的合金元素,如CrMn等,應(yīng)在全部扒除氧化渣后或還原期加入;與氧的親和力比鐵更大的易氧化元素,如Ti、B等,應(yīng)在出鋼前或出鋼過(guò)程中加入。對(duì)于高熔點(diǎn)的難熔合金元素,在考慮其氧化性能的條件下,應(yīng)盡早一些調(diào)入。對(duì)于采用返吹法或不氧化法冶煉的高合金鋼,盡管有的合金元素與氧的親和力比鐵大,但它們也可隨爐料一同裝入,如鉻鐵等。為便于爐前操作,現(xiàn)將一些合金材料的加入時(shí)間、加入方法及其收得率詳述如下:
    (1)
鎳。在煉鋼條件下,鎳實(shí)際上不氧化。大量使用時(shí)可隨爐料一同裝入,也可在熔化期或氧化期加入,這樣經(jīng)過(guò)氧化沸騰能使鎳帶入的氣體得以較好的排除,而對(duì)于少量使用的鎳一般在還原期調(diào)入。由于鎳在電弧高溫下有揮發(fā)損失,因此當(dāng)隨同爐料裝入時(shí),應(yīng)裝在遠(yuǎn)離電弧高溫區(qū)的部位。一般冶煉低鎳合金鋼時(shí),鎳的收得率可按100%計(jì)算;而對(duì)于冶煉的鎳基合金,揮發(fā)損失可達(dá)2%~3%。
    (2)
鈷和銅。在煉鋼條件下,鈷和銅也是屬于不氧化元素,既可隨爐料一同裝入,也可在還原期隨用隨調(diào),收得率均按100%考慮。
    (3)
鉬鐵。鉬鐵的熔點(diǎn)高,密度大,MoO3易揮發(fā)。鉬鐵一般隨爐料一同裝入,也可在熔化末期或氧化末期或稀薄渣下加入。還原末期補(bǔ)調(diào)的鉬鐵應(yīng)選用小塊的并在出鋼前15min加入。鉬鐵的收得率一般為95%~l00%,但當(dāng)鋼中鉬含量大于4%以上時(shí),收得率應(yīng)取下限。
(4)
鉬酸鈣。冶煉鉬含量小于1%的鉬鋼時(shí),可用鉬酸鈣(CaMo04)代替鉬鐵。它或隨爐料裝入或在氧化期加入。在冶煉過(guò)程中,鉬酸鈣與鐵和碳能發(fā)生如下反應(yīng):

   
由于鉬酸鈣中的鉬還原很完全,因此熔渣中不存在鉬的氧化物。但為了保證鋼液的還原性能和鉬含量的穩(wěn)定,鉬酸鈣最好不要用于出鋼前的補(bǔ)調(diào)成分。
    (5)
鎢鐵。鎢和鎳、鉬相比,與氧的親和力較大,當(dāng)(FeO)的含量較高時(shí),它有氧化損失。此外,鎢的氧化物在高溫下還要揮發(fā)。為了減少鎢的損失,氧化法冶煉的鎢鋼,鎢鐵應(yīng)在氧化末期或稀薄渣下加入。采用返吹法或不氧化法冶煉的鎢鋼,鎢鐵可隨爐料一同裝入,然后在氧化末期或稀薄渣下調(diào)整,還原末期補(bǔ)調(diào)的鎢鐵應(yīng)在出鋼前l5min加入。由于鎢鐵密度大,熔點(diǎn)高,易沉積爐底熔化慢,因此加入前要預(yù)熱,加入后和出鋼前要充分?jǐn)嚢?,以保證鋼液中鎢含量趨于均勻。鎢的收得率一般約為85%~98%,且含量越高,收得率也越高。
    (6)
鈮鐵。鈮與氧的親和力大于鐵。氧化法或返吹法冶煉時(shí),鈮鐵在出鋼前2030min 內(nèi)加入,如果工藝的冶煉溫度較低,則需40min以上,以使熔化完全。不氧化法冶煉時(shí),鈮鐵可隨爐料一同裝爐,脫氧良好時(shí),鈮的收得率一般為95%~l00%。
    (7)
鉻鐵。鉻與氧的親和力大于鐵。氧化法冶煉所用的鉻鐵在稀薄渣下加入;返吹法或不氧化冶煉的鉻鐵可隨爐料一同裝入;還原末期補(bǔ)調(diào)的鉻鐵在出鋼前10min加入。容量小而在出鋼前補(bǔ)加大量鉻鐵的爐子,要相應(yīng)延長(zhǎng)冶煉時(shí)間,以利于鉻鐵的熔化與熔池的升溫。一般鋼中鉻鐵的收得率約為95%~98%,而用返吹法冶煉高鉻鋼時(shí),收得率約為80%~90%。
    (8)
錳鐵。錳與氧的親和力大于鐵。錳鐵應(yīng)在稀薄渣形成后或隨同渣料加入,還原末期調(diào)整的錳鐵在出鋼前10min加入。錳鐵的收得率一般為95%~l00%。
    (9)
釩鐵。釩易于氧化也易于還原,釩鐵的加入時(shí)間應(yīng)根據(jù)鋼種而定。冶煉低釩鋼(V≤0.30)時(shí),應(yīng)在出鋼前815min加入;冶煉中釩鋼(V=0.30%~0.50)時(shí),應(yīng)在出鋼前20min加入;冶煉高釩鋼(V=0.50%~l.00)時(shí),應(yīng)在出鋼前30min加入;煉制更高的釩鋼(V>1)時(shí),釩鐵可在出鋼前40min加入并在出鋼前進(jìn)行補(bǔ)調(diào)。單渣法冶煉所用的釩鐵也可于熔化末期分批加入。釩鐵的收得率一般按95%~98%考慮。
    (10)
硅鐵。硅和氧的親和力較大。硅鐵除鏡面加入的外,一般均在脫氧良好的情況下加入。對(duì)于少量調(diào)入的硅鐵應(yīng)在出鋼前10min加入,收得率按100%計(jì)算。冶煉硅鋼時(shí),硅鐵應(yīng)在出鋼前l020min加入,與此同時(shí)還要補(bǔ)加適量的石灰,這時(shí)硅的收得率約為95%~98%。
    (11)
鈦鐵。鈦易氧化,但鈦鐵的價(jià)格也比較貴,所以它主要用于鋼的合金化,并在鋼液脫氧良好的情況下,在出鋼前515min加入。鈦鐵的密度較小,加入后要用鐵耙子壓入鋼液中,以增加鋼液對(duì)鈦的收得率。當(dāng)大量加入鈦鐵時(shí),如熔渣稀,溫度高或鋼中硅也高,應(yīng)先扒出一部分熔渣后再加入,這樣既可提高鈦的收得率,又可防止硅超出規(guī)格。當(dāng)然也可不扒渣,但鈦鐵加入后鋼液增硅的現(xiàn)象不容忽視,這是因?yàn)殁佽F中含有較高的鋁和硅,而A1、Ti還會(huì)與渣中的(SiO2)發(fā)生反應(yīng)使硅還原。爐中加入的鈦鐵的收得率與鋼液的脫氧情況及鋼中的鈦含量有關(guān)。如果脫氧良好,即渣中(FeO)<0.5%,當(dāng)鋼中的鈦含量小于或等于0.15%時(shí),收得率約為30%~50%;、當(dāng)鋼中的鈦含量為0.20%~0.80%時(shí),收得率約為50%~65%;當(dāng)鋼中的鈦含量大于0.80%時(shí),收得率為70%~90%。
    (12)
鋁錠。鋁的合金化多用鋁錠。一般在脫氧良好的情況下在出鋼前815min扒出適量的還原渣并補(bǔ)造新渣后加入。為了提高鋁錠的收得率,加入后應(yīng)用鐵耙子不斷地拍打,使鋁錠下沉并與鋼液充分接觸。爐中加入的鋁錠的收得率與鋼液的脫氧情況及鋼中的鋁含量有關(guān)。如脫氧良好,即渣中的(FeO)<0.50%:當(dāng)鋁含量為l%時(shí),收得率為7080%;當(dāng)鋁含量為2%時(shí),收得率為8085%;當(dāng)鋁含量為3%時(shí),收得率為8590%;當(dāng)鋁含量大于5%時(shí),收得率為9095%。鋁錠加入前,要注意控制鋼液的溫度,既要為鋁的脫氧產(chǎn)物Al2O3的上浮創(chuàng)造條件,進(jìn)而有利于防止鋁鋼產(chǎn)生點(diǎn)狀偏析和發(fā)紋及石板狀斷口等缺陷,同時(shí)也要避免出現(xiàn)無(wú)法澆注的高溫鋼。
    (13)
硼鐵。硼與氧和氮的親和力很強(qiáng),硼鐵加入前,鋼液必須脫氧、脫氮良好,并在加前還要插鋁lkgt鋼和加鈦005(不計(jì)燒損),以固定鋼液中的氧和氮。硼鐵既可在爐中加入,也可在包中使用。在爐中加入時(shí),硼鐵要用鋁皮包住并插入鋼液中,加入后35min 內(nèi)出鋼。包中使用時(shí),應(yīng)先擋渣出鋼,加完后方可渣鋼混出。為了減少硼的損失,有的在出鋼前加硅鈣0.5lkgt鋼。硼鐵的收得率為30%~50%,如果采用喂絲機(jī)向鋼液中喂硼,收得率可達(dá)90%。
    (14)
氮。氮易于擴(kuò)散逸出,不能在氧化期加入。在返吹法冶煉中,搭用含氮返回料時(shí)氮的收得率也較低,一般為30%左右。當(dāng)向鋼液中吹入氮?dú)鈺r(shí),雖然也能增加氮含量,但收得率較低且不穩(wěn)定。在電爐煉鋼上,作為合金化元素使用的氮,通常以氮錳合金或氮鉻合金的形式在還原期加入,影響收得率的因素主要有合金中的氮含量、鋼液的溫度及鋼中的化學(xué)成分等。一般是合金中的氮含量低(l%左右)時(shí),收得率可達(dá)100%;氮含量較高(6%~7)時(shí),收得率較低。鋼液的溫度過(guò)高時(shí),氮合金中的部分氮易揮發(fā);而鋼液的溫度過(guò)低時(shí),氮的溶解度下降,兩者均影響收得率。當(dāng)PN2=0.1MPa時(shí),鋼中的Mn、CrMo元素在鋼中現(xiàn)有的濃度下不會(huì)生成獨(dú)立相的氮化物,但能顯著地提高氮在鋼液中的溶解度,而使收得率大為提高。因此,為了提高氮的收得率,在氮合金加入前,在鋼種規(guī)格允許的范圍內(nèi),盡量讓鋼液中先有足夠的Mn、CrMo。氧是鋼液的強(qiáng)表面活性物質(zhì),當(dāng)鋼中的氧含量高時(shí),也影響氮的溶解速率,所以氮合金盡量在脫氧良好的情況下加入。此外,氮的收得率還與冶煉方法有關(guān),通常是不氧化法冶煉的收得率比氧化法或返吹法的高且又穩(wěn)定。
    (15)
硫和磷。冶煉高硫鋼,硫是以硫磺或片狀硫化亞鐵的形式加入。硫磺在全扒渣后加入,收得率為50%~70%;如用于包中噴粉,收得率更高;片狀硫化亞鐵在出鋼前加入,收得率為l00%。冶煉磷鋼,磷是以磷鐵的形式在還原初期或還原末期加入,收得率為100%。為了保證硫、磷的回收,還原期應(yīng)采用中性渣系冶煉。
    (16)
稀土金屬。稀土金屬應(yīng)在終脫氧后加入爐中效果較好,而且在爐內(nèi)停留的時(shí)間越短,收得率越高,一般約為20%~40%,當(dāng)然,包中加入也能獲得較為滿意的結(jié)果。
    (17)
稀土氧化物。稀土氧化物一般是與硝酸鈉或硼鈣或硅鈣混合后加入包中,如鋼中允許硼存在時(shí)才使用硼鈣,收得率為30%~40%。稀土氧化物吸收氫的能力較強(qiáng),用前切勿在空氣中放置過(guò)久,以免將氣體帶入鋼中。
一些常用合金材料的加入時(shí)間和收得率見(jiàn)表12—6

















12—6常用合金材料的加入時(shí)間和收得率


   
    2
.爐內(nèi)鋼液成分的控制與調(diào)整
   
化學(xué)成分對(duì)鋼的質(zhì)量和性能均有很大的影響。大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明,一些鋼種的化學(xué)成分除應(yīng)符合技術(shù)條件的規(guī)定外,還要控制在某一更加嚴(yán)格的范圍內(nèi),才能滿足于對(duì)該鋼種質(zhì)量和性能的更高要求。對(duì)于沒(méi)有特殊要求的鋼種,成分一般按中下限控制,這樣既可保證鋼的質(zhì)量和性能的要求,又能節(jié)約合金材料。
   
實(shí)際上,鋼液化學(xué)成分的控制貫穿于一爐鋼冶煉的始終:爐料入爐前,煉鋼工首先核對(duì)料單,檢查爐料的裝入量,配碳量以及裝入的合金材料的數(shù)量與成分是否合適,發(fā)現(xiàn)貽誤應(yīng)立即糾正。全熔分析結(jié)果報(bào)出后,要對(duì)照鋼種的規(guī)格成分核對(duì)各元素的分析成分,對(duì)于殘余元素的含量超過(guò)或接近最高許可值的結(jié)果,要反復(fù)核實(shí)驗(yàn)證,然后決定是否調(diào)整冶煉方案,絕不允許因殘余元素含量不清、不準(zhǔn)而輕易地終止一爐鋼的冶煉。經(jīng)驗(yàn)告訴我們,雜鐵比越高,殘余元素成分波動(dòng)越大,越要謹(jǐn)慎小心。
   
氧化末期的鋼液成分控制終脫碳是關(guān)鍵。在操作正常的情況下,應(yīng)該是鋼中的不足之碳從鐵合金、電極或還原渣中吸收而得到彌補(bǔ),無(wú)需增碳即可滿足鋼種規(guī)格要求。出鋼前,如果碳含量低于控制規(guī)格,還可用低SP的增碳生鐵進(jìn)行增碳,但增碳量最好不大于0.05%,以免帶入過(guò)多的雜質(zhì)而影響鋼的質(zhì)量。除此之外,還需考慮生鐵帶入的SP值加上鋼中的也不許超過(guò)鋼種規(guī)格的含量。對(duì)于焦油打結(jié)的新?tīng)t襯或電石渣出鋼及用焦油磚砌制的新包,出鋼過(guò)程鋼液容易進(jìn)碳,且低碳鋼較比高碳鋼進(jìn)的更容易。
   
鋼中的磷由于補(bǔ)加合金所帶入的和殘留爐中氧化渣中的磷還原,在還原后期略有增加,但只要全扒渣時(shí)的磷含量符合規(guī)定的扒渣條件,一般不會(huì)超過(guò)鋼種規(guī)格的許可值。鋼中的硫在堿性渣操作正常的情況下,一般均能很順利地降到所要求的范圍內(nèi)。此外,在出鋼過(guò)程還能脫除許多。但在出鋼前如果發(fā)現(xiàn)脫硫不好,應(yīng)立即采取妥善的措施進(jìn)行處理,切不可草率地決定超硫出鋼。鋼中的硅一般是通過(guò)間接脫氧所加入的硅粉獲取,余者不足部分在出鋼前可利用硅塊補(bǔ)調(diào)。當(dāng)然也可全部用硅塊調(diào)入,這對(duì)擴(kuò)大沉淀脫氧的快速煉鋼來(lái)說(shuō),具有很大的實(shí)際意義。鋼中的錳,一般是在脫氧過(guò)程中,從加入的錳合金上獲取,控制時(shí)要考慮鋼中的殘余錳量。對(duì)于高錳鋼或高硅鋼,在出鋼前調(diào)整補(bǔ)加錳或硅時(shí),一般均調(diào)到偏中上限。這是由于鋼中的錳或硅含量很高,在出鋼過(guò)程中氧化損失較多。對(duì)于高硅高錳鋼,因硅對(duì)氧的親和力強(qiáng)于錳,所以硅調(diào)到中上限,而錳調(diào)到中限即可。出鋼前大量的加鋁或加鈦易使鋼中的硅含量增加,因此對(duì)于這類鋼種,在還原操作過(guò)程中,應(yīng)控制鋼中的硅及渣中Si02的含量。鋼中的鉻除返吹法或不氧化法的冶煉由專用料帶入一部分外,其余的均從加入的鉻鐵中獲取。對(duì)于鎳、鋁元素含量應(yīng)見(jiàn)到兩個(gè)分析結(jié)果相差不大,且與料單配入相符才能進(jìn)行調(diào)整。如與料單配入的不一致應(yīng)查清原因或經(jīng)多次分析確認(rèn)無(wú)誤再調(diào)整。對(duì)于高熔點(diǎn)不易氧化元素的成分一般一次調(diào)入中下限或中限。對(duì)于易還原的合金元素一般調(diào)到下限或接近下限,不足的含量在出鋼前補(bǔ)加。對(duì)于冶煉溫度偏低、攪拌又不好或加入的時(shí)間較短就取樣的鉻鋼等,成分分析往往偏高,而鋼液中實(shí)際含量卻沒(méi)有那么高。合金化時(shí),如加入的合金呈粉末狀態(tài)的較多,成分分析又容易偏低,而鋼液中的實(shí)際含量也確實(shí)較低,這時(shí)成分的調(diào)整應(yīng)偏高一些。對(duì)于冶煉溫度偏低,攪拌又不好且含有較高的高熔點(diǎn)元素的鋼液,高熔點(diǎn)元素的成分分析有時(shí)偏低而實(shí)際含量可能不低,這時(shí)成分的調(diào)整應(yīng)要謹(jǐn)慎小心。對(duì)于連續(xù)冶煉多爐的密度大、高熔點(diǎn)的高合金鋼,第一爐的密度大、高熔點(diǎn)的合金元素應(yīng)往中上限控制,其余各爐一般調(diào)入中下限即可。
   
除此之外,鋼液成分的控制與調(diào)整還要了解上一爐鋼的成分、殘鋼與殘?jiān)鼘?duì)這爐鋼成分及鋼液重量的影響。對(duì)于刷爐洗包的鋼種,由于爐內(nèi)或包中留有前爐冶煉的殘鋼殘?jiān)?,其中合金元素的含量又很高,?shì)必有部分要被回收,這時(shí)成分的控制與調(diào)整應(yīng)以進(jìn)入下限即可。上一爐的鋼液有時(shí)翻不凈就從事下一爐鋼的冶煉,如果爐中剩余的殘鋼較多,勢(shì)必影響下?tīng)t鋼的鋼液重量,在爐中調(diào)整成分時(shí),如不考慮極易引起化學(xué)成分的脫格。多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)還得出,當(dāng)計(jì)算成分與分析成分不一致時(shí),應(yīng)查清原因后再調(diào)整,否則也會(huì)造成化學(xué)成分的波動(dòng)。對(duì)于采用留鋼留渣的操作,鋼液成分的控制與調(diào)整主要是在包中進(jìn)行。
  
總之,鋼液成分的控制與調(diào)整,必須全面分析、通盤考慮,一個(gè)好的電爐煉鋼工應(yīng)該通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐,積累豐富的經(jīng)驗(yàn),才能掌握這方面的技術(shù)。
3
.鋼液成分的計(jì)算
1)鋼液重量的校核
在實(shí)際生產(chǎn)中,受計(jì)量不準(zhǔn)或爐料質(zhì)量波動(dòng)較大或操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?,極易出現(xiàn)鋼液的實(shí)際重量與計(jì)劃重量不符,而給化學(xué)成分的控制及鋼的澆注造成困難。因此,校核鋼液的實(shí)際重量在生產(chǎn)中偶爾也能遇到。因Ni、Mo元素在一般合金鋼中的收得率比較穩(wěn)定,所以可借調(diào)鎳調(diào)鉬的辦法來(lái)校核鋼液的重量,校核公式如下:

式中P——鋼液的實(shí)際重量,kg
    P0——
原計(jì)劃的鋼液重量,kg;
    △b——
爐中分析的增鎳或增鉬量,%;
    △b0——
P0計(jì)算的增鎳或增鉬量,%。
   
1 原計(jì)劃鋼液的重量為20t,加鉬前鉬的含量為016%,加鉬后計(jì)算鉬的含量為0.25%,實(shí)際分析為0.26%。求鋼液的實(shí)際重量


   
由例l可以看出,鋼中鉬的含量?jī)H差001%,鋼液的實(shí)際重量就與原計(jì)劃直量相差2t,而化學(xué)分析往往容易出現(xiàn)±(0.0 l%~0.03%)的偏差,這樣就很難準(zhǔn)確地校核判斷鋼液的實(shí)際重量。因此,上  式只適用于理論上的計(jì)算,而在實(shí)際冶煉過(guò)程中,鋼液重量的校核一般均采用下式計(jì)算:


式中P——鋼液的實(shí)際重量,kg
G——
鎳或鉬鐵的補(bǔ)加量,kg
C——
鎳或鉬鐵的成分,%;
△b——
爐中分析的增鎳或增鉬量,%。

   
2 往爐中加入鉬鐵15kg,鋼液中的鉬含量由0.20%增到0.25%,已知鉬鐵中鉬的成分為60%,求爐中鋼液的實(shí)際重量
   
解:     
   
3 冶煉20CrNiA鋼,因電子秤臨時(shí)出故障,裝入的鋼鐵料沒(méi)經(jīng)稱量,由裝料工估算裝料。求爐中鋼液重量
   
解:往爐中加入鎳板100kg,鋼液中的鎳含量由0.90%增到1.20%,已知鎳板的成分為99%,則:
     
   
對(duì)于不含鎳或鉬的鋼液,重量的校核主要憑借經(jīng)驗(yàn)。由于錳受冶煉溫度及鋼中的氧、硫含量的影響較大,因此利用錳元素來(lái)校核鋼液的重量,只能在還原末期進(jìn)行,而在氧化過(guò)程中或還原初期的準(zhǔn)確性較差。
   
2)單一合金元素的加入計(jì)算
   
計(jì)算公式為:
                                  P=KQ   
式中P——鋼液重量,kg;
    Q——
裝料量,kg
    K——
爐料的綜合收得率,%。
                              
式中G——鐵合金加入量,kg;
    a——
合金元素控制規(guī)格成分,%;
    b——
爐中元素的分析成分,%;
    c——
鐵合金中的元素成分,%;
    f——
合金元素的收得率,%。
   
當(dāng)鋼中元素的規(guī)格含量不高時(shí),合金用量對(duì)鋼液總重量的影響可忽略不計(jì),即上式中分母的G 略去,合金元素加入的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為:
                                    
   
上式適用于碳素鋼或低合金鋼合金元素的加入計(jì)算,即指單元合金元素含量小于3%或加上其他合金元素含量的總和小于3.5%的鋼種。而鋼中元素的含量越高,計(jì)算誤差越偏大,但也不能脫出規(guī)格。
   
4 冶煉38CrMoAlA鋼。已知裝料量為20t,爐料燒損為4%,爐中分析鋁含量為005%,鋁的控制規(guī)格成分為095%,鋁錠中鋁的成分為98%,鋁的收得率為75%。求鋁錠加入量
   
解:

   
第八節(jié) 出  

   
一、電爐的出鋼條件
   
出鋼是爐前冶煉的最后一項(xiàng)操作,但必須具備出鋼條件才能出鋼,否則將會(huì)影響鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量。傳統(tǒng)電爐的出鋼不包括留鋼留渣操作,出鋼條件如下:
    (1)
化學(xué)成分全部進(jìn)入控制規(guī)格。出鋼前,鋼液的化學(xué)成分凡屬爐前調(diào)整的必須全部進(jìn)入規(guī)格,沒(méi)進(jìn)入控制規(guī)格或沒(méi)有滿足合同要求的不準(zhǔn)出鋼。
    (2)
出鋼溫度合乎要求。合適的出鋼溫度不僅是保證鋼液質(zhì)量的關(guān)鍵,而且也是保證澆注操作順利進(jìn)行的首要條件之一。因此,鋼液的出鋼溫度必須滿足所煉鋼種的工藝要求,既要避免出溫度過(guò)高的高溫鋼液,也不許出不能澆注或勉強(qiáng)維持澆注的低溫鋼。
    (3)
鋼液脫氧必須良好。為了降低鋼中央雜物,盡量提高鋼的純潔度,防止帽口上漲、氣泡和發(fā)紋等缺陷的產(chǎn)生,電爐鋼脫氧不良的鋼液不能用來(lái)澆注。因此,對(duì)于沒(méi)有爐外脫氧手段的鋼液,要求爐中必須脫氧良好,否則不能出鋼。
    (4)
熔渣的流動(dòng)性和堿度要合適。出鋼前,熔渣的流動(dòng)性要好,堿度也要合適。因粘稠的熔渣在出鋼時(shí)會(huì)造成先出鋼后出渣,或只出鋼液不出渣或熔渣出得很少,易使鋼液溫度急劇下降,影響正常的鎮(zhèn)靜與注溫注速的控制。此外,粘稠的熔渣在包中極易卡住塞桿而給澆注工作帶來(lái)困難,而且混在鋼中的粘渣不易上浮而影響鋼的內(nèi)在質(zhì)量;過(guò)稀的熔渣也會(huì)使鋼液降溫快,并極易侵蝕包壁和塞桿,輕者降低鋼包的使用壽命,重者蝕斷塞桿影響澆鋼操作的順利進(jìn)行。合適的堿度有利于降低鋼中的氧含量,也能較好地去除鋼中的硫。此外,堿度的高低還能改變?cè)?span lang="EN-US">Si02的活度,這一點(diǎn)對(duì)于高硅鋼和高鋁鋼的冶煉極為重要。因此,出鋼前應(yīng)針對(duì)具體情況,使熔渣要有合適的堿度是十分必要的。
    (5)
渣量和渣色要正常。出鋼前,爐中的渣量和渣色要正常。如果爐中渣量少或翻入包中的渣量不夠,易造成鋼液裸露,不僅吸氣嚴(yán)重,而且也極易降溫或出現(xiàn)粘包底現(xiàn)象,更有甚者,因粘包底過(guò)多會(huì)使?jié)沧⒘坎蛔?。渣量過(guò)大既會(huì)增加造渣材料的消耗,又影響鋼水量的準(zhǔn)確判斷。
   
出鋼時(shí),一般要求白渣或花白渣,最忌諱電石渣或黃渣。因電石渣潤(rùn)濕較好,渣鋼不易分離,影響非金屬夾雜物的上浮與去除。而黃渣表明(FeO)(MnO)含量較高。除此之外,提前備好鋼包和澆注系統(tǒng),保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,并使出鋼口暢通、出鋼槽平整、出鋼坑清潔干燥,爐蓋和出鋼槽吹掃干凈等,也是出鋼前必須要做好的準(zhǔn)備工作。
   
為使出鋼操作有章可循,某廠根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出五不出鋼的規(guī)定很值得借鑒,具體內(nèi)容如下:
    (1)
出鋼分析兩個(gè)樣的化學(xué)成分相差太大,沒(méi)有查清原因及未經(jīng)處理不準(zhǔn)出鋼;
    (2)
計(jì)算成分和分析成分不一致時(shí),沒(méi)查出原因不準(zhǔn)出鋼;
    (3)
化學(xué)成分的調(diào)整按計(jì)算或分析未進(jìn)入廠控、內(nèi)控規(guī)格或沒(méi)有滿足合同要求也不準(zhǔn)出鋼;
    (4)
渣子和溫度未達(dá)到要求不準(zhǔn)出鋼;
    (5)
不經(jīng)值班和監(jiān)督人員的批準(zhǔn)不準(zhǔn)出鋼。
   
二.電爐的出鋼方式
   
傳統(tǒng)電爐的出鋼方式有三種:
    (1)
深坑、大口噴吐、渣鋼混沖。這種出鋼方式的優(yōu)點(diǎn)是鋼液能得到熔渣較好的保護(hù),既減少了鋼液的降溫,又可控制鋼液的二次氧化與吸氣。此外,鋼中懸浮的非金屬夾雜物也能得到熔渣充分的洗滌,利于上浮與去除,大口噴吐還可進(jìn)一步脫氧與脫硫。因此,該種出鋼方式比較常見(jiàn)。
    (2)
先出鋼液后出渣,又稱擋渣出鋼。這種出鋼方式的優(yōu)點(diǎn)主要是能提高某些包中合金化元素的收得率和穩(wěn)定鋼液的化學(xué)成分,缺點(diǎn)是鋼液降溫快,包中脫氧、脫硫能力差。
    (3)
是上述兩種出鋼方式的結(jié)合。一般先渣鋼混中,大口噴吐一陣,然后再擋渣出鋼,最后大量出渣;也可先擋渣出鋼,然后渣鋼混中,大口噴吐,煉鋼工可根據(jù)需要隨意選擇。
   
三、電爐的出鋼操作
   
傳統(tǒng)電爐的出鋼由于爐體傾動(dòng)角度較大,因此出鋼前首先要適當(dāng)升高電極,特別是靠近出鋼口處的電極尤要注意,電極過(guò)高渣液降溫快不易流出,如采用吊車吊包出鋼,影響吊車的運(yùn)轉(zhuǎn);電極過(guò)低易使鋼液增碳。然后切斷電源,嚴(yán)禁帶電出鋼,以防短路。出鋼口要掏大,為保證鋼液的純潔,堵塞物不準(zhǔn)推進(jìn)爐內(nèi)。出鋼時(shí)還要盡量縮短時(shí)間,以減少鋼液的二次氧化與吸氣。另外,也嚴(yán)防細(xì)流、散流、嗆流出鋼。因細(xì)流、散流出鋼不僅能使鋼液降溫快,出鋼動(dòng)力學(xué)條件也不好,進(jìn)而影響包中的脫氧、脫硫及非金屬夾雜物的上浮與去除;嗆流出鋼容量造成渣鋼橫溢飛濺,從而增加了出鋼后的清理量。除此之外,出鋼過(guò)程中還要避免撞壞出鋼槽或鋼包、嚴(yán)防鋼流沖擊塞棒或包壁。
   
根據(jù)冶煉工藝要求,有的鋼種需在出鋼過(guò)程中進(jìn)行終脫氧或調(diào)整化學(xué)成分,如加入鋁塊、硅鈣塊或加入硼鐵、稀土元素及其他合金等,這時(shí)要選擇合適的時(shí)機(jī)和出鋼方式。在出鋼過(guò)程中,值班人員和煉鋼工及澆注工應(yīng)注意觀察出鋼溫度,綜合其他情況確定鎮(zhèn)靜時(shí)間。出完鋼后,應(yīng)往塞桿周圍的渣面上加些碳化稻殼或草灰,也可加些炭粉(但不夠經(jīng)濟(jì)),然后打砸這部分渣蓋,使其蓬松,預(yù)防鋼液在鎮(zhèn)靜過(guò)程中,渣子將塞桿卡住而影響啟閉或造成彎曲。對(duì)于高溫鋼液或堿度低的稀渣,應(yīng)往塞桿周圍加些石灰等物,以降低這部分渣溫或使其變稠。
   
四、出鋼溫度的經(jīng)驗(yàn)判斷
   
目前,鋼包的連續(xù)測(cè)溫既簡(jiǎn)便又準(zhǔn)確,已為鋼的澆注提供了重要的溫度參數(shù)。盡管如此,人們還是沒(méi)有完全放棄出鋼溫度的經(jīng)驗(yàn)判斷,也就是說(shuō)出鋼溫度的經(jīng)驗(yàn)判斷仍然具有較大的參考價(jià)值,常用的方法主要有以下幾種:
    (1)
目測(cè)鋼液的出鋼溫度。通常,出鋼溫度可在出鋼過(guò)程并在有熔渣遮蓋時(shí),觀察距出鋼槽端部外1O0—200mm處的鋼流顏色進(jìn)行判斷:
   
鋼液呈暗紅色,約在15500C以下;
   
鋼液呈亮紅色,約為16000C;
   
鋼液呈青白色,約為16200C;
   
鋼液呈青白色,出鋼槽上部見(jiàn)白煙,約為l6300C
   
鋼液呈白色,出鋼槽上部冒濃濃白煙,約為16500C;
   
鋼液自熾耀眼,出鋼槽上部白煙滾滾均在16700C以上。
錳含量較高的鋼種,在出鋼過(guò)程中,因錳元素的大量氧化所產(chǎn)生的煙霧,影響視線,如不仔細(xì)分辨難以判斷真實(shí)的顏色。高合金鋼中由于含有較高的Cr、Ni、WMo等元素,在出鋼過(guò)程中,也極易使人們產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)。此外,就是出鋼溫度的目測(cè)還受襯托熔渣溫度的影響,一般規(guī)律為:襯托的熔渣溫度越高,目測(cè)鋼液的溫度越顯得偏低,如后升溫的出鋼溫度;而襯托的熔渣溫度越低,目測(cè)鋼液的溫度就越顯得偏高,如出鋼前的換渣或停電急劇降溫等的出鋼溫度。
對(duì)于裝入量較多的大爐子,由于人口攪拌不好,在出鋼過(guò)程中,鋼液的顏色可能變換幾次。這時(shí)應(yīng)對(duì)前后不同的溫度進(jìn)行折算,不要用一時(shí)或一陣的鋼液溫度來(lái)代表全爐的出鋼溫度。
    (2)
利用包中熔渣的變化大概估計(jì)鋼液的出鋼溫度。在出鋼過(guò)程中,當(dāng)鋼液翻出一定量后,包中熔渣突然由稠變稀,說(shuō)明出鋼溫度較高。如熔渣大有蝕斷塞棒的趨勢(shì),說(shuō)明出鋼溫度更高。當(dāng)鋼液出完后,包中熔渣稀稠的變化不大,說(shuō)明出鋼溫度一般。
(3)
利用包壁與渣鋼間的熔融圈來(lái)判斷鋼液的出鋼溫度。還原渣對(duì)包壁的耐火材料有侵蝕,溫度越高,這種侵蝕越嚴(yán)重,而包壁與渣蓋間的熔融圈反映了這種侵蝕的程度。因此,熔融圈的狀態(tài)也就能粗略表示出鋼溫度的高低:如包壁與渣蓋間沒(méi)有熔融圈,出鋼溫度一般均小于l600℃;如包壁與渣蓋間僅是冒泡,出鋼溫度約為1610℃;如包壁與渣蓋間出現(xiàn)熔融圈,出鋼溫度約有l620℃以上,熔融圈越寬,出鋼溫度越高;如熔融圈翻滾沸騰,出鋼溫度約在1650℃以上。當(dāng)然,這種熔融圈與包襯的材質(zhì)及熔渣的堿度有關(guān),上述的結(jié)論主要適用于粘土磚的包壁和中等堿度的熔渣。


復(fù) 習(xí) 思 考 題

1.
電爐有哪些冶煉方法
2.
電爐配料的基本要求是什么
3.
電爐裝料有哪些要求
4.
爐料的熔化過(guò)程是怎樣的影響爐料熔化的因素有哪些
5.
熔化期應(yīng)怎樣操作
6.
氧化期的任務(wù)是什么 氧化期脫碳有哪幾種操作方法
7.
還原期精煉的任務(wù)是什么
8.
還原期脫氧操作的方法有哪幾種脫硫操作的強(qiáng)化措施有哪些
9.
還原期鋼液溫度如何調(diào)整
10.
電爐出鋼的條件是什么 有哪些出鋼方法如何操作出鋼
11.
往爐中加入鉬鐵18kg,鋼液中的鉬含量由0.22%增到0.28%,已知鉬鐵中鉬的成分為60%,求爐中鋼液的實(shí)際重量
12.
冶煉38CrMoAlA鋼。已知裝料量為25t,爐料燒損為4%,爐中分析鋁含量為005%,鋁的控制規(guī)格成分為090%,鋁錠中鋁的成分為98%,鋁的收得率為70%。求鋁錠加入量

 

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