合金熔煉ppt課件(完整版)

1、一、課程性質(zhì)、目的和任務 通過本課程學習，使學生掌握鋼鐵材料的冶金原理、真空熔煉原理，熟悉鑄鐵、鑄鋼及多種有色金屬材料的熔煉技術(shù)，了解一般金屬材料的設計原理，使學生拓展材料制備科學的知識范圍，為金屬材料專業(yè)課的學習和今后從事材料的研發(fā)、制造與加工工作打下良好的基礎。合金設計及熔煉合金設計及熔煉是金屬材料工程專業(yè)的一門學科基礎課。本課程的教學目的和任務是：著重介紹金屬材料的熔煉和成分設計的基本理論和工藝，Shenyang University of Technology二、教學基本要求6. 了解合金成分設計的基本理論和思路。1. 掌握沖天爐煉鐵的基本原理，2. 掌握氧化法煉鋼的基本原理，3. 熟

2、悉鋼鐵材料熔煉的基本工藝，5. 熟悉有色金屬熔煉的基本方法；4. 熟悉真空熔煉原理及基本技術(shù)， 第一章 鑄鐵合金及其熔煉第1節(jié) 沖天爐熔煉概述1.1 鑄鐵熔煉的基本要求1鐵水溫度不同牌號灰鑄鐵件的澆注溫度范圍大致為13301410。在一般情況下，鐵液的出爐溫度應高于澆注溫度50， 為了滿足需要，澆注可鍛鑄鐵件的鐵液出爐溫度應不低于14601480。2化學成分和鐵液純凈化 熔煉得到的鐵液化學成分應滿足規(guī)定的要求，鐵液的有害元素含量應控制在規(guī)定范圍以內(nèi)，鐵液中的渣、氣體、夾雜物含量符合規(guī)定要求。分為：1）高爐煉鐵 2）沖天爐熔煉概述1.2 沖天爐結(jié)構(gòu)圖1.1是熔化率為7 t/h沖天爐的結(jié)構(gòu)簡圖，它

3、主要由四部分組成：爐底與爐基、爐體與前爐、送風系統(tǒng)、煙囪與除塵裝置。1）爐底與爐基沖天爐的爐底為固定式，爐底上設有爐底板，板上安有爐底門及其啟閉機構(gòu)。爐底的地面上鋪有鐵軌，供打爐小車運行。2）爐體與前爐爐體包括：爐身和爐缸兩部分，是沖天爐的基本組成部分。爐體內(nèi)壁由耐火材料構(gòu)筑，臨近加料口處的爐壁則用鋼板圈或鐵磚構(gòu)筑，以承受加料時爐料的沖擊。3）送風系統(tǒng) 送風系統(tǒng)是指：自鼓風機出口開始，至風口出口處為止的整個系統(tǒng)，包括：進風管、風箱、風口以及鼓風機的輸出管道。 4）煙囪與除塵裝置 煙囪的作用是利用充滿其中的熱氣體所產(chǎn)生的幾何壓頭，引導沖天爐爐氣向上流動，經(jīng)爐頂排出爐外。 除塵裝置作用: 消除或減

4、少沖天爐廢氣中的煙灰，使廢氣凈化。除此之外，還配有鼓風設備、加料設備、控制與調(diào)節(jié)設備、測試儀器等。 1.3 沖天爐操作1）修爐與烘爐爐子修完后，在爐底和前爐裝入木柴，引火烘爐；前爐必須烘透，以保證鐵水溫度。2）點火與加底焦所謂底焦量是指：裝入金屬爐料以前加入爐內(nèi)的全部焦炭量； 濕法除塵-是以連續(xù)噴水、形成水幕的方式實現(xiàn)凈化廢氣. 3）裝料與開風加完底焦后加入石灰石，石灰石的加入量約為兩倍的層焦石灰石用量，以防止底焦燒結(jié)結(jié)焦或過橋堵塞。 然后，進行裝料。一般先熔化低牌號的鑄鐵，然后高牌號，再低牌號。每批金屬料一般先加廢鋼，然后加生鐵、回爐鐵與鐵合金。 加入一批金屬料后，再加層焦和石灰石，有時還加

5、入少量螢石。石灰石量約占層焦重量的30。 為確保熔煉效果，加入爐內(nèi)的焦炭、金屬料與熔劑都應力求潔凈，且尺寸合乎要求。裝料完畢后燜爐一小時左右，即可開風。開風時，仍敞開一部分風口，然后全部關(guān)閉，以免因CO積聚而發(fā)生爆炸事故。 沖天爐的風量以每分鐘鼓風的立方米數(shù)計量，或以送風強度衡量沖天爐風量，送風強度指單位爐膛截面積風量的大小。 4）停風與打爐停風前應力求爐內(nèi)有12批剩余鐵料。停風后即可打爐，并立即將打落的熾熱焦炭與鐵料用水熄滅。1.3.2. 沖天爐的工作過程包括三個基本環(huán)節(jié)：1）底焦燃燒，2）熱量傳遞，3）冶金反應。 底焦燃燒是熱量傳遞和冶金反應的基礎，是決定沖天爐工作的根本因素。沖天爐的工作

6、過程： 開風后，進入爐內(nèi)的空氣與底焦發(fā)生燃燒反應，產(chǎn)生熱量， 生成的高溫爐氣向上流動，使底焦面上的第一批金屬爐料熔化。 2. 熔化的鐵滴在底焦層內(nèi)下落過程中，被高溫爐氣和熾熱焦 進一步過熱，然后經(jīng)爐缸和過橋而進入前爐。 3. 隨著底焦的燃燒損耗和金屬爐料的熔化，料層逐漸下降，由 層焦和批料不斷加以補償，使熔化過程連續(xù)進行。 4. 在爐氣的熱作用下，石灰石分解成CO2與CaO。后者與焦炭中 的灰分和侵蝕的爐襯，結(jié)合成熔點較低的爐渣。 5. 在爐氣、焦炭和爐渣作用下，金屬的化學成分會發(fā)生一定變化。 6. 鐵水的最終化學成分，是金屬爐料的原始化學成分在熔煉過程 中經(jīng)過變化的結(jié)果。1.4 爐料及其準備

7、1.4.1 沖天爐用爐料主要是金屬爐料、焦炭和熔劑。1）金屬爐料包括：生鐵、廢鋼、回爐料及鐵合金等。 2）焦炭: 其質(zhì)量是影響鐵水溫度與化學成分的重要因素之一。 a. 要求焦炭固定碳含量高，灰分低。 b. 沖天爐內(nèi)焦炭與金屬爐料直接接觸，在高溫下承受爐料 的重壓和沖擊力。因此要求焦炭有一定的強度。c. 焦炭的塊度與均勻性對沖天爐熔化過程有較大的影響。 a) 塊度過小，增加送風阻力，影響焦炭的燃燒程度。 b) 塊度過大使爐內(nèi)氧化氣氛增強，鐵水氧化程度增加， 同時熔化率略有下降。 3）熔劑 : 石灰石和螢石。石灰石和螢石的化學成分，如表1.5。a. SiO2與Al2O3總量應小于1-3，CaO的含

8、量大于50-52。 b. 加入螢石可以稀釋爐渣，提高爐渣流動性。 1.4.2 沖天爐用耐火材料第2節(jié) 沖天爐熔煉原理2.1 沖天爐內(nèi)的焦炭燃燒2.1.1 焦炭特性及對焦炭的要求: 焦炭是煙煤經(jīng)粉碎、干餾后的產(chǎn)物。 1) 焦炭的成分,2）焦炭的強度與塊度,3）焦炭的氣孔率.2.1.2 焦炭層狀燃燒的基本規(guī)律層狀燃燒是指固體塊狀燃料呈層狀堆積時所進行的燃燒。 1）焦炭層狀燃燒的一般過程圖1.2 焦炭燃燒反應速度與溫度的關(guān)系（1）燃燒反應過程 焦炭燃燒從加熱到500600著火點開始的。 a. 當焦炭加熱到P點，焦炭開始著火。 b. 此后，反應速度隨溫度提高而急劇上升， 至n點后開始變慢。 c. 反應

9、速度隨著氣流速度 ( 圖中氣流速度A大于B和C ) 的提高 而增大，而溫度對其影響較小。 焦炭的燃燒過程可以歸結(jié)為以下三個環(huán)節(jié)。a）圖1.2的m p段為加熱著火階段。 焦炭的著火溫度可用熱平衡的熱量表示，即：焦炭在該溫度下進行氧化反應所放出的熱量，等于或超過傳給周圍環(huán)境的熱量。 b）圖1.2中的P n段為動力學燃燒階段。 焦炭的燃燒速度受化學反應速度所制約，故稱動力學燃燒。 溫度愈高，焦炭的燃燒速度愈大,直到整個燃燒過程不再受化學反應速度的制約為止。 c）擴散燃燒階段。 在擴散燃燒區(qū)域內(nèi)，當氧氣擴散到反應表面時，氣態(tài)燃燒產(chǎn)物脫離反應表面的速度成為整個燃燒過程的限制環(huán)節(jié)。因此，氣流速度增大有利于

10、加強擴散，從而提高反應的速度和溫度。圖1.2 焦炭燃燒反應速度與溫度的關(guān)系（2）焦炭層狀燃燒過程圖1.3 焦炭層狀燃燒示意圖焦炭塊堆在爐柵上，從爐柵下部引入供 燃燒用的空氣。 2. 空氣在穿越焦炭層過程中，空氣中的氧與 焦炭中的碳發(fā)生燃燒反應，生成CO2，部 分CO2則又被碳還原成CO。隨著燃燒反應 進行，爐氣中的O2逐步消失，CO2的濃度 逐漸增加，爐氣溫度也隨之升高。 3. 從空氣接觸焦炭的位置開始，至爐氣中 自由氧基本消失，CO2濃度達最大值為止，該區(qū)域稱為氧化區(qū)。 4. 從氧化帶頂面至爐氣中CO2與CO含量基本不變的區(qū)域，稱還原帶。CO2濃度最大的位置基本與爐氣溫度最高的位置相一致。（

11、3） 燃燒反應焦炭基本成分是碳, 焦炭燃燒可作為固體碳的燃燒反應來分析。 在焦炭的燃燒過程中，可以進行以下四個反應： Q = 34070 kJ/kg（C） （1-1） Q = 10270 kJ/kg（C） （1-2） Q = 23800 kJ/kg（CO） （1-3） Q = -12628 kJ/m3（CO2）（1-4）前兩個反應是氧氣遇到紅熱焦炭發(fā)生的一次反應，均為放熱反應. 爐氣中存在過剩氧時，生成的CO進一步燃燒而生成CO2 但同時，CO2遇到紅熱焦炭，可還原成CO，兩反應稱為二次反應。 2）爐氣燃燒比表征焦炭燃燒完全程度的指標稱為燃燒比，（v）表示為：CO2與CO分別為燃燒產(chǎn)物中CO2

12、和CO的體積百分數(shù)。2.2 沖天爐內(nèi)的熱交換2.2.1 爐氣與溫度分布爐內(nèi)的爐氣自動趨于沿爐壁流動的傾向：稱為爐壁效應。爐壁效應主要由于爐內(nèi)氣流阻力分布不均勻所致。 爐料之間互相鑲嵌，氣流通道截面小、曲折多、流程長，阻力大； 爐壁較平滑，爐料與爐壁之間的空隙大、行程短、曲折少，氣流阻力小。 圖 1.7 沖天爐內(nèi)爐氣分布示意圖沿沖天爐縱截面與橫截面的爐氣呈不均勻分布，如圖1.7所示。 無論沿爐膛縱向或徑向均呈不均勻分布。 在沖天爐縱截面，由于爐壁效應的影響，在近爐壁區(qū)域的爐氣，流速較大。 橫截面在風口前沿，空氣流速高、流量大，形成了強烈的燃燒帶；而在兩個風口之間的區(qū)域，由于空氣量少而形成死區(qū)。

13、1）沖天爐內(nèi)爐氣分布圖1.8 爐氣成分與溫度沿沖天爐高度的變化2）沖天爐的溫度分布圖1.9 沖天爐內(nèi)爐氣中CO2等濃度曲線（1）溫度沿沖天爐高度的分布爐氣CO2最大區(qū)域，爐氣溫度最高，以上區(qū)域，由于CO2還原吸熱，使爐氣溫度下降；此位置以下，燃燒不完全，溫度也不高。所以，爐內(nèi)溫度沿高度的分布仍不均勻。（2）溫度沿爐膛橫截面的分布爐氣溫度變化與CO2含量的變化一致，可從底焦層CO2濃度分布，近似推測爐內(nèi)溫度分布。 CO2最高濃度集中在近爐壁高風口400500mm區(qū)域; 爐子中心區(qū)域CO2濃度低，等濃度曲線呈下凹形。這與爐壁效應對濃度的影響相一致。 沖天爐的這種溫度分布不利于鐵水過熱。2.2.2

14、沖天爐內(nèi)的熱交換圖1.8 爐氣成分與溫度沿沖天爐高度的變化1）預熱區(qū)的熱交換（1）以對流傳熱方式為主。 預熱區(qū)爐氣最高溫度約1300,爐氣離開預熱區(qū)的溫度為200600。 （2）傳遞熱量大。鑄鐵從20加熱 到1400所需的總熱量為1213 kJ/kg。 （3）預熱區(qū)高度變動大。預熱區(qū)高度受爐子有效高度、底焦 高度、爐料實際位置、塊度、下移速度、爐氣分布、鐵 焦比等因素影響。 2）熔化區(qū)熱交換特點從金屬爐料開始熔化至熔化完畢這一段爐身高度稱為熔化區(qū)。 (a) 對熔化區(qū)形狀的影響，(b) 對熔化區(qū)位置的影響圖1.10 爐氣分布對熔化區(qū)形狀和位置的影響鐵料不僅吸收熔化潛熱，還吸收使鐵料熔化所必需的一

15、定過熱熱量。 （1）以對流傳熱為主。（2）熔化區(qū)域呈凹形。 圖中t熔化為熔化區(qū)爐氣溫度。曲線d與C雖然最大溫度相同，但由于曲線C高溫區(qū)域大，故熔化區(qū)開始位置比曲線d高。圖1.11 沖天爐內(nèi)熔化區(qū)的高度H1為批料開始熔化時底焦頂面高度；H2為批料熔化結(jié)束時底焦頂面高度；H為平均高度。由于預熱區(qū)的高度變動大，熔化區(qū)的開始位置也隨之有較大的波動。 3）過熱區(qū)的熱交換特點鐵料熔化完畢至第一排風口平面之間的爐身高度，稱為過熱區(qū)， （1）傳熱以鐵水與焦炭間的接觸熱傳導為主，以焦炭對鐵水 的輻射傳熱為輔（2）傳熱強度大。鐵水在過熱區(qū)內(nèi)，以小鐵滴或小流股的形式 穿過熾熱的底焦層，停留時間低于30秒，溫度升高1

16、50 250. （3）鐵水在過熱區(qū)受熱強度，隨爐氣最高溫度提高而增大；受熱 時間不受下料速度制約，取決于過熱區(qū)域高度和鐵滴的下落 速度。 4）爐缸區(qū)內(nèi)的熱交換特點爐缸是個冷卻區(qū)。爐缸愈深，冷卻作用就愈大。 若在前爐頂上開設放氣口，部分空氣進入爐缸，使爐缸內(nèi)的焦炭燃燒發(fā)熱，爐缸也可成為過熱區(qū)，從而有利于鐵水的過熱。 2.2.3 影響沖天爐熱交換的主要因素1）焦炭的影響：（1）焦炭成分的影響：主要成分是固定碳和灰分。焦炭固定碳含量愈高， 發(fā)熱量愈大，有利于提高爐氣溫度和鐵水溫度。（2）塊度影響：焦炭塊度決定焦炭的表面積與體積的比值，并影響焦炭的 燃燒速度、爐氣成分及溫度。 圖 1.12 焦炭塊度對

17、沖天爐爐氣成分及爐氣溫度的影響1）小塊焦炭燃燒速度快，爐氣溫度較高，但高溫區(qū)很短，不利于鐵液的過熱，如圖(a)所示。2）相反，塊度很大的焦炭，燃燒速度很慢，產(chǎn)生的熱量不集中，爐氣溫度低，也不利于鐵液的過熱，如圖(C)所示。3）只有塊度適中的焦碳，燃燒速度適中，爐氣溫度較高，而高溫區(qū)又較長，有利于鐵液的過熱， （3）焦炭反應性的影響：反應性是指焦炭還原二氧化碳的能力，亦稱反應能力（R），焦炭反應性大，燃燒速度和還原二氧化碳的能力增大。采用反應性大的焦炭，能使氧化帶縮短，還原帶擴大，爐氣最高溫度降低，所以不利于鐵水的過熱，而且焦炭利用率也不充分。 故R值應低于30。 （4）底焦高度的影響： 合適的

18、底焦高度是確保沖天爐內(nèi)進行正常熱交換的基礎，也是決定爐內(nèi)各區(qū)域位置的基本因素。 底焦頂面應略高于超過爐料熔化溫度所在的位置，即：圖1.13中的H1。 圖1.13 爐氣和金屬溫度沿爐身高度的變化（5）層焦量的影響：層焦的用量應等于熔化每批鐵料所消耗的底焦數(shù)量。應有適宜的焦鐵比，以便充分利用焦炭燃燒產(chǎn)生的熱能，而使鐵液得到最大程度的過熱。2.3 沖天爐的冶金反應2.3.1 爐氣的性質(zhì)圖1.21 沖天爐熔煉中鐵被氧化的可能性沖天爐爐氣成分隨爐內(nèi)溫度的變化，如圖1.21中的虛線所示。 A點相當于加料口，AB相當于預熱區(qū)，BC相當于熔化區(qū)，CD相當于還原帶，DE相當于氧化帶，EF相當于爐缸區(qū)。圖內(nèi)所注反

19、應方程式中上下兩個箭頭，分別表示界限線上、下反應進行的方向。因此，在兩實線之間的區(qū)域為FeO穩(wěn)定區(qū)，在此區(qū)域以上為Fe的穩(wěn)定區(qū)，此區(qū)域以下為Fe3O4穩(wěn)定區(qū)。2）送風的影響3）金屬爐料的影響4）沖天爐結(jié)構(gòu)的影響 2.3.2 沖天爐熔煉中爐渣的形成及其作用爐料及鐵液被氧化而生成的氧化物（FeO、MnO、SiO2等），粘附于爐料表面的泥砂和焦炭的灰分等, 是不溶于鐵液的夾雜物。 加入一定量石灰石（CaCO3），高溫下分解得到(CaO)、CaO與FeO、硫化物、灰分等化合物，可形成低熔點的復雜化合物，即：熔渣。熔渣可吸收鐵液中的氣體、夾雜，使其夾雜脫離鐵液，故具有凈化鐵液的作用。 爐渣粘度高，可加入

20、一些螢石（CaF2）降低爐渣熔點，使之變稀。爐渣的堿度定義為：圖1.22 沖天爐爐渣成分范圍(上部陰影為酸性渣成分，下部陰影為堿性渣成分)加入不同比例石灰石，得到不同堿度爐渣。當在沖天爐熔煉過程中脫硫時，需要采用堿性爐渣。 一般沖天爐熔煉采用酸性爐渣。2.3.3 熔煉期間鐵水化學成分的變化1）含碳量的變化1. 鐵液從焦炭吸收碳分(增碳)，2.鐵液中所含碳的氧化(脫碳)。 影響鐵液增碳的主要因素：A）鐵液溫度，B）爐料含碳量，C）焦炭塊度和灰分含量， D）鐵液在爐缸中停留的時間，E）送風強度。 鐵液的脫碳：1）爐氣對鐵液的直接脫碳，2）爐氣通過FeO對鐵液的間接脫碳。 鐵液脫碳的主要因素如下：

21、A）爐料含碳量：爐料含碳愈高， 脫碳量愈大。圖1 .25 送風強度對增碳量的影響B(tài)）送風溫度和強度：提高送風溫度， 降低脫碳速度，提高增碳率。提高送風強度，使脫碳速率提高，鐵液總的增碳量減少。 （3）鐵液含碳量的控制鐵液的最終含碳量主要與爐料的含碳量及爐內(nèi)燃燒狀況有關(guān)。 爐料中生鐵含碳量較高；回爐廢鑄鐵件含碳量低于生鐵，3.2-3.8廢鋼含碳量最低，在0.20.6之間。 熔煉高碳的球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵，采用全部或大部分生鐵作爐料；熔煉低碳灰鑄鐵時，可采用較多回爐廢鑄鐵件作爐料。熔煉灰鑄鐵及可鍛鑄鐵，用不同比例的廢鋼及部分生鐵作爐料。 2）含硅量和含錳量的變化 （1）鐵液中硅和錳的氧化硅和錳的氧化

22、有兩種途徑，即：直接氧化和間接氧化。 直接氧化是送風中氧與鐵液表面的硅和錳直接反應形成氧化物，形成的氧化物直接進入爐渣中。 間接氧化是鐵液中的硅和錳與FeO發(fā)生反應，而形成氧化物：硅和錳的氧化主要在熔化區(qū)和過熱區(qū)進行，以間接氧化方式為主。 鐵液中溶解有較多的FeO，可作為硅和錳氧化反應的介質(zhì)。 （2）影響硅、錳氧化的主要因素A）爐氣氧化性：爐氣氧化性低，有利于減少硅、錳的氧化燒損。 B）爐溫：硅、錳的氧化是放熱反應，隨溫度提高，氧化燒損減少。 C）爐渣性質(zhì)：鐵液中硅、錳含量與爐渣中SiO2、MnO活度有關(guān)系。 酸性爐中SiO2活度大，MnO活度較小，鐵液中硅回收率高，錳的回收率較低。堿性沖天爐

23、的情況則相反。 （3）沖天爐熔煉中硅、錳的燒損率酸性爐硅的燒損率為1020%，錳的燒損率為1525%。堿性爐硅的燒損率為2030，錳的燒損率為1015。 3）含硫量變化圖1.26 沖天爐熔煉中硫的分配（1）熔煉中鐵液的增硫與脫硫鐵液中的硫來自于爐料和焦碳。 酸性爐熔煉不具脫硫能力。堿性爐具有一定程度的脫硫能力。（2）影響鐵液增硫的主要因素A）爐料含硫量：爐料含硫量愈低，增硫量愈多。 在廢鋼、生鐵和廢鑄件爐料中，廢鋼的含硫量最低， 生鐵其次，廢鑄件最高，沖天爐熔煉中廢鋼的增硫量最多。B）焦鐵比：使用焦炭量愈多，帶入的硫量愈多，鐵液增硫嚴重。C）焦炭含硫量：焦炭含硫量高，鐵液增硫嚴重。（3）影響鐵

24、液脫硫的主要因素A）爐渣堿度：堿度越高，爐渣脫硫能力越強。 圖1.27 爐渣含硫量與爐渣堿度的關(guān)系B）爐氣氧化性：爐氣氧化性強，渣中FeO 含量高，不利于脫硫。 C）溫度：脫硫是吸熱反應，提高溫度有利于脫硫。 4）含磷量的變化沖天爐爐氣的氧化性較弱，爐溫較高，故鐵液中所含磷量不易被氧化除去。 為有效脫磷，要求爐渣有高堿度和強氧化性，同時要求有低的爐溫。 第3節(jié) 鑄鐵熔煉過程控制3.1 沖天爐操作參數(shù)的確定沖天爐：1）送風強度、2）焦耗量、3）燃燒比、4）鐵液溫度，5）沖天爐熔化率，之間相互關(guān)系的網(wǎng)形圖，如圖1-28所示。圖1-28 沖天爐的網(wǎng)形圖焦耗一定時，隨著送風強度的提高，熔化率增加，鐵液

25、的溫度先提高，達某一最大值后開始下降。對應最高溫度的送風強度，稱為最佳送風強度，隨焦炭消耗率提高，最佳送風強度相應提高，鐵液溫度也提高，如圖中虛線表示 。 風量一定時，隨焦炭消耗量增加，鐵液溫度提高，爐子熔化率降低。 為達到一定的鐵液溫度，可有不同的焦耗量與風量的配合。 3.1.2 層焦量與底焦量的確定1）層焦量層焦的作用: 1）補償每熔化一批鐵料底焦的消耗， 2）將各批鐵料分隔開，因此層焦應有一定厚度。 根據(jù)爐子大小和焦炭塊度，層焦厚度一般控制在100200 mm 。 2）底焦高度沖天爐第一排風口中心線到底焦頂面之間的距離稱為底焦高度。 底焦頂面溫度約1200，金屬料在此處開始熔化。 底焦高

26、度是變動的，其高度受下列因素影響： 送風強度越大，氧化區(qū)擴大，底焦高度也越高；風口排距、排數(shù)和斜度增加，底焦高度也相應提高；焦炭塊度小、反應能力強、氧化區(qū)縮短，底焦高度相應降低， 反之，底焦高度提高；4. 層焦耗量增加，底焦高度相應提高。3.1.3 風量的計算按最佳送風強度計算: W送風量(m3min)；D熔化帶爐膛直徑(m)；Q一最佳送風強度m3 /(m2 min)。3.1.4 熔劑加入量溶劑主要是石灰石及少量螢石，石灰石加入量應為層焦重量的 2030。螢石產(chǎn)生氣體對人有害，故應盡可能少用螢石。3.2 沖天爐配料計算灰鐵HT200成分：3.45C；1.75Si；0.65Mn；S0.12；P0

27、.25。各種金屬爐料的化學成分:所用硅鐵的含硅量 45，錳鐵的含錳 75。沖天爐熔煉過程常規(guī)元素的變化率，如表1-16所示。核算爐料配比成分鐵合金加入量（1）硅鐵加入量：缺少的硅量為0.67，即：每100 kg爐料需加硅0.67kg。 所用硅鐵含硅量為45，故每100 kg爐料需加硅鐵量 （2）錳鐵加入量：每 100kg爐料需加入含錳 75的錳鐵 :3.3 鐵液脫硫處理3.3.1 常用的脫硫劑1）蘇打脫硫:將蘇打（Na2CO3）置于澆包內(nèi)，鐵液流入澆包時產(chǎn)生攪拌。 Na2CO3 Na2O + CO2 Na2O + FeS Na2S + FeO 2）電石脫硫:CaC2 + FeS CaS + F

28、e + 2CCaC2 + 2CaO + 3FeS 3CaS + 3Fe + 2CO電石有強的脫硫能力。 3）石灰脫硫 ：CaO + FeS = CaS + FeO 石灰脫硫是吸熱反應，鐵液降溫明顯。 3.3.2 爐外脫硫1）搖包和回轉(zhuǎn)包脫硫：圖1.28 搖包脫硫示意圖圖1.29 回轉(zhuǎn)包脫硫示意圖2）噴射脫硫，3）機械攪動脫硫，4）多孔塞吹氣脫硫3.4 雙聯(lián)熔煉圖1.32 在預熱、熔化、過熱各階段所需的熱量3.4.1 沖天爐-感應爐雙聯(lián)熔煉的經(jīng)濟分析雙聯(lián)熔煉工藝的優(yōu)點如下： （1）沖天爐金屬液出爐溫度較低， 雙聯(lián)熔煉可提高金屬液溫度；（2）隨著對低硫、低磷原鐵液需求量日益增多， 雙聯(lián)熔煉工藝可滿

29、足低硫、低磷的要求； （3）球墨鑄鐵件需求量多，雙聯(lián)工藝可滿足球墨鑄鐵化學成分和溫度的要求；（4）隨著高速造型和自動澆注機大量應用，雙聯(lián)工藝可滿足鐵液的柔性供給；（5）降低鐵液熔煉成本。3.4.2 沖天爐一感應爐雙聯(lián)熔煉技術(shù)實際生產(chǎn)中應用的有：沖天爐一感應爐雙聯(lián)熔煉、感應熔化爐一感應保溫爐雙聯(lián)熔煉、高爐一感應爐雙聯(lián)熔煉等，但國內(nèi)鑄造生產(chǎn)中以使用沖天爐一感應爐雙聯(lián)熔煉為主。 3.4.3 感應保溫電爐雙聯(lián)熔煉保溫爐的主要作用： 提高鐵水溫度；具有良好的保溫隔熱性能，以盡量降低保溫功率；具有相當大的儲存鐵液能力；具備連續(xù)供給鐵液的條件；爐子的密封性能較好，能降低鐵液氧化程度；爐子熔池內(nèi)具有攪動功能，

30、有利于鐵液成分均勻化。感應保溫電爐有如下兩大類：坩堝式感應保溫電爐、溝槽式感應保溫電爐。坩堝式感應電爐的優(yōu)點：（1）去硫能力強：碳化鈣去硫在5min可使鐵液硫從0.08降到0.015， 可高質(zhì)量生產(chǎn)球墨鑄鐵。（2）攪拌能力強：可在減少元素燒損的情況下，達到成分均勻化的目的。（3）輸入功率大：具有溫升速度快、生產(chǎn)率較高、便于調(diào)整化學成分等特點。（4）更換爐襯和停爐拆修方便?？捎美錉t料啟爐，適用于周期作業(yè)。缺點：爐子保溫功率大于溝槽式電爐；爐子投資較大，電氣控制部分較復雜； 可方便變更鐵液牌號。 溝槽式感應電爐的優(yōu)點：（1）爐膛形狀和容量可按需要任意設計，爐子初次投資和運行費用較低。（2）爐膛內(nèi)爐

31、襯較厚，熱損小，使用壽命長。爐子的熱效率、電效率均高于 坩堝爐，因此保溫功率小。（3）熔池具有一定的攪拌作用，借助于加料口、出料口和感應體噴口、感 應體數(shù)量的合理設置，可以滿足鐵液化學成分均勻化的要求；缺點：目前感應體最大功率為25003000 kw，限制了大容量爐子的過熱鐵 液能力；熔池攪拌作用較弱，不適應要求熔液攪拌強烈的冶金過程， 溫度、化學成分調(diào)整比較緩慢；爐襯較昂貴，筑爐和維修時間較長， 不宜斷續(xù)作業(yè)，不易于變更鐵液化學成分。 第二章 煉鋼原理及熔煉技術(shù)煉鋼方法及分類： 1。平爐煉鋼 2。轉(zhuǎn)爐煉鋼 3。電弧爐煉鋼 4。感應爐煉鋼鑄鋼車間通常采用堿性電弧爐煉鋼法。 堿性電弧爐煉鋼分為氧

32、化法和不氧化法，前者應用較多。 用這種方法能夠熔煉低碳鋼、低合金鋼和高合金鋼。 氧化法的特點：有氧化期，在氧化期中加入：1）礦石或 2）吹氧，使熔池沸騰，以降低鋼中氣體和非金屬夾雜物，可得到含磷、含氣量很低的鋼液。 缺點：氧化法一般不能回收爐料（返回鋼）中易氧化的合金元素，如：錳、鉻、釩等。堿性電弧爐氧化法煉鋼過程可分為：扒補爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期和出鋼等幾個階段， 第二章 煉鋼原理及熔煉技術(shù)圖2.1 爐料罐與爐料裝法第1節(jié) 裝料與熔化1.1 扒補爐 前一爐出鋼后，立即把爐坡和爐底所有爐渣和鋼液扒出，用耐火材料補爐， 否則補爐材料就不能和原有爐襯緊密地燒結(jié)。 1.2 裝料裝料是煉鋼的

33、重要環(huán)節(jié)。合理裝料，可加速熔化，節(jié)省電力，操作順利。 1）正確選擇大、中、小塊爐料的比例2）裝料次序：裝料前在爐底加入1.01.5石灰，用于造渣，也能減緩爐料對爐底的沖擊。 3）合理布料布料對熔化效率影響很大，一般底部裝料較緊，上部較松，但也應保證裝入的爐料單位重量在規(guī)定的范圍內(nèi)。4）電弧爐超裝1.3 熔化期 熔化期主要目的是：迅速熔化爐料，鋼中脫磷，防止鋼液吸氣和元素的燒損。 爐料熔化過程，基本上分為四個階段：圖2.2 爐料的熔化過程a) 開始起弧, b)電極進入爐料形成井洞, c) 形成熔池，電極上升, d) 基本熔化, 僅爐壁有余料, e) 全部熔化第二和第三階段占全部熔化時間的7080

34、，是決定熔化期長短的主要階段。熔化期金屬直接暴露在電弧下，溫度高達30006000，已超過某些金屬元素的沸點。因此，可造成部分金屬元素的揮發(fā)。 第一階段：通電開始熔化，如圖a)所示。為保證熱效率，一般采用較低的工作電壓，即：用較短電弧加熱爐料，5l0min后，把電弧可埋沒在爐料中。 圖2.2 爐料的熔化過程a) 開始起弧, b)電極進入爐料形成井洞, c) 形成熔池，電極上升, d) 基本熔化, 僅爐壁有余料, e) 全部熔化 爐料中含有硅、錳、碳、鉻、釩等元素，這些元素都與氧有較大的親合力，容易被氧化。熔化末期，硅、錳氧化嚴重。 第四階段，爐底形成熔池后，可熔化底部爐料，使側(cè)面爐料底部懸空，

35、重力作用使周邊爐料下移的現(xiàn)象，稱為“塌料”。塌料后，應迅速斷電，將電極升起，之后，重新通電電極下移，熔化爐料，直至爐料熔化完畢。 1）硅的氧化2（FeO）+ Si =（SiO2）+ 2Fe 2（FeO）+（SiO2）=（2FeOSiO2） （2FeOSiO2）+ 2（CaO）=（2CaOSiO2）+ 2（FeO）2）錳的氧化 （FeO）+ Mn =（MnO）+ Fe （MnO）+（SiO2）=（MnOSiO2） （CaO）+（MnOSiO2）=（CaOSiO2）+（MnO）隨爐料熔化，鋼中氣體溶解度急劇增加，隨溫度升高，吸氣量隨之增加。 熔化期要盡快造渣，形成泡末渣，及時覆蓋鋼液面，穩(wěn)定電弧，

36、以減少元素的蒸發(fā)、吸氣和減少鋼液的熱損失，更重要的是應提早脫磷。 熔化后爐渣的主要成分，大致的波動范圍為：CaO 40， SiO2 20，F(xiàn)eO 20，P2O5 0.40.6。 為了縮短熔化期，常常采取如下措施：1充分利用變壓器的能力和合理的電力制度。 2吹氧助熔。 3用燃料輔助加熱。 4爐外預熱廢鋼。 第 2 節(jié) 氧化與還原 2.1 氧化期 1）氧化期的任務通過氧化期碳的氧化，造成鋼液沸騰，去除鋼中的氣體和雜質(zhì)，創(chuàng)造脫磷條件。 （1）脫磷：氧化末期的磷必須小于0.0150.02。（2）除氣：氧化末期氮、氫含量應盡可能低。 （3）去除鋼液中的非金屬夾雜。（4）使氧化末期鋼液溫度高于出鋼溫度。（

37、5）控制氧化末期碳的含量, 應低于規(guī)定下限0.030.1.2）脫磷脫磷的氧化反應發(fā)生在金屬-爐渣界面，爐渣中僅FeO參與去磷的氧化反應： 2P + 8（FeO）=（FeO)3P2O5 + 5Fe 1）大量磷酸鐵生成后，應迅速扒除爐渣，以免爐溫上升后，磷酸鐵 分解而發(fā)生回磷。 2）加入CaO，使（P2O5）進一步生成更穩(wěn)定的化合物, 可確保磷的去除。 (FeO)3P2O5 + 4（CaO）= (CaO)4P2O5 + 3（FeO）為了促進脫磷，采用如下措施：圖2.3 脫磷反應過程示意圖 （磷在鋼液中以Fe2P或Fe3P形式存在，從熱力學分析的角度，仍可看成P）因此，CaO及FeO參與的脫磷反應綜

38、合式為： 2P + 5(FeO) + 4(CaO) = (CaO)4P2O5 + 5Fe 已知反應的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系是：由脫磷反應方程式可見，促進脫磷反應的條件是：（1）提高爐渣中 CaO 的濃度；（2）提高爐渣中 FeO 的濃度；（3）脫磷反應是放熱反應，低溫有利于脫磷；（4）不斷放渣、造新渣或增加渣量，以降低渣中(P2O5)濃度，有利于脫磷。在鋼-渣界面進行的脫磷反應，包括如下幾個環(huán)節(jié)：（1）反應物擴散到界面；（2）在界面進行化學反應；（3） 生成物從界面移走。擴散是決定反應速度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 1）高堿度，2）強氧化性，3）爐渣良好的流動性，4）較大的渣量，5）較低的溫度，6）鋼與渣的充

39、分攪拌，促進界面接觸, 均有利于脫磷。（1）爐渣堿度及氧化性的影響：隨爐渣堿度 和氧化亞鐵含量提高，磷的分配比增大， 脫磷效果提高。 （2）爐渣黏度的影響：脫磷反應在爐渣- 鋼液界面進行，爐渣黏度大，不利于 擴散進行，使脫磷效率降低。 （3）渣量的影響：隨渣量增加，容納磷酸鈣的數(shù) 量增加，有利于脫磷。造新渣與增加渣量 具有同樣的作用， （4）溫度的影響：脫磷是放熱反應，低溫有利于脫磷反應正向進行。 操作中，只要掌握好爐渣的堿度和氧化性，即可達到所需要的脫磷效果。 圖2.4 爐渣堿度和氧化亞鐵含量對磷在渣/鋼分配比的影響脫磷效果的影響因素：脫磷的必要條件：電爐的原材料主要是廢鋼，一般爐料的含磷量

40、為0.040.05。脫磷反應可以伴隨脫碳過程而完成。3）脫 碳脫碳（碳的氧化）反應是氧化期最重要的反應之一。 脫碳的目的：除了控制鋼液含碳量外，主要是借助于脫碳反應造成的熔池強烈沸騰，以去除鋼液中的氣體和非金屬夾雜物，并使鋼液溫度和成分均勻，同時沸騰也有利于熔池加熱。故氧化期必須有一定的脫碳量，一般脫碳量為0.30.4。 煉鋼期間碳的氧化是多相反應。一般碳的氧化反應，包括下列幾個階段。（1）FeO從爐渣擴散至鋼液中： （2）鋼液中FeO與碳反應，形成一氧化碳： （3）CO以氣泡形式自鋼液中溢出，并排至爐氣中：（4）脫碳反應的總反應式為： CO氣泡的生成條件對碳的氧化過程有重要影響。 表面現(xiàn)象理

41、論認為：氣泡僅能在粗糙不平的固體表面產(chǎn)生。電爐爐底的表面非常粗糙，凹凸不平，在凹凸不平的小坑內(nèi)存在空氣，稱之為“氣袋”，這些“氣袋就成為CO氣泡析出的核心。 1）反應生成的CO，不斷擴散進入氣袋，2）氣袋中CO增多，體積增大，3）可形成獨立的氣泡，穿過鋼液和爐渣，進入爐氣，并使整個熔池沸騰。 冶煉期間鋼液可采用加入礦石和吹氧脫碳.1) 當向鋼液吹氧時，碳被氧氣直接氧化： C + O2 2CO， 碳的氧化過程, 如圖2.5所示，圖2.5 吹氧脫碳示意圖2) 間接氧化，鋼液中的鐵先被氧化成氧化亞鐵， 而后碳又被氧化亞鐵所氧化。根據(jù)碳-氧平衡條件，金屬在一定碳含量時，為使碳得以氧化，鋼液中O的濃度必

42、須大于平衡狀態(tài) O 的濃度。 脫碳反應的熱效應：(弱放熱反應)即： 在爐渣中有（FeO）參與時： 加入鐵礦石后，熔化及分解，在爐渣中形成FeO，需要吸熱，鐵礦石參與的異相脫碳反應是吸熱反應：注意：1）礦石脫碳是吸熱反應，加入礦石后鋼液溫度下降，故應分批加入。 若加入量過多，當鋼液溫度回升后，熔池含氧量過高，會發(fā)生爆炸性的碳氧反應，使鋼液由爐門噴濺溢處。2）吹氧脫碳 故高溫脫碳速度快。氧化末期熔池較平靜時，取樣化學分析，C、P合格，可扒渣進入還原期。扒渣條件：渣層薄，溫度高，流動性好，氣體和非金屬夾雜等得以充分排除。2.2 還原期還原期的任務是：脫氧、脫硫、合金化、調(diào)整成分、調(diào)整鋼液溫度。 完全

43、扒渣后，加入鋼液重量22.5%的造渣材料（石灰6075，螢石515，火磚1025）。薄渣形成后，加入還原劑，造還原渣，開始脫氧和脫硫。 2.2.1 脫氧1）脫氧方法：沉淀脫氧（直接脫氧）和擴散脫氧（間接脫氧）。 沉淀脫氧：脫氧劑直接加入鋼液中進行脫氧的一種方法。硅鐵、錳鐵。 實質(zhì)是向鋼中加入比鐵更易氧化的元素，把熔解于鋼中的FeO還原，生成不溶于鋼液的新氧化物（脫氧產(chǎn)物）。 擴散脫氧：在還原性爐渣中進行的脫氧是擴散脫氧。 根據(jù)氧在鋼和渣之間的分配系數(shù)：在1600純鐵中氧的溶解度為0.23，其分配系數(shù)為： 脫氧在爐渣中進行，前一階段是碳起脫氧作用：C + (FeO) CO + Fe；后一階段是硅

44、起脫氧作用：Si + 3(FeO) (SiO2) + 2Fe，還原后的鐵，可返回鋼液中. 2）脫氧元素 根據(jù)不同鋼種，選用硅、錳、鋁，釩、鈦、鈣、鋯等元素組成的各類鐵合金（如Mn-Fe、Si-Fe、鋁或Al-Fe、Ti-Fe、Si-Ca，Si-Mn合金等）進行脫氧。 圖2.13 脫氧元素的殘余量與鋼液中含氧量的關(guān)系按照脫氧能力由小到大排列的順序是：鉻、錳、釩、碳、硅、硼、鈦、鋁、鋯、鈹，鎂、鈣。錳的脫氧能力較弱，并隨溫度提高，其脫氧能力降低。當鋼中有錳存在時，可增加硅和鋁的脫氧能力。 脫氧生成的（MnO）可與（SiO2）形成低熔點物質(zhì)，有利于夾雜物從鋼液中排出。 硅的脫氧能力較大，隨溫度升高，

45、脫氧能力降低。堿性渣 - 脫氧程度較完全。 鋁是強脫氧劑，通常用鋁進行最終脫氧。 脫氧產(chǎn)物：A12O3熔點極高（2050），形成細小顆粒不被濕潤，能上浮去除. 3）脫氧產(chǎn)物的排除 脫氧產(chǎn)物上浮速度可用下式表示：脫氧產(chǎn)物是MnO、SiO2和A12O3，其相互作用可以生成低熔點化合物。 煉鋼最常用的脫氧元素是錳、碳、硅和鋁。4）擴散脫氧兩種還原性爐渣：1）白渣，2）電石渣， （1）白渣下的擴散脫氧 分批向爐中加入石灰、螢石和焦炭粉混合料，加入的焦炭粉與爐渣中氧化鐵、氧化錳可發(fā)生如下反應： 渣變灰色之后，分批加入含有75硅鐵粉的混合料進行還原。 用硅鐵粉還原1520min后爐渣變成白色，此時，渣中氧

46、化鐵已降至0.6以下。 硅鐵粉的脫氧反應式為： 在白渣下鋼液每1小時, 約增加0.020.04的碳。白渣的化學成分為：5565CaO，1520SiO2，lCaS，23A12O3，F(xiàn)eO 1.0，MgO 10，MnO 0.4，CaF2 510（2）電石渣下擴散脫氧 主要用炭粉進行還原。在電弧高溫作用下，氧化鈣和碳反應，生成碳化鈣： 為加速形成電石渣，應將電極孔用密封圈封閉，關(guān)爐門2030min后，當沿 爐門冒出黑煙時，標志著電石渣已形成。生成碳化鈣的同時，炭粉還將爐渣中的（FeO）和（MnO）還原。碳化鈣能熔于爐渣中，故脫氧能力高于碳，其脫氧反應式如下： 電石渣的化學成分為：5565CaO，10

47、15SiO2，810MgO，14CaC2，23Al2O3，810CaF2，F(xiàn)eO 0.5，CaS 1.5。 電石渣的缺點: 使鋼液增碳，每小時約增加0.1，故該法不能熔煉低碳鋼。 電石渣下出鋼，使鋼液發(fā)生不穩(wěn)定增碳，并易使鋼中增加夾雜物含量，故出鋼前，應使電石渣變?yōu)榘自?5）綜合脫氧 操作特點：扒氧化渣造稀薄渣后，立即加入錳鐵、硅錳鐵、或硅錳鋁進行脫氧，然后造白渣進行擴散脫氧。綜合脫氧的效果良好，目前已普遍采用。6）出鋼前最終脫氧 鋼液在白渣下保持一定時間后，出鋼前還要加入鋁-強脫氧劑進行最終脫氧。 2.2.2 脫硫 1）硫在鋼-渣間的分配比硫以 FeS 的形式存在，即能熔于鋼，也能溶于渣。

48、一定溫度達到平衡時，F(xiàn)eS溶于渣與鋼中的濃度之比是一個常數(shù)。 表明，脫硫過程在渣中進行， 實驗數(shù)據(jù)表明，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中硫的分配系數(shù)為：平爐煉鋼為46，最高達到10，電爐還原期能達到3050。 2）去硫的條件 硫化鐵、硫化錳、硫化鈣都能同時溶于渣中。硫化鐵能無限溶于鋼液中，硫化錳溶解很小，硫化鈣幾乎不溶于鋼液。 因此，利用硫化物的特性，使硫化鐵轉(zhuǎn)變成其它形式硫化物，從鋼中轉(zhuǎn)移到渣中，以達到從鋼中去硫的目的。 高溫下保持硫化鐵的分配常數(shù)，鋼中FeS不斷向渣中轉(zhuǎn)移，以保持平衡狀態(tài)。渣中（FeS）不斷與渣中 CaO 反應，使渣中 FeS 濃度逐漸降低，鋼中 FeS 不斷向渣中擴散，使鋼中 FeS

49、減少，可達到鋼中脫硫的目的。 總的脫硫反應可由下式表示： 平衡常數(shù)： （3）脫硫是吸熱反應，故高溫對鋼中脫硫有利。 凡使反應式向右進行的條件，都可促進脫硫的進行。 （1）提高（CaO）濃度，增加爐渣堿度，有利于脫硫；（2）減少渣中 FeO 含量，有利于脫硫反應進行；（4）減少生成物（CaS）濃度，可促進脫硫反應進行，即：加大渣量或 采用放渣操作，再造新渣，可減少渣中 CaS 濃度，對脫硫有利。（5）增加鋼中碳、硅、錳含量，可降低硫在鋼中溶解度，提高硫的活度， 有利于脫硫反應的正向進行。 3）還原期脫硫還原期，提高渣中CaO濃度，降低FeO含量，提高鋼液和爐渣溫度，提高鋼渣中硫的分配系數(shù)，有利于

50、脫硫。 還原期脫硫和脫氧同時進行，鋼液中C、Si、Mn參與脫硫過程。反應式如下：反應生成物 CO、SiO2 能逸出爐外，或溶于堿性渣中, 形成穩(wěn)定化合物，因此，脫硫反應是不可逆反應。 綜上，實現(xiàn)鋼液脫硫的有利條件：1）高爐溫，2）爐渣應有高的堿度 3）良好的還原性，4）足夠的渣量。 鋼中擴散速度小，鋼液和爐渣間達不到平衡狀態(tài)，但在出鋼過程中，鋼渣之間的激烈攪拌，鋼液中硫還會繼續(xù)減少，可繼續(xù)脫硫3050。 2.2.3 合金元素的加入和調(diào)整 1）加入的合金元素要能盡快熔化，使成分均勻；2）元素的回收率要高，即：減少元素的燒損，不增加鋼中夾雜含量；3）合金元素帶入的雜質(zhì)和氣體能被去除。為此，強脫氧元

51、素應在脫氧良好的條件下加入，以減少燒損和夾雜。 補加鐵合金的數(shù)量按下式確定： 高合金鋼加入合金元素的計算公式： 現(xiàn)舉例加以說明：若冶煉10噸ZGMn13鋼液，鋼種要求的含錳量為13，加錳鐵合金前，鋼液中殘留的含錳量為8，所加入的鐵合金為含錳73的錳鐵，設回收率為95，求錳鐵的加入量？堿性電弧爐-碳鋼氧化法熔煉工藝示于表2-6。2.3 出鋼與澆注出鋼之前，鋼液的化學成分應全部符合要求，此外，脫氧良好，溫度合乎要求，爐渣純白，流動性和堿度合適，即可進行終脫氧出鋼。 1）出鋼方法通常情況，出鋼都采用大出鋼口和鋼液爐渣混出的出鋼方法。 2）出鋼過程中鋼液的處理（1）合成渣洗：出鋼過程利用合成渣 洗滌鋼

52、液，可縮短熔煉時間，提高 鋼的質(zhì)量. （2）盛鋼桶吹氬精煉：是爐外精煉法的 一種，具有設備簡單、成本低廉等 優(yōu)點。氬氣是惰性氣體，吹入鋼液 只起攪拌作用，使鋼液去氣和去除 雜質(zhì)，而不發(fā)生任何化學反應。圖2.15 鋼液吹氬精煉示意圖熔渣，2鋼液，3透氣磚，4活接頭，5盛鋼桶支架，6耐壓膠管，7減壓閥，8氬氣瓶（2）盛鋼桶吹氬精煉：是爐外精煉法的 一種，具有設備簡單、成本低廉等 優(yōu)點。氬氣是惰性氣體，吹入鋼液 只起攪拌作用，使鋼液去氣和去除 雜質(zhì)，而不發(fā)生任何化學反應。圖2.15 鋼液吹氬精煉示意圖熔渣，2鋼液，3透氣磚，4活接頭，5盛鋼桶支架，6耐壓膠管，7減壓閥，8氬氣瓶 3）澆注（1）盛鋼桶

53、（簡稱鋼包）， 常用的有三種形式：傾轉(zhuǎn)式、底注式和茶壺式，其中以底注式盛鋼桶最為常用， 底注式盛鋼桶的特點：能有效擋渣，但是澆注次數(shù)（即：澆注口的開閉次數(shù)）受到限制，使得大容量的底注式盛鋼桶不適合用于澆注大批的小鑄件。 圖2.16 底注式盛鋼桶結(jié)構(gòu)圖1耐火材料包襯，2鋼殼，3注孔磚，4塞桿鐵芯，5塞桿，6塞桿頭，7緊固螺釘，8安全裝置（2）鋼液的鎮(zhèn)靜時間：鋼液出爐后， 一般需要在盛鋼桶內(nèi)鎮(zhèn)靜一段時間 后，再進行澆注。 （3）澆注溫度和澆注時間：生產(chǎn)中，需 要掌握鋼液開始澆注的溫度，澆注 溫度是根據(jù)鋼包要澆注的鑄件中澆 注溫度要求最高的鑄件來決定， 澆注時間由人工操作來控制。在生產(chǎn)中，為了控制澆

54、注時間，盛鋼桶常選擇具有適當直徑的澆口磚。鑄鋼件的澆注速度主要根據(jù)鑄件重量來決定。澆注一般的中、小鑄件，對澆注時間有要求。 第3節(jié) 電弧爐煉鋼工藝第3節(jié) 電弧爐煉鋼工藝3.1 堿性電弧爐不氧化法煉鋼工藝當廢鋼中含有貴重的合金元素時，采用氧化法熔煉，大部分合金元素都將因氧化而損失。采用不氧化法熔煉，能做到節(jié)省電能，提高電弧爐生產(chǎn)率和節(jié)省合金原材料，對國民經(jīng)濟具有重要意義， 返回法熔煉所用原材料，必須經(jīng)過嚴格檢驗，了解其化學成分，配料計算及爐料稱重也要準確。 由于沒有氧化期，不能完成脫磷和去氣、去夾雜的任務。因此要求廢鋼：低磷、清潔、無銹，各種元素要低于鋼種的規(guī)格。 配料后，應注意裝料工序。應將較

55、難熔化的鎢鐵和軟鐵放在爐子中央，易熔化的爐料放在爐坡。鉻鐵、鎳等應放在電弧區(qū)之外，以減少揮發(fā)損失。 易氧化的釩鐵，鈦鐵、鈮鐵不可與爐料同時裝入爐內(nèi)，以免氧化損失。 熔化期加入烘干的石灰造渣，加入量為爐料重的24，目的是去磷。石灰石分解釋放出CO2，并引起鋼液沸騰，因而有利于排除鋼液的氣體。 熔化后爐渣含MgO高，其爐渣發(fā)粘，不利于造還原渣，可以扒除部分爐渣。 當渣中含鎢、鉻、釩等氧化物時，應先用碳粉、硅粉、鋁粉還原，然后扒渣。 還原期的脫硫、脫氧、以及合金化操作，與氧化法無原則上的差別。 返回法熔煉時間比氧化法短，提高生產(chǎn)率20左右，降低電耗1215。 3.2 酸性電弧爐煉鋼工藝具有如下特點：

56、1）爐襯壽命較長 , 2）冶煉時間較短 , 3）耗電量少 , 4）鋼液中的氣體和夾雜物較少 酸性爐煉鋼的缺點：不能脫硫和脫磷，必須使用低磷、低硫的爐料。第 4 節(jié) 感應爐熔煉工藝特點感應電爐：分有鐵芯和無鐵芯兩種。有芯感應爐主要用于有色金屬及合金熔煉，鑄鋼生產(chǎn)中主要用無芯感應電爐。 按所采用不同的電流頻率，分為：高頻、中頻和工頻感應電爐。 按照坩堝材料的性質(zhì)，感應電爐分為酸性和堿性兩種類型。 酸性感應爐造酸性渣，不能脫磷、硫。堿性感應爐造強堿性渣，能脫磷、脫硫。 4.1 感應電爐概述 4.2 感應電爐煉鋼的特點 圖2.17 無芯感應爐示意圖交流電通過原線圈時，繞著線圈產(chǎn)生交流磁場，交流磁場在副

57、邊線圈上產(chǎn)生感應電動勢，由于感應電動勢的作用，在金屬爐料中（閉合線圈）產(chǎn)生交流電流，依靠本身的電阻，按照焦耳-楞次定律，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，用以熔化金屬。 感應電爐煉鋼與其它熔煉爐相比較，具有下列優(yōu)點：1）由于沒有電極，可以熔煉含碳量很低的鋼種。 2）由于沒有弧光，可以得到含氣量很低的鋼種。 3）鋼液的自動攪拌作用，可加速鋼與渣間的反應，促進非金屬夾雜物上浮。 4）感應爐中合金元素的燒損少，熱效率高。 5）操作時能夠精確調(diào)整溫度。 6）可在“真空”、或保護氣氛中熔煉。 感應爐的缺點： 1）爐渣不能被感應加熱，僅從鋼液中吸熱，渣溫低，不利于鋼-渣的冶金反應。 2）坩堝壽命短。坩堝壁薄，加之金屬流不

58、斷攪拌沖刷，或是爐壁內(nèi)外溫差大。 3）無芯感應電爐熱效率低。 圖2.19 感應電爐爐體構(gòu)造圖1耐火石棉板，2耐火磚，3搗制干鍋，4石棉布或玻璃絲布，5感應器，6爐體外殼，7耐火磚底座，8角鐵，9轉(zhuǎn)軸坩堝是感應爐的熔化室，用耐火材料打結(jié)而成。耐火材料可采用酸性或堿性兩種。 酸性感應爐的耐火材料是石英砂。粘結(jié)劑是硼酸和水玻璃。 堿性感應爐的耐火材料是鎂砂，冶金鎂砂和電熔鎂砂。 4.4 無芯感應電爐的熔煉 感應爐應嚴格選用熔化所用的爐料。 感應熔煉基本是一個熔化過程，較少采用氧化法熔煉。由于爐渣的溫度低，流動性較差，去磷、去硫能力不高。 1）原材料 （1）原料中磷和硫含量要低， （2）原料清潔無銹。

59、 （3）原料應干燥及預熱，以保證鋼中氣體含量最少。 （4）要求爐料塊度適宜，有利于迅速熔化、裝填充實。 （5）造渣材料及脫氧劑應合理選擇，限制有害元素含量。 2）裝料及熔化 前爐出鋼后先清除殘渣、殘鋼并檢查爐襯，對局部侵蝕嚴重部位進行修補。 感應爐的裝料應密實，充填好，小電爐可用手工裝料。 熔化期采用最大功率送電，直至熔完。熔化過程中，要防止坩堝上部因溫度低使爐料熔接造成“架橋”。當出現(xiàn)“架橋”時，一般采用人工把爐料搗開。 3）精練精煉的任務包括：脫硫、脫氧、合金化及調(diào)整鋼液溫度等。 脫氧是感應爐熔煉最重要的任務之一，脫氧的完成將取決于還原渣的成分。由于爐渣溫度低，故應選擇低熔點，流動性良好的

60、爐渣。 酸性坩堝熔煉時，可采用普通玻璃片造渣， 堿性坩堝中常用10鎂砂，60石灰，30螢石，或70石灰，30螢石。此外還有在爐渣中配入 Al2O3、SiO2等材料，以降低爐渣的熔點。 熔化極易氧化的合金（鈣、鋁合金）時，可采用流動性更好的覆蓋劑，如：食鹽及氯化鉀的混合物或冰晶石。 目的是在金屬液面迅速形成薄渣，使金屬與空氣隔絕，減少金屬的氧化。 擴散脫氧。脫氧劑有：炭粉、硅鐵粉、鋁粉、硅鈣粉、鋁石灰等。 脫氧劑應分批不斷向渣面均勻加入，最終脫氧一般用鋁。 熔煉合金鋼時，元素適宜的加入時間和回收率，及典型工藝如表-所示。第三章 真空熔煉原理與技術(shù)真空熔煉包括真空鑄造，是一種生產(chǎn)難熔、稀有和活性金