鋼中有害元素

鋼中有害元素1第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鋼中有害元素及煉鐵有害元素石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司質(zhì)量部（內(nèi)部資料）2第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1鋼中有害元素鋼中五種有害的元素是指：Pb-鉛，Sn-錫，As-砷，Sb-銻，Bi-鉍。3第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

1.1Pb-鉛

周期系第Ⅳ

A族元素，原子序數(shù)82，原子量270.2熔點(diǎn)，327.5℃，沸點(diǎn)1740℃，,鋼中殘余鉛極微，因絕大部分鉛在冶煉過程中以蒸汽逸出鋼液。由于鉛和鐵不生成固熔體，一般它是以微小的球狀形態(tài)而存在于鋼中，易發(fā)生偏析，對(duì)鋼的性質(zhì)有一定不良影響，鉛能使鋼的塑性略有降低，使鋼的沖擊值有較大降低。如因特殊用途則是在澆注過程中加入，鋼中含少量鉛可改善鋼的切削加工性能。4第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

1.2Sn-錫

周期系第Ⅳ

A族元素，原子序數(shù)50，原子量118.69，熔點(diǎn)：白錫231.88℃，

灰錫231.99℃，脆錫231.99℃。沸點(diǎn)：白錫2260℃，灰錫2270℃，脆錫2260℃。

錫可大大降低鋼及合金的高溫機(jī)械性能，對(duì)鋼的加工性能也十分有害。在鋼中加入少量錫時(shí)能提高鋼的耐腐蝕性，其強(qiáng)度也有一定提高，而對(duì)塑性卻影響不大。

5第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

1.3As-砷

周期系Ⅴ

A族元素，原子序數(shù)33，原子量74.92，俗名砒，有灰，黃，黑三種同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)717℃，613℃升華砷在鋼中常以Fe2As,Fe3As2,FeAs及固溶體形式存在，易發(fā)生偏析現(xiàn)象，砷與磷，銻同族，對(duì)鋼性能影響有類似之處，砷能提高鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)，增強(qiáng)抗腐蝕和抗氧化性能，但砷含量較高時(shí)（如大于0.2%），則使鋼的脆性增加，延伸率，斷面收縮率及沖擊韌性降低，并影響焊接。

6第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

1.4

Sb-銻

周期系Ⅴ

A族元素，原子序數(shù)51，原子量121.8，密度6.684g/cm3,

熔點(diǎn)630.74℃，沸點(diǎn)1750℃，銻對(duì)鋼的性質(zhì)有惡劣影響，一般使鋼的強(qiáng)度降低，脆性增加，但如在鋼中加入一定量的銻，會(huì)不同程度的提高鋼的抗腐蝕能力及耐磨性。

7第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

1.5Bi-鉍

周期系Ⅴ

A族元素，原子序數(shù)83，原子量208.98，密度9.8g/cm3,

熔點(diǎn)271.4℃，沸點(diǎn)1560±5℃，由于鉍在鋼中含量幾乎不熔，在冶煉過程中，絕大部分以蒸汽逸出，故鉍在鋼中含量極微。它易偏析于晶間，相間，它在晶間濃度甚至可為在合金整體濃度的8100倍，它的存在因而引起鋼的脆性，它能使不銹鋼熱態(tài)韌性降低，如含鉍量較多，還會(huì)降低鋼的塑性，影響鋼的高溫強(qiáng)度，致使不銹鋼擠壓材產(chǎn)生裂紋。如作特殊用途加入少量鉍入鋼中，則可顯著改善鋼的切削加工性能。8第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2鋼中殘存有害元素元素鋼中需要控制的殘存元素具有三個(gè)特征：（1)鋼鐵冶煉的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn);(2)一般冶煉工藝不易去除；（3）對(duì)鋼的性能產(chǎn)生有害作用一般認(rèn)為：Cu,Ni,Cr,Mo,Sn,As,Co,Sb,W不易去除；同時(shí)Al,Pb,Ti,V,Zn,Zr和一些稀土元素也可能對(duì)鋼有不利作用。但它們一般不進(jìn)入鋼中，而是進(jìn)入粉塵，爐渣中。一些情況下的有害元素，在另一些情況下如鋼的成分對(duì)其有要求時(shí)，又成為有價(jià)值的元素。9第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2.1有害元素對(duì)工藝性能的影響（1）熱加工鋼錠或鋼坯時(shí)的高溫加熱期間，鋼錠及鋼坯表面形成氧化鐵皮，鋼中殘存的Cu,As,Sb,Sn的氧化位能比鐵低而不氧化。這些元素不斷聚集在氧化皮下的金屬中。如果這些殘存元素的含量超過其在鋼中的溶解限時(shí)，就會(huì)在氧化鐵皮和金屬界面間形成熔融的液相。會(huì)產(chǎn)生表面熱脆裂紋，最終在鋼材表面留下網(wǎng)狀分布的微裂紋。10培訓(xùn)資料第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2.1有害元素對(duì)工藝性能的影響（2）P,As,Sn,Sb在晶界偏聚可造成晶界脆性，是產(chǎn)生回火脆性，特別是回火脆性的因素。11第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2.2殘余有害元素的來源12第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日13第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日14第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2.3有害元素的控制對(duì)鋼中殘余有害元素的控制可按Cu+6×（Sn+Sb)≤0.3%(德國(guó)曼內(nèi)斯特?zé)o縫鋼管廠）可降低或消除鋼材表面網(wǎng)狀裂紋（熱脆）15第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3煉鐵有害元素傳統(tǒng)的觀念，鐵水是降低鋼中殘余有害元素含量的最簡(jiǎn)單的措施，不僅可起到稀釋作用，還可提供大量的顯熱及潛熱。

然而，由于煉鐵原料的來源多，導(dǎo)致燒結(jié)礦及球團(tuán)礦的有害元素的含量難以控制。因此鐵中有害元素含量的分析與控制，愈發(fā)得到注意。16第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.1有害元素高爐煉鐵原料中的有害元素主要有鉛、鋅、堿金屬等。鋅在高爐內(nèi)循環(huán)富集已嚴(yán)重影響高爐順行和熱制度穩(wěn)定。17第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鉛的作用在高爐內(nèi)鉛是易還原元素，但鉛又不溶解于鐵水，其密度大于鐵水，所以還原出來的鉛沉積于爐缸鐵水層以下，滲入磚縫破壞爐底砌磚，甚至使?fàn)t底砌磚浮起。鉛又極易揮發(fā)，在高爐上部被氧化成PbO，粘附于爐墻上，易引起結(jié)瘤。一般要求礦石中的含鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0．1％。18第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2鋅的作用高爐冶煉中鋅全部被還原，其沸點(diǎn)低(905℃)，不熔于鐵水。很容易揮發(fā)。揮發(fā)的鋅在爐內(nèi)又被氧化成ZnO，部分ZnO沉積在爐身上部爐墻上，形成爐瘤，部分滲入爐襯的孔隙和磚縫中，引起爐襯膨脹而破壞爐襯。礦石中的含鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0．1％。19第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.1.3砷的作用砷在礦石中含量較少。與磷相似，在高爐冶煉過程中全部被還原進(jìn)入生鐵。鋼中含砷也會(huì)使鋼材產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，并降低鋼材焊接性能。要求礦石中的含質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.07%。20第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.1.4堿金屬堿金屬主要指鉀和鈉。一般以硅酸鹽形式存在于礦石中。冶煉過程中，在高爐下部高溫區(qū)被直接還原生成大量堿蒸氣，隨煤氣上升到低溫區(qū)又被氧化成碳酸鹽沉積在爐料和爐墻上，部分隨爐料下降，從而反復(fù)循環(huán)積累。其危害主要為：與爐襯作用生成鉀霞石K2O·Al2O3·2SiO2）體積膨脹40%而損壞爐襯；與爐襯作用生成低熔點(diǎn)化合物，粘結(jié)在爐墻上，易導(dǎo)致結(jié)瘤；與焦炭中的碳作用生成插入式化合物（CK8、CNa8）體積膨脹很大，破壞焦炭高溫強(qiáng)度，從而影響高爐下部料柱透氣性。因此要限制礦石中堿金屬的含量。21第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.1.1有害元素的來源堿金屬來源主要來焦炭，其次是燒結(jié)礦和球團(tuán)礦；鉛的主要來源，燒結(jié)礦和球團(tuán)礦帶入。鋅的來源，是生產(chǎn)燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的精礦粉，不法商販將瓦斯灰回收來的金屬料加入精礦粉中，使原料Zn含量大大提高。22第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日23第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日24第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日25第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日26第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.1.5燒結(jié)礦有害元素的分布

燒結(jié)前分布開爐期，燒結(jié)礦中鋅65％由高爐除塵灰?guī)?；鈉81％由焦化廢水帶入；鉀42％由燒結(jié)除塵灰?guī)耄?1％由熔劑帶入，17％由高爐除塵灰?guī)?，合?jì)64％的鉀元素由循環(huán)回收物帶入，外排燒結(jié)電除塵灰是降低鉀富集的主要手段；氯53％由焦化廢水帶入，26％由燒結(jié)除塵灰?guī)耄?3％氯來源于高爐除塵灰，僅有6％的氯來自于新生燒結(jié)原料(包括礦粉、熔劑和燃料)，可見，氯絕大部分是由循環(huán)回收物帶入。27第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日28第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日燒結(jié)后分布鋅98％留在燒結(jié)礦，由于鋅65％來源于高爐除塵灰，如果高爐除塵灰不外排，則鋅的富集主要源于高爐除塵灰的再利用；鈉14％進(jìn)入燒結(jié)礦，84％隨煙氣帶走或黏結(jié)到箅條，可見焦化廢水中鈉幾乎都隨煙氣帶走，僅25進(jìn)入燒結(jié)除塵灰；鉀52％留在燒結(jié)礦，43％進(jìn)入燒結(jié)除塵灰，5％黏結(jié)到箅條或其他，鉀元素由于很少以其他方式排出。因此，如果燒結(jié)除塵灰不采取外排則富集速度會(huì)很快；氯63％隨煙氣排出或黏結(jié)到箅條，27％進(jìn)入燒結(jié)除塵灰，10％保留于燒結(jié)礦。鐵礦粉中的鉀、鈉大多以長(zhǎng)石或閃石類形式賦存，燒結(jié)礦中鉀、鈉絕大多數(shù)富集于玻璃質(zhì)，以硅酸鹽形態(tài)存在[2]。29第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日30第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日燒結(jié)非主流礦配用標(biāo)準(zhǔn)在不配高爐除塵灰的前提下，目前非主流礦配比仍可以保證高爐入爐鋅負(fù)荷低于首鋼內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。但是在配2％高爐除塵灰的情況下，即便非主流礦完全不配，高爐入爐鋅負(fù)荷仍處于首鋼內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)上限。因此，面臨固廢和非主流礦不可兼顧，要想使用非主流礦就得把高爐除塵灰(旋風(fēng)灰)停配，要回吃固廢，就得停配非主流礦。31第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日32第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日33第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日高爐有害元素平衡(1)計(jì)算表明：堿金屬70％由爐料帶入，其中燒結(jié)礦帶入為首要因素；85％～90％鋅由爐料帶入，燒結(jié)礦帶入為首，占60％左右。從排出情況分析，高爐穩(wěn)定生產(chǎn)情況下堿金屬?gòu)臓t渣排出比例升高，可達(dá)80％左右；鋅排出率較低，不到60％，主要分布于干法灰和旋風(fēng)灰，建議適當(dāng)放開邊緣煤氣有利于排鋅。34第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日燒結(jié)有害元素平衡(2)有害元素主要來源于循環(huán)回收物，65％鋅來源于高爐除塵灰，80％鈉來自焦化廢水，63％鉀由循環(huán)帶入，90％Cl以上由循環(huán)帶入。從排出情況看，98％鋅保留于燒結(jié)礦，80％鈉以上從煙氣排出或黏結(jié)于箅條、管道等，52％鉀留在燒結(jié)礦、43％進(jìn)入燒結(jié)除塵灰，63％Cl從煙氣排出或黏結(jié)于箅條等、27％進(jìn)入燒結(jié)除塵灰。因此，鋅和鉀富集最快，必須采取措施切斷循環(huán)鏈(高爐灰和燒結(jié)電除塵灰)。35第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3.2煉鐵有害元素對(duì)煉鋼的影響煉鐵中的堿金屬、鋅等，均成為爐渣、除塵灰、污泥等成分而產(chǎn)出。因此，鐵水中堿金屬、鋅元素的含量較低。高爐中的鉛含量，容量愈大的高爐，其鐵水中的鉛的產(chǎn)出相對(duì)量愈高。而對(duì)于小高爐而言，約有20%的含量進(jìn)入鐵水中。36第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日4煉鐵有害元素的內(nèi)循環(huán)K、Na、Zn進(jìn)入爐內(nèi)首先在高溫區(qū)揮發(fā),上升后冷凝沉積于爐身上部爐墻、礦石及焦炭孔隙中,破壞爐墻內(nèi)襯同時(shí)降低原燃料強(qiáng)度;Pb作為重金屬會(huì)沉積入爐缸、破壞爐底碳磚、引起爐底碳磚上漲。37第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日4.1燒結(jié)工序有害元素?zé)Y(jié)工序有害元素主要來源分為原料帶入和系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。燒結(jié)工序有害元素分布與燒結(jié)機(jī)面積和電除塵級(jí)數(shù)息息相關(guān)。燒結(jié)電除塵分1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)。除塵灰中的殘余元素逐級(jí)遞增;電除塵灰中殘余元素隨著配套燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能及除塵電機(jī)功率的增加而增大。38第三十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日5鐵中砷、錫、鉛、銻、鉍的分析（1）5.1ICP-AES法：

采用酸溶分解試樣，用標(biāo)準(zhǔn)鋼樣配比法制備標(biāo)準(zhǔn)溶液，39第三十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日5鐵中砷、錫、鉛、銻、鉍的分析（2）40第四十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日6鋼中殘余元素一類元素的氧化勢(shì)低于鐵：即在煉鋼時(shí)的氧化反應(yīng)將不涉及這些元素。結(jié)果這些殘余元素將全部積存在最終的鋼鐵產(chǎn)品中。第二類殘余元素的氧化勢(shì)與鐵接近，在煉鋼的吹煉過程中，其中一部分將被氧化除去在鋼水中殘存的部分將取決于它們?cè)阡撍蜖t渣的成分，兩者確定了殘余元素在鋼水和爐渣中的分配因數(shù)。第三類元素的氧化勢(shì)要高于鐵,在鋼水吹煉過程中，它們首先被氧化進(jìn)入渣相中除去,一般不能進(jìn)入鋼水。因此,鋼中的殘余元素問題，實(shí)際上只有第一類和第二類所含的l5種金屬或非金屬元素,其中