鋼鐵冶煉基礎(chǔ)

［原創(chuàng)］鋼鐵冶煉基礎(chǔ)目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章概述 11.1煉鋼的任務(wù) 11.1.1去除雜質(zhì) 11.1.2調(diào)整鋼的成分 51.1.3澆注成內(nèi)外部質(zhì)量好的鋼錠和鋼坯 71.2煉鋼用原材料 8\o"CurrentDocument"金屬料 8造渣材料 10\o"CurrentDocument"1.2.3氧化劑 12\o"CurrentDocument"1.2.4冷卻劑 131.3煉鋼用耐火材料 131.3.1耐火材料的種類和性質(zhì) 131.3.2硅酸鋁系耐火材料 15堿性耐火材料 181.3.4耐火材料損毀的原因及防止措施 211.4不銹鋼基礎(chǔ) 231.4.1不銹鋼的分類及用途 23鋼的腐蝕與鈍化 241.4.3不銹鋼的組織 25合金元素的作用 26第二章鋼鐵冶煉發(fā)展史 292.1煉鋼的發(fā)展過程 292.2我國鋼鐵冶金的發(fā)展 302.3不銹鋼的發(fā)展簡史 312.4鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 332.5國外鋼鐵工業(yè)發(fā)展的狀況與趨勢 342.5.1氧氣煉鋼 34連續(xù)鑄鋼 35二次精煉 35電爐煉鋼 36\o"CurrentDocument"模鑄 362.5.6和煉鋼關(guān)聯(lián)的其他重大新技術(shù) 36\o"CurrentDocument"2.5.7合金鋼 372.5.8耐火材料 37第三章一鋼不銹鋼煉鋼工程的設(shè)計(jì)原則 403.1設(shè)計(jì)原則 403.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 403.3全廠生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品大綱及金屬平衡 41生產(chǎn)規(guī)模 413.3.2產(chǎn)品大綱 41\o"CurrentDocument"不銹鋼 41碳鋼 413.4主要原、副材料供應(yīng) 第一章概述1.1煉鋼的基本任務(wù)1.1.1去除雜質(zhì)一般是指去除鋼中硫、磷、氧、氫、氮和夾雜物。1鋼中硫鋼中含［S］2O.08%時(shí)，在不加［Mn］的情況下凝固時(shí)，在晶畀產(chǎn)生低熔點(diǎn)的共晶化合物FeO-FeS（熔點(diǎn)為940°C）,高濃度的［O］加速了它的形成，其熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于軋、鍛溫度（1150C左右），因此熱加工時(shí)在鋼坯內(nèi)液體處開裂，稱之為熱脆。在冶煉一般鋼種時(shí)要求［Mn］＞0.4?08%。［Mn］可在鋼凝固溫度的范圍內(nèi)生成MnS和少量的FeS，純MnS的熔點(diǎn)是1610C，F(xiàn)eS-MnS共晶（FeS占935%）的熔點(diǎn)是1164C，它們能有效的防止鋼在軋制時(shí)開裂。但過高的硫會產(chǎn)生較多的MnS夾雜物，軋鍛后的硫化物夾雜被拉長，降低鋼的強(qiáng)度，使鋼的磨損增大，明顯的降低鋼的橫向機(jī)械性能，降低鋼的深沖壓性能。為此應(yīng)將鋼中硫降到很低的水平，井加入［Mn］0.4?0.8%，提高鋼的質(zhì)量。硫?qū)︿摰男阅苡绊懖粌H和［S］、［Mn］含量有關(guān)而且也和軋制鍛造的程度有關(guān)。例如：0.5%［C］、0.7%［Mn］鋼中，鍛壓比增大時(shí)，擴(kuò)大了硫的影響，［S］越高縱橫方向的斷面收縮率相差就越大。鋼中［S］增加時(shí)，硫化物夾雜的數(shù)量就增加，可近似地估量硫化物質(zhì)量％=［S］x2.72［S］%。55、32為錳、硫的摩爾質(zhì)量。如［S］=0.04%，最大的硫化物夾雜量為0.04x2.72%=0.109%。鋼中硫含量增高時(shí)會影響硫化物夾雜的評級。硫化物評級和硫含量的關(guān)系可寫成下式：硫化物評級數(shù)=100［S］±0.3［級］鋼中的［S］對鋼的強(qiáng)度性能影響不大，鑄鋼中［S］在0.01?0.05%范圍內(nèi)，硫化物夾雜直徑為（2?4）x10-6m（2?卻）。鋼中的［Mn］/［S］比對鋼的熱塑性影響很大，從低碳鋼高溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，提高［Mn］/［S］比可提高鋼的熱延展性。在煉合金鋼時(shí)鋼中硫化物組成隨鋼中組成而變化。鋼中元素和［S］化合成硫化物的能力依下列次序減弱，Ce-La-Ca-Zr-Ti-Mn-No-V-C—Mo—W。在Fe—M—S系950C時(shí)，試樣中硫化物含金屬元素濃度高于溶解濃度時(shí)表明化合物穩(wěn)定，合金元素含量越高生成的硫化物就越穩(wěn)定。因?yàn)殇撝泻?.005?0.04%的［S］，固體鋼中含有一定量的硫化物，它陶S］的增高而增加，為了提高鋼質(zhì)應(yīng)在爐中盡量降低［S］濃度，氧化渣可脫硫但脫硫量最多為40%，一般為20%左右，還原渣脫硫能力強(qiáng)，一般可脫除原含量的70?90%。疑固過程中殘留的［S］和［Mn］等元素化合，但鋼中元素的脫硫能力一般都不如脫氧能力強(qiáng)，它化合成硫化物時(shí)的溫度比生成氧化物的溫度低，鋼液在凝固偏析過程中硫化物易寄生在現(xiàn)成的相界面上。鋼中鈦、鈣、鈰和硫的結(jié)合能力很強(qiáng)，能在較高的溫度形成硫化物。一般［Mn］/［S］＞7時(shí)不產(chǎn)生熱脆，在實(shí)際鋼中錳硫含量比［Mn］/［S］=8?16，可保證上述條件。易切鋼常以［S］作為產(chǎn)生硫化物的介質(zhì)，在切削過程中含硫化物的鋼形成的車屑易斷，常作為易加工的螺釘、螺帽、紡織機(jī)零件、計(jì)算機(jī)零件、耐高壓零件等的材料。2鋼中磷磷是鋼中有害元素之一。通常，磷使鋼的韌性降低，磷可略微增加鋼的強(qiáng)度。鋼中碳含量增加時(shí)降低沖擊值就越大。［P］的突出危害是產(chǎn)生冷脆，［P］越高，沖擊性能降低就越大。磷是降低鋼液表面張力的元素，易析集在結(jié)晶邊界處，隨著其含景的增加表面張力降低很多，從而降低了鍋的抗熱裂紋性能。除鈣以外，很多元素很難在冶煉溫度下產(chǎn)生磷化物。但從目前發(fā)表的資料看，在1000°C時(shí)鐵中的元素影響CP）在a鐵中的溶解度，由強(qiáng)到弱的次序是Zr--Ti--Nb--Mc—V—W--Cr--A1--Si—Mn--Ni--Coo除Zr、Ti、Nb夕卜，各元素的脫磷能力都不太強(qiáng)，在一般鋼中［P］M0.04%時(shí)很難在鋼中形成磷化物。為減少［P］的危害，提高鋼質(zhì)，必須盡量降低磷含量?？刹捎脿t內(nèi)氧化法脫磷或爐外噴粉還原法脫磷。為取得良好的效果，應(yīng)先用鐵水預(yù)處理脫硫、磷，再進(jìn)行冶煉。鋼中［C］有促進(jìn)磷降低沖擊韌性的作用，所以在冶煉高碳鋼時(shí)應(yīng)將磷控制得更低些。3鋼中氧鋼中［O］是影響鋼質(zhì)的主要元素之一。因?yàn)檠鹾丸F的親和能力大，致使一些鋼在脫氧后還有較多的氧。隨操作工藝和鋼種的不同，鋼中總［O］的變化波動范圍很大。一般測定的鋼中氧含量是全氧，包括氧化物中的和溶解的氧，在使用濃差法定氧時(shí)才測定鋼液中溶解的氧（氧的活度），在鋼錠坯、材中取樣時(shí)是全氧樣。在標(biāo)準(zhǔn)中一般不規(guī)定含量值。但有的標(biāo)準(zhǔn)對一些鋼種有夾雜物要求，在軋鍛的鋼坯上（100mm左右）取樣。取縱向斷面進(jìn)行金相評圾，放大100倍，檢查分析夾雜物，除氧化物夾雜外，還檢驗(yàn)球狀，硫化物夾雜等，在長度放大100倍的情況下直徑為80毫米的視場，可分辨出0.1?l微米的夾雜，級別是按夾雜物的總量、長度和分布情況評定的。o低溫下，鋼中的氧基本上和元素反應(yīng)全部生成夾雜物，鋼中非金屬夾雜物來源如下：（1） 脫氧脫硫產(chǎn)物，特別是一些顆粒小或密度大的夾雜物沒有及時(shí)排除。（2） 隨著溫度降低，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素的溶解度相應(yīng)下降，以非金屬夾雜物形式在鋼中沉淀。（3） 帶人鋼液中的爐渣和耐火材料。（4） 鋼液被大氣氧化所形成的氧化物。前兩類夾雜稱為內(nèi)生夾雜，后兩類夾雜稱為外來夾雜物。外來夾雜系偶然產(chǎn)生，通常顆粒大，呈多角形。成分復(fù)雜，氧化物分布也沒有規(guī)律。內(nèi)生夾雜物類型和組成取決于冶煉和脫氧方法，對一些合金鋼而言，鋼成分的變化對夾雜組成的影響十分明顯，如鋁、錳含量對形成氧化物、硫化物影響很大，Ti、Zr、Ce、Ca等元素存在時(shí)對夾雜物的影響十分突出。鋼中非金屬夾雜物通常被認(rèn)為是有害的，所以要通過各種措施使其含量盡可能降低，但不管煉鋼技術(shù)如何發(fā)展、改進(jìn)，總還是有些夾雜物。有些仍然影響鋼的使用性能，由于工藝上的困難和經(jīng)濟(jì)上的問題，不能無限制地降低非金屬夾雜物。首先應(yīng)在盡可能的范圍內(nèi)了解夾雜物變化規(guī)律和鋼性能的關(guān)系，從而控制鋼中夾雜物的類型、含量、分布、形態(tài)，達(dá)到允許的程度，最終達(dá)到提高、改善鋼質(zhì)的目的。（1）改變夾雜物類別。1）連鑄用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，生成高熔點(diǎn)的A12O3夾雜物易粘結(jié)在中間包的水口上，產(chǎn)生堵塞。使用Ca-S邙脫氧時(shí)，產(chǎn)生液態(tài)脫氧產(chǎn)物，可避免水口結(jié)瘤。2） 鋼中的A12O3或鋁酸鹽、共晶夾雜對齒輪疲勞壽命有不良影響，加入適量的稀土元素時(shí)轉(zhuǎn)變成RE-A1氧化物，可改善疲勞壽命。3） 硫在奧氏體晶界析出FeS時(shí)使鋼在熱加工時(shí)產(chǎn)生熱脆，當(dāng)鋼中有足夠的錳可使硫形成MnS時(shí)可避免熱脆。4） 低碳鋼中生成的A1N可使奧氏體高溫延性顯著降低，加Ti時(shí)可生成TiN消除A1N的影響.5） 熱加工后的帶狀硫化物使橫向冷彎和橫向沖擊性能顯著降低，用鈣處理后硫化物呈球形，提高了橫向縱向性能。（2）改變夾雜物顆粒尺寸和分布。1） 大而集中的夾雜物降低鋼的強(qiáng)度，當(dāng)軋鍛后夾雜物小到一定尺寸，分布均勻時(shí)就能改善性能。2） 改變鋼錠和鋼坯的冷卻速度，在同樣的［O］、［S］含量下快冷時(shí)夾雜物的顆粒小，且分布均勻，對性能影響不大；反之偏析加大，夾雜物粗大，對性能有更大的危害.從上述情況看，研究改變鋼中夾雜物的數(shù)量、組成、尺寸分布、分布狀態(tài)時(shí)提高鋼質(zhì)、改善鋼的性能的主要方法之一。4鋼中氮鋼中［N］能使強(qiáng)度略微增加。和碳一樣它能穩(wěn)定奧氏體，擴(kuò)大奧氏體區(qū)，可用［N］代替Ni生產(chǎn)耐熱鋼。高質(zhì)量的高鉻鋼中［N+C］含量在200ppm以下時(shí)，才能在常溫下具有高的韌性，利于冷加工。因此降低鋼中［N］是提高鋼性能的主要途徑之一。在低碳鋼中增大［N］含量會降低沖擊值，產(chǎn)生老化現(xiàn)象。碳越低影響的值就越大。。［N］是表面活性物質(zhì)，因比降低了鋼液的表面張力，使［N］容易析集在晶界，降低了鋼的抗熱裂紋的性能。降低鋼中［N］的方法靠脫碳沸騰，吹A(chǔ)r攪拌去氣，真空下去氣。由于氮的原子半徑比較大，在鐵液中擴(kuò)散較慢，所以不如［H］的去除效果好，鋼中殘余的［N］可用Ti、Nb、V、Al結(jié)合生成氮化物，以消除影響，細(xì)小的氮化物有調(diào)整晶粒、改善鋼質(zhì)的作用。5鋼中氫氫是鋼中隱存的雜質(zhì)，含量很低，在大氣下冶煉的鋼種含量一般為2?7cm3/100g（0.000179?0.000626%）（每百萬分之一為lppm），在真空下處理和冶煉的鋼種含氫量一般＜2cm3/100g。在鋼的各類標(biāo)準(zhǔn)中一般不作數(shù)量上規(guī)定。鋼中氫可使鋼產(chǎn)生白點(diǎn)（發(fā)裂）、疏松和氣泡，使鋼變脆。因此冶煉易產(chǎn)生白點(diǎn)等缺陷的鋼種時(shí)要特別注意原材料（尤其是石灰）的干燥清潔，冶煉時(shí)間要短，要求嚴(yán)格的鋼種應(yīng)充分發(fā)揮爐內(nèi)脫碳的去氣作用，爐外吹A(chǔ)r或真空處理，甚至采用真空熔煉的方法使鋼中［H］降到很低的水平（＜0.5cm3/100g）。白點(diǎn)是鋼的致命缺陷，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有白點(diǎn)的鋼材不準(zhǔn)交貸。在100mm的坯上取樣打斷口樣，在縱斷口上呈白色的亮點(diǎn)（6=?10mm不等）稱為白點(diǎn)，實(shí)際是交錯(cuò)的細(xì)小裂紋。它產(chǎn)生的主要原因是鋼中［H］在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過了鋼的強(qiáng)度，產(chǎn)生了白點(diǎn)。一般白點(diǎn)產(chǎn)生的溫度＜200^。低溫下鋼中［H］的溶解度度很低，相變應(yīng)力也最大。生產(chǎn)鐵索體鋼、奧氏體鋼等無相變鋼時(shí)不易產(chǎn)生白點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)高速鋼（有相變）也不易產(chǎn)生白點(diǎn)，因?yàn)樗柽M(jìn)行多火鍛造，加熱過程中［H］擴(kuò)散到大氣中，致使氫含量降低。產(chǎn)生白點(diǎn)的另一重要原因是澆注后鋼錠凝固過程中產(chǎn)生了偏析，使局部地區(qū)或中心地區(qū)氫含量很高，降低了鋼的塑性和韌性。大氣中H2為0.05Pa，因此固態(tài)鋼中的氫總是向外擴(kuò)散去除的。脫氫量和加熱溫度有關(guān)。但在沒有脫氣設(shè)備進(jìn)行真空處理的情況下，對一些斷面比較大的白點(diǎn)敏感性強(qiáng)的鋼件，可用擴(kuò)散退火的方法處理。但這種脫氫方法是不經(jīng)濟(jì)的。鋼坯中氫氣向外擴(kuò)散的數(shù)量和鋼中成分有關(guān)，與［H］親和力大的Ti、Zr等元素含量增高時(shí)，析出的氫就少。由上述情況看出應(yīng)盡量在冶煉澆注過程中脫田］以提高鋼的質(zhì)量、合格率和鋼的經(jīng)濟(jì)效益。除上述雜質(zhì)外鋼中還有Pb、Zn、Sn、As、Bi等有色金屬，這些都對鋼質(zhì)有不利的影響。但在標(biāo)準(zhǔn)中有的還未能詳細(xì)地規(guī)定，只是在機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等方面經(jīng)常產(chǎn)生廢品和缺陷時(shí)才全面地加以分析。1.1.2調(diào)整鋼的成分為保證鋼的各種物理、化學(xué)性能，應(yīng)將鋼的成分調(diào)整到規(guī)定的范圍之內(nèi)。1鋼中碳煉鋼過程中要氧化脫除多余的碳，達(dá)到規(guī)定的要求。用生鐵煉鋼時(shí)脫碳量大（＞3%），電爐氧化法脫碳量較?。ǎ?.20%），這些碳被氧化成CO,通過鋼液的CO有較好的脫氣作用。所以在大氣下煉鋼時(shí)，脫碳也是作為一種脫氣的手段。從鋼的性質(zhì)看它也是重要的合金元素之一，它可增加鋼的強(qiáng)度、硬度。在不同的熱處理?xiàng)l件下［C］改變了鋼中各組織的比例，使強(qiáng)度增加的同時(shí)略微降低韌性指標(biāo)。鋼中［C］決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制度。碳能顯著地改變鋼的液態(tài)和凝固性質(zhì)，田比冶煉時(shí)很注意它的影響值，例如在1600°C、［C］＜0.8%的情況下，每增加0.1%的［C］使熔點(diǎn)降低6.5C，鋼液的密度減少4kg/m3，粘度降低O.7%，［N］的溶解度降低0.001%，［H］的溶解度降低0.4cm3/100g，增大凝固區(qū)間17.79C。［C］的氧化產(chǎn)物是CO,因此不易玷污鋼液，高［C］鋼液被二次氧化帶入鋼中的雜質(zhì)（氧化物）少，等等。這些突出的影響已在冶金過程中加以利用。2鋼中錳錳的冶金作用主要是消除［S］的熱脆傾向，改變硫化物的形態(tài)和分布以提高鋼質(zhì)。鋼中［Mn］是一種非常弱的脫氧劑，只有在碳含量非常低、［O］很高時(shí)才有脫氧作用，主要是協(xié)助［Si］、［Al］脫氧，提高它們的脫氧能力和脫氧量。錳可略微提高鋼的強(qiáng)度，每1%可提高鋼強(qiáng)度78.5Mpa（8kg/mm2），井可提高鋼的淬透性能，價(jià)格便宜，它可穩(wěn)定井?dāng)U大奧氏體區(qū)，常作為合金元素制造奧氏體不銹鋼（代Ni）、耐熱鋼（和［N］共同代Ni），無磁護(hù)環(huán)鋼（大電機(jī)用）。當(dāng)［Mn］含量為13%、［C］為1%時(shí)可制造耐磨鋼，使用過程中可產(chǎn)生加工硬化，減少鋼的磨損。3鋼中硅硅是鋼中最基本的脫氧劑。普通鋼中含硅0.17?0.37%，是冶煉鎮(zhèn)靜鋼的合適成分，該脫氧劑便宜，上述含量在1450C左右鋼凝固時(shí)，能保證和鋼中［S］相平衡的氧小于和［C］平衡的氧，制止凝固過程中產(chǎn)生CO氣泡。生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)［Si］為0.03?0.07%，［Mn護(hù)0.25?o.7%，它只能微弱地控制C-O反應(yīng)，硅還能提高鋼的機(jī)械性能，在［Si］＜1%時(shí)，每增加0.1%的［Si］約使屈服強(qiáng)度提高9Mpa（0.92kgf/mm2）.硅對鍋液性質(zhì)的影響較大。如在1600C純Fe中每增加1%的硅，降低［C］的飽和溶解度0.294%，降低鐵的熔點(diǎn)8C，降低密度60kg/m3，降低氫的飽和溶解度1.4cm3/100g，［N］降低0，003%，增加鋼的凝固區(qū)間10C，提高鋼液的收縮率2.05%，（每降100C）使固體鐵之電阻系數(shù)提高0.135Q?mm2/m。因此在冶煉硅鋼時(shí)注章脫氣以防鋼液上漲。硅鋼的密度較小，鑄成的鋼錠的密度也小，澆注的根數(shù)應(yīng)多些（同樣質(zhì)量）。它增加了鋼的電阻和導(dǎo)磁性，固此最宜做電機(jī)和變壓器的鐵芯。在生產(chǎn)低碳鐵合金時(shí)，常用增加溶解的［Si］來減少溶解的碳，以生產(chǎn)中、低碳鐵合金，如75%的硅鐵含［C］＜0.07%，CaSi合金（Ca為31%）［C］＜l%。4鋼中鋁［A1］在鎮(zhèn)靜鋼中多在0.005?0.05%的范圍，通常為O.01?0.03%。它是終脫氧劑。鋼中加Al量因［O］量而異，低碳鋼加得多些，高碳鋼少些。一般加Al量為0.3?1kg/t鋼，為Si脫氧的繼續(xù)和補(bǔ)充。Al常在出鋼前或包中加入，通常稱為終脫氧。鋼中殘存的夾雜物多為A12O3,在出鋼、鎮(zhèn)靜、澆注時(shí)生成的Al2O3大部分上浮去除。但在冷凝過程中生成的大量細(xì)小分散的Al2O3夾雜，促進(jìn)形成細(xì)晶粒鋼。鋼中總殘余［Al］超過0.025%時(shí)，晶粒度約在10?9級之間（晶粒平均直徑約為0.011?0.0156mm），實(shí)際結(jié)合成A1N的A1超過0.007%時(shí)，就可保證細(xì)晶粒鋼，這是結(jié)構(gòu)鋼所需要的細(xì)晶組織。Al是調(diào)整鋼的晶粒度的有效元素之一，它能使鋼的晶粒開始長大時(shí)保持到較高的溫度。實(shí)際生產(chǎn)中電爐鋼的晶粒度都是較細(xì)的，有的鋼種在較高溫度下（1050°C）才開始明顯長大。鑄錠時(shí)殘［Al］高的鋼的表面易產(chǎn)生缺陷，應(yīng)采取有效的保護(hù)澆注措施。在冶煉、澆注時(shí)應(yīng)特別注意各合金元素調(diào)整的準(zhǔn)確度，如防止氧化損失、揮發(fā)損失、均勻化等，要采用合理的工藝以精確地控制成分，獲得經(jīng)濟(jì)質(zhì)量高的鋼材。1.1.3澆注內(nèi)外部質(zhì)量好的鋼錠和鋼坯鋼錠和鋼坯的質(zhì)量與注溫、注速、鋼中合金元素以及渣、氣保護(hù)澆注的合理性、錠坯的斷面尺寸、錠模內(nèi)表面質(zhì)量有關(guān)，連鑄時(shí)和拉坯速度有關(guān)。鋼錠外表面不應(yīng)有大的結(jié)疤、表面折疊、皮下氣泡和裂紋，表面不應(yīng)粘渣。表面缺陷會增大修磨量、砂輪消耗和修磨工時(shí)，影響軋制時(shí)的坯、材質(zhì)量，故應(yīng)做好澆注前的準(zhǔn)備、清潔、干燥和保護(hù)渣的準(zhǔn)備工作。澆注時(shí)應(yīng)根據(jù)不同鋼種選擇好合適的注溫注速、拉坯速度、冷卻制度等。鋼錠內(nèi)部質(zhì)量：應(yīng)保證鋼的致密性，采用合適的保溫帽口尺寸，選擇合適的保護(hù)渣組成和用量?，F(xiàn)在，多采用絕熱帽口。采用合適注溫、注速。模注時(shí)注意補(bǔ)縮的方法和時(shí)間。要求嚴(yán)格的鋼種應(yīng)采用保護(hù)澆注，這樣可減少中心和一般疏松，防止縮孔和尾部夾雜物生成。為減少鋼的偏析，除可適當(dāng)降低注溫調(diào)節(jié)注速外，從成分工應(yīng)將易偏析的［S］、［P］、［H］、［C］等元素降到允許的范圍內(nèi)。因?yàn)闈舛仍降?，偏析程度就越小，還可調(diào)整鋼中元素，降低易偏析元素的活度。如增大Ti，可減少［H］，［N］的溶解偏析，同時(shí)也降低了夾雜物分布的不均勻性。當(dāng)［C］含量增大時(shí)增加了鋼的凝固范圍，因此高碳鋼易液析，碳化物是鋼中需要的組成，但要它分布均勻，因此應(yīng)增加鋼的冷卻速度，如采用較小斷面的錠模，注溫應(yīng)控制低些等等。煉鋼生產(chǎn)階段完成了上述三個(gè)內(nèi)容就能圓滿地完成任務(wù)。由于鋼種不同，各種標(biāo)準(zhǔn)對鋼質(zhì)的要求也不同，因此要選用合適的冶煉和澆注方法。掌握冶煉澆注過程的規(guī)律性，在生產(chǎn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，修訂操作規(guī)程，最后煉出質(zhì)量完全符合標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)量大、消耗原材抖少經(jīng)濟(jì)便宜的鋼錠和鑄坯。1.2煉鋼用原材料1.2.1金屬料金屬料是煉鋼的基本原料。原料質(zhì)量和供應(yīng)條件對鋼的生產(chǎn)指標(biāo)有重大影響，如化學(xué)成分、塊度大小、溫度高低等，不僅影響冶煉工藝過程，而且影響質(zhì)量、消耗、成本、產(chǎn)量等各項(xiàng)指標(biāo)。1鐵水轉(zhuǎn)爐、平爐使用的原料，要求溫度波動不大，溫度＞1200?1300C，小轉(zhuǎn)爐控制的溫度偏高些。對鐵水中元素的要求：［Si］是發(fā)熱元素。每氧化掉1%的硅發(fā)熱量為278x106J/t（66430kcal/t），轉(zhuǎn)爐用吹氧法冶煉時(shí)硅在0.5?0.8%之間為宜。主要用礦石氧化的工藝（如平爐冶煉）中希望含［Si］低些，因?yàn)椋跾i］的氧化能產(chǎn)生大量的SiO2,再加上礦石中的SiO2會使石灰的消耗量增加，造渣困難。但是［Si］太低時(shí)，渣量少，石灰溶解慢，液體渣量不足，易產(chǎn)生噴濺，脫磷、脫硫量也會減少，并且會降低金屬的收得率，金屬的升溫慢，延長冶煉時(shí)間。［Mn］是發(fā)熱元素。每噸鋼燒損1%的錳可產(chǎn)生69x105J/t的熱（16500kcal/t），是硅氧化放熱量的1/4?？捎茫跰n］=0.6?0.9%的生鐵水進(jìn)行冶煉，許多工廠不具體規(guī)定，一般為0.2%左右。因錳礦的資源較少，所以在轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)對生鐵水未作具體規(guī)定，但是錳含量高時(shí)顯著增快成渣的速度，減少螢石的用量，利于脫除［S］、［P］，減少粘槍，延長爐子的壽命，使金屬M(fèi)n的收得率提高，減少了錳鐵得使用量。［P］是高爐中不能去除的元素。在轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐工藝操作中，都能脫磷，但轉(zhuǎn)爐要求盡量有穩(wěn)定的含［P］成分，以穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐的吹煉制度，利于自動控制。平爐和電爐冶煉周期長，脫磷量可以控制，如果鐵水中［P］高，冶煉高［C］低磷的鋼種時(shí)宜采用爐外脫磷。［S］在氧化渣下脫硫并不太多。在轉(zhuǎn)爐、平爐的氧化操作過程中只能脫一定數(shù)量的硫。原始［S］很高時(shí)，用雙渣、換渣或提高渣量的操作脫S］。脫硫量一般為20?40%。對［S］＜0.02%的鋼水應(yīng)采用爐外脫硫操作。電弧爐通常使用固體原料，當(dāng)廢鋼不足時(shí)，有時(shí)配人固體生鐵（小于裝料量的20%）。配人生鐵是為提高爐料中［C］，以增大氧化期脫碳量，利于鋼液的脫氣。還原期使用的生鐵主要為了增碳。把［C］調(diào)到規(guī)定范圍，要求增碳生鐵中的［S］、［P］含量要低。本溪生鐵的質(zhì)量最高。近年來噴粉技術(shù)發(fā)展迅速，采用噴粉增碳時(shí)成分穩(wěn)定，增碳快，對鋼液溫度沒有影響，并減少了能耗。所以電爐爐前操作常用噴粉增碳操作作。2廢鋼轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐等均使用廢鋼。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐用廢鋼量一般是總裝入量的l0?30%。絕大部分電爐平爐都可采用廢鋼，廢鋼分為一般廢鋼、軋輥、次廢鐵、車屑等。使用時(shí)不應(yīng)混有合金返回鋼、生鐵和鐵合金，含［S］、［P］量＜0.1%，要處理清除密封容器和管狀物、爆炸物、有色金屬、毒品和有機(jī)塑料等。廢武器經(jīng)安全處理后方得使用，輕薄料應(yīng)打包使用，要求少銹，無油污。要求廢鋼長度要小于轉(zhuǎn)爐口直徑的1/2。30噸轉(zhuǎn)爐裝入的最大塊度不應(yīng)超過300kg。電爐裝料的最大允許尺寸：50噸電爐要求斷面尺寸＜800x800mm，長＜1000mm；5t噸電爐要求斷面尺寸小于250x250mm，長度小于400mm。為節(jié)約合金元素，降低成本提高電爐的生產(chǎn)率，常使用合金返回鋼，它們應(yīng)分類存放，最好在有棚的原料垮存放。3鐵合金鐵合金用于調(diào)整鋼液成分和脫除鋼中雜質(zhì)（氧、硫、氮等）常使用的鐵合金種類有：（1） 錳鐵、硅鐵、鉻鐵、釩鐵、鈦鐵、鉬帙、鎢鐵、磷鐵、黃鐵礦（FeS）等。（2） 復(fù)合脫氧劑：硅鈣（60：30）、硅錳鋁、硅錳、硅鉻、硅鈣鋇鋁等。（3） 純金屬：金屬錳、金屬鈦（海綿鈦）、鎳（電解鎳和火煉鎳）、鋁。對塊度要術(shù)：加入盛鍋桶中得為5?5Omm，加入爐中的為30?200mm。往電爐中加A1時(shí)常將其化成鋁餅，用鐵桿穿入插進(jìn)鋼液。烘烤溫度：錳鐵、銘鐵、硅鐵應(yīng)大于等于800°C，烘烤時(shí)間應(yīng)大于2小時(shí)，鈦鐵、釩鐵、鉬鐵、鎢鐵加熱近200C，時(shí)間大于1小時(shí)。在調(diào)整鋼液成分時(shí)應(yīng)盡量采用便宜的高碳鐵合金材料，以便降低鋼的成本。如金屬鉻：低碳鉻鐵：高碳鉻鐵的價(jià)格比為5.7：3.3：1。金屬錳鐵：中碳錳鐵：高硪錳鐵的價(jià)格比約為6.6：2.6：1。使用含硅高的材料時(shí)應(yīng)注意它們的密度比鋼液小，易飄浮在鋼液界面上（45%的硅鐵密度為5.15,75%的硅鐵為3.5），氧化損失大。生產(chǎn)鐵合金時(shí)常用硅能降低鐵液中碳的飽和溶解度的性質(zhì)去生產(chǎn)中、低碳鐵合金。硅鈣合金（密度2.55）中生成CaSi2合金，降低了鈣的蒸氣壓，減少了使用時(shí)的蒸發(fā)損失，但因?yàn)樗拿芏刃?，使用時(shí)應(yīng)盡量增加硅鈣和鋼液的接觸時(shí)間和接觸面積。電爐用鎢鐵調(diào)整鋼液成分時(shí)，因鎢鐵溶點(diǎn)高（高于2000”0、密度大（［W］=80%時(shí)其密度為16400kg/m3），宜在出鋼前1小時(shí)加入。同樣，鉬鐵的合金化和鎢鐵相似。在用電解金屬（Ni、Mn等）合金化時(shí)，應(yīng)注意它的［H］、［O］含量較高。粉狀材料中的［H］、［O］含量比塊狀材料高，使用時(shí)要注意脫氧去氣操作。1.2.2造渣材料1石灰是堿性煉鋼的造渣材料，主要成分是CaO。由石灰石鍛燒而成。價(jià)格便宜，是脫磷、脫硫、脫氧提高鋼液純凈度和減少熱損失不可缺少的材料。渣中50%以上是CaO，它對維護(hù)爐襯壽命和爐況順行影響極大。要求石灰中Ca0>85%，Si02<3.5%（電爐<2%），MgO<5%，F(xiàn)e2O3+A1203<3%，S<0.2%?O.15%，H2O<0.3%。對轉(zhuǎn)爐石灰塊度為20?50毫米，電爐為20?60毫米，平爐為30?150毫米，塊度大小和工藝要求、冶煉時(shí)間長短有關(guān)。焙燒石灰時(shí)應(yīng)燒透。灼燒減量要<5%，石灰石中硫、磷含量都要<0.1%，SiO2<0.3?1.5%。因?yàn)闊墒矣袑⒔?4%（C02）損失，雜質(zhì)含量約增加一倍。此時(shí)石灰中硫、磷、二氧化硅各小于。.2%和0.6?3.0%。石灰的生燒率大時(shí)，會使造渣量減小，爐渣溫度降低，爐子的熱能或電能消耗增大。若以每kgCaO為基數(shù)相比較（按石灰石生成56%石灰計(jì)算），每kg相差849kcal/kg（0.985千瓦時(shí)/kg），即如果煉鋼時(shí)用石灰石造渣井要得到相同的爐渣堿度時(shí)，所消耗的能量比用石灰造渣多用將近1度電。石灰的焙燒溫度一般在900?1200°C之間，焙燒的溫度越高時(shí)間越長，石灰的最大結(jié)晶尺寸越大。石灰石為菱形結(jié)構(gòu)，它的晶格常數(shù)為6.34A。石灰為立方晶格，它的晶格常數(shù)為4.79A。當(dāng)質(zhì)量減少44%時(shí)，實(shí)際石灰塊度比石灰石卻小不了多少，而晶格嚴(yán)重歪曲。焙燒溫度高時(shí)降低了石灰的表面能，使石灰結(jié)晶粗大，致密，歪扭的晶格變小，所以它的吸水能力降低了。這使電爐使用的石灰易于保存，吸水少。由于電爐冶煉周期較長，形成爐渣的速度不如轉(zhuǎn)爐，希望有形渣速度快的石灰。焙燒溫度低時(shí)CaO結(jié)晶顆粒細(xì)小，晶格歪曲程度大，在石灰內(nèi)部存在著大量的裂紋和點(diǎn)狀空隙，它具有高的表面能和反應(yīng)能力，是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)所希望的造渣材料.石灰熔于渣中的逮度可以實(shí)測，但太麻煩。簡單的方法是將石灰放于水或酸中，用測定溶液達(dá)到最高溫度的時(shí)間區(qū)分石灰的活性?；钚允摇④洘?、沸騰床焙燒爐石灰達(dá)到最高溫度的時(shí)間小于3分鐘，普通石灰為3?10分鐘，過燒石灰（豎窯硬燒石灰）>l0分鐘。氣孔體積是決定石灰反應(yīng)能力的關(guān)鍵因素。一般情況下，石灰在水中的溶解能力可表示石灰在渣中的溶解速度，如軟燒石灰的反應(yīng)能力為0.53?1.75min時(shí)，石灰在渣中的溶解速度為1.85?l.00kg/min，而硬燒石灰則分別為30分和0.5kg/min。但是當(dāng)石灰中含有較高的氧化鐵、氧化鋁和二氧化硅時(shí)能在煉鋼爐渣中較快的溶解。轉(zhuǎn)爐使用石灰的塊度決定于轉(zhuǎn)爐爐口廢氣流的速度，當(dāng)轉(zhuǎn)爐的碳氧反應(yīng)速度很大時(shí)，小的石灰會被吹進(jìn)排煙道。2螢石主要組成為CaF2。加入螢石能夠幫助化渣，是良好的助熔劑。螢石的特點(diǎn)是短時(shí)間就可以改善爐渣的流動性，還可在煉鋼或電弧溫度下發(fā)生下述反應(yīng)：Si02+2CaF2=2CaO十CaF4產(chǎn)生的SiF4為氣體并隨爐氣散失。再生成的CaO會增大爐渣的粘度，爐渣的溫度越高時(shí)，爐渣由稀變粘的速度越快。螢石用量過多時(shí)，會損壞爐襯，還會引起嚴(yán)重的泡沫渣。螢石較貴，因此在調(diào)整爐渣流動性時(shí)應(yīng)控制得當(dāng)。吹煉高磷鐵水回收爐渣做磷肥時(shí)，不允許加入螢石，可以用鐵磯土代替螢石做熔劑。對螢石的要求：CaF2>85%，SiO2<5?4%，CaO<5%，S<0.2%，H2O<0.5%，塊度在5?50mm為宜。3生白云石生白云石的主要成分是CaCO3?MgCO3,用白云石造渣的目的是使?fàn)t渣保持一定的MgO含量，以減少爐渣對爐襯的侵蝕，利于提高轉(zhuǎn)爐的爐襯壽命。對生白云石的要求是MgO>20%，塊度5?40毫米.也可采用輕燒白云石。4合成渣料使用高堿度的球團(tuán)或燒結(jié)礦，它可顯著改善造渣過程，但吸收熱量大，影響廢鋼的使用量。5廢粘土磚塊是下注時(shí)用過的中注管磚和湯道磚。它可降低爐渣的熔點(diǎn)，是石灰渣的稀釋劑，主要成分SiO260%左右，Al2O3為30%左右。它熔化的快，粘度適中，常在電爐還原期造渣時(shí)使用。用碳粉還原爐渣時(shí)鋼液不易增碳，價(jià)格便宜，但影響堿度和脫硫效果。常用于冶煉含硫量不很低的鋼種。1.2.3氧化劑1氧氣是煉鋼最主要的氧化劑。常用管道輸送，02>98%。冶煉含氮低的鋼時(shí)O2>99.5%。使用前應(yīng)除水，電爐轉(zhuǎn)爐用氧氣時(shí)H2O應(yīng)小于3g/m3。氧的壓力視爐子種類和容量大小而定，5噸電爐要求>0.5Mpa（5kgf/cm2），40?50噸電弧爐用氧壓力要求>0.7Mpa（7kgf/cm2），容量6噸頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐用氧壓力要求0.8?1.0MPa，30噸的要求O.8?1.2MPa，50噸的要求1?1.2Mpa（以上轉(zhuǎn)爐均指單孔噴槍的壓力），為保證上述使用的壓力穩(wěn)定，在貯存罐內(nèi)的壓力應(yīng)為2.5—3.0Mpa（25?30kgf/cm2）。小的電爐常用氧氣匯流排，使用瓶裝氧，壓縮機(jī)壓到15兆牛/米2（150大氣壓）注入氧氣瓶中，景常用的氧氣瓶容積為40升（外徑219mm，長l590mm，壁厚8mm，重67kg）。這種瓶裝氧氣在15兆牛/米2（150大氣壓）時(shí)裝氣量為40x150=6000升=6m3，3Mpa（30大氣壓）時(shí)為1.2m3，余類推。2鐵礦石和氧化鐵皮在用氧氣冶煉操作中，礦石用來氧化鋼液中的磷和硅、錳等元素，穩(wěn)定渣中的磷化物。用礦石氧化鋼液的操作中，除氧化上述元素外，還氧化鋼液中的碳，但一般用礦的脫碳速度遠(yuǎn)小于用氧氣的脫碳過度，使用氧化鐵皮主要穩(wěn)定渣中脫磷產(chǎn)物，提高脫磷量，并有降低渣溫的作用。雖然氧化鐵皮比較便宜，含鐵量高，但使用前應(yīng)去除水和油污。3其它氧化劑側(cè)吹轉(zhuǎn)爐或底吹轉(zhuǎn)爐常使用空氣氧化去除鋼中雜質(zhì)。有時(shí)也可用錳礦作氧化劑，在電爐冶煉含鉬或鎳的鋼種時(shí)可用鉬精礦或氧化鎳作氧化劑，在氧化鋼液的同時(shí)，Mo、Ni進(jìn)入鋼液，使用的數(shù)量可根據(jù)鋼號的規(guī)格含量，氧化劑的成分等計(jì)算加入。1.2.4冷卻劑頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐操作中常用富鐵礦、團(tuán)礦、燒結(jié)礦作冷卻劑，主要利用氧化鐵降低爐內(nèi)溫度，使用時(shí)不必停爐加入，它們又是助熔劑，可降低鐵損，使用時(shí)應(yīng)注意帶入的脈石量，因?yàn)镾iO2多，渣量會變大，易造成大噴。有時(shí)也用石灰石作冷卻劑，比加廢鋼冷卻時(shí)的鐵損多。電爐還常用碳粉作脫氧劑，在還原期使用碳粉脫除渣中不穩(wěn)定氧化物（FeO、MnO等），使用前應(yīng)烘烤干燥。1.3煉鋼用耐火材料1.3.1耐火材料的種類和性質(zhì)煉鋼用耐火材料有非常嚴(yán)格的要求：耐火溫度高、高溫下的機(jī)械性能好能經(jīng)受熔渣和金屬液的浸蝕和急劇的溫度波動，有的還要求在高真空高溫下不揮發(fā)或不發(fā)生分解。嚴(yán)格的要求促進(jìn)了耐火材料工業(yè)不斷的改進(jìn)，制造出許多新的耐火材料品種。而耐火材料性能的改進(jìn)又保障了煉鋼工藝的發(fā)展。可以毫不夸張地說，煉鋼的進(jìn)步和耐火材料有不可分割的關(guān)系。首先，耐火材料必須是高熔點(diǎn)物質(zhì)。大多數(shù)耐火材料是氧化物。除用于實(shí)驗(yàn)室研究工作的特種耐火材料以外，多數(shù)耐火材料消耗量極大。因此，多用自然界大量存在的礦物作為耐火材料的原料。按其原料的化學(xué)性質(zhì)，耐火材料可分為酸性、中性和堿性三類。堿性耐火材料主要組分是MgO和CaO，它們對于煉鋼來說是最為重要的耐火材料。酸性耐火材料以SiO2為主要組分，中性耐火材料的主要組分是A12O3、C、SiC等。另外，按照加工方式和外觀分為燒成磚、不燒成磚、電熔磚、不定形耐火材料（包括澆注料、搗打料、可塑料、噴射料等）、絕熱材料、耐火纖維、高溫陶瓷材料等。按照使用溫度，可分為普通耐火制品（1580?1770°C）、高級耐火制品（1770?2000°C）、特級耐火制品（＞2000C）。耐火材料的重要性質(zhì)：（1） 耐火度和荷重軟化點(diǎn)。耐火度是在高溫下材料抵抗熔化的性能，它代表的意義和熔點(diǎn)不同。熔點(diǎn)是純物質(zhì)的固液相平衡溫度，耐火材料大多數(shù)不是純物質(zhì)，所含的雜質(zhì)在高溫下相互作用，生成一系列低熔點(diǎn)共晶物，產(chǎn)生不同粘度的液相，因而使耐火度低于純物質(zhì)的熔點(diǎn)。測定耐火度常把試料制成耐火三角錐，在一定升溫速度下加熱到錐體變形彎倒直至頂點(diǎn)與底盤接觸，該溫度即試樣的耐火度。耐火錐由H.Seger首創(chuàng)，現(xiàn)在SK已被用作耐火度的國際標(biāo)準(zhǔn)號。我國則規(guī)定用“溫錐”二宇的拼音字頭WZ作為耐火度標(biāo)號。耐火度是衡量硅酸鋁系耐火材料品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，對于硅磚和堿性耐火材料，用荷重軟化點(diǎn)更能說明問題。堿性磚很少由于熔化而損毀，它經(jīng)常在遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)溫度下由于結(jié)合劑的軟化和液化而損壞。耐火材料在使用時(shí)都承受一定的載重負(fù)荷，如果耐火材料受熱后變形，爐體必然損壞，因此荷重軟化溫度是另一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)。一般規(guī)定用190kPa（2kgf/cm2）的靜負(fù)荷加于直徑36mm、長50mm的試塊上，按一定速率（800C以下才10C/min，800C以上4?5C/min）升溫加熱試塊，測出試樣變形0.6%（即被壓縮O.3mm）、4%（壓縮2mm）和40%（壓縮20mm）時(shí)的溫度，以壓縮0.6%時(shí)的溫度作為荷重軟化點(diǎn)。近來有人在帶孔的試樣中充填熔渣來做荷重軟化試驗(yàn)，用來檢驗(yàn)?zāi)突鸩牧衔杖墼鼤r(shí)對荷重軟化的影響，這在一定程度上代表耐火材料抵抗熔渣侵蝕的能力。（2） 高溫抗折強(qiáng)度這是近來發(fā)展的耐火材料性能指標(biāo)，由英國陶瓷協(xié)會首先提出，各國迅速推廣推廣使用，有取代荷重軟化實(shí)驗(yàn)的趨勢。因?yàn)椋邷貜?qiáng)度大的磚，其抗渣性能必然好，抗急冷熱變化的能力也強(qiáng)。因此成為許多耐火材料特別是堿性耐火材料的關(guān)鍵指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)所用樣品一般是150x25x25mm，支點(diǎn)間距125mm，在兩支點(diǎn)中間施加壓力折斷試樣。加負(fù)荷速率通常為每秒58kPa。測溫用熱電偶放在張力面的中間，爐子溫度應(yīng)保持均勻。（3） 熱震穩(wěn)定性。耐火材料受到急劇溫度變化稱作熱震（或稱熱沖擊）由于耐火制品為脆性材料，膨脹率較大而彈性較小，因此在受到熱沖擊時(shí)引起內(nèi)應(yīng)力使材料破裂或剝落。影響耐火材料熱震穩(wěn)定性的因素很多，不易測量，也無法用公式計(jì)算。我國通用的試驗(yàn)方法是將標(biāo)準(zhǔn)磚一端在爐內(nèi)加熱到850r后再放人流動冷水中冷卻，如此反復(fù)進(jìn)行，直到報(bào)失一定重量（20?50%）為止。對于不能在水中冷卻的耐火材料，可用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻的條件試驗(yàn)，可見，抗熱震性是一個(gè)相對的指標(biāo)。（4） 氣孔率和密度。耐火材料中的氣孔有和外界相通的開口氣孔和與外界不通的封閉氣孔。閉氣孔體積很難測定。因此，制品的氣孔率用開口氣孔體積所占的百分比表示，稱為顯氣孔率。耐火制品的密度和氣孔有關(guān)，不包括所有氣孔體積時(shí)的密度稱為真密度，包括全部氣孔體積在內(nèi)的密度稱為體積密度。僅包括閉氣孔體積而不包括開口氣孔時(shí)稱為假比重，即該條件下耐火材科制品密度和4°C的水密度之比。由于4°C水的密度為999.73kg/m3，假比重也就是該條件下的密度值，但習(xí)慣上稱為假比重。氣孔串和密度用浸液法測定。氣孔率和密度是耐火制品致密程度的指標(biāo)，有很重要的實(shí)用意義。高密度制品的機(jī)械性能好，也有利于抗渣浸蝕和抗熱震性能。得到高密度制品的關(guān)鍵是高壓成型設(shè)備。此外，顆粒粒度配比也有一定關(guān)系。（5） 抗渣性。對于冶金耐火材料，抗渣浸蝕是非常重要的性能。但抗渣性試驗(yàn)沒有標(biāo)準(zhǔn)方法，許多抗渣試驗(yàn)都是研究性質(zhì)的，和渣及耐火材料品種也有關(guān)系。上述幾種性質(zhì)是最常用的，耐火材料的性質(zhì)還有很多，可查閱耐火材料的專門書符和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。1.3.2硅酸鋁系耐火材料硅酸鋁系耐火材料的價(jià)格便宜，用途廣泛而且品種也多。其基本化學(xué)成份是SiO2和A12O3。SiO2?A12O3二元系狀態(tài)圖中，共有三個(gè)平衡相：方石英、莫來石（3Al2O3?2SiO2），A12O3V71.8%時(shí)平衡相為莫來石和方石英，并有低熔點(diǎn)共晶生成，故其荷重軟化點(diǎn)不高。A12O3>71.8%時(shí)平衡相為莫來石和剛玉，1840C才出現(xiàn)液相。實(shí)際耐火材料中因含有雜質(zhì)（Fe2O3、堿金屬氧化物），它們降低液相出現(xiàn)溫度，增加析出的液相量。1粘土磚粘土是土狀物質(zhì)，加水后有塑性，高溫煅燒后有巖石般硬度。粘土中主要物質(zhì)為高嶺石，并含有石英、云母、黃鐵礦、長石等雜質(zhì)。生粘土加熱發(fā)生收縮，同時(shí)產(chǎn)生裂紋。生粘土加熱到1300?1400C就能成為耐火熟料。熟料破碎后，按照一定的顆粒配比，和生粘土混和摻水成型。熟料占50?85%，生粘土占50?15%，生粘土比例可根據(jù)其可塑性而定，塑性的粘土配人量應(yīng)盡可能少。磚坯干燥后經(jīng)1400C燒成便是粘土磚。粘土磚性質(zhì)在較大范圍波動，這是囚為其成分和制造工藝有較大的差別。粘土磚耐火度在1580-1770C。但高溫耐壓強(qiáng)度差，其原因之一是氣孔率高，另外耐火粘土原料不穩(wěn)定，有時(shí)不能良好地?zé)?。雜質(zhì)特別是堿金屬對粘土磚耐火度和荷重軟化點(diǎn)都有很壞的影響。粘土磚抗熱震性能很好。這是由于其膨脹系數(shù)較小，沒有多晶轉(zhuǎn)變以及明顯的顆粒結(jié)構(gòu)。粘土磚原料豐富，成本較低，用途廣泛，煉鋼廠的混鐵爐，魚雷式鐵水車和鑄錠系統(tǒng)大量使用粘土磚。葉蠟石成分與高嶺土相近，而其灼損減小，重?zé)湛s小，因此可以不燒成熟料直接用生葉蠟石與生粘土制磚，降低了成本。葉蠟石磚的特點(diǎn)是氣孔率高（達(dá)30%），但透氣性不高。葉蠟石磚有很好的抗熱震性，可用于砌筑鋼包和作為湯道磚等。2高鋁磚A12O3含量在46%以上。比純高嶺土煅燒脫水后（A12O3含量高）的硅酸鋁系耐火材料A12O3含量要高，屬高鋁質(zhì)材料。制造高鋁磚的天然材料有：硅線石類礦物（硅線石、蘭晶石、紅柱石），含水鋁氧礦物（波美石、水鋁石）天然剛玉等。人造礦物有工業(yè)氧化鋁、電熔剛玉等。我國高鋁磯土礦質(zhì)量優(yōu)良，蘊(yùn)藏豐富，是大量發(fā)展高鋁耐火材料的有利條件。自1953—1954年開始生產(chǎn)高鋁磚以來，一直以磯土為主要原料。近年來也開始注意硅線石、蘭晶石、紅柱石的蘊(yùn)藏和開發(fā)。高鋁磯土的主要礦物是水鋁石（2A12O3、H2O）和高嶺土，并有少量雜質(zhì)。在制磚前也需將磯土煅燒成熟料。高嶺土分解產(chǎn)生的硅酸玻璃和水鋁石分解產(chǎn)生的剛玉在高溫下作用生成莫來石的過程稱為二次莫來石化。此反應(yīng)開始于1200°C，在1400—1500^完成，并伴隨體積膨脹10%。由于體積膨脹，阻礙了燒結(jié)進(jìn)行。二次莫來石化后，進(jìn)一步升溫，則莫來石和剛玉晶體發(fā)育長大，氣孔縮小和消失。如：1500C時(shí)莫來石和剛玉晶粒小于10微米，1700C時(shí)可長大到90微米和60微米，最大晶?？蛇_(dá)240微米和100微米。同時(shí)氣孔率在1400—1500C以上迅速降低。晶粒長大在雜質(zhì)形成的液相中容易進(jìn)行。Fe2O3-TiO2等雜質(zhì)在高溫下能進(jìn)入莫來石和剛玉晶格。造成晶體缺陷，促進(jìn)晶粒的長大。由此可知，隨著原料中A12O3/SiO2比的不同，燒結(jié)過程和所得物相也不同。A12O3/SiO2>2.55時(shí)，玻璃相約為10%，生成物為莫來石和剛玉。A12O3/SiO2<2.55時(shí)，硅酸玻璃增多，燒結(jié)容易進(jìn)行，生成物是莫來石和硅酸鹽相°A12O3/SiO2在2.55左右時(shí)，二次莫來石量最多，燒結(jié)最困難，進(jìn)一步提高A12O3,二次莫來石減少，雜質(zhì)特則是TiO2、Fe2O3：形成液相，使燒結(jié)較容易進(jìn)行。高鋁磚的荷重軟化點(diǎn)隨A12O3含量的增加而提高。但同時(shí)也和雜質(zhì)形成的玻璃相有關(guān)。玻璃相多或含TiO2、Fe2O3多時(shí)，高溫下形成低粘度液相，明顯降低荷重軟化點(diǎn)。為此，提高原料純度和采用高的燒成溫度，是提高制品高溫性能的關(guān)鍵。高鋁磚的熱震穩(wěn)定性比粘土磚差。A12O3是雙性化合物。莫來石一剛玉質(zhì)制品在一定程度上能抵抗堿性渣的浸蝕，在不含有FeO的CaO—MgO—A12O3—SiO2系渣中，高鋁磚的使用條件好得多。高鋁磚可在煉鋼的許多重要部位應(yīng)用，如電爐爐頂、LF鋼包爐的內(nèi)襯、滑動水口的滑板、浸入式水口等。3硅磚自然界有純度相當(dāng)高的石英巖，也可以直接作為耐火材料。但是SiO2有三種結(jié)晶形態(tài)，在加熱過程中會發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變效應(yīng)。由于各個(gè)人工燒成晶形的密度有差別，隨著多晶轉(zhuǎn)變的進(jìn)行，發(fā)生顯著的體積變化。這種體積上的變化可能導(dǎo)致材料破壞。人工燒成的硅磚由鱗石英、方石英、未轉(zhuǎn)變的石英及晶界填充的硅酸鹽組成。鱗石英膨脹較小，所以希望磚中有較多的鱗石英。為避免多晶轉(zhuǎn)變導(dǎo)致磚的裂墳，使用硅磚時(shí)要緩慢升溫。磚中殘余石英能促使硅磚變熱后膨脹，所以硅磚是砌造爐子拱頂?shù)牟牧?，過去平爐和電爐爐頂都用硅磚。但隨著煉鋼溫度水平的升高，平爐爐頂現(xiàn)改用鎂鋁磚或鎂鉻磚，電爐爐頂改用高鋁磚，只有酸性平爐還用硅磚筑砌。焦?fàn)t的耐火材料也主要是硅磚。1.3.3堿性耐火材料自從托馬斯利用堿性爐襯煉鋼解決脫磷問題以來，堿性煉鋼法已成為煉鋼的主流。所以堿性耐火材料對于煉鋼來說是至關(guān)緊要的。堿性耐火材料主要組分是MgO和CaO，它們在自然界以磷酸鹽礦物存在。整個(gè)CaO—MgO系統(tǒng)都有很高的液相線溫度。CaO—MgO共晶成分為67%CaO,33%MgO,共晶溫度為2300°C,超過共晶成分，隨著MgO含量增加，耐火度相應(yīng)增高，另外由于CaO有很強(qiáng)的水化傾向，除實(shí)驗(yàn)室用的CaO坩堝外，耐火材料以方鎂石、白云石和高鎂白云石為主。世界菱鎂礦資源分布極不普遍，我國和奧地利有質(zhì)量優(yōu)良、蘊(yùn)藏豐富的菱鎂礦，英、美、日等國菱鎂礦很少。戰(zhàn)爭時(shí)期供應(yīng)中斷，為了保障煉鋼生產(chǎn)，1938年在英國建設(shè)了世界第一個(gè)由海水提取鎂砂的工廠，其原理是用石灰或輕燒白云石使海水中的Mg2+成為Mg（OH）2沉淀，然后煅燒成方鎂石，由于海水鎂砂中的雜質(zhì)（除B2O3較高外）能控制到比天然鎂更低的水平，現(xiàn)已成為優(yōu)質(zhì)鎂砂的重要來源。1鎂砂及白云石砂的燒結(jié)鎂砂以及白云石砂均可直接作耐火材料使用，如平爐燒結(jié)爐底及電爐和轉(zhuǎn)爐的爐壁。同時(shí)它們又是制造堿性磚的原料，其質(zhì)量對磚的性能影響極大。MgCO3在640—760C分解，CaCO3在910—1000C分解。剛剛分解生成的MgO和CaO結(jié)構(gòu)硫松，晶格缺陷很多并且有原來晶形的痕跡，晶粒細(xì)小，具有很大的化學(xué)活性，容易水化。隨著溫度升高到1200?1300C，晶體迅速發(fā)育長大，由于聚集再結(jié)晶，致密度大大提高，到1600C以上，體積密度可達(dá)到3.0g/cm3。更高的燒結(jié)溫度可以進(jìn)一步增大砂的致密度。這種高溫煅燒稱為“死燒”。如果將950—1100C煅燒的活性材料磨細(xì)，高壓成球后再經(jīng)過不超過1800C的高溫?zé)Y(jié)，可以得到體積密度達(dá)30g/cm3以上的優(yōu)質(zhì)鎂砂和鎂白云石砂。這種燒結(jié)方式稱為二步煅燒。鎂砂的性能還和雜質(zhì)含量有密切關(guān)系，最常見的雜質(zhì)是SiO2、Al2O3、Fe2O3，它們在煅燒過程可以形成低熔點(diǎn)物相。C2S熔點(diǎn)約為2130C，但冷卻到675C，會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，體積膨脹達(dá)?12%，引起耐火材料變化。在熔渣的作用下，硅酸鈣也轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿埸c(diǎn)的化合物。如果雜質(zhì)含量高，在燒結(jié)過程形成的液相和方鎂石潤濕良好，方鎂石晶粒將被低熔物所包圍而降低高溫性能。高純度方鎂石晶粒的長大再結(jié)晶是固相反應(yīng)（由空位擴(kuò)散所控制）燒結(jié)過程，生成的產(chǎn)物中，方鎂石晶粒間沒有其它物相。這種組織結(jié)構(gòu)稱為直接結(jié)合，其高溫機(jī)械性能比其它結(jié)合形式好得多。D.R.F.Spencer研究了方鎂石晶粒強(qiáng)度（1500C）與雜質(zhì)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)B2O3和A12O3的影響最大。影響方鎂石結(jié)合形式的因素較復(fù)雜，無法簡單規(guī)定得到直接結(jié)合的最低雜質(zhì)含量。但高純度是獲得直接結(jié)合組織的必要條件。對于高純原料，還必須采用無灰分燃料煅燒，否則灰分將污染鎂砂，破壞直接結(jié)合。2鎂磚、鎂鉻磚、鎂鋁磚把鎂砂破碎，按某種顆粒配比并加入適當(dāng)結(jié)合劑（如紙漿）經(jīng)高壓成型和高溫?zé)删褪擎V磚。鎂磚的性能在很大程度上決定于鎂砂的質(zhì)量，同時(shí)也和磚的結(jié)合方式及致密度有關(guān)。以前缺少高壓和高溫?zé)稍O(shè)備，制造鎂磚用軟質(zhì)粘土作結(jié)合劑，方鎂石顆粒為硅酸鹽膠結(jié)相所包圍。鎂磚耐火度雖超過2000C，但荷重軟化點(diǎn)卻不高，在1550C以下，與耐火度之差可達(dá)700C。現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)鎂磚都應(yīng)是方鎂石直接結(jié)合，直接結(jié)合鎂磚的荷重軟化點(diǎn)可達(dá)1750?1800Co鎂磚的導(dǎo)熱系數(shù)大，常溫下比粘土磚大幾倍；隨著溫度升高，鎂磚導(dǎo)熱系數(shù)下降。熱震穩(wěn)定性差是鎂磚的很大缺點(diǎn)，這是因?yàn)槠渚€膨脹系數(shù)大，平均彈性模量大。方鎂石晶畀上有鈣鎂橄欖石存在，更惡化了抗熱震性能，因?yàn)镃MS的膨脹呈各向異性，極易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。鎂磚的用途很廣。由于鎂磚有抗高堿度渣浸蝕的能力，平爐、電爐的爐墻、爐底大多用普通鎂磚砌筑。有色金屬冶煉和煉銅反射爐采用鎂磚也很多。直接粘合鎂磚可應(yīng)用手鋼的二次精煉設(shè)備，渣的堿度越高，其使用效果越好。為了改進(jìn)鎂磚的抗熱震性能，可加入Cr2O3或A12O3制成鎂鉻磚或鎂鋁磚。鉻鐵礦是生產(chǎn)鉻鐵的原料，耐火度很高，用來制成鉻磚可以作為堿性和酸性磚之間的隔層來使用。但是鉻磚的荷重軟化點(diǎn)不高，抗熱震性能也差，而且資源很稀缺，現(xiàn)在只用鉻礦為原料的鉻磚已幾乎無人用了。MgO和Cr2O3形成鉻鎂尖晶石(MgO-Cr2O3)，熔點(diǎn)2180°C。鎂磚中加入Cr2O3能顯著改進(jìn)抗熱震性能。鉻鐵礦和鎂砂各按50%配比制成的磚，有最大的抗熱震穩(wěn)定性。國外平爐爐頂多采用熱震穩(wěn)定性鉻鎂磚修筑。由于磚的膨脹系數(shù)小，所以爐頂必須采用吊掛結(jié)構(gòu)，隨著平爐煉鋼的日趨沒落，鉻鎂磚的用途也日益縮小?，F(xiàn)在鉻鎂系耐火材料主要用在鋼的二次精煉上。鉻鎂系耐火材料按成分可分為鎂鉻磚(Cr2O35?20%)和鉻鎂磚(Cr2O320—35%)。按生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和熔鑄磚。電熔料破碎后再成型燒結(jié)稱為熔粒再結(jié)合磚(或再結(jié)合磚)。燒成磚又有全合成磚和部分合成磚兩類，全合成鎂鉻磚用預(yù)先高溫合成的鎂鉻砂作原料，部分合成鎂鉻磚粗顆粒用鎂砂，僅細(xì)粉用合成鎂鉻材料。全合成鎂鉻磚由于磚中尖晶石相分布均勻，有利于直接結(jié)合，高溫強(qiáng)度高，抗渣性好。我國缺乏鉻礦資源，為解決平爐爐頂問題，五十年代研制了熱震穩(wěn)定性鎂鋁磚。即利用鋁鎂尖晶石(MgO-Al2O3，熔點(diǎn)2135C)代替鉻鎂尖晶石?，F(xiàn)在鎂鋁磚是我國平爐爐頂修筑材料。還沒有用于二次精煉的報(bào)道。3白云石磚、鎂棋白云石磚我國白云石資源豐富，很多地方均有優(yōu)質(zhì)白云石砂。煅燒成的白云石磚耐火度高，抗堿性渣浸蝕能力強(qiáng)，但CaO有吸水傾向，一般不做成燒成磚，而是用焦油、瀝青等將白云石砂結(jié)合起來，壓制成焦油磚或直接制成爐襯(用搗打或振動方法)。白云石被焦油包裹可防止由大氣吸水潮解。另外焦油、瀝青受熱蒸發(fā)，殘余的碳有利于白云石爐襯抵抗氧化性渣的浸蝕。白云石的燒結(jié)一般在鋼鐵廠內(nèi)進(jìn)行，燒成的白云石砂可立即拌油制磚，以避免運(yùn)輸和儲存時(shí)的水化。我國鋼廠煅燒白云石多用豎窯，窯溫較低且溫度分布不均勻，而且焦炭灰分污染白云石，增大雜質(zhì)含量。這種白云石砂的體積密度一般在2.8?2.9g/cm3，達(dá)到3.0g/cm3就不錯(cuò)了?？傠s質(zhì)含量N(S十A十F)可達(dá)5?10%，好的也在4?5%。雖然白云石砂質(zhì)量不算好，但由于成本低而且資源方便，可以勝任作為我國許多中小轉(zhuǎn)爐的爐襯材料。當(dāng)然，為了提高爐襯壽命，體密達(dá)到3.0以上，￡(S+A+F)<3%是必要的。另外，把油磚埋在碳粉中輕燒，使焦油中揮發(fā)物揮發(fā)去除，再重新放人焦油中浸泡，以吸收更多焦油。這種輕燒油浸的方法有利于增加磚中殘?zhí)己?，也是提高轉(zhuǎn)爐爐襯壽命的有力措施。CaO抵抗氧化性爐渣浸蝕的能力比MgO差。在普通白云石中，CaO形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)包圍MgO,影響磚的高溫性能。如果增加MgO到某種濃度，并且用二步煅燒合成，可使MgO形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)包圍CaO，這就是高鎂白云石。高鎂白云石的Mg0/CaO之比可以在相當(dāng)寬的范圍變化。經(jīng)過多年研究MgO/CaO之比和N(S+F+A)對磚高溫性能的影響，發(fā)現(xiàn)MgO在75?85%,￡(S+F+A)<2.0%有好的效果。適當(dāng)?shù)腃aO可改進(jìn)磚的熱震穩(wěn)定性，而且CaO有利于減輕轉(zhuǎn)爐初期渣對磚的潤濕傾向。鎂白云石磚的應(yīng)用使轉(zhuǎn)爐爐襯壽命提高到一個(gè)新的水平。現(xiàn)在鎂白云石又應(yīng)用于鋼液二次精煉，也達(dá)到優(yōu)異的效果。4鎂碳磚碳的耐火度能達(dá)到到3000C以上。以碳和石墨為主體的碳磚，其耐熱性、耐磨性、耐火強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度均很好，是高爐爐底和爐虹的理想砌筑材料，但是碳不耐氧化，過去在煉鋼中應(yīng)用不多。七十年代以來，把碳素材料加入到鎂磚中制成的鎂碳轉(zhuǎn)有了迅速的發(fā)展，它兼有MgO和碳的優(yōu)良特性，即耐火度高、高溫強(qiáng)度大、抗熔渣浸蝕能力強(qiáng)，抗熱震性和抗蠕變能力均佳。在電爐和轉(zhuǎn)爐爐襯的高蝕損區(qū)應(yīng)用，效果很好。近來又引入爐外精煉用于渣線、水口等要害部位，壽命超過鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)和鎂白云石質(zhì)磚。在硅酸鋁系耐火材料中加入碳也有很好的效果。鎂碳磚中的碳含量要足夠高（10?20%）,使方鎂石晶柱完全被碳素膜所包圍。碳素膜又和一些大的片狀碳相連接，形成堅(jiān)固的碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于碳和MgO的親和性極差，很難結(jié)合成高強(qiáng)度的復(fù)合磚。因此結(jié)合劑的選用是鎂碳磚制造工藝的關(guān)鍵。作為鎂碳磚的結(jié)合劑，要求有以下特性：與MgO和碳均有一定的親和性，殘?zhí)悸矢?，雜質(zhì)含量少，有一定粘性使磚坯容易成型。結(jié)合劑多為有機(jī)樹脂材料。另外，加入的碳素材料要純度高，灰份含量低。1.3.4耐火材料損毀的原因及防止措施耐火材料的損毀原因很多，有耐火材料本身性能、質(zhì)量不高，也有使用耐火材料的條件不合適以及爐子設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?。耐火材料的損毀往往是許多因素綜合造成的。對于堿性材料爐襯，在熔煉過程中和熔渣的反應(yīng)，改變了材料組成和結(jié)構(gòu)，造成耐火材料損毀。而操作溫度的劇烈波動以及鋼、渣和氣流的沖擊等因素，可加速耐火材料的損毀。1熔渣的浸蝕氧化精煉的初期，Si、Mn、Cr、A1等氧化形成的酸性渣對堿性耐火材料有強(qiáng)烈的浸蝕作用。應(yīng)用輕燒的活性石灰造渣，使高堿度渣快速形成，有助于減輕初渣的浸蝕，氧化精煉終渣含N（FeO）高，溫度也高；氧化鐵降低耐火材料的耐火度。當(dāng)方鎂石顆粒間有氣孔或低熔物時(shí)，氧化渣很容易沿縫隙滲入磚體內(nèi)部，使未溶解的方鎂石顆粒解體脫落。CaO可以生成鐵酸鈣，抗氧化性渣浸蝕能力比MgO差。所以方鎂石直接結(jié)合及MgO網(wǎng)絡(luò)包圍CaO的組織抗渣浸蝕能力強(qiáng)。堿性渣中MgO的溶解度不高，且隨堿度的升高而降低。在造渣時(shí)加入適當(dāng)?shù)妮p燒白云石，初期能迅速溶人酸性渣，加快造渣速度。后期渣中（MgO）呈過飽和狀志，渣子變粘，能顯著減小浸蝕能力，甚至在磚的工作面形成粘渣保護(hù)層。鎂鉻磚抗酸性渣浸蝕能力優(yōu)于鎂磚和鎂白云磚，但在高堿度渣下，鎂鉻磚的浸蝕速度比鎂磚大得多。在爐外精煉時(shí)也可以用白云石增加渣中MgO,減輕熔渣溶解MgO的能力。鎂白云石磚在爐外精煉時(shí)的浸蝕情況又有其特點(diǎn)：在（FeO）低的條件下，（Si02）和磚中的CaO形成高熔點(diǎn)的2CaO?SiO2層，阻止熔渣滲入。但用A1脫氧生成A12O3，可破壞2CaO?SiO2層生成硅鋁酸鹽，加速了熔渣對磚的浸蝕。CaF2是造渣過程所必需的加入物，但CaF2也對耐火材料有強(qiáng)烈的作用浸蝕。因此應(yīng)嚴(yán)格控制螢石的使用量。2耐火材料在高溫高真空下的損毀在常壓下，耐火材料中的氧化物都很穩(wěn)定；在常溫下耐火材料的蒸氣壓也很低。但在高溫和高真空下工作時(shí)，耐火材料中氧化物的分解和揮發(fā)成為不可忽視的大問題。熱力學(xué)計(jì)算表明：在1600°C，［%O］=O.025時(shí)，平衡PMgW.33Pa（0.01mmHg）；［%O］越低PMg越高。在有［C］存在時(shí)，［C］更可能促進(jìn)MgO和Al2O3的分解，［%C］=0.004時(shí)，與MgO和Al2O3平衡的Pco分別為84—165Pa（0.63和0.71mmHg）。此外，［Si］和［Ti］在真空下也可能使耐火氧化物分解。這些反應(yīng)的結(jié)果，還會使鋼中［%O］增加，使耐火材料成為鋼液二次氧化的原因之一。對耐火材料在真空下的性能尚無可靠的測定方法。有人在606Pa（5mmHg）真空度加耐火材料（1630Cx4h），但是這種試驗(yàn)?zāi)┌ㄈ墼徒饘僖涸谡婵障碌慕g作用。由于鋼的爐外精煉大多在真空下進(jìn)行，對耐火材料的要求非?？量?，必須選用高純度高密度的優(yōu)質(zhì)耐火材料。3耐火材料的剝落由于開口氣孔的毛細(xì)作用，熔渣可以進(jìn)入磚的內(nèi)部，形成以硅酸鹽為主的新相。在高溫下原磚和新形成的變質(zhì)層膨脹系數(shù)有差異，往往產(chǎn)生熱應(yīng)力以致裂紋，裂紋的擴(kuò)展使變質(zhì)層剝落而損毀。氣孔率大、氣孔直徑大、熔渣和耐火材料間潤濕良好，都使這種損毀加劇。MgO比塵晶石和CaO對熔渣的潤濕性都好，適當(dāng)提高磚中的尖晶石和CaO,有利于減輕渣的潤濕作用。鎂碳磚對熔渣不潤濕，熔渣不能滲入.僅在工作面有不到5mm厚的反應(yīng)層而不形成變質(zhì)層。5?lOmm以內(nèi)磚的組織沒有改變，也不出現(xiàn)裂紋。這是鎂碳磚顯著優(yōu)于其它磚的主要原因。提高磚的燒成媼度有利于提高磚的高溫強(qiáng)廢，從而能經(jīng)受住較大的熱應(yīng)力?？傊?，要提高煉鋼爐襯的壽命，從耐火材料性能看要采用高純原料、高壓成型、高溫?zé)伞叭摺奔夹g(shù)，以得到高純度、高密度、高強(qiáng)度的高效堿性耐火材料。從使用耐火材料方面看，要正確選擇耐火材料砌筑方法，使?fàn)t襯均衡浸蝕，并且改進(jìn)冶煉工藝。例如70tAOD爐普通造渣工藝，月兌碳期爐渣溶解MgO速率平均4kg/min，采用白云石造渣，最大為2.5kg/min,最小為0.45kg/min?？梢娨睙捁に嚨挠绊懸埠艽蟆Ａ硗?，為了解決局部爐襯蝕損嚴(yán)重問趟，近來噴補(bǔ)技術(shù)和噴補(bǔ)材料也有迅速的發(fā)展。鋼鐵廠耐火材抖用量大，其保管也非常重要。露天存放是不好的，應(yīng)在專門倉庫中分類存放，防止受潮變質(zhì)。不定形材料要防止混料，以免降低質(zhì)量，甚至使材料變質(zhì)。1.4不銹鋼基礎(chǔ)1.4.1不銹鋼的分類和用途根據(jù)用途，不銹鋼可以分為如下幾類：1不銹鋼是指在不太高的溫度下，能在弱腐蝕性介質(zhì)（如大氣、水等）中抗腐蝕的鋼。如0?4Cr13、9Cr18、1Cr17Ti、Cr17N2等。用于制造汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥門、醫(yī)療器械、噴氣發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)葉片等。2耐酸鋼是指在各種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)（酸、堿、鹽）中抗腐蝕的鋼，如Cr25、Cr25Ti、Cr28、00Cr18Ni10、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等。用于制造化學(xué)、石油等工業(yè)設(shè)備。這種鋼除了具有良好的抗蝕性外，還具有極高的韌性。3高溫不起皮鋼是指在高溫下抗氧化能力較強(qiáng)的鋼，如1Cr13Si3、1Cr18Si2、1Cr25Si2等。這類鋼用于制造各種加熱爐底板、氣體滲碳爐的滲碳罐等。4熱強(qiáng)鋼是指在高溫下有較好的抗氧化能力、又有較高的抗蠕變和抗破斷能力，如4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni14W2Mo等，用于制造內(nèi)燃機(jī)的汽缸排氣閥門和閥桿等。我廠不銹鋼的化學(xué)成分如表1-1所示。1.4.2鋼的腐蝕與鈍化金屬的腐蝕現(xiàn)象一般可分為兩種類型，即化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)是金屬和周圍介質(zhì)直接起化學(xué)作用。過程進(jìn)行中沒有電流產(chǎn)生。腐蝕產(chǎn)物沉積在金屬表面上。如常溫干燥氣體中的腐蝕，高溫時(shí)的氧化及其它氣體腐蝕等。表1-1一鋼公司不銹鋼種化學(xué)成分表CSi MnP SNNiCr MoTi3040.08 1.002.000.0450.0308.00?10.7518.00?20.00304L0.03 1.002.000.0450.0308.00?12.0018.00?20.003160.08 1.002.000.0450.030<1.0010.00?14.0016.00?18.002.0?3.0316L0.03 1.002.000.0450.030<1.0010.00?14.0016.00?18.002.0?3.04090.08 1.001.000.0400.030<0.5010.00?11.700.48?0.754200.16?0.241.00 1.000.0400.03012.00?14.00430 0.12 1.00 1.00 0.040 0.030 16.00?18.00電化學(xué)腐蝕是指金屬與酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生作用而引起的腐蝕，過程中有電流產(chǎn)生，即所謂微電池作用。把置于電解質(zhì)溶液中的兩種金屬連接起來可以形成電池而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。同一種金屬或合金的兩個(gè)部分，例如碳含量不同的鐵素體和滲碳體之間，或者金屬所含的雜質(zhì)和夾雜之間，由于電極電位的不同也可以形成微電池而導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。常見的腐蝕形式有晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕等。在奧氏體不銹鋼中最常發(fā)生的是晶間腐蝕，也即沿著晶粒邊界發(fā)生腐蝕。一般認(rèn)為，晶間腐蝕是由于晶間貧鉻所造成的。奧氏體不銹鋼由于含有較高的鉻，所以具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，但經(jīng)高溫1050?11506處理和隨后迅速冷卻的奧氏體單相組織，處于亞穩(wěn)狀態(tài)。在以后的加熱過程中，炭化物將要在晶界析出。在500?750°C的溫度范圍內(nèi)，如果碳含量高于其溶解度，則奧氏體中的碳將以很快的速度向晶界擴(kuò)散，而相形之下，鉻的擴(kuò)散速度則極慢。由于碳的鉻的結(jié)合力較強(qiáng)，晶粒邊緣的鉻便與擴(kuò)散出來的碳形成Cr23C6,從而使晶粒邊緣的鉻降低，因而失去抗蝕能力。當(dāng)溫度低于500C，碳和鉻向晶間擴(kuò)散的速度很小，不會發(fā)生上述現(xiàn)象;而當(dāng)溫度高于750C，碳和鉻的擴(kuò)散速度很快，晶粒邊緣因與碳結(jié)合而降低的鉻會很快地被補(bǔ)充起來。炭化物Cr4C中鉻地量約為碳量的15倍。為了防止發(fā)生貧鉻現(xiàn)象，鋼的含碳量增高時(shí)，鉻含量也必須增高，防止鉻的貧化。為了把碳結(jié)合成穩(wěn)定的碳化鈦（TiC）和碳化鈮（NbC），鈦量應(yīng)為碳量的4倍，鈮量應(yīng)為碳量的8倍。除此之外這些元素要有一部分留在固溶體中，其量約為0.10%，還要有一部分與氮相結(jié)合，其量按照形成TiN（48：14=3.43）和NbN（93：14=6.64）計(jì)算。不銹鋼之所以抗腐蝕和抗氧化，并非因其不受腐蝕和氧化，而是由于腐蝕和氧化產(chǎn)物（如Cr2O3、A12O3、和SiO2等）覆蓋在鋼的表面，形成一層致密的保護(hù)膜，使鋼的表面和周圍介質(zhì)相隔絕，從而阻止或大大減緩腐蝕或氧化的進(jìn)行，這種現(xiàn)象叫做鈍化，這種保護(hù)膜叫做鈍化膜。當(dāng)然，盡量降低鋼的碳含量，使鋼具有均勻的化學(xué)成分的均勻的阻止以避免形成微電池，也有助于提高鋼的抗腐蝕能力。1.4.3不銹鋼的組織不銹鋼中有大量的鉻，當(dāng)含鉻量達(dá)到12?14%的時(shí)候，即可使純鐵成為單一的鐵素體組織，這時(shí)鋼的組織就不在受熱處理的影響。在鋼中加入Ni、Mn、Cu、B、C等元素之后，y區(qū)域?qū)⒈粩U(kuò)大，此時(shí)如果想維持a區(qū)，必須增大鋼中Cr和Si、V、Al、Ti等能使y區(qū)域縮小的元素含量。在鉻鋼中加入足夠的擴(kuò)大y區(qū)域的元素如Ni（還有Mn、N等），可使鋼得到奧氏體組織。鋼中鎳含量低于0.5%時(shí)，在任何溫度下，都呈穩(wěn)定的鐵素體。奧氏體區(qū)域隨鎳含量的增多而擴(kuò)大。鎳含量為8%時(shí)，在1500?1320C的范圍內(nèi)出現(xiàn)a+Y兩相組織，1320?580C范圍內(nèi)為單一的奧氏體組織，低于580C又為a+Y兩相組織。鎳含量大于8%時(shí)，奧氏體穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。考慮到奧氏體在低于580C時(shí)的分解速度極慢，因而可以認(rèn)為含鎳大于8%的鉻鎳不銹鋼，其組織主要是奧氏體。含鉻不高的鋼（如0?4Cr13），在高溫時(shí)為奧氏體，淬火后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。根據(jù)上述，不銹鋼按其金相組織可以分為如下幾類：1奧氏體不銹鋼這類鋼以Cr18Ni9Ti為代表，能夠抵抗多種酸、堿、鹽的腐蝕，是最好的一類。呈單一組織，無磁性，低溫沖擊韌性較高，高溫強(qiáng)度也好。但是鉻和鎳都是比較弱的固溶強(qiáng)化元素，所以這種鋼的室溫強(qiáng)度不高。2鐵素體不銹鋼為單一組織，不能通過熱處理方法強(qiáng)化。主要以鉻為合金元素，含碳低于0.12%時(shí)，鉻含量必須大于16%，如Cr17、Cr18Si2、Cr25Ti等。這類鋼的抗蝕性能和機(jī)械性能都不如上一種，而且具有磁性。含鉻越高，抗腐蝕性能越強(qiáng)。含鉻16?18%的鋼在大氣、高溫氧化性氣體、海水和硝酸中能抗腐蝕，Cr25Ti、Cr18Si2等在高溫下不起皮。3馬氏體不銹鋼含鉻較低，不能形成單一的鐵素體；又不含有足量的可以擴(kuò)大Y的元素，不能成為單一的奧氏體。這類鋼高溫為奧氏體，淬火后為馬氏體，0?4Cr13都屬于這一類鋼。這類鋼的特點(diǎn)時(shí)具有一定的抗腐蝕能力，又具有一般結(jié)構(gòu)鋼的高強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^調(diào)整碳含量（0.08?0.45%）來提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。4復(fù)相組織不銹鋼過去認(rèn)為不銹鋼中，如果呈現(xiàn)雙相組織，可以構(gòu)成微電池，對抗蝕性不利，而且從加工性能來考慮也以單相組織為好。后來發(fā)現(xiàn)，這種雙相在介質(zhì)中都可以鈍化，故不會成為抗蝕方面的主要問題。同時(shí)雙相不銹鋼還具有另外一些優(yōu)點(diǎn)，如焊接性能好，通過熱處理方法可以提高機(jī)械性能等。還有人認(rèn)為，奧氏體不銹鋼中含有10?12%的鐵素體可以有效降低晶間腐蝕趨勢。這類鋼又Cr17Ni2和1Cr21Ni5Ti等。1.4.4合金元素的作用1鉻鉻是決定不銹鋼抗蝕性能的主要元素。它能吸附腐蝕介質(zhì)中的氧并與之結(jié)合成Cr2O3,形成致密的保護(hù)膜（膜厚約為100A），阻止腐蝕的繼續(xù)進(jìn)行。這就是解釋鉻鋼抗蝕的薄膜理論。鋼中鉻含量越高，抗蝕性能越好，這是因?yàn)殂t能夠有效地降低氧化電極電位，使原來純鐵（或低碳鋼）的電極電位由正值變?yōu)樨?fù)值。隨著鋼中鉻含量的增加，電極電位的變化是突變的。當(dāng)鉻含量每增加到1/8、2/8n/8原子比時(shí)，電極電位都顯著的降低，抗腐蝕性能顯著的提高，這就是N/8規(guī)律。由上述原子比可以算出使鉻鋼具有抗蝕性能的鉻的重量百分?jǐn)?shù)下限為11.7%。鉻是縮小乃至封閉Y區(qū)而擴(kuò)大a區(qū)的元素，故單純含鉻的不銹鋼僅可得到馬氏體或鐵素體組織。2鋁和硅硅和鉻的作用相似，都能形成致密的氧化物薄膜，對提高鋼的抗氧化性能由顯著效果。但它的氧化物膜較脆，所以常和鉻配合使用。在某些耐熱不起皮鋼中，硅可以代替部分的鉻，有利于增強(qiáng)鋼的抗腐蝕性，如1Cr18Ni11Si4AlTi鋼能在發(fā)煙硝酸中使用。硅可以強(qiáng)烈地縮小Y區(qū)，故當(dāng)18-8型不銹鋼配硅以提高抗氧化性時(shí)，為了防止出現(xiàn)a相，應(yīng)將鋼中鎳含量相應(yīng)地提高到14%左右。3鎳鎳是擴(kuò)大y相區(qū)的元素，促使奧氏體的穩(wěn)定性增大，又不形成碳化物，對獲得單相組織極為有利。但在低碳無鉻的鋼中，需要加入24%的鎳以形成單一的奧氏體組織，而為了使鋼具有良好的耐蝕性，含鎳量應(yīng)達(dá)27%。所以沒有單純含鎳的不銹鋼。鎳在不銹鋼中的優(yōu)良作用必須在鉻的配合下才能充分表現(xiàn)出來。例如為了獲得較好的奧氏體組織，僅須在含鉻18%的鋼中加入8%的鎳已足。4錳和氮錳是擴(kuò)大y區(qū)的元素，又可提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低冷卻速度。所以可以用錳代替不銹鋼中的鎳（在擴(kuò)大Y區(qū)方面，其作用約為鎳的一半）。但在另一方面，錳是比較活潑的元素，對抗蝕性沒有明顯的作用，故僅可用錳代替鉻鎳不銹鋼中的部分鎳。氮是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體的元素，用錳加氮代鎳是有效的。氮還可以提高鋼的抗晶間腐蝕和點(diǎn)腐蝕的性能。一般氮的加入量為鉻含量的l/75?1/100，通常少于0.25?0.30%。過高的氮會使鋼錠表面產(chǎn)生大量氣孔，但在Cr一Mn一N鋼中加入約2%的鎳可以防止氣孔的出現(xiàn)。5碳不銹鋼中的碳可以起到雙重作用。有利的一面是碳既可固溶強(qiáng)化，又能形成碳化物沉淀硬化，是提高鋼強(qiáng)度、硬度和耐磨性的主要元素。碳還可以擴(kuò)為相區(qū)，增大奧氏體的穩(wěn)定性。但在另一方面，從導(dǎo)致晶間貧鉻的角度來考慮，對鋼的抗蝕性是不利的。因此，不銹鋼中的碳含量一般均較低。6鎢、鉬、釩能提高鋼的再結(jié)晶溫度，形成穩(wěn)定的復(fù)雜碳化物，產(chǎn)生彌散硬化作用，故能顯著提高鋼的熱強(qiáng)性。向鉻不銹鋼中加入1?3%的鉬（如Crl7Mo2）,能抵抗所有濃度的沸騰醋酸的腐蝕作用。向18—8型奧氏體不銹鋼中加人1.5?4.0%，可以提高它在各種有機(jī)酸中的耐腐蝕性。但由于鉬是鐵素體的形成元素。為了使鋼獲得單一的奧氏體組織，應(yīng)將鋼中鎳含量提高到12%左右。如Crl8Nil2Mo2Ti、Crl8Nil2Mo3Ti等。鉬和銅配合使用，能量著提高鋼在稀硅酸、尿素、磷酸等介質(zhì)中的抗腐蝕性能，如Crl8Nil8Mo2Cu2Ti等。7鋼是較弱的擴(kuò)大y區(qū)的元素。當(dāng)向鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入2—4%的同時(shí)，能大大提高鋼在硅酸中的抗腐蝕能力。例如在1Crl8Ni9Ti的基礎(chǔ)上加入2.8?3.2%的銅，成為Crl8Ni9Cu13Ti，其塑性、強(qiáng)度及耐硫酸腐蝕性均大大提高，適于作硫酸工業(yè)中的設(shè)備。8鈦和鈮主要作用是形成穩(wěn)定的TiC和NbC，固定鋼中的碳，防止發(fā)生鉻的貧化。但是鈦和鈮都是擴(kuò)大a相區(qū)的元素，故對獲得穩(wěn)定的奧氏體不利。9稀土元素向不銹鋼中加入稀土元素，能大大地改善鋼的熱加工性能，甚至能使某些因含有銅和鉬而只能進(jìn)行鑄造成型的鋼種，也能進(jìn)行熱加工。加入稀土元素之后，鋼的耐熱性能也有所改善，而且減弱了硫?qū)︿摰奈：π?。思考題1簡要敘述煉鋼的基本任務(wù)。2簡要敘述煉鋼用原材料和耐火材料以及防止耐火材料損毀的措施。3結(jié)合我廠實(shí)際，簡要敘述不銹鋼的兩種分類及其性質(zhì)。第二章鋼鐵冶煉發(fā)展史2.1煉鋼的發(fā)展過程人類最初使用的是隕鐵，如埃及金宇塔中發(fā)現(xiàn)的鐵和我國出土的商代銅鉞鐵刃都是隕鐵。它們已在公元前1400?1500年被人們所利用。最早人們用木炭在約1000°C的溫度下還原鐵礦石，制品幾乎不含碳、硅、錳、硫、磷等元素，結(jié)構(gòu)疏松，其中夾有渣和礦石，此鐵塊比較柔軟可鍛，我國出土的春秋末期（公元前400?500年）鐵器就是這樣制成的。以后人們?yōu)樘岣呱a(chǎn)力建立了爐身不高的還原爐。溫度約在1100?1300C，產(chǎn)品里的鐵和渣混在一起，算為熱鐵。隨著爐身加高和鼓風(fēng)的應(yīng)用，鐵在高溫下還原出來，井吸收了過剩的碳成為生鐵，但很脆不能鍛造。為了得到可鍛熟鐵，人們把煉得的生鐵用木炭進(jìn)行熔化，再用礦石做氧化劑，去除鐵中的碳、硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)，得到可鍛的熟鐵。1740年出現(xiàn)了一種可以熔煉液體鋼的方法一一坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料鑄成鋼錠，但這種方法不能去除鋼中的有害雜質(zhì)。亨利?貝塞麥在1855年發(fā)明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，第一次解決了用鐵水直接煉成液態(tài)鋼的問