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第一章 概述…………………………………………………………………………1
1.1 炼钢的任务……………………………………………………………………1
1.1.1 去除杂质……………………………………………………………………1
1.1.2 调整钢的成分………………………………………………………………5
1.1.3 浇注成内外部质量好的钢锭和钢坯………………………………………7
1.2 炼钢用原材料…………………………………………………………………8
1.2.1 金属料………………………………………………………………………8
1.2.2 造渣材料……………………………………………………………………10
1.2.3 氧化剂………………………………………………………………………12
1.2.4 冷却剂………………………………………………………………………13
1.3 炼钢用耐火材料………………………………………………………………13
1.3.1 耐火材料的种类和性质……………………………………………………13
1.3.2 硅酸铝系耐火材料…………………………………………………………15
1.3.3 碱性耐火材料………………………………………………………………18
1.3.4 耐火材料损毁的原因及防止措施………………………………………21
1.4 不锈钢基础……………………………………………………………………23
1.4.1 不锈钢的分类及用途………………………………………………………23
1.4.2 钢的腐蚀与钝化……………………………………………………………24
1.4.3 不锈钢的组织……………………………………………………………25
1.4.4 合金元素的作用……………………………………………………………26
第二章 钢铁冶炼发展史…………………………………………………………29
2.1 炼钢的发展过程………………………………………………………………29
2.2 我国钢铁冶金的发展…………………………………………………………30
2.3 不锈钢的发展简史……………………………………………………………31
2.4钢铁工业生产的主要技术经济指标……………………………………33
2.5 国外钢铁工业发展的状况与趋势……………………………………………34
2.5.1 烘手机氧气炼钢…………………………………………………………………34
2.5.2 连续铸钢…………………………………………………………………35
2.5.3 二次精炼…………………………………………………………………35
2.5.4 电炉炼钢…………………………………………………………………36
2.5.5 模铸…………………………………………………………………………36
2.5.6 和炼钢关联的其他重大新技术……………………………………………36
2.5.7 合金钢………………………………………………………………………37超市手推车
2.5.8 耐火材料…………………………………………………………………37
第三章 一钢不锈钢炼钢工程的设计原则………………………………………40
3.1 设计原则………………………………………………………………………40
3.2 主要设计内容…………………………………………………………………40
3.3 全厂生产规模、产品大纲及金属平衡………………………………………41
3.3.1 生产规模……………………………………………………………………41
3.3.2 产品大纲…………………………………………………………………41
3.3.2.1 不锈钢……………………………………………………………………41
3.3.2.2 碳钢………………………………………………………………………41
3.4 主要原、副材料供应………………………………………………………… |
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第一章 概述1.1 炼钢的基本任务1.1.1 去除杂质一般是指去除钢中硫、磷、氧、氢、氮和夹杂物。1 钢中硫 钢中含[S]≥O.08%时，在不加[Mn]的情况下凝固时，在晶畀产生低熔点的共晶化合物FeO-FeS（熔点为940℃），高浓度的[O]加速了它的形成，其熔点远低于轧、锻温度（1150℃左右），因此热加工时在钢坯内液体处开裂，称之为热脆。在冶炼一般钢种时要求[Mn]>0.4～08%。[Mn]可在钢凝固温度的范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点是1610℃，FeS-MnS共晶（FeS占935%）的熔点是1164℃，它们能有效的防止钢在轧制时开裂。但过高的硫会产生较多的MnS夹杂物，轧锻后的硫化物夹杂被拉长，降低钢的强度，使钢的磨损增大，明显的降低钢的横向机械性能，降低钢的深冲压性能。为此应将钢中硫降到很低的水平， 井加入[Mn]0.4～0.8%，提高钢的质量。硫对钢的性能影响不仅和[S]、[Mn]含量有关而且也和轧制锻造的程度有关。例如：0.5%[C]、0.7%[Mn]钢中，锻压比增大时，扩大了硫的影响，[S]越高纵横方向的断面收缩率相 差就越大。
钢中[S]增加时，硫化物夹杂的数量就增加，可近似地估量硫化物质量%=[S]×2．72[S]%。55、32为锰、硫的摩尔质量。如[S]=0.04%，最大的硫化物夹杂量为0.04×2.72%=0.109%。钢中硫含量增高时会影响硫化物夹杂的评级。
硫化物评级和硫含量的关系可写成下式：
硫化物评级数=100[S]±0.3[级]
钢中的[S]对钢的强度性能影响不大，铸钢中[S]在0.01～0．05%范围内，硫化物夹杂直径为（2～4）×10-6m（2～4μ）。
钢中的[Mn]/[S]比对钢的热塑性影响很大，从低碳钢高温下的拉伸实验结果可以看出，提高[Mn]/[S]比可提高钢的热延展性。
在炼合金钢时钢中硫化物组成随钢中组成而变化。钢中元素和[S]化合成硫化物的能力依下列次序减弱，零时刻Ce-La-Ca-Zr-Ti-Mn-No-V-Cr—Mo—W。在Fe—M—S系950℃时，试样中硫化物含金属元素浓度高于溶解浓度时表明化合物稳定，合金元素含量越高生成的硫化物就越稳定。
因为钢中含有0.005～0．04%的[S]，固体钢中含有一定量的硫化物，它随[S]的增高而增加，
为了提高钢质应在炉中尽量降低[S]浓度，氧化渣可脱硫但脱硫量最多为40%，一般为20%左右，还原渣脱硫能力强，一般可脱除原含量的70～90%。疑固过程中残留的[S]和[Mn]等元素化合，但钢中元素的脱硫能力一般都不如脱氧能力强，它化合成硫化物时的温度比生成氧化物的温度低，钢液在凝固偏析过程中硫化物易寄生在现成的相界面上。钢中钛、钙、铈和硫的结合能力很强，能在较高的温度形成硫化物。
一般[Mn]/[S]≥7时不产生热脆，在实际钢中锰硫含量比[Mn]/[S]= 8～16，可保证上述条件。
易切钢常以[S]作为产生硫化物的介质，在切削过程中含硫化物的钢形成的车屑易断，常作为易加工的螺钉、螺帽、纺织机零件、计算机零件、耐高压零件等的材料。
2 钢中磷 磷是钢中有害元素之一。通常，磷使钢的韧性降低，磷可略微增加钢的强度。钢中碳含量增加时降低冲击值就越大。[P]的突出危害是产生冷脆， [P]越高，冲击性能降低就越大。磷是降低钢液表面张力的元素，易析集在结晶边界处，随着其含景的增加表面张力降低很多，从而降低了锅的抗热裂纹性能。
除钙以外，很多元素很难在冶炼温度下产生磷化物。但从目前发表的资料看，在1000℃时铁中的元素影响CP)在α铁中的溶解度，由强到弱的次序是Zr--Ti--Nb--Mo—V—W--Cr--A1--Si—Mn--Ni--Co。除Zr、Ti、Nb外，各元素的脱磷能力都不太强，在一般钢中[P]≤0.04%时
很难在钢中形成磷化物。
为减少[P]的危害，提高钢质，必须尽量降低磷含量。可采用炉内氧化法脱磷或炉外喷粉还原法脱磷。为取得良好的效果，应先用铁水预处理脱硫、磷，再进行冶炼。钢中[C]有促进磷降低冲击韧性的作用，所以在冶炼高碳钢时应将磷控制得更低些。
3 钢中氧 钢中[O]是影响钢质的主要元素之一。因为氧和铁的亲和能力大，致使一些钢在脱氧后还有较多的氧。随操作工艺和钢种的不同，钢中总[O]的变化波动范围很大。
一般测定的钢中氧含量是全氧，包括氧化物中的和溶解的氧，在使用浓差法定氧时才测定钢液中溶解的氧（氧的活度），在钢锭坯、材中取样时是全氧样。在标准中一般不规定含量值。但有的标准对一些钢种有夹杂物要求，在轧锻的钢坯上（100mm左右）取样。取纵向断面进行金相评圾，放大100倍，检查分析夹杂物，除氧化物夹杂外，还检验球状，硫化物夹杂等，在长度放大100倍的情况下直径为80毫米的视场，可分辨出0.1～l微米的夹杂，级别是按夹杂物的总量、长度和分布情况评定的。。
低温下，钢中的氧基本上和元素反应全部生成夹杂物，钢中非金属夹杂物来源如下：
（1）脱氧脱硫产物，特别是一些颗粒小或密度大的夹杂物没有及时排除。
（2）随着温度降低，硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应下降，以非金属夹杂物形式在钢
中沉淀。
（3）带人钢液中的炉渣和耐火材料。
（4）钢液被大气氧化所形成的氧化物。
前两类夹杂称为内生夹杂，后两类夹杂称为外来夹杂物。外来夹杂系偶然产生，通常颗粒大，呈多角形。成分复杂，氧化物分布也没有规律。内生夹杂物类型和组成取决于冶炼和脱氧方法，对一些合金钢而言，钢成分的变化对夹杂组成的影响十分明显，如铝、锰含量对形成氧化物、硫化物影响很大，Ti、Zr、Ce、Ca等元素存在时对夹杂物的影响十分突出。
钢中非金属夹杂物通常被认为是有害的，所以要通过各种措施使其含量尽可能降低，但不管炼钢技术如何发展、改进，总还是有些夹杂物。有些仍然影响钢的使用性能，由于工艺上的困难和经济上的问题，不能无限制地降低非金属夹杂物。首先应在尽可能的范围内了解夹杂物变化规律和钢性能的关系，从而控制钢中夹杂物的类型、含量、分布、形态，达到允许的程度，最终达到提高、改善钢质的目的。
（1）改变夹杂物类别。
1）连铸用铝脱氧的镇静钢，生成高熔点的Al2O3夹杂物易粘结在中间包的水口上，产生堵
塞。使用Ca-Si脱氧时，产生液态脱氧产物，可避免水口结瘤。
2）钢中的Al2O3或铝酸盐、共晶夹杂对齿轮疲劳寿命有不良影响，加入适量的稀土元素时转变成RE-A1氧化物，可改善疲劳寿命。
3）硫在奥氏体晶界析出FeS时使钢在热加工时产生热脆，当钢中有足够的锰可使硫形成MnS时可避免热脆。
4）低碳钢中生成的A1N可使奥氏体高温延性显著降低，加Ti时可生成TiN消除A1N的影响．
5）热加工后的带状硫化物使横向冷弯和横向冲击性能显著降低，用钙处理后硫化物呈球形，提高了横向纵向性能。
（2环保手电筒）改变夹杂物颗粒尺寸和分布。
1）大而集中的夹杂物降低钢的强度，当轧锻后夹杂物小到一定尺寸，分布均匀时就能改善性能。
2）改变钢锭和钢坯的冷却速度，在同样的[O]、[S]含量下快冷时夹杂物的颗粒小，且分布均匀，对性能影响不大；反之偏析加大，夹杂物粗大，对性能有更大的危害．
从上述情况看，研究改变钢中夹杂物的数量、组成、尺寸分布、分布状态时提高钢质、改
善钢的性能的主要方法之一。
4 钢中氮 钢中[N]能使强度略微增加。和碳一样它能稳定奥氏体，扩大奥氏体区，可用[N]代替Ni生产耐热钢。高质量的高铬钢中[N+C]含量在200ppm以下时，才能在常温下具有高的韧性，利于冷加工。因此降低钢中大厦扇[N]是提高钢性能的主要途径之一。
在低碳钢中增大[N]含量会降低冲击值，产生老化现象。碳越低影响的值就越大。。[N]是表面活性物质，因比降低了钢液的表面张力，使[N]容易析集在晶界，降低了钢的抗热裂纹的性能。
降低钢中[N]的方法靠脱碳沸腾，吹Ar搅拌去气，真空下去气。由于氮的原子半径比较大，在铁液中扩散较慢，所以不如[H]的去除效果好，钢中残余的[N]可用Ti、Nb、V、Al结合生成氮化物，以消除影响，细小的氮化物有调整晶粒、改善钢质的作用。
5 钢中氢 氢是钢中隐存的杂质，含量很低，在大气下冶炼的钢种含量一般为2～7cm3/100g（0．000179～0．000626%）（每百万分之一为lppm），在真空下处理和冶炼的钢种含氢量一般<2cm3/100g。在钢的各类标准中一般不作数量上规定。钢中氢可使钢产生白点（发裂）、疏松和气泡，使钢变脆。因此冶炼易产生白点等缺陷的钢种时要特别注意原材料（尤其是石灰）的干燥清洁，冶炼时间要短，要求严格的钢种应充分发挥炉内
脱碳的去气作用，炉外吹Ar或真空处理， 甚至采用真空熔炼的方法使钢中[H]降到很低的水平（<0.5cm3/100g）。
白点是钢的致命缺陷，标准中规定有白点的钢材不准交贷。在100mm的坯上取样打断口样，在纵断口上呈白的亮点（Φ=l～10mm不等）称为白点，实际是交错的细小裂纹。它产生的主要原因是钢中[H]在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了白点。一般白点产生的温度<200℃。低温下钢中[H]的溶解度度很低，相变应力也最大。生产铁索体钢、奥氏体钢等无相变钢时不易产生白点。在生产实践中发现高速钢（有相变）也不易产生白点，因为它需进行多火锻造，加热过程中[H]扩散到大气中，致使氢含量降低。产生白点的另一重要原因是浇注后钢锭凝固过程中产生了偏析，使局部地区或中心地区氢含量很高，降低了钢的塑性和韧性。
大气中H2为0.05Pa，因此固态钢中的氢总是向外扩散去除的。脱氢量和加热温度有关。但在没有脱气设备进行真空处理的情况下，对一些断面比较大的白点敏感性强的钢件，可用扩散退火的方法处理。但这种脱氢方法是不经济的。
钢坯中氢气向外扩散的数量和钢中成分有关，与[H]亲和力大的Ti、Zr等元素含量增高时，析出的氢就少。
由上述情况看出应尽量在冶炼浇注过程中脱[H]以提高钢的质量、合格率和钢的经济效益。
除上述杂质外钢中还有Pb、Zn、Sn、As、Bi等有金属，这些都对钢质有不利的影响。但在标准中有的还未能详细地规定，只是在机械性能、物理性能、化学性能等方面经常产生废品和缺陷时才全面地加以分析。
1.1.2 调整钢的成分
为保证钢的各种物理、化学性能，应将钢的成分调整到规定的范围之内。
1 钢中碳 炼钢过程中要氧化脱除多余的碳，达到规定的要求。用生铁炼钢时脱碳量大(>3%)，电炉氧化法脱碳量较小(>0.20%)，这些碳被氧化成CO，通过钢液的CO有较好的脱气作用。所以在大气下炼钢时，脱碳也是作为一种脱气的手段。从钢的性质看它也是重要的合金元素之一，它可增加钢的强度、硬度。在不同的热处理条件下[C]改变了钢中各组织的比例，使强度增加的同时略微降低韧性指标。
钢中[C]决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。
碳能显著地改变钢的液态和凝固性质，田比冶炼时很注意它的影响值，例如在1600℃、[C]≤0.8%的情况下，每增加0.1%的[C]使熔点降低6.5℃，钢液的密度减少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，增大凝固区间17.79
℃。[C]的氧化产物是CO，因此不易玷污钢液，高[C]钢液被二次氧化带入钢中的杂质(氧化物)少，等等。这些突出的影响已在冶金过程中加以利用。
2 钢中锰 锰的冶金作用主要是消除[S]的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。钢中[Mn]是一种非常弱的脱氧剂，只有在碳含量非常低、[O]很高时才有脱氧作用，主要是协助[Si]、[Al]脱氧，提高它们的脱氧能力和脱氧量。锰可略微提高钢的强度，每1%可提高钢强度78.5Mpa（8kg/mm2），井可提高钢的淬透性能，价格便宜，它可稳定井扩大奥氏体区，常作为合金元素制造奥氏体不锈钢（代Ni）、耐热钢（和[N]共同代Ni），无磁护环钢（大电机用）。当[Mn]含量为13%、[C]为1%时可制造耐磨钢，使用过程中可产生加工硬化，减少钢的磨损。
3 钢中硅 硅是钢中最基本的脱氧剂。普通钢中含硅0.17～0.37%，是冶炼镇静钢的合适成分，该脱氧剂便宜，上述含量在1450℃左右钢凝固时，能保证和钢中[S]相平衡的氧小于和[C]平衡的氧，制止凝固过程中产生CO气泡。生产沸腾钢时[Si]为0.03～0.07%，[Mn]≈0.25～o．7%，它只能微弱地控制C—O反应，硅还能提高钢的机械性能，在[Si]≤1%时，每增加0.1%的[Si]约使屈服强度提高9Mpa（0.92kgf/mm2）.
硅对锅液性质的影响较大。如在1600℃纯Fe中每增加1%的硅，降低[C]的饱和溶解度0.29
4%，降低铁的熔点8℃，降低密度60kg/m3，降低氢的饱和溶解度1.4cm3/100g，[N]降低0，003%，增加钢的凝固区间10℃，提高钢液的收缩率2．05%，（每降100℃）使固体铁之电阻系数提高0.135Ω•mm2/m。因此在冶炼硅钢时注章脱气以防钢液上涨。硅钢的密度较小，铸成的钢锭的密度也小，浇注的根数应多些（同样质量）。它增加了钢的电阻和导磁性，固此最宜做电机和变压器的铁芯。在生产低碳铁合金时，常用增加溶解的[Si]来减少溶解的碳，以生产中、低碳铁合金，如75%的硅铁含[C]<0.07%，CaSi合金（Ca为31%）[C]<l%。
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