第一篇：钢铁冶金熔炼车间主任工作职责

钢铁冶金熔炼车间主任工作职责

熔炼车间主任工作职责

编制：王鹳惟

1、认真学习本公司管理章程文件，将文件思想贯彻到本车间所有班组、人员心中，并按管理规定实施、执行。

2、认真学习本公司技术文件，结合相关资料组织本车间所有班组、人员进行培训，不断提高员工、班组和车间的业务能力与技术水平。

3、组织本车间所有班组、人员学习安全知识，树立“安全为了生产、生产必须安全”的思想，严格按照安全管理规定实施，将安全工作一抓到底，绝不懈怠。

4、熟悉本车间所有设备和使用工具，组织本车间班组、人员学习设备知识、使用方法和保养制度等，并按照总公司设备部的要求对设备进行正确的使用、维护和保养。

5、组织熔炼车间所有班组---电弧炉班、精练炉班、中频炉和浇注修砌班，合理安排本车间所有人员，按时、按质、按量完成公司的生产任务。

6、按照公司生产日计划安排班组人员工作，在过程中对班组及人员的工作进度、工作态度、工作效率等进行监督、指导，在必要时做出合理调整。好范文版权所有

7、严格以工艺文件和操作规程作为指导，按照最合理的方式安排生产、最优化的过程组织生产，为“节能降耗”提出合理化建议。

8、按照iso9001质量体系要求，做好本车间的质量资料汇录的管理工作。

9、按照公司质量文件要求与技术文件要求，解决车间的日常质量问题和疑问。

10、参与质量事故分析会议，会同相关部门找出事故的直接原因或间接原因，并提出整改意见和预防事故发生处理意见。

11、代表公司关心本车间职工的日常生活，尽量为每一位职工创造一个和谐、人性化的工作环境，对于不能解决的问题可汇报公司经理给予意见。

12、在公司经理的带领下，贯彻执行公司文件、围绕公司工作计划，积极配合、协调各个部门使公司各项工作顺利开展。

13、做好公司经理安排的其它临时性工作。

第二篇：钢铁冶金

1、钢的分类及其对性能的要求

（1）按功能分为结构材料和功能材料两类。

按使用特性分为工程结构用钢和机械结构用钢。

按化学成分分为非合金钢、低合金钢和合金钢

（2）强度、韧性、成形性、耐蚀性、焊接性、耐疲劳性

填空：钢的化学成分和生产工艺决定其组织结构，组织结构决定其性能，而性能则必须满足使用要求，它们之间的关系是：化学成分→生产工艺→组织结构→性能→使用要求。

2、钢的强化机制有哪些？对钢的强韧性有何种影响？ 钢的强化机制：细晶强化、固溶强化、析出强化、位错及亚结构强化。

固溶强化：提高钢的强度、会严重损害钢的韧性和焊接性能

析出强化：提高强度、降低韧性

细晶强化：唯一能够同时提高强度和韧性

3、现代钢铁材料的主要特征和发展前景？

（1）超细晶；高洁净度；高均匀性；良好的性价比；强韧性良好配合；可持续发展并具有环境友好性；

（2）发展前景：

4、现代钢铁生产工艺流程是什么？

在现代化炼钢工艺中，采用“铁水脱硫预处理→转炉复合吹炼→炉外精炼→连铸→连轧”的现代化转炉炼钢生产流程和以大型超高功率电炉为主体、实现“炼钢→精炼→连铸→连轧“四位一体的短流程生产线

5、系 钢的化学成分、组织结构、使用性能和生产工艺之间的关

钢的化学成分和生产工艺决定其组织结构，组织结构决定其性能，而性能则必须满足使用要求，它们之间的关系是：化学成分→生产工艺→组织结构→性能→使用要求。

6、炼钢的基本任务是什么？

炼钢的基本任务有：

脱碳；脱磷；脱硫；脱氧；脱氮、氢等；去除非金属夹杂物；合金化；升温；凝固成型；废钢、炉渣返回利用；回收煤气、蒸汽；

7、炼钢过程中炉渣的主要作用和组成是什么？

1）控制钢液的氧化还原反应；2)脱除杂质（S、P），吸收夹杂物；3)反之钢液的吸气； 4)防止钢液的散热，以保证钢的冶炼温度；5)稳定电弧燃烧（对于电弧炉和钢包炉）； 6)炉渣可以作为电阻发热体；7)防止钢液的二次氧化。炼钢过程中的炉渣一般选用CaO-SiO2-Al2O3三元渣系的基础渣系

8、炼钢过程中的脱碳反应对炼钢的主要影响是什么？热力

学、动力学条件是什么？

主要影响有：反应热升温钢水；影响生产率；影响炉渣氧化性；影响钢中[O]含量。脱碳反应的热力学条件：增大碳的活度系数f[C]有利于脱碳；增加[O]有利于脱碳；

降低气相PCO有利于脱碳；提高温度有利于脱碳。

脱碳反应的动力学条件：

碳的氧化反应是一个复杂的多相反应，包括扩散、化学反应和气泡生成等几个环节： 反应物[C]和[O]向反应区扩散;[C]和[O]进行化学反应；

反应界面气泡生成；反应产物CO或CO2离开反应区域。

9、脱碳过程分为哪几个阶段？

◦

◦

◦ 吹炼初期，以硅的氧化为主，脱碳速度较小； 吹炼中期，脱碳速度几乎为定值； 吹炼后期，随金属中含碳量的减少，脱碳速度降低。

10、炼钢用的金属原材料都有哪些分类，具体包括哪些材料？ 按性质分类，炼钢原材料分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水（生铁）、废钢、铁合金、直接还原铁和碳化铁（电炉用）；非金属了包括石灰、萤石、白云石、合成造渣剂以及耐火材料等；气体有氧气、氩气、氮气。

按照用途分类，原材料分为金属料、造渣剂、化渣剂、氧化剂、冷却剂和增碳剂等。

11、炼钢用的造渣原材料有哪些？都有什么特征？ 石灰：具有很强的脱磷、脱硫能力，不损害炉衬。

萤石：作为助熔剂使用。它在提高炉渣流动性的同时并不降低炉渣碱度。助熔的特点是作用快，但稀释作用时间不长，随着氟的挥发而逐渐消失，萤石用量过多，会严重侵蚀护衬。应限量使用

白云石：可提高渣中MgO的含量，减少炉渣对炉衬的侵蚀和炉材的熔损；同时也可保持革中MgO含量达到饱和或过饱和，使终渣达到溅渣操作要求。

合成造渣剂:预制料一般熔点较低、碱度高、颗粒小、成分均匀而且在高温下容易碎裂，是效果较好的成渣料。是一种提高成渣速度、改善冶金效果的有效措施。

12、铁水预处理的主要目的是什么？包括哪些种类和步骤，分别有什么意义？

（1）铁水预处理是一个调整高炉铁水的成分和温度的过程，为随后的氧气转炉熔炼提供优化的合金成分。

（2）铁水预处理分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。

普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱磷。

（3）满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种。

减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量降低焦比；

炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益

13、铁水预脱硫剂包含哪些类型，各有什么特色？

（1）苏打(Na2CO3)系：价格贵，挥发损失严重，环境污染大，侵蚀包衬  目前只作补

救脱硫之用。

（2）石灰系脱硫剂：价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。

石灰易吸水，脱硫渣夹带铁  不能进行深度脱硫。

（3）碳化钙（CaC2，电石）系脱硫剂：相对较便宜，高温、细磨、深喷，脱硫效率较高

脱硫效率受温度和粒度影响较大  安全性不高

（4）金属Mg系复合脱硫剂：

镁和硫的亲和力极高，对低温铁水，镁脱硫最好，用量少，对高炉渣不敏感；铁损少，无环境问题。

脱硫处理用的设备投资低 但镁价格高。

关键要保证插枪深度，精心控制，提高镁的收得率。

我国有便宜镁资源。

14、铁水预脱硅技术的冶金意义是什么？

是铁水脱磷的必要条件

利于减少石灰加入量和渣量

可在低碱度下实现脱硅，成本低

15、氧气转炉炼钢的概念、主要工艺方法及其特征是什么？

（1）氧气转炉炼钢法是一种快速炼钢法（一般在30~45min内完成一次精炼），使用的冶金设备是氧气转炉，以铁水作为主要金属原料，以纯氧作为氧化剂，靠杂质的氧化热提高钢水温度。

（2）氧气顶吹转炉炼钢法(LD法)、氧气底吹转炉炼钢法(如Q-BOP法)和顶底复合吹炼转炉炼钢法(复合吹炼法)。

（3）完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热;

生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；

质量好，气体含量少：（因为CO的反应搅拌，将N、H除去）可以生产超纯净钢,有害成份（S、P、N、H、O）< 80 ppm；

冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；

原材料适应性强，高P、低P都可以。

16、氧气转炉炼钢的主要设备有哪些？

转炉本体系统：

a)转炉炉体：转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成。按熔池形状来分，常见的氧气顶

吹转炉炉型由筒球型(a)、锥球型(b)和截锥型(c)三种。

b)支撑系统：托圈、耳轴、耳轴轴承和支撑座

c)倾动装置

氧枪及其升降、换枪装置

副枪装置

散状料系统

烟气净化系统

17、顶吹转炉冶炼工艺流程是什么？

18、氧气转炉炼钢包含哪些工艺制度?具体特征是什么？需要

注意什么问题？

（1）装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制及合金化制度

（2）

（3）

19、氧气转炉炼钢的自动控制方案有哪些？

a)静态控制模型

b)动态控制模型

c)全自动控制模型

20、电弧炉炼钢的冶炼方法有那几个类型？

氧化法、不氧化法、返回吹氧法

21、电弧炉炼钢的工艺特点是什么？

电能为热源，避免燃烧燃料对钢液污染，热效率高，可达65%以上；

冶炼熔池温度高且容易控制，满足冶炼不同钢种的要求；

电热转换，输入熔池的功率容易调节，因而容易实现熔池加热制度自动化，操作方便； 电弧炉炼钢可以消纳废钢，是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理污染的环保技术。炼钢过程的烟气污染和噪声污染容易控制；

设备简单，炼钢流程短，占地少，投资省、建厂快，生产灵活。

以废钢为主要原料的电弧炉炼钢生产线具有工序少、投资低和建设周期短的特点，因而被称为短流程。

第三篇：钢铁冶金复习资料

钢铁冶金

第一章

1.高炉炼铁生产工艺流程

炉料（铁矿石 溶剂 焦炭）通过上料机装入炉内，空气通过鼓风机和热风炉生成热风鼓入炉内，喷吹燃料罐将燃料装入炉内，它们在高炉内反应生成炉渣 生铁和煤气；炉渣分为水渣（建筑材料）和渣棉（绝热材料）；生铁分为铸造生铁 炼钢生铁和特殊生铁；煤气通过除尘产生净煤气加入热风炉或者其他用途。

2.高炉炼铁有哪些技术经济指标

p

（1）有效容积利用系数uVu

（2）焦比；K其中P为生铁日产量，Vu为高炉有效容积 QQ为焦炭日消耗量P

（K焦炭1）燃料比K燃K煤粉K重油）

2）综合焦比K综KK干

(3)冶炼强度IQ

Vu由此得出uIK

（4）焦炭负荷（5）生铁合格率（6）休风率(7)生铁成本（8）炉龄

3.高炉区域划分

从上到下依次是块状带，软熔带，滴落带，燃烧带，渣铁盛聚带。

第二章

1.高炉常用的铁矿石有哪几种？各有何特点？

赤铁矿：红矿，主要成分为三氧化二铁，硫磷含量低，质软，易碎，易还原

磁铁矿：黑色，有磁性，四氧化三铁，硫磷含量高，致密，坚硬，难还原

褐铁矿：含水氧化铁，褐色，磷含量高，质软疏松，易还原

菱铁矿：碳酸铁矿石，灰色 浅黄色，褐色，碳酸亚铁，易破碎，焙烧后易还原

2.评价铁矿石质量的标准有哪些？

A成分：矿石品位 脉石成分 有害杂质和有益元素的含量

B粒度和强度C还原性D化学成分稳定性

3.烧结和球团有哪些区别？

（1）球团矿更始于处理细精矿粉。粒度越细，成球性越好，球团强度越高

（2）成品矿的形状不同。球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。

（3）适用于球团法处理的原料来源较宽，产品种类多。

（4）固结成块的机理不同。烧结矿是靠液相固结的，混合料中必须有燃料;而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，混合料中不加燃料

（5）生产工艺不同。烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成10～25mm的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。

4.高炉炼铁中硫磷的危害

硫的危害：危害最大的元素，使产生热脆（热加工时，分布于晶界的共晶体先行熔化而导致开裂）磷的危害：使钢具有冷脆性（磷使钢材的室温强度提高而脆性增加）

5.对碱度的描述

R=w（CaO）/w（SiO2）R小于1时，为酸性烧结矿，R等于1至1.4时为自熔性烧结矿，R大于1.4时为熔剂性烧

结矿

6.焦炭的作用

作燃料，还原剂，料柱骨架，生铁渗碳的碳源

第三章

1.为什么用生铁中德硅含量来表示炉温？

因为渣温和硅含量基本呈线性关系

为什么残锰量表示熔池钢液温度？

（因为在碱性转炉炼钢中，温度越高，还原出来的锰量就越大，残锰量也就越高）

2.高炉炼渣是怎样形成的？

初渣：固相反应，矿石软化，初渣生成（熔融，滴落）

中间渣：在风口水平以上，软熔带以下

终渣：排出炉外的渣

3.哪些因素影响炉渣的脱硫能力？（提高能力的措施）

（1）提高炉渣碱度（2）提高炉缸（渣，铁）温度（3）强烈的还原性气氛

第四章

1.哪些因素影响炉料的顺利下降？

焦炭的不断燃烧和消耗，炉料的熔化和渣，铁的排出，直接还原和渗碳引起的溶解损失，炉料下降过程中小块充填于大块之间引起的体积收缩，粉料被吹出引起的炉尘损失，基本的危燃料的燃烧和渣，铁的排放。高炉料柱压差，压差主要取决于气流速度和料层通道的当量直径，实质也就是料柱的透气性增加料柱孔隙率和煤气通道当量直径，可以改善料柱透气性，合理的煤气流分布也是高炉顺行的重要标志之一

2.高温操作线图P99

第七章

1.钢和生铁的区别

（1）含碳量不同。碳含量小于2.11%的称为钢，大于或等于2.11%的称为生铁

（2）性能不同。钢具有很好的物理化学性能和力学性能

（3）其他元素。

2.铁碳相图P15

5第八章

钢液的脱氧方式有哪几种？各有什么特点？

沉淀脱氧法：效率高，操作简单，成本低，对冶炼时间无影响，但是脱氧程度取决于脱氧剂的能力和脱氧产物的排出条件

扩散脱氧法：有利于提高钢液的洁净度，但速度慢，时间长；通过吹氩搅拌和钢渣混冲加速进程；操作前需更换新渣，以防止回磷

真空脱氧法：脱氧比较彻底，脱氧产物为CO气体，不污染钢液，而且在排出CO的同时还具有脱氢 脱氮的作用

第九章

转炉和电炉炼钢用的原材料各有哪些？

转炉：铁水，废钢，铁合金，造渣剂（石灰，萤石，白云石），增碳剂，氧化剂（氧气，铁矿石，氧化铁皮）电炉：废钢，生铁海绵铁，铁合金，造渣剂（石灰，萤石,白云石），增碳剂，氧化剂（氧化铁皮）

第十章

1.顶吹工艺流程

（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；

（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；

（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；

（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；

（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；

（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。

2.顶吹，底吹，顶底复吹的特点

顶吹：优点（1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20min）

（2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10-30%的废钢

（3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼，且硅、硫、磷、氢、氮、氧及夹杂含量低

（4）便于开展综合利用和实现生产过程计算机控制

缺点吹损较高（10%），所炼钢种仍受一定限制（冶炼含大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难。）喷溅和返干时有发生，而且吹炼后期熔池的搅拌弱（主要靠脱碳反应搅拌），钢渣间反应未达平衡，渣中的氧化亚铁含量高而吹损高、脱氧剂消耗高。

底吹：优点（1）金属收得率高（2）Fe Mn Al等合金的消耗量降低

（3）脱氧剂和石灰降低（4）氧耗降低（5）烟尘少，喷溅少

（6）脱碳速度快，冶炼周期短，生产率高（7）废钢比增加

（8）搅拌能力大，氮含量低

缺点（1）炉龄较低（2）（ΣFeO）少，化渣比较困难，脱磷不如顶吹

（3）钢中氢元素含量较高

顶底复吹：1）顶底复吹转炉石灰单耗低，2）渣量少，3）铁合金单耗相当于底吹转炉，4）氧耗介于顶吹与底吹之间。5）顶底复吹转炉能形成高碱度氧化性炉渣，提前脱磷，6）直接拉碳，生产低碳钢种，对吹炼中、高磷铁水有很大的适应性。

第十一章

1.现代电炉炼钢工艺操作特点和操作流程，并且与传统工艺的不同

2.废钢预热节能技术有哪几种？

料篮预热法，双壳电炉法，竖窑式电炉法，炉料连续预热法

3.电炉炼钢六个操作过程：补炉、装料、熔化、氧化、还原与出钢

第十二章

1.如何实现铁水同时脱硫，脱磷？

（1）在温度和铁水成分一定时，选择磷容量CP和硫容量CS较大的渣系，实现同时脱磷脱硫。

（2）用脱硫和脱磷能力大的Na2O和石灰系渣进行实验，可找出同时满足脱磷和脱硫所必需的氧位。

（3）用苏打作熔剂，很容易达到同时脱磷脱硫效果。用石灰渣系时将难以达到同时脱磷脱硫的要求。

（4）喷吹法可以在铁水罐内不同部位造成不同的氧势。喷嘴和喷枪附近氧势高，脱磷；罐底、内衬及渣-铁界面附近氧势低，脱硫。老师课件没有化

2.钢水二次精炼的主要方法有哪些？

LF法：电弧加热的钢包吹氩炉

RH法：循环真空脱气精炼法

VD法：真空脱气法

VOD法：真空吹氧脱碳法

AOD法：氩-氧脱碳法

3.铁水预处理方法：脱硫，脱磷，脱硅

4.炉外精炼四个基本手段：搅拌，真空，加热，添加精炼剂

第十三章

1.连铸的主要设备

主要设备由钢包、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却和铸坯导向装置、拉坯矫直装置、切割装置、出坯装置等部分组成。

2.连铸的操作工艺

（1）连铸钢水的温度要求1）钢液温度的控制：主要是通过稳定出钢温度，提高终点温度的命中率；减少钢液传递过程的温降；充分发挥精炼的调节作用

2）钢液成分的控制：包括钢液的成分、流动性（可浇性）、洁净度的控制。

（2）浇注前的准备包括钢包的准备，中间包的准备，结晶器的检查，二冷区的检查，拉坯机剪切装置的检查，堵引锭头

（3）浇钢操作1）钢包浇注@钢包放在回转台，转至浇注位置并锁定@中间包运至浇注位置，与结晶器重新严格对中定位@在中间包底均匀撒放Ca-Si合金粉@调节中间包小车，将侵入式水口伸入结晶器到认定位置，然后多次启闭塞棒，再次检查其开启的灵活性和关闭的严密性。@采用保护浇注时，钢包就位后安装保护套管

2）中间包浇注：当流入中间包的钢液达到1/2的高度，中间包开浇。

3）连铸机的启动：拉矫机构的起步就是连铸机的启动。

4）正常浇注

5）多炉连浇：转入正常浇注后，还需实现多炉连浇操作，包括更换钢包和快速更换中间包等。

6）浇注结束

（4）浇注温度控制控制过热度，保持均匀、稳定的浇注温度。可采用中间包加热技术补偿钢液温降损失。

（5）拉速控制确定钢种和铸坯断面后，拉速随浇注温度进行调节

（6）冷却水控制1)结晶器冷却：结晶器冷却水采用经过处理的软水，用量根据铸坯尺寸而定

2）二次冷却：采用喷水冷却。二冷区的供水量沿连铸机长度方向从上到下逐渐减少。

（7）保护浇注采用全过程的保护浇注严格控制钢的二次污染。

（8）结晶器保护渣

3.如何评价连铸坯的质量，他们各自的缺陷和发生在哪部分？

（1）连铸坯的纯净度，指钢中夹杂物的含量、形态和分布。

（2）连铸坯表面质量。指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。

（3）连铸坯内部质量。指连铸坯是否有正确的凝固结构和裂纹、偏析、疏松等缺陷的程度

（4）连铸坯形状缺陷。形状是否规矩、尺寸误差是否符合规定要求。

第四篇：钢铁冶金原理A

江 西 理 工 大 学 考 试 试 卷

试卷编号：

班级学号姓名

一、填空题（每空1分，共25分）

1、溶液组分B活度的定义式：______________。活度的三种标准态分别是：_________、___________、_______________。

2、多相反应发生在体系的相界面上，反应一般有三个环节：______、_____、______。

3、金属熔体的三种设想的结构模型分别为：__________、_______、_______________。

4、根据冶炼过程目的的不同，炉渣可分为四类：_____、________、______、________。

5、写出水煤气反应的反应式：____________；碳的熔损反应的反应式：_____________。

6、高炉冶炼中脱硫过程可分为三个过程分别为______________、____________、_____。

7、氧化熔炼反应过程中，熔池中作为氧化剂的氧有三种存在形式分别为：________、________、______________。

8、将脱氧剂加入到钢液中进行脱氧，脱氧过程主要由三个环节组成，分别为________、_________________、____________________。

二、简答题（20分）

1、简述三元系相图的构成单元。（6分）

2、简述Fe-O系中Fe2O3的分解过程。（6分）

3、简述氧化熔炼反应过程中，熔池中氧化剂的传递、反应的方式。（8分）

共页第1页

三、分析题（20分）

1、试分析氧化铁直接还原平衡图（图1）中各区稳定存在的原因。（10分）

2、试分析图2中物系点a、b、c的结晶过程。（10分）

图1图

2四、计算题（35分）

1、溶解于铁液中铝的x[Al]为0.3，而

'Al

=0.037，试计算1873K时溶解铝以①纯液铝；

②假想纯液铝为标准态时，为氧（pO=100kPa）氧化反应的⊿rGm。(15分)

已知

Al

=0.031(1873K)。

322Al(l)+

O2=Al2O3(s)⊿fGm(Al2O3，s)＝－1682927+323.24TJ·mol-

1

2、试计算钢液中碳氧化形成的CO气泡的临界半径。（10分）

脱碳反应：[C]+[O]=CO的⊿rGm＝－22264－39.63T J·mol，钢液的碳的质量分数为2.5%，其中α

[C]

-

1＝1.56；氧的质量分数为0.014%，其中α

[O]

＝0.0036；

钢液表面能σ＝1.48J·m-2，温度1873K。

3、铁液成分为w[C]=4.0%，w[Si]=0.8%，w[P]=0.7%, w[Mn]=0.6%，W[S]=0.06%,温度为1360℃，用CaC2作脱硫剂，试求铁水的平衡硫浓度。（10分）已知，es＝-0.028，es＝0.110，es＝0.063，es



s

c

Si

Mn

＝-0.026，es＝0.029

P

反应：CaC2(s)+[S]=CaS(s)+2[C]⊿rGm＝-352794+106.7T J·mol-1

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第五篇：钢铁冶金论文

炼钢中脱磷的研究

摘要：主要研究近年来脱磷的方法，一些防止回磷的措施，复吹转炉成渣过程对脱磷的影响，高磷铁水脱磷效率影响因素，以及钢渣在微波场中还原脱磷的工艺。

关键词：脱磷；回磷；炉渣碱度；还原；预熔脱磷剂；高磷铁水；炼钢工艺

1.前言

一般情况下，磷是钢材中的有害成分，使钢具有冷脆性。磷能溶于a-Fe中(可达1.2％)，固溶并富集在晶粒边界的磷原子使铁素体在晶粒问的强度大大增高，从而使钢材的室温强度提高而脆性增加，称为冷脆。但含磷铁水的流动性好，充填性好，对制造畸形复杂铸件有利。此外，磷可改善钢的切削性能、易切削钢中磷含量可达0.08％一0.15％。2．转炉的脱磷

2.1转炉脱磷的基本原理

通常认为，磷在钢中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，为方便起见，均用[P]表示。炼钢过程中的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为： 2[P]+5(FeO)+4(CaO)==(4CaO·P2O5)+5[Fe] 或 2[P]+5(FeO)+3（CaO）=(3CaO2·P2O5)+5[Fe] 2.2影响脱磷的因素

磷的氧化在钢渣界面进行，按炉渣分子理论的观点，反应式如下： 2[P]+5(FeO)=（P2O5）+5[Fe]---Q1（1）

3（FeO）+（P2O5）=（3 FeO·P2O5）---Q（2）

（3 FeO·P2O5）+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+ 3（FeO）---Q（3）有式（1），（2），（3）可推导出（4）：

2[P]+5（FeO）+4（CaO）=(4CaO·P2O5)+5[Fe]---(4)式（4）表明，高碱度、高氧化性渣对脱磷有利，去磷是放热反应，故从热力学讲低温条件有利于去磷反应的进行。

（1）氧化性对炉渣去磷能力影响的理论分析

由上式不难看出（FeO）在脱磷过程中起双重作用，一方面作为磷的氧化剂起氧化磷的作用；另一方面充当把（P2O5）结合成（3 FeO·P2O5）的基础化合物的作用。可以认为渣中存在（FeO）是去磷的必要条件。由于（3 FeO·P2O5）在高于1470℃时不稳定的，因此只有当熔池内石灰熔化后生成稳定的化合物(4CaO·P2O5)才能达到去磷的目的。（2）炉渣碱度对炉渣去磷能力的影响理论分析

CaO具有较强的脱磷能力，(4CaO·P2O5)在炼钢温度下很稳定，因此，提高炉渣碱

度可以提高脱磷的效率。但不能无止尽的提高炉渣的碱度，如果CaO加入过多，炉渣的熔点增大，CaO颗粒不能完全熔入炉渣，则导致炉渣的流动性减弱，黏度增强，从而影响脱磷反应在钢液与炉渣之间的界面进行而降低脱磷效果。另外，炉渣碱度与氧化铁的活度也有关系，过高碱度减少氧化铁的活度，从而降低脱磷效果。（3）温度对炉渣去磷能力影响的理论分析

温度对去磷反应的影响从两个方面来看：一方面，去磷反应是放热反应，高温不利于去磷，然而，熔池温度的提高，将加速石灰的熔化，提高熔渣碱度，从而提高磷在炉渣和钢水中的分配比；另一方面，高温能提高渣的流动性，能加强渣—钢界面反应，提高去磷速度，所以过低的温度不利于去磷。

总之脱磷的条件为：高碱度、高（FeO）含量（氧化性）、良好的流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度及大渣量。

2.3回磷现象

所谓的回磷现象，就是磷从熔渣中又返回到钢液中。成品钢中磷含量高于终点钢中的磷含量也属于回磷现象。熔渣的碱度或氧化亚铁含量降低，或石灰划渣不好，或温度过高等，均会引起回磷现象。出钢过程中，由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也有导致成品钢中磷高于终点钢[P]含量。由于脱氧，炉渣碱度、（FeO）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下：

2（FeO）+[Si]==(SiO2)+2[Fe]

(FeO)+[Mn]==(MnO)+[Fe]

2(P2O5)+5[Si]==5(SiO2)+4[P]

(P2O5)+5[Mn]==5(MnO)+2[P]

3(P2O5)+10[Al]==5(Al2O3)+6[P] 通常采用避免钢水回磷措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。

2.4 还原脱磷

还原条件下进行脱磷近年来也很受关注，要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，使钢液达到深度还原。通常加入Ca，Ba或CaC2等强还原剂。还原脱磷反应：

3[Ca]+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)3[Ba]+2[P]===3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]===3(Ca2+)+2(P3-)+6[C] 还原脱磷加入强还原剂的同时，还需加入CaF2，CaO等熔剂造渣。还原脱磷一般是在金属不宜用氧化脱磷的情况下使用，如含铬高的不锈钢，采用氧化脱磷会引起铬的大量氧化。还原脱磷后的渣应立即去除，否则渣中P3-又会被重新氧化成PO43-而造成回磷。【1】 3 钢渣在微波场中还原脱磷

微波技术在加热高电介质耗损原料方面是一种简单而有效的方法, 在冶金还原领域有着广阔的应用

前景。相较于传统加热还原工艺需要较高的温度和损耗, 具有体积性加热、选择性加热、非接触性加热、即时性等加热特性的微波场在较低温度下能够提供更多的热量。因为通过渣料表面点位与微波能的强烈作

用, 物料表面点位选择性被很快加热至很高温度。铁氧化物是一种高微波响应材料, 而且如果Fe3+ /(Fe2++ Fe3+)的比率在一个合适的范围内, 钢渣能得到有效加热, 碳质微粒物质具有良好的微波吸收特性, 有利于迅速加热原料。

3.1结果与讨论

实验表明钢渣为微波的良吸收体, 如图3所示, 当时间达到15~ 20min时, 纯渣料及各配碳量条件下的结构示意图

图3 物料的微波升温曲线 图1 微波冶金试验炉 物料温度均达到1000e 并呈线性稳定增加。还原结果如图表4所示, 温度对还原反应的影响很大, 随着温度的上升, 脱磷率稳定增加。1400e 时脱磷率可达到87.15%。当温度达到1200e 时, 渣料中出现大量直径小于1mm的金属颗粒, 并且呈均一弥散分布。由此证明微波体无温度梯度的加热方式使其中不同位置的物料获得均一稳定的加热特性。当温度达到1300e 时, 渣料中即出现易从渣相分离出的直径在10~ 20 mm的大颗粒金属球.碳热还原钢渣的反应机理是: Ca3(PO4)2 + 5C= 3CaO+ 1 /2P4 + 5CO 该反应在超过1000e 时能自发进行, 传统工艺中温度达到1400e 才能迅速反应。微波场中当温度达到1200e 脱磷率就已经达到85% 以上。所实验表明, 较传统加热工艺, 微波促进钢渣脱磷, 使得还原脱磷反应在低温下得以实现。

图4 温度对脱磷率的影响

实验表明Ceq对还原反应的影响显著。在微波场中升温到1300e 保温20min检测发现, 随着碳当量的增加, 渣中铁和磷含量降低, 脱磷率增加。如图6，当Ceq= 1时, 即体系中的还原剂刚好够还原钢渣氧化物所用, 由于体系开放, 部分碳质还原剂在空气环境下微波辐射氧化消耗, 使得还原剂的有效参与率降低,从而导致脱磷率较低。随着Ceq增加, 当Ceq= 3时, 碳还原反应剧烈, CO气泡从坩埚界面和料面不断冒出,遇空气燃烧剧烈, 此时的脱磷率达到8619%。实验发现配碳量较高情况下气化脱磷占总脱磷率比重很大。主要由于高还原剂条件下产生大量CO气体, CO上升过程将更多P(g)带出, 促进了磷的气化逸散。此外,微波加热在1300e 下即可较充分的发生还原反应, 此温度尚未产生宏观熔池, 为固固相反应, 料柱松散, 磷蒸汽逸散阻力小, 易被CO气体携带出体系。上述结果表明, 钢渣的还原效果很大程度上还是受还原剂的影响, 碳当量越高, 铁和磷在渣铁间的分配比越小, 金属聚集阻力和磷的气化阻力越小, 即高碳当量有利于磷的还原和迁移。但过高的碳当量在反映出其对

于体系升温有负面影响。所以选择合适的过量碳当量是必要的。本次实表明, 2~ 3倍碳当量既能返祖快速升温启动和促进脱磷反应, 又能避免碳资源的浪费。为研究保温时间对还原效果的影响, 在1300e , 3Ceq条件下, 分别设定保温时间0 min、10 min、20m in、30 min进行对比实验, 结果如图7。实验证明, 保温时间越长, 渣相中出现Fe2C合金球直径越大, 可回收金属量越大, 脱磷率也越高。这说明适当延长保温时间, 能提供更长时间和更多热量促进金属球的聚集长大,利于合金采集和回收。

3.2钢渣微波场中还原脱磷结论

(1)实验结果表明, 转炉钢渣为微波的良吸收体可在20m in被迅速加热至1000e 以上。微波加热能促进钢渣的还原反应, 实现钢渣在1400e 以下的低温还原脱磷。平均脱磷率达85% 以上, 最优可达9115%。

(2)微波碳热还原钢渣反应生成的Fe2C合金球, 最大直径可达18mm, 易从渣中提取。其余呈均一弥散分布于残渣中, 直径大多在3mm以下, 需筛分与渣相分离。

(3)在1100e ~ 1400e 低温范围内, 钢渣脱磷率随温度升高而增大, 1100e 时脱磷率达到80% , 1400e时脱磷率增高至8715%。适当增加保温时间, 更利于还原反应的进行。

(4)钢渣的还原效果很大程度受还原剂影响。金属收得率和脱磷率随着碳当量Ceq的增加而增加,1Ceq时脱磷率67%, 3Ceq钢渣脱磷率上升至86.19%。【2】 4 预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验

4.1w(CaO)/w(Fe2O3)对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

根据脱磷的主要反应式(式(1))可知, 脱磷剂中Fe2O3 在铁水中的溶解氧[ O] 能将铁水中的[ P] 氧化为P2O5 , 但P2O5 不稳定, 必须和碱性氧化物(CaO)反应生成稳定的磷酸盐渣(4CaO·P2 O5 或3CaO·P2 O5), 才能使铁水中的磷脱除掉。通过实验欲找到一个能使铁水中磷含量降到最低的w(CaO)/w(Fe2O3)比值, 以达到最佳的脱磷效果。2[ P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)+(P2O5)+ 5[ Fe](1)为此, 在1350℃下固定w(CaF2)为10%不变,改变预熔脱磷剂中w(CaO)和w(Fe2 O3)的比值进行脱磷实验, 脱磷剂加入量为铁水量的10%, 处理时间为10 min, 结果如图2 所示。可看出, 在w(CaO)/w(Fe2O3)的值介于0.5~ 1.0 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐上升, 当w(CaO)与w(Fe2O3)的比值为1.0 左右时, 脱磷率最大, 为95.22%, 这主要是由于w(CaO)/w(Fe2O3)约为1 时, 使铁水中[ P] 与[ O] 充分结合生成的P2O5 能被CaO 完全固定为4CaO·P2O5 或3CaO·P2 O5 , 实现较好的脱磷效果;而在w(CaO)/ w(Fe2 O3)介于1.00~1．25 之间时, 随比值增大脱磷率逐渐下降。

图

2w(CaO)/ w(Fe2O3)对脱磷率的影响

4.2 助熔剂含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

固定w(CaO)/w(Fe2O3)=1.0不变, 改变助熔剂CaF2 的含量在6% ~ 15% 之间变化进行脱磷实验。处理10 min 的结果如图3 所示, 可以看到在CaF2 含量为6% 时, 脱磷率相对较低, 进一步增加CaF2 的含量, 当w(CaF2)为10% 时, 脱磷率最大,为96.24% , 使铁水中的磷由0.21% 降低为0.0079%, 这主要因为CaF2 与CaO 能形成低熔点化合物, 经预熔处理后脱磷剂熔点和粘度得到了降低 ,使脱磷反应的动力学条件得到了明显改善;当w(CaF2)进一步增加为15%时, 脱磷率有一定程度的降低, 为91.43%。由于在脱磷剂加入量一定的情况下, 当助熔剂量多时, 氧化剂和固定剂的相对加入量就会减少, 因此, 脱磷效果反而不好;且预熔脱磷剂中CaF2 大于15% 时将对炉衬产生明显的侵蚀。

图3 预熔脱磷剂中CaF2 含量对脱磷效果的影响

4.3铁水初始磷含量对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

为适应铁水中初始磷含量的波动对脱磷反应效果的影响, 对初始磷含量不同的铁水用相同配比关系的预熔脱磷剂进行了实验研究。在1 300℃, 加入量为10%的条件下, 分别选用初始磷的质量分数为0．21%、0.168%、0.119% 的生铁进行实验, 结果如图4 所示。可以看出随初始磷含量的增大脱磷率略有增大, 当铁水中的初始磷的质量分数为0.21%时, 经过10 min 的脱磷处理后可使磷的质量分数降低到0.007 9%, 脱磷率为96.24%;当初始磷的质量分数为0.168% 时, 可将铁水中的磷的质量分数降低到0.015% 的较低水平;初始磷的质量分数进一步降低为0.119% 时, 铁水中的磷的质量分数也能降低到0.012% 的水平, 脱磷率可达到89.92%。结果表明铁水中初始磷含量对用预熔脱磷剂进行铁水预处理脱磷的脱磷效果影响不大。

图4 初始铁水中磷含量对脱磷率的影响

4.4 处理温度对预熔脱磷剂脱磷效果的影响

由热力学分析可知, 脱磷反应是强放热反应(ΔH =O 反应大量进行, 保证脱磷在低温下进行。快速提高渣中FeO 含量, 保证炉渣熔化速度和具有较好的氧化性。此时, 控制温度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO 质量百分数在35% ～40% , 使炉渣具有较高的氧化性, 炉渣碱度在210左右, 这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性, 同时加强炉内搅拌, 促进渣-金反应的快速进行。脱碳升温期的主要任务是脱碳升温防止回磷。此时, 脱磷任务已基本完成, 随着脱碳的进行带来的高温会使脱磷反应逆向进行, 使渣中的磷又回到钢中。因此改善炉渣热力学条件来进一步强化脱磷，的目的。控制终点ΣFeO质量百分数在15%左右炉渣碱度在315 ～410。各厂的生产条件的差异应做适当的调整, 以满足生产的稳定。但需要指出的是, 化渣脱磷期可采用高枪位软吹或降低供氧强度, 即可以控制炉内温度, 在促进化渣的同时也可适当延长化渣脱磷期, 使脱磷反应充分进行。脱碳升温期, 尽量提高供氧强度, 快速脱碳升温来降低回磷。在条件准许的情况下, 可以采用留钢操作是获得高质量钢的有效手段。

6.2复吹转炉成渣对脱磷结论

1)成渣过程决定脱磷的效率, 冶炼的不同时期应合理控制炉渣碱度、氧化性和温度, 铁水磷含量的不同应选择不同的成渣方式。

2)化渣脱磷期铁水中磷含磷较高脱磷的驱动力较大, 主要通过改善动力学条件来加快脱磷, 采用铁质成渣。控制温度在1 400 ℃以下, 控制ΣFeO质量百分数在35% ～40% , 使炉渣具有较高的氧化性, 炉渣碱度在210左右, 这样在保证炉渣有良好的氧化性前提下有很好的流动性, 促进渣-金反应的快速进行。

3)脱碳升温期铁水温度较高是脱磷的不利条件, 因此改善热力学条件来进一步强化脱磷。控制终点ΣFeO 质量百分数在15% ～20% , 炉渣碱度在315～410。【5】 7 结语

我国作为钢材生产和消费大国, 炼钢工序作为钢铁生产不可缺少的环节, 钢渣的产生不可避免。近年来, 我国钢渣和铁渣的堆置达3亿多吨, 钢渣占钢铁工业固体废物的12109%。在冶金工业生产中, 排放的主要固体废弃物是高炉渣和转炉渣。其中高炉渣是利用技术最成熟的工业废渣, 而转炉渣的回收利用相对差很多, 对钢渣利用比较好的国家主要有美国、德国和日本, 利用率均达到95%以上。而我国在202_年调查中钢渣利用率仅为36% , 与国外先进国家相比, 在钢铁渣综合利用方面还有较大差距。因而我们要多开发新技术如脱磷，做到如何在低成本下实现最大化的脱磷同时又不影响环境，从而做出高产出。新的技术还有待开发。

参考文献

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【4】金焱,毕学工《高磷铁水脱磷效率影响因素的研究》。《武汉科技大学学报》202_年2月第33卷第1 期 【5】王学斌 , 张珊珊, 张炯。《复吹转炉成渣过程对脱磷的影响》。《莱钢科技》202_年6月