炼钢用原材料和耐火材料工艺课件

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1、第三章第三章 炼钢用原材料和耐火材料炼钢用原材料和耐火材料 主要内容主要内容3.1 炼钢用原材料炼钢用原材料3.2 炼钢用耐火材料炼钢用耐火材料钢的分类钢的分类 按化学成分分类按化学成分分类 按是否加入合金元素可钢分为把按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。碳素钢碳素钢根据碳含量的高低又可分成根据碳含量的高低又可分成低碳钢低碳钢（C0.25%）中碳钢中碳钢(0.25%C0.60%)和和高碳钢高碳钢(C0.60%)合金钢合金钢根据钢中合金元素含量的多少，又可分为根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢低合金钢，中合金钢和高合金钢中合金钢和高合金钢。一般合金元

2、素总含量一般合金元素总含量小于小于3%的为的为普通低合金钢普通低合金钢，总含，总含量为量为3%5%的为的为低合金钢低合金钢，大于大于10%的叫的叫高合金钢高合金钢，总，总含量介于含量介于5%10%之间为之间为中合金钢中合金钢。按冶炼方法和质量水平分类按冶炼方法和质量水平分类按炼钢炉按炼钢炉设备不同设备不同可分为可分为转炉钢、电炉钢、平炉钢转炉钢、电炉钢、平炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣钢、电子其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣钢、电子束熔炼及有关的真空熔炼钢等。束熔炼及有关的真空熔炼钢等。按按脱氧程度不同脱氧程度不同可分为可分为沸腾钢沸腾钢（不经脱氧或微弱脱（不经脱氧或微弱脱

3、氧）、氧）、镇静钢镇静钢（脱氧充分）和（脱氧充分）和半镇静钢半镇静钢（脱氧不完全，（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）。介于镇静钢和沸腾钢之间）。按按质量水平质量水平不同可分为不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢、优质钢和高级优质钢。按用途分类按用途分类 分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。结构钢结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素碳素结构钢结构钢和和合金结构钢合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件，主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结构等。及建筑工程用的金属结构等。合金结构钢

4、合金结构钢根据化学成分根据化学成分（主要指含碳量）热处理工艺和用途的不同，又可分为（主要指含碳量）热处理工艺和用途的不同，又可分为渗碳钢、调质钢和氮化钢渗碳钢、调质钢和氮化钢。工具钢工具钢包括包括碳素工具钢碳素工具钢和和合金工具钢合金工具钢及及高速钢高速钢。特殊性能钢特殊性能钢指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，如如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。等。3.1 炼钢用原材料炼钢用原材料金属料金属料铁水（或生铁块）铁水（或生铁块）废钢废钢铁合金铁合金非金属料（辅助材料）非金属料（辅助材料）造渣材料造渣材料石灰（活性石灰

5、）石灰（活性石灰）萤石萤石白云石白云石合成造渣材料合成造渣材料氧化剂氧化剂氧气氧气铁矿石铁矿石氧化铁皮氧化铁皮冷却剂冷却剂还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂石墨电极石墨电极木炭木炭焦炭焦炭电石电石硅铁、硅钙等硅铁、硅钙等废钢废钢铁矿石铁矿石氧化铁皮氧化铁皮石灰石石灰石金属料金属料铁水（生铁）铁水（生铁）铁水是转炉炼钢的基本原料。铁水的成分和温度是否适铁水是转炉炼钢的基本原料。铁水的成分和温度是否适当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获得良好的技术经济当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获得良好的技术经济指标十分重要。指标十分重要。温度温度 12001300,且稳定。且稳定。硅硅 硅是重要的发热元素。对大中型

6、转炉，用废钢作冷却剂硅是重要的发热元素。对大中型转炉，用废钢作冷却剂时，铁水含硅量以时，铁水含硅量以0.50.8%为宜。用矿石冷却时，由于矿为宜。用矿石冷却时，由于矿石带入石带入SiO2，铁水含硅量应适当降低。，铁水含硅量应适当降低。铁水含硅量过高、过低对冶炼有什么影响？铁水含硅量过高、过低对冶炼有什么影响？硫硫 顶吹氧气转炉单渣法操作的去硫率很少超过顶吹氧气转炉单渣法操作的去硫率很少超过40%，吹炼，吹炼低硫钢的铁水，要求含硫低硫钢的铁水，要求含硫98%O98%O2 2。冶炼含氮量低的钢种时，冶炼含氮量低的钢种时，应应99.5%O99.5%O2 2。氧气应脱除水分。氧气应脱除水分。氧气的使用

7、压力一般为氧气的使用压力一般为0.60.61.2MPa1.2MPa。由于炼钢是周期性用由于炼钢是周期性用氧，必须有贮氧装置。考虑到输氧过程中的压力损失，一氧，必须有贮氧装置。考虑到输氧过程中的压力损失，一般将氧气加压到般将氧气加压到2.52.53.0MPa3.0MPa贮存。贮存。2.2.铁矿石、氧化铁皮铁矿石、氧化铁皮 使用一定量的铁矿石，可改善脱磷条件。使用一定量的铁矿石，可改善脱磷条件。作为氧化剂而使用的铁矿石，要求含铁高，作为氧化剂而使用的铁矿石，要求含铁高，Si0Si02 2、磷和水磷和水分要少，使用前要加热。分要少，使用前要加热。氧化铁皮可代替部分铁矿石，但氧化铁皮潮湿，油污较多，氧

8、化铁皮可代替部分铁矿石，但氧化铁皮潮湿，油污较多，使用前必须烘烤。使用前必须烘烤。冷却剂冷却剂 除废钢外，转炉炼钢常用的冷却剂有：除废钢外，转炉炼钢常用的冷却剂有：1.1.富铁矿、团矿、烧结矿、球团矿、氧化铁皮富铁矿、团矿、烧结矿、球团矿、氧化铁皮利用它们所含的利用它们所含的FeFeX XO OY Y氧化金属中的杂质时要吸收大量氧化金属中的杂质时要吸收大量的热。这部分炼铁原料可以直接炼成钢，并且利用了的热。这部分炼铁原料可以直接炼成钢，并且利用了其中的氧；与废钢比较，加入时可以不用装料机或吊其中的氧；与废钢比较，加入时可以不用装料机或吊车，不必倒炉停吹；车，不必倒炉停吹；同时又是助熔剂，有利于

9、化渣。同时又是助熔剂，有利于化渣。缺点是带入的脉石使石灰的消耗量和渣量增大；一次缺点是带入的脉石使石灰的消耗量和渣量增大；一次加入矿石过多时会产生严重喷溅。加入矿石过多时会产生严重喷溅。要求含铁量高，要求含铁量高，Si0Si02 2和硫的含量少，成分和块度稳定和硫的含量少，成分和块度稳定(氧化铁皮不要求块度氧化铁皮不要求块度)，干燥。，干燥。冷却剂冷却剂 2.石灰石石灰石 缺乏废钢和富铁矿等冷却剂的转炉钢厂，可试用缺乏废钢和富铁矿等冷却剂的转炉钢厂，可试用石灰石作冷却剂。石灰石作冷却剂。CaCO2分解时要大量吸热。分解时要大量吸热。比加入铁矿石和氧化铁皮时喷溅少，在去除磷硫比加入铁矿石和氧化铁

10、皮时喷溅少，在去除磷硫程度相同的情况下渣中程度相同的情况下渣中(Fe)要低些。要低些。其主要缺点是比加废钢冷却时的金属损失多，又其主要缺点是比加废钢冷却时的金属损失多，又没有加铁矿石冷却时的铁的收益，钢铁料消耗较没有加铁矿石冷却时的铁的收益，钢铁料消耗较高。高。还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂 电弧炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电弧炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极，木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。电极，木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。它们的粒度应它们的粒度应0.50.5毫米，使用前要烘烤。毫米，使用前要烘烤。氧气转炉用增碳法冶炼中、高碳钢种时，氧气转炉用增碳法冶炼中、高碳钢种时，一般

11、用含灰分很少的石油焦增碳。一般用含灰分很少的石油焦增碳。喷射混合料：喷补用喷射混合料：喷补用制制造造工工艺艺及及形形 态态烧成砖：成型砖坯经烧制而成烧成砖：成型砖坯经烧制而成定定形形耐耐火火材材料料耐火泥浆：砌砖时用料，成分同砌砖耐火泥浆：砌砖时用料，成分同砌砖不不定定形形耐耐火火材材料料不烧成砖：高压成形不烧成砖：高压成形熔铸砖：配料在电炉中熔化后注入铸模制成熔铸砖：配料在电炉中熔化后注入铸模制成绝热耐火砖：有耐火和绝热性能绝热耐火砖：有耐火和绝热性能耐火纤维：可作绝热材料耐火纤维：可作绝热材料可塑料：作喷浆、捣结用可塑料：作喷浆、捣结用固体散装料：捣结用固体散装料：捣结用耐火涂层材料：涂于

12、耐火材料表面耐火涂层材料：涂于耐火材料表面 耐耐 火火 度度普通耐火材料：普通耐火材料：15801770高级耐火材料：高级耐火材料：17702000特殊耐火材料：特殊耐火材料：2000按耐火制品性质分类按耐火制品性质分类 化化 学学 特特 性性酸性耐火材料：以酸性耐火材料：以SiO2质为主质为主中性耐火材料：以中性耐火材料：以 Al2O3、Cr2O3和碳质为主和碳质为主碱性耐火材料：以碱性耐火材料：以CaO、MgO质为主质为主按化学性质分类按化学性质分类耐火材料使用性能（理化指标）耐火材料使用性能（理化指标）凡是耐火度高于凡是耐火度高于1580，能在一定程度上抵，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉

13、渣侵蚀和承受高温荷重作用的抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料，称为耐火材料。无机非金属材料，称为耐火材料。耐火度耐火度荷重软化点荷重软化点耐急冷急热性（抗热震性）耐急冷急热性（抗热震性）常温耐压强度常温耐压强度抗蠕变性能抗蠕变性能导热性导热性钢铁生产常用的耐火材料钢铁生产常用的耐火材料硅酸铝质材料硅酸铝质材料v如粘土砖、高铝砖、半硅砖、刚玉砖等。如粘土砖、高铝砖、半硅砖、刚玉砖等。v这类材质以氧化铝和氧化硅为基本化学组成，通常根据制品这类材质以氧化铝和氧化硅为基本化学组成，通常根据制品中氧化铝和氧化硅含量进行分类：中氧化铝和氧化硅含量进行分类：当氧化铝极低，而氧化硅大于当氧

14、化铝极低，而氧化硅大于9393时，为硅质制品如硅砖；时，为硅质制品如硅砖；而氧化铝含量高于而氧化铝含量高于9090时则为刚玉材料，常见的热电偶保护时则为刚玉材料，常见的热电偶保护管即是此类材料的制品；管即是此类材料的制品；氧化铝含量为氧化铝含量为15153030的是半硅砖，很多天然材料属此类，的是半硅砖，很多天然材料属此类，它虽没有很高的耐火度，但热稳定性和抗渣性好；它虽没有很高的耐火度，但热稳定性和抗渣性好；氧化铝量再高为粘土质；氧化铝量再高为粘土质；氧化铝含量超过氧化铝含量超过4848的称为高铝质。的称为高铝质。钢铁生产常用的耐火材料硅质材料硅质材料硅砖在硅砖在600600以上具有极好的高

15、温性能，但在低温以上具有极好的高温性能，但在低温时，由于晶型转化伴随着体积的巨大变化而崩裂，时，由于晶型转化伴随着体积的巨大变化而崩裂，因而在因而在600600以下抗震性能极差，使用受到限制。以下抗震性能极差，使用受到限制。使用硅砖代替高铝砖砌筑热风炉拱顶和上部格子砖。使用硅砖代替高铝砖砌筑热风炉拱顶和上部格子砖。硅砖有高的荷重软化温度，还有高的抗蠕变性能。硅砖有高的荷重软化温度，还有高的抗蠕变性能。价格低，它含价格低，它含SiOSiO2 2在在9595以上，但仍有一定抗以上，但仍有一定抗CaOCaO和和FeOFeO等的渣化能力。等的渣化能力。钢铁生产常用的耐火材料镁质材料镁质材料v镁砖含氧化

16、镁镁砖含氧化镁8590，有极高的耐火度（，有极高的耐火度（2000），），属碱性材料，是炼钢生产不可缺少的耐火材料。属碱性材料，是炼钢生产不可缺少的耐火材料。v抗热震性能差，易剥蚀。抗热震性能差，易剥蚀。v加入加入CaCO3和和Al2O3等方法来改善其性能。等方法来改善其性能。v当今转炉寿命的延长，主要是使用高纯和高碳含量的当今转炉寿命的延长，主要是使用高纯和高碳含量的材料（镁碳砖），以提高其耐侵蚀性能。材料（镁碳砖），以提高其耐侵蚀性能。钢铁生产常用的耐火材料绝热材料绝热材料依靠空气不能流动的微孔起绝热作用。依靠空气不能流动的微孔起绝热作用。体积密度小，导热系数低体积密度小，导热系数低(小于

17、小于0.30W/mK0.30W/mK）；）；用来降低砌体热量损失，减少燃料消耗。用来降低砌体热量损失，减少燃料消耗。这种材料有砖、散状料和毡。这种材料有砖、散状料和毡。高铝纤维毡体积密度为高铝纤维毡体积密度为 320kg320kgm m3 3，长期使用温度长期使用温度为为 12001200，10001000以下导热系数为以下导热系数为 0.09W/mK0.09W/mK左左右。右。钢铁生产常用的耐火材料碳与碳化硅材料碳与碳化硅材料v耐高温（特别是碳），有良好的导热性、体积稳定性和耐高温（特别是碳），有良好的导热性、体积稳定性和抗渣性。抗渣性。o碳砖的最大缺点是在氧化性气氛中会产生强烈氧化，所碳砖

18、的最大缺点是在氧化性气氛中会产生强烈氧化，所以应在还原性气氛或保护气氛里使用，主要用于砌筑高以应在还原性气氛或保护气氛里使用，主要用于砌筑高炉炉底和炉体。炉炉底和炉体。o碳化硅材料造价昂贵，主要用于某些特殊热设备上，如碳化硅材料造价昂贵，主要用于某些特殊热设备上，如电阻炉的发热体等。电阻炉的发热体等。v在高炉炉身中下部位使用碳砖，对高炉寿命的延长，获在高炉炉身中下部位使用碳砖，对高炉寿命的延长，获得良好效果。得良好效果。耐火材料一般生产工艺流程耐火材料一般生产工艺流程耐火材料的品种和质量取决于耐火材料的原料耐火材料的品种和质量取决于耐火材料的原料和其生产工艺。和其生产工艺。块状烧成耐火制品的一

19、般生产工艺流程如下：块状烧成耐火制品的一般生产工艺流程如下：原料的加工原料的加工配料配料混练混练成型成型干燥干燥烧烧成成拣选拣选成品。成品。硬质耐火粘土、硬质耐火粘土、软质粘土、软质粘土、菱镁矿、菱镁矿、高铝矾土、高铝矾土、硅线石族矿物、硅线石族矿物、白云矿、白云矿、铬铁矿等铬铁矿等 耐耐 火火 原原 料料 天然天然 人工合成人工合成海水镁砂、海水镁砂、烧结刚玉、烧结刚玉、合成莫来石、合成莫来石、碳化硅等碳化硅等原料来源原料来源 耐火材料生产工艺流程耐火材料生产工艺流程耐火材料的要求耐火材料的要求 冶金炉窑种类繁多，结构也很复杂，耐火材料冶金炉窑种类繁多，结构也很复杂，耐火材料的选择和应用有很

20、大差别。冶金炉窑对耐火材料有的选择和应用有很大差别。冶金炉窑对耐火材料有下列要求：下列要求：能承受高温作用，而不软化，不熔化；能承受高温作用，而不软化，不熔化；能承受高温荷重作用，不丧失结构强度，不发生变能承受高温荷重作用，不丧失结构强度，不发生变 形和坍塌；形和坍塌；有好的体积稳定性，在高温下不发生过大的体积膨有好的体积稳定性，在高温下不发生过大的体积膨胀和收缩，重烧线变化小；胀和收缩，重烧线变化小；能抵抗温度急剧变化；能抵抗温度急剧变化；能抵抗高温熔体的化学侵蚀和物理冲刷作用；能抵抗高温熔体的化学侵蚀和物理冲刷作用；外形尺寸规整，公差小。外形尺寸规整，公差小。耐火材料的损毁机理耐火材料的损

21、毁机理渣蚀作用渣蚀作用由于熔渣和金属液或含尘腐蚀性气体的物理化学由于熔渣和金属液或含尘腐蚀性气体的物理化学作用而引起的侵蚀。炼钢转炉和电炉渣线区域主要是由于渣作用而引起的侵蚀。炼钢转炉和电炉渣线区域主要是由于渣蚀，而成为损毁最严重的部位，并决定着炉衬的寿命。蚀，而成为损毁最严重的部位，并决定着炉衬的寿命。温度剧烈变化作用温度剧烈变化作用温度波动大，产生很大的内应力，造成温度波动大，产生很大的内应力，造成砖砌体开裂、剥落，严重时变形或坍塌倾倒。如炼钢转炉、砖砌体开裂、剥落，严重时变形或坍塌倾倒。如炼钢转炉、电弧炉，熔炼期最高炉温可达电弧炉，熔炼期最高炉温可达12501650，而放渣和出，而放渣和

22、出钢后，炉内温度急剧降至钢后，炉内温度急剧降至600800，造成耐火材料内应，造成耐火材料内应力大，产生崩裂、剥落而损毁。力大，产生崩裂、剥落而损毁。气相的沉积作用气相的沉积作用生产过程中会产生生产过程中会产生CO分解和铅、锌及碱分解和铅、锌及碱金属氧化挥发，并在耐火材料气孔及砌缝内沉积，造成砖砌金属氧化挥发，并在耐火材料气孔及砌缝内沉积，造成砖砌体龟裂、变形和化学侵蚀。体龟裂、变形和化学侵蚀。耐火材料在服役中损毁的机理耐火材料在服役中损毁的机理o机械冲击和磨损作用机械冲击和磨损作用炉窑内物料的运动，对炉衬产生很大炉窑内物料的运动，对炉衬产生很大的机械冲击和严重的磨蚀作用，破坏性非常大。的机械

23、冲击和严重的磨蚀作用，破坏性非常大。o单纯熔融作用单纯熔融作用耐火材料在高温热负荷作用下，往往发生重耐火材料在高温热负荷作用下，往往发生重烧线变化，造成砌筑体失稳。有时操作温度过高，还会造成烧线变化，造成砌筑体失稳。有时操作温度过高，还会造成局部软化甚至熔融形成熔滴，导致砌体坍塌。局部软化甚至熔融形成熔滴，导致砌体坍塌。v转炉炉衬耐火材料的损毁原因转炉炉衬耐火材料的损毁原因o机械冲击和磨损；机械冲击和磨损；o耐材的高温溶解；耐材的高温溶解；o高温溶液渗透；高温溶液渗透；o高温下气体挥发；高温下气体挥发；耐火材料选用的原则耐火材料选用的原则 选用耐火材料时，一般应遵循下列原则：选用耐火材料时，一

24、般应遵循下列原则：n掌握炉窑特点掌握炉窑特点 根据炉窑的构造、各部位工作特性、耐火材料损毁的原因及根据炉窑的构造、各部位工作特性、耐火材料损毁的原因及运行条件，选用耐火材料。运行条件，选用耐火材料。如各种熔炼炉渣线及以下部位的炉衬及炉底，以受渣和金属如各种熔炼炉渣线及以下部位的炉衬及炉底，以受渣和金属熔体的化学侵蚀为主，其次才是温度骤变所引起的热应力作熔体的化学侵蚀为主，其次才是温度骤变所引起的热应力作用，一般选用抗渣性优良的镁质、镍铬质耐火砖砌筑。渣线用，一般选用抗渣性优良的镁质、镍铬质耐火砖砌筑。渣线以上部位可选用镁铝砖或镁铬砖或高铝砖砌筑。以上部位可选用镁铝砖或镁铬砖或高铝砖砌筑。u熟悉

25、耐火材料的特性熟悉耐火材料的特性 充分发挥耐火材料的优良特性，尽量避开其缺点。充分发挥耐火材料的优良特性，尽量避开其缺点。如硅砖荷重软化温度高，能抵抗酸性炉渣的侵蚀，但在如硅砖荷重软化温度高，能抵抗酸性炉渣的侵蚀，但在600600以下发生以下发生晶型向晶型向晶型的快速转变，耐热震性很差晶型的快速转变，耐热震性很差，而在，而在600600以上使用时耐热震性较好，高温下只会膨胀不以上使用时耐热震性较好，高温下只会膨胀不发生体积收缩。发生体积收缩。耐火材料选用的原则耐火材料选用的原则保证炉窑的整体寿命保证炉窑的整体寿命 炉子各部位所用各种耐火材料之间合理配合，保证各部位的炉子各部位所用各种耐火材料之

26、间合理配合，保证各部位的均衡损耗。均衡损耗。采取合理技术措施下达到均衡损耗，保证炉子整体使用寿命采取合理技术措施下达到均衡损耗，保证炉子整体使用寿命实现综合经济效益合理实现综合经济效益合理 对耐火材料的质量、来源与价格、使用寿命与消耗以及对产对耐火材料的质量、来源与价格、使用寿命与消耗以及对产品质量的影响，综合分析，力求做到综合经济效益合理。品质量的影响，综合分析，力求做到综合经济效益合理。电炉：绝热材料电炉：绝热材料(石棉板、轻质粘土砖石棉板、轻质粘土砖)，用于炉底、炉壁；，用于炉底、炉壁；镁质耐火材料（镁砂、镁砖），作炉衬材料；铝镁砖、高铝镁质耐火材料（镁砂、镁砖），作炉衬材料；铝镁砖、高铝砖，用于砌筑炉盖。砖，用于砌筑炉盖。转炉：白云石质或镁质材料，用于砌筑炉衬转炉：白云石质或镁质材料，用于砌筑炉衬。作业：作业：1、炉渣的主要来源有哪些、炉渣的主要来源有哪些？它在炼钢中起什么作？它在炼钢中起什么作用？用？2、针对不同钢种，分类方法有哪些？、针对不同钢种，分类方法有哪些？3、炼钢对炉渣的化学成分及物理性质有什么要求？、炼钢对炉渣的化学成分及物理性质有什么要求？4、炼钢对铁水、废钢、铁合金有什么要求？、炼钢对铁水、废钢、铁合金有什么要求？5、炼钢对造渣材料有什么要求、炼钢对造渣材料有什么要求？