炼钢LF炉精炼的原理是什么?能达到什么样的效果?在精炼中需要什么材料?

炼钢LF炉精炼的原理是什么?能达到什么样的效果?在精炼中需要什么材料?,第1张

LF说白了就是钢包炉外精炼

原理:LF是在ASEA-SKF法和VAD法的基础上改进而来的,它采用氩气搅拌,在大气下用石墨电极埋弧加热,再加上白渣精炼技术,组合而成。

效果:1精炼功能强,适宜生产超低硫(脱硫效率可达50%~70%,至0010%以下)、超低氧钢(全氧可控制在(20~50)X00001%)。

2具备加热功能,升温幅度大,温度控制精确。

3其具备搅拌、合金化功能,易于实现成分的窄控制。

4精炼成本低。

5设备简单,投资少。炉体和电弧炉差不太多。

除冶炼超低C、S、N的钢种外,特别适合轴承钢、合金结构钢、工具钢、弹簧钢等。

精炼原料:

钢水、氩气、石墨电极、合金线。渣:石灰、萤石、Ca-Si-C复合脱氧剂、铝粒等脱氧剂。

现代炼钢工艺可以分为两类:初级和次级。

初级炼钢涉及通过碱性氧气炼钢将高炉中的液态铁和废钢转换成钢,或者在电弧炉中将废钢或直接还原铁(DRI)熔化。

二次炼钢涉及在铸造之前对粗钢进行精炼,并且各种操作通常在钢包中进行。在二次冶金中,添加合金剂,降低钢中的溶解气体,并去除或化学改变夹杂物,以确保铸造后生产出高质量的钢。

一、初级炼钢

碱性氧气炼钢是将富碳熔融生铁转化为钢的初级炼钢方法。通过熔融的生铁吹氧会降低合金的碳含量,并将其转变为钢。

该过程被称为基本因的化学性质耐火材料-氧化钙和氧化镁-即线的容器承受高温和熔融金属的腐蚀性质和炉渣在该容器中。该过程的炉渣化学成分也得到控制,以确保从金属中去除诸如硅和磷之类的杂质。

该工艺是由罗伯特·杜勒(Robert Durrer)于1948年开发的,它采用了贝塞默(Bessemer)转化炉的改进技术,其中吹入的空气被吹入的氧气代替。它减少了工厂的投资成本和冶炼时间,并提高了劳动生产率。

在1920年至2000年之间,该行业的劳动力需求减少了1000倍,从每吨3个以上的工时减少到仅0003个工时。

世界上生产的绝大多数钢材都是使用碱性氧气炉生产的。2011年,它占全球钢铁产量的70%。现代熔炉将装载多达350吨的铁,并在不到40分钟的时间内将其转化为钢,而在平底炉中则需要10–12个小时。

电弧炉炼钢是由废料或电弧熔化的直接还原铁生产的钢材。在电弧炉中,可以通过将废料装载或将还原的铁直接引入炉中来启动一批钢(“加热”),有时还带有“热跟”(来自先前加热的熔融钢)。气体燃烧器可以用来协助炉中废料堆的熔化。

与碱性氧气炼钢中一样,还添加了助焊剂以保护容器的内衬并帮助提高杂质的去除率。电弧炉炼钢通常使用容量约为100吨的熔炉,每40至50分钟生产一次钢,以进行进一步处理。

二、二次炼钢

二次炼钢通常在钢包中进行。在钢包中执行的某些操作包括脱氧(或“杀死”),真空脱气,合金添加,夹杂物去除,夹杂物化学改性,脱硫和均质化。现在常见的是在带有气体加热的钢包中对钢包进行冶金操作,并在炉盖中进行电弧加热。

钢包冶金的严格控制与高等级钢的生产有关,在这种钢中,化学成分和稠度的公差很窄。

用途范围

铁和钢都被广泛地应用于建造道路、铁路、其他基础设施、设备与建筑。大部分的现代架构,诸如体育场与摩天大楼、桥梁与机场,都是用钢制的支架来支撑。就算是用混凝土的结构,也要用钢筋来加固。

此外,钢在家用电器与汽车制造都有广泛应用。尽管用铝的汽车主体正在增加,但是它们的主要材料仍然是钢。钢也被用于各种建造用的材料,例如螺栓、钉子及螺丝。

其他常见应用还包括造船、输送管道、采矿、离岸建设、航天、白色家电(如洗衣机)、工程作业车辆(如推土机)、办公室家具、钢棉、工具及个人用背心式盔甲或载具用装甲(当中最有名的是轧压均质装甲)。

      钢筋中除了主要化学成分铁(Fe)以外,还含有少量的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(0)、氮(N)、钛(阳、矾(¥)等元素。(1)碳是决定钢筋性能的重要元素,它对钢材的力学性能影响很大。当钢中含碳量在0。8%以下时,随含碳量的增加,钢的强度和硬度提高,塑性和韧性下降。 对于含碳量大于0。3%的钢,其焊接性能会显著下降。(2)硅在钢中是有益元素,炼钢时起脱氧作用。它是我国钢筋钢的主加合金元素,其作用主要是提高钢的机械强度。(3)锰在钢中是有益元素,炼钢时可起到脱氧去硫作用,可消减硫所引起的热脆性,使钢材的热加工性质改善,同时能提高钢材的强度和硬度。 (4)磷是钢中很有害的元素之一。含磷量增加,钢材的强度、硬度提高,塑性和韧性显著下降,特别是温度越低,对塑性和韧性的影响越大,从而显著加大钢材的冷脆性。磷使钢材的可焊性显著降低,但可提_钢的耐磨性和耐蚀性。建筑用钢一般要求含磷量小于0。 045%。(5)硫是很有害的元素,能降低钢材的各种机械性能。硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。建筑用钢一般要求含硫量应小于0。045%。(6)氧是钢中有害的元素,能降低钢的机械性能,特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。 氧化物所造成的低熔点,亦使钢的可焊性变差。通常要求钢中含氧量小于0。03%。(7)氮对钢材的影响与磷、硫相似,使钢材强度提高,塑性特别是韧性显著下降,会加剧钢材的时效敏感性和冷脆性,降低可焊性。通常要求钢中含氮量小于0。008%。 (8)钛是强脱氧剂,能显著提高强度,改善韧性,但稍降低塑性。钛能减少时效倾向,改善可焊性。(9)钒是弱脱氧剂,加入钢中可减弱碳和氧的不利影响,能有效提高强度,减小时效敏感性,但有增加焊接时的淬硬倾向。

钢铁的炼制是一个复杂的过程,通常分为三个主要步骤:矿石处理、冶炼和炼钢。

1、矿石处理

首先,从地下矿山中开采钢铁矿石,常见的矿石有铁矿石、锰矿石等。采矿后,矿石需要进行破碎、磨粉、浮选等处理过程,以去除杂质并提高钢铁品质。

2、冶炼

在冶炼阶段,将经过矿石处理的材料与燃料(如焦炭)和熔剂(如石灰石)一起加入冶炼炉中。常见的冶炼炉包括高炉和电弧炉。在高炉中,通过高温加热使原料反应产生液态铁,其中的杂质形成炉渣。而电弧炉则通过电弧放电加热,将矿石和废钢等材料融化。

3、炼钢

冶炼后得到的生铁中仍含有一定的碳和杂质。为了制得高质量的钢铁,需要进行炼钢过程。常用的炼钢方法包括转炉法、平炉法和电炉法等。通过在炼钢炉中加入石灰石和氧化剂,除去生铁中的杂质,调整合金成分,以获得所需的钢铁性质。

钢铁的炼制方法:

1、高炉法

高炉法是一种传统的炼铁方法,使用高炉作为反应器。在高炉中,通过将铁矿石与焦炭和空气一同投入,使矿石还原生成铁,并在高温下与石灰石等熔剂反应形成炉渣,从而分离出铁和杂质。该方法适于大规模生产,但产生的炉渣中含有较高磷和硫等杂质。

2、转炉法

转炉法是一种常用的炼钢方法,主要用于从生铁中去除杂质,同时调整合金成分。在转炉中,先将生铁与废钢和石灰石等加入,通过氧气吹入使其中的碳和杂质氧化并除去,最后加入合金元素调整成分。这种方法具有灵活性,可以适应不同合金需求。

3、电弧炉法

电弧炉法使用电力生成电弧加热炉内的材料,将矿石、废钢和合金材料融化成钢液。它可以快速加热和冷却,适合生产特殊钢种和小批量生产。电弧炉法还可通过调整电弧反应条件以获得所需的钢铁性质。

钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外,C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用,故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。

按含碳量不同,铁碳合金分为钢与生铁两大类,钢是含碳量为003%~2%的铁碳合金。碳钢是最常用的普通钢,冶炼方便、加工容易、价格低廉,而且在多数情况下能满足使用要求,所以应用十分普遍。按含碳量不同,碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高,碳钢的硬度增加、韧性下降。合金钢又叫特种钢,在碳钢的基础上加入一种或多种合金元素,使钢的组织结构和性能发生变化,从而具有一些特殊性能,如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性,等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相当丰富,除Cr、Co不足,Mn品位较低外,W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。21世纪初,合金钢在钢的总产量中的比例将有大幅度增长。

含碳量2%~43%的铁碳合金称生铁。生铁硬而脆,但耐压耐磨。根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白口铁中碳以Fe3C形态分布,断口呈银白色,质硬而脆,不能进行机械加工,是炼钢的原料,故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁,断口呈银灰色,易切削,易铸,耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁,其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁,如加入Cr,耐磨性可大幅度提高,在特种条件下有十分重要的应用。

行话:要想练好钢,先得练好渣,实际上精炼剂都是参与造渣反应的。目的如下:

1、脱氧:对钢渣进行脱氧、改质,降低渣中的FeO、MnO含量,降低钢渣氧化性。根据钢种的要求及加入精炼渣量的不同,应该使钢中的氧降低20~30ppm以上。

2、脱硫:基本上是铝酸钙渣系,该精炼渣有较强的脱硫能力,CaO与硫反应,生成硫酸钙或亚硫酸钙进入渣中,从而降低钢中的硫含量,一般情况下脱硫率可达30~60%以上。

3、发泡: 精炼渣成渣快、发泡埋弧性能好,起泡机制主要是高温下电极的碳或渣中少量的碳与渣中的FeO、MnO、SiO2等发生还原反应产生CO等气泡。

4、去除钢中夹杂物:具有还原性、以铝酸钙为主的精炼渣系,由于在精炼高温下进行搅拌,钢中的夹杂物上浮并被精炼渣吸附。

5、铝:铝是主要对钢进行终脱氧,精炼渣含有活性和化学活性很高铝,可以减少钢中的氧量。

6、其它:对于含氮敏感的钢种及要求氮含量很低的钢种,要选用特殊的精炼剂。

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