河北联合大学轻工学院冶金专业毕业设计炼钢论文(编辑修改稿)

河北联合大学轻工学院冶金专业毕业设计炼钢论文(编辑修改稿)内容摘要：

制。 （ 1） 转炉冶炼的控制 在转炉冶炼过程中，尽量减少 补吹 ，要严格控制 下渣量 ，以 降低转炉终点的氧含量 ；对 转炉 冶炼完的 渣 子中，应适当提高其 MgO 含量和 渣的 碱度 ，并且保证 减少下渣 ；在转炉出钢时，应严格 采取出钢挡 渣制度 和炉渣 变 性 处理；在 转炉出钢过程中 应进行 渣洗脱硫， 这样可 降低钢水硫含量 ，从而 抑制硫化物夹杂 得形成而污染钢水； 利用渣洗过程中液态高碱度脱硫熔渣与钢水重度差，促使熔渣在与钢水充分接触的同时 ， 从钢水内部不同层面 上 不断上浮析出形成脱氧及脱硫产物，为后续钢水的钙处理创造条件，促进钢中夹杂物 变 性。 （ 2） 精炼过程可采取的夹杂物控制 利用真空吹氩搅拌来有效去除钢中夹杂物；在精炼过程中，加入粉剂来去除钢中有害杂质；对钢液中夹杂物要进行必要的变性处理；在造渣方面，应造合适的精炼渣来有利于去除夹杂。 （ 3） 中间包可采取的控制措施 通过合理优化中间包结构及设置内部挡墙的方法来保证钢液在中间包内有足够的停留时间，使夹杂 物能够得到充分上浮；由钢包到中间包采用长水口，并且通过氩气密封保护浇注，来减少钢液暴露在大气中而使钢液得到污染；在开浇 第 1 章 文献综述 8 前，应通过氩气（或氮气）对中包内部进行清扫，以防止钢液的二次氧化；中间包内衬使用的耐火材料质量应当稳定较好，及时更换中包；通过中包底部吹氩气来进一步促使夹杂物上浮；使用的中间包覆盖剂碱度要高，这样易于吸收更多的夹杂物，造还原性中间包渣，使用碱性耐火材料，降低侵蚀。 钢 中 低倍组织缺陷 1) 方框形偏析 偏析是钢中化学成分及杂质的不均匀分布现象（通常也称液析）。 在钢锭结晶过程中出现有区域偏 析，晶内偏析、晶间偏析等。 低倍检验所涉及的偏析是区域偏析，如方框形偏析、点状偏析、碳化物偏析（碳化物剥落）等，而方框形偏析又是常见的。 ﹙ 1﹚特征： 在横向酸浸试片上方框形偏析是组织不均匀致密的易腐蚀的“黑色方框”，“方框”的形状由钢锭模的形状决定。 但由于钢坯在热加工时变形程度不同，方框也稍有变化。 易腐蚀的暗色方框区域中主要是碳、硫、磷及合金元素的偏析。 当偏析以合金元素为主时，方框形与基体主要是颜色上的差别；而当偏析主要是以低熔点杂质硫、磷、碳为主时，则方框形主要是由受浸蚀后留下的不规则疏松孔隙所组成。 方框 经常出现在钢材横截面 1/2 半径处，但由于结晶过程的变化，也可能出现在靠近中心部位或靠近边缘。 有时也可出现几层方框。 ﹙ 2﹚产生原因： 方框偏析是钢锭结晶过程的产物。 因为大多数钢锭是方形，所以偏析区呈方框形。 在钢锭结晶过程中，由于柱状晶的成长把低熔点组元、气体及偏析元素推向尚未冷凝的中心液相交界处，形成一个偏析方框。 这个偏析方框中所含的过量杂质没能充分在剩余钢液中呈均匀分布，或上浮到冒口，被冷凝下来后便形成啦方框偏析。 方形偏析表面在钢材横断面低倍组织中腐蚀较深的一层方框区域。 因其形状呈方框形，故称为方形偏析。 2） 一般疏松 ﹙ 1﹚ 特征： 在横酸浸试片上呈暗黑色小点和细小的孔隙，可分布在试样检验面的各部位。 暗色小点富集有偏析组元，因而易腐蚀，呈海绵状。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 一般疏松在钢材中比较普遍出现。 钢锭结晶过程中，液态冷凝而成固态时，形成树枝状晶体。 由于选分结晶的结果，树枝状晶的成长逐渐把偏析组元、气体、河北联合大学轻工学院 9 杂质挤到树枝状晶轴之间或各个树枝状晶之间的尚未冷凝的少量钢液中，而这种粘稠的少量钢液由于周围树枝晶的阻碍，不能与钢锭心部尚未冷凝的大量钢液结合，随后冷凝收缩时便形成了富集杂质气体的一些微小区域或小孔隙。 热酸浸时，这些区域不耐腐蚀，因而显示出黑色小点或孔隙。 3)中心疏松 ﹙ 1﹚ 特征： 在横向酸浸试片上，相当于钢锭轴心部位组织不致密，呈暗黑色海绵状的小点和孔隙。 中心疏松和一般疏松的区别是： a、分布部位不同，中心疏松是在钢的轴心部位集中分布； b、表现的特征也不完全一样，中心疏松以钢液收缩时得不到补充而形成的孔隙为主。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 中心疏松是钢锭最后结晶的产物。 在钢锭凝固后期，中心区等轴晶充分长大，钢液很稠，流动性不好，富集大量的夹杂、气体、偏析组元。 粗大的等轴晶间由于没有钢液补充，最后凝固时出现分散的孔 隙，因此中心疏松也叫收缩疏松，它通常出现在缩孔下面。 由于气体、低熔点杂质，偏析组元都集中在心部最后凝固的钢液中，使这些最后凝固的部分易腐蚀，在酸浸蚀呈黑色海绵状的小点。 中心疏松在材料横断面上中心部位呈现腐蚀程度较深的暗黑小点及不规则的圆形小孔隙，颜色较深。 4） 缩管残余 ﹙ 1﹚ 特征： 在横向酸浸试片的轴心部，呈不规则的空洞或裂纹，空洞或裂纹中往往残留着外来夹杂。 空洞和裂纹周围疏松严重，在粗大的等轴晶之间留下许多细小孔隙，并富集大量夹杂。 孔隙颜色一般较深。 在纵向断口上相应于缩孔部位出现夹层。 残余缩孔严重时 ，空洞较大，延伸很深，甚至于对穿横试样正、反面。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 缩管残余是由于铸锭过程中，钢液冷凝收缩产生缩孔，而在热加工过程中，切头不够所造成的。 一般说来，若在热加工时保证适当的切头率，可将钢锭的缩孔部分切除。 但是，当缩孔在钢锭中延伸很深或切头掌握不好时，将会使部分缩管残余留于钢中，造成钢材中的缩管残余缺陷。 5） 皮下气泡 ﹙ 1﹚ 特征： 皮下气泡是单个或成簇的纺锥形，并沿纵向排列的小孔洞或内壁光滑的小裂 第 1 章 文献综述 10 纹。 皮下气泡分布在钢锭表面下一定深度处，有的深达数十毫米。 在钢材横向算浸试片上，皮下气泡分布在表面 下十几毫米以内的区域，但经常是距表皮几毫米的区域最多。 有时皮下气泡穿透钢材表面而呈小裂纹，裂纹的末端是园角，与其他原因形成的裂纹有所区别。 ﹙ 2﹚ 产生原因 原材料不干燥，钢液去气不良，脱氧不完善，出钢槽、成钢桶、下铸砖干燥不充分，钢锭模内壁铁锈末刷净，涂料水分高或未涂均匀等。 采用上铸法时，操作不当造成钢水飞溅也能引起皮下气泡。 因为飞溅的钢液在模壁上被空气氧化，当钢液上升，与黏在模壁上的氧化铁接触时，钢液中的碳与氧化铁皮发生反应，生成一氧化碳气泡，不能及时排除而被包围在钢锭急冷层中，便成为皮下气泡。 皮下气泡在材料横断面上呈现成簇的或分散的小气孔隙，有的呈细而微弯倾向且垂直于表面的长条裂纹。 6） 翻皮 ﹙ 1﹚ 特征： 在横向酸浸试片上呈灰白或暗黑色的聚集大量夹杂的不规则条带，有时条带上镶嵌着肉眼可见的炉渣或耐火材料的夹杂。 翻皮通常出现在相当于钢锭上部的钢材上。 灰白色的翻皮是由于氧化脱碳的结果，而在保护浇注中产生的翻皮大部分是暗黑色。 翻皮在断口上表现为夹杂或夹层。 翻皮处搭形试样的发纹也很严重，显微镜观察翻皮处，发现堆集着大量的氧化物、硅酸盐夹杂。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 铸锭操作不熟练，疏忽大意，使钢水在 锭模中上升不平稳。 当铸速忽然增大时，涌入模内的钢水冲破氧化层和富阳夹杂的液面结膜，使结膜卷入钢中。 模壁不光滑，阻碍钢水上升，易使液面结膜局部破裂。 铸温偏低，液面结膜太厚，使钢水上升受到阻碍，因而引起局部结膜破裂。 冒口结壳破裂，落入为凝固钢水中。 翻皮在材料横断面上呈现弯曲的细长条的发纹，其四周常伴有气泡及夹杂，与被腐蚀的小孔共存，颜色灰暗。 7） 非金属灰杂物 ﹙ 1﹚ 特征： 酸浸试片上的夹杂指肉眼可见的耐火材料、炉渣、及其他非金属夹杂物。 夹杂物细小，可用 5—— 10 倍的放大镜观察。 这些夹杂物通 常称为低倍夹杂，他们河北联合大学轻工学院 11 在试片上以镶嵌形式存在，并保持其固有的各种颜色。 最常见的有灰白、米黄和暗灰色几种。 夹杂在钢中的分布没有一定规律。 当夹杂在表面附近时评皮下夹杂，夹杂物分布在整个酸浸试片检验面者，评断面夹杂。 在酸浸试片上有时只看到一些拉长了的不规则的空洞，经证实是碱性夹杂物在酸浸中被侵蚀掉而形成的，这些空洞边缘不整齐，呈海绵状，往往成群出现。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 低倍夹杂主要是外来夹杂，来源有几方面： （ 1） 冶炼和浇注设备上剥落的耐火。 在整个炼钢和浇注过程，钢液都接触耐火材料。 由于化学浸蚀和钢液冲刷，把耐火材 料颗粒带到钢液中； （ 2） 炉渣。 炼钢过程中不能没有渣。 如果由于某些原因（例如铸温过低，渣的流动性不好），炉渣不能浮出液面，则造成夹杂； （ 3）铸锭设备上的尘土。 8） 白点 锻轧的合金钢中比较容易出现白点。 它实际上是存在于钢坯和大短剑内部的小裂纹，通常分布在钢材接近于中心的部位。 ﹙ 1﹚ 特征： 在横向酸浸试片上表现为锯齿状裂纹，这些裂纹一般呈辐射状或不规则地分布。 在淬火或调质状态的纵向断口上，呈圆形银亮色的粗晶状斑点，斑点直径一般在几毫米以内，有时也可能几十毫米。 在纵向酸浸试片上轻微的白点一般呈平行于压延方向成一 定角度或垂直于压延方向。 在裂纹处取样，在显微镜下观察时，发现裂纹既有晶界的，也有穿晶的，在裂纹周围没有塑性变形，没有氧化脱碳和富集非金属夹杂物。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 白点的形成原因有各种不同的说法，但大多数都认为是氢气和组织应力共同作用下产生的。 大致可以解释如下：氢的冶炼和浇铸过程中通过不同途径进入钢液。 在铸锭凝固过程中，氢在钢中的溶解度随温度的下降而降低。 由于过饱和而析出的氢有些来不及逸出钢锭外，仍以原子状态过饱和的固溶在钢中，随后部分扩散至钢锭中的微隙等中去，结合成分子。 当这种钢锭进行锻轧时，微隙将被焊合 或压缩，其中的氢将有一部分重新固溶于钢中，使固溶体的氢含量增加一部分未固溶的分子氢，且由于体积压缩而对周围金属施加较大的压力，产生局部的内应力。 这些钢坯在冷却过程中由奥氏体转变为铁素体和珠光体时氢的溶解度剧烈降低，使钢中氢的过饱和度不断增加。 当冷却过程缓慢时，氢有足够的时间逐渐向外扩散，组织应力也很小，则不致产生白点。 而当冷却过程较快时氢来不及充分扩散逸出，大部分继续以过饱和状态溶于固溶体中。 当温度降到 200℃以下时，氢的扩散极慢，固溶体中析出的氢只能向附近的微隙中挤，并在微隙中结合成分 第 1 章 文献综述 12 子，与微隙壁上的碳化 合成甲烷。 这些氢和甲烷分子在较低温度很难重新分解而进入固溶体中，只能被封闭在微隙中。 由于从固溶体中析出的氢原子很快结合成分子，产生巨大的压力。 这种压力和微隙附近的金属因冷却和相变及其他原因形成的应力总合，超过了金属的强度，从而以微隙为核心，发生穿晶脆裂，形成白点。 9） 轴心晶间裂纹 轴心晶间裂纹常出现在高铬钢和高合金的镉镍结构钢中。 ﹙ 1﹚ 特征： 在横向酸浸试片的轴心部位，呈蜘蛛网状或放射状的细小裂纹。 这些小裂纹由细小的孔洞排列形成。 显微镜观察时晶间裂纹处有较多的氧化物夹杂，经硝酸酒精腐蚀后发现夹杂物沿晶界 分布。 在纵向断口上轴心晶间裂纹处出现夹层。 ﹙ 2﹚ 产生原因： 某些钢对轴心晶间裂纹非常敏感，可能与钢锭冷却的收缩应力有很大关系。 钢锭冷凝后期，边缘对中心部的拉应力很大，使中心富集气体、夹杂的最后结晶部分沿脆弱的晶界形成裂纹。 轴心晶间裂纹都出现在钢锭中上部。 钢锭尾部没出现过晶间裂纹。 这说明夹杂和气体是促使晶间裂纹形成的原因之一。 浇注温度过高也容易产生晶间裂纹。 钢锭中极细小的无氧化夹杂或夹杂很少的轴心晶间裂纹，在热加工锻压比足够时可以焊合。 轴心晶间裂纹在材料横断面心部位呈现放射状的细小裂纹。 10） 外来金属夹杂物 ﹙ 1﹚ 特征： 外来金属称金属夹杂或异形金属，是在酸浸试片上呈各种形状的镶在试样面上的金属块。 由于外来金属大多数与基体化学成分不同，抗腐蚀能力也有差别，因此与基体有明显的颜色区别。 一般情况下，外来金属与基体有明显的界面，但有时候外来金属块较小，落入钢液中时间较长，被钢液熔化了一部分。 这种状态的外来金属在试片上与基体的界面具有连续的过渡层。 河北联合大学轻工学院 13 第 2 章 研究内容及方案 课题来源 唐山国丰钢铁有限公司成立于 1993 年，是一家集制氧、烧结、炼铁、炼钢、轧钢为一体的大型钢铁联合企业，具备年产 铁、钢、材各 800 万吨的综合生产能力。 为了进一步提高技术水平、增加品种、提高产品附加值、稳定产品质量，河北联合大学与国丰公司商定，广泛进行技术合作，充分发挥学校和企业在理论研究、技术开发和生产经营等方面的各自优势，对国丰所冶炼的典型钢种 Q195 进行系统研究，明确国丰生产水平与国际、国内先进钢厂相比所处的相对地位，以明了存在的差距和进一步提高的方向，并优化工艺与设备参数，稳定产品质量，保证生产顺行。 通过国丰 Q195 钢研究， 分析 国丰钢铁公司生产的钢种中非金属夹杂物 ，氧氮含量及钢的缺陷组织， 通过 中间包改造前后的对 其的研究以及生产数据的分析， 提出相应的改进措施 和优化方案。 研究 内容和 目的 通过实验研究， 对 国丰中间包改造前后生产 Q195 钢的铸坯观察，进行钢中非金属夹杂物的研究。 了解氮氧在各工序中的变化，揭示氮氧对 Q195 钢洁净度的影响。 认识 Q195 铸坯低倍典型宏观缺陷的形态和分布特征。 对比中间包改造前后的数据，分析钢坯质量是否提高。 研究方案 取样 1） 取样 从国丰钢厂取中间包改造前后的 Q195 钢试样， 分不同的炉次进行取样，便于实验和。