一種不需外加熱源、主要以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。其主要特點(diǎn)是靠轉(zhuǎn)爐內(nèi)液態(tài)生鐵的物理熱和生鐵內(nèi)各組分,如碳、錳、硅、磷等與送入爐內(nèi)的氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量作冶煉熱源來(lái)煉鋼。爐料除鐵水外,還有造渣料(石灰、石英、螢石等);為了調(diào)整溫度,還可加入廢鋼以及少量的冷生鐵和礦石等。
轉(zhuǎn)爐按爐襯耐火材料性質(zhì)分為堿性(用鎂砂或白云為內(nèi)襯)和酸性(用硅質(zhì)材料為內(nèi)襯);按氣體吹入爐內(nèi)的部分分為底吹頂吹和側(cè)吹;按所采用的氣體分為空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。酸性轉(zhuǎn)爐不能去除生鐵中的硫和磷,須用優(yōu)質(zhì)生鐵,因而應(yīng)用范圍受到限制。堿性轉(zhuǎn)爐適于用高磷生鐵煉鋼,曾在西歐獲得較大發(fā)展。空氣吹煉的轉(zhuǎn)爐鋼,因其含氮量高,且所用的原料有局限性,又不能多配廢鋼,未在世界范圍內(nèi)得到推廣。
用純氧從轉(zhuǎn)爐頂部吹煉鐵水成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法,或稱LD法;在美國(guó)通常稱BOF法,也稱BOP法。它是現(xiàn)代煉鋼的主要方法。爐子是一個(gè)直立的坩堝狀容器,用直立的水冷氧槍從頂部插入爐內(nèi)供氧。爐身可傾動(dòng)。
爐料通常為鐵水、廢鋼和造渣材料;也可加入少量冷生鐵和鐵礦石。通過(guò)氧槍從熔池上面向下吹入高壓的純氧(含O299.5%以上),氧化去除鐵水中的硅、錳、碳和磷等元素,并通過(guò)造渣進(jìn)行脫磷和脫硫。各種元素氧化所產(chǎn)生的熱量,加熱了熔池的液態(tài)金屬,使鋼水達(dá)到現(xiàn)定的化學(xué)成分和溫度。它主要用于冶煉非合金鋼和低合金鋼;但通過(guò)精煉手段,也可用于冶煉不銹鋼等合金鋼。
通過(guò)轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴把氧氣吹入爐內(nèi)熔池,使鐵水冶煉成鋼的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法。其特點(diǎn)是;爐子的高度與直徑比較小;爐底較平并能快速拆卸和更換;用風(fēng)嘴、分配器系統(tǒng)和爐身上的供氧系統(tǒng)代替氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的氧槍系統(tǒng)。由于吹煉平穩(wěn)、噴濺少、煙塵量少、渣中氧化鐵含量低,因此氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的金屬收得率比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的高1%~2%;采用粉狀造渣料,由于顆粒細(xì)、比表面大,增大了反應(yīng)界面,因此成渣快,有利于脫硫和脫磷。此法特別適用于吹煉中磷生鐵,因此在西歐用得最廣。
用一個(gè)爐子煉鋼、另一個(gè)電爐煉還原渣或還原渣與合金,然后在一定的高度下進(jìn)行沖混的煉鋼方法。用此法處理平爐、轉(zhuǎn)爐及電爐所煉鋼水,可提高鋼的質(zhì)量。沖混可增加渣、鋼間的接觸面積,加速化學(xué)反應(yīng)以及脫氧、脫硫,并有吸附和聚合氣體及夾雜物的作用,從而提高鋼的純結(jié)度和質(zhì)量。
利用電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的一種煉鋼方法。煉鋼用三相交流電弧爐是最常見(jiàn)的直接加熱電弧爐。煉鋼過(guò)程中,由于爐內(nèi)無(wú)可燃?xì)怏w,可根據(jù)工藝要求,形成氧化性或還原性氣氛和條件,故可以用于冶煉優(yōu)質(zhì)非合金鋼和合金鋼。
按電爐每噸爐容量的大小,可將電弧爐分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼向高功率、超高功率發(fā)展的目的是為了縮短冶煉時(shí)間、降低電耗、提高生產(chǎn)率、降低成本。隨著高功率和超高功率電爐的出現(xiàn),電弧爐已成為熔化器,一切精煉工藝都在精煉裝置內(nèi)進(jìn)行。近十年來(lái)直流電弧爐由于電極消耗低、電壓波動(dòng)小和噪音小而得到迅速發(fā)展,可用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和鐵合金。
氬氧脫碳法和簡(jiǎn)稱,原文為Argon-Oxygen Decarburisation,是冶煉低碳不銹鋼的主要精煉法。1964年由美國(guó)碳化物公司研制成功,1968年用于實(shí)際生產(chǎn)。其冶金原理是用Ar稀釋CO,使其分壓降低,達(dá)到真空的效果,從而使碳脫到很低的水平。AOD爐體和傳動(dòng)裝置與轉(zhuǎn)爐相類似,風(fēng)眼安放在接近爐底的側(cè)壁上,向爐內(nèi)吹入的是Ar+O2混合氣體,原料為初煉爐熔化的鋼水。吹煉過(guò)程分為氧化期、還原期、精煉期。它已成為不銹鋼的主要生產(chǎn)工藝。
特殊冶金法
包括電渣重熔、真空冶金、等離子冶金、電子束熔煉、區(qū)域熔煉等多種煉鋼方法的總稱。某些高新技術(shù)或特殊用途要求特高純度的鋼,若用普通煉鋼方法加爐外精煉達(dá)不到要求時(shí),則可采用特殊冶金方法煉制。
29、電渣重熔:將冶煉好的鋼鑄造或鍛壓成為電極,通過(guò)熔渣電阻熱進(jìn)行二次重熔的精煉工藝,也稱ESR。它的熱源來(lái)自熔渣電阻熱,重熔時(shí)自耗電極浸入熔渣中,電流通過(guò)電離后的熔渣,使熔渣升溫達(dá)到比被熔自耗電極熔點(diǎn)高得多的溫度。插入熔渣中的自耗電極端頭熔化后形成熔滴,并靠自重穿越渣池,得到渣洗精煉而后在減少空氣污染的情況下進(jìn)入金屬熔池。鋼錠與結(jié)晶器壁之間形成薄的渣皮,既減緩了徑向冷卻,也改善了成品鋼錠表面質(zhì)量,借助結(jié)晶器底部水冷,凝固成軸向結(jié)晶傾向和偏析少的重熔鋼錠,改善了熱加工塑性。
30、等離子冶金:以等離子流為熱源的冶金過(guò)程,即利用等離子槍將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄏ虻入x子射流中的熱能。等離子射流具有電弧穩(wěn)定、熱量高度集中、可達(dá)到非常高的溫度等特點(diǎn)。有的等離子槍的工作溫度高達(dá)5000~20000℃。等離子槍可用惰性氣體(Ar)、還原性氣體(H2)等為介質(zhì),以達(dá)到不同的冶金目的。等離子爐可用于熔煉高熔點(diǎn)金屬和活潑金屬以及金屬或合金的提純。等離子體技術(shù)也已用于鋼鐵廠廢塵處理和鐵合金生產(chǎn)工藝。
31、噴射冶金:為加速液體金屬與物料的物理化學(xué)反應(yīng),用氣體噴射的方法把粉末物料送入液體金屬,完成冶金反應(yīng)的工藝,亦稱噴粉冶金。該工藝廣泛用于鐵水予處理和鋼包精煉,以達(dá)到脫硫、脫氧、成分微調(diào)、使夾雜物變性的目的。此工藝的反應(yīng)速度快,物料利用率高。
32、區(qū)域熔煉:1952年W.G.Pfann提出的一種利用液固相中雜質(zhì)元素溶解度不同的特點(diǎn)提煉金屬的工藝。其操作原理是:設(shè)一個(gè)均勻的固態(tài)金屬棒中有一小段金屬被熔化成液體,那么,若這一小段液態(tài)區(qū)域自左向右緩慢移動(dòng),則每移動(dòng)一次,雜質(zhì)都會(huì)重新分布,其效果就相當(dāng)于把雜質(zhì)驅(qū)趕到右端。經(jīng)過(guò)多次這樣的重復(fù),左端金屬便可達(dá)到很高的純度。
33、真空冶金:在低于0.1MPa至超高真空條件下[133.3×(<760~10-12)Pa]進(jìn)行的冶金過(guò)程,包括金屬及合金的提煉、冶煉、重熔、精煉、成形和熱處理。目的主要在于:①減少金屬受氣相的污染;②降低溶解于金屬中的氣體或易揮發(fā)的雜質(zhì)含量;③促進(jìn)有氣態(tài)產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng);④避免由耐火材料容器帶來(lái)的污染。以適應(yīng)高性能金屬材料及新型金屬材料的需要。隨著生產(chǎn)電熱材料、電工合金、軟磁合金以及高溫鎳基合金等高性能和新型金屬材料的需要,發(fā)展了各種真空熔煉方法,主要有真空電阻熔煉、真空感應(yīng)熔煉、真空電弧重熔、電子束熔煉及電渣重熔等。
34、真空電弧熔煉:在真空(10-2~10-1Pa)下借助電弧供熱重熔金屬和合金的工藝,也稱VAR法。其過(guò)程是:以水冷銅坩堝為正極,被熔自耗電極接在經(jīng)滑動(dòng)密封進(jìn)入爐體的假電極上為負(fù)極,輸入低壓直流電流在電極與坩堝底之間引弧,借助電弧供熱重熔金屬和合金。伴隨自耗電極的熔化,通過(guò)控制電極的下降速度,將自耗電極重熔為成分均勻、組織致密、純凈度高和偏析少的重熔鋼錠。它不僅用于重熔活性金屬和耐熱難熔金屬,而且也用于重熔使用要求較嚴(yán)格的高溫合金和特殊鋼。
35、真空電子束熔煉:在較高真空(133.3×10-4~133.3×10-8Pa)下用電子槍發(fā)射電子束,轟擊被熔煉物料(作為陽(yáng)極),使之熔化并滴入水冷銅結(jié)晶器凝固成錠的熔煉方法。錠由機(jī)械裝置連續(xù)抽出。此法可以調(diào)節(jié)能量分布,控制熔化速度。電子束重熔材料的純凈度比其他真空熔煉法的更高。它適于熔煉鎢、鉬等金屬及其合金、高級(jí)合金鋼、高溫合金和超純金屬。
36、真空電阻熔煉:在真空下以電流通過(guò)導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱為熱源的熔煉方法。一般采取間接加熱,由電熱體把熱能傳給爐中物料。根據(jù)需要,電阻爐內(nèi)的氣氛可以是惰性或保護(hù)性的。真空電阻爐可設(shè)計(jì)成熔煉爐或熱處理爐。
37、真空感應(yīng)熔煉:在真空下利用感應(yīng)電熱效應(yīng)熔煉金屬和合金的工藝。按爐料和容量選擇電源頻率。它有高頻(>104Hz)和中頻(50~104Hz)以及工頻(50或60Hz)兩類。感應(yīng)爐又分有芯(閉槽式)和無(wú)芯(坩堝式)兩大類。前者電熱效率高,功率因數(shù)高,但要有起熔體,熔煉溫度低,適用于單一品種的連續(xù)熔煉;后者熔煉溫度高,電熱效率低,適于特殊鋼和鎳基合金等的熔煉。真空感應(yīng)熔煉在高溫合金、高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼等生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
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