钢铁冶金工艺流程论文

钢铁冶金工艺流程论文（共6篇）

篇1：钢铁冶金工艺流程论文

粉末冶金工艺

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摘要：粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。关键词：粉末冶金 高密度 硬质合金 粉末高速钢

前言

我国粉末冶金行业已经经过了近60年的发展，经历了从无到有、多领域发展。但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1)企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很大。(2)产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。(3)多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。(4)再投入缺乏与困扰。(5)工艺装备、配套设施落后。(6)产品出口少，贸易渠道不畅。随着我国加入WTO以后，以上种种不足和弱点将改善，这是因为加入WTO后，市场逐渐国际化，粉末冶金市场将得到进一步扩大的机会；而同时随着国外资金和技术的进入，粉末冶金及相关的技术水平也必将得到提高和发展。

【1】【2】【3】

【4】1.粉末冶金基础

1.1粉末的化学成分及性能

尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（μm）或纳米（nm）。1.1.1粉末的化学成分

常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。1.1.2粉末的物理性能

（1）粒度及粒度分布

粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。

（2）颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状。常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。

（3）比表面积

即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。1.1.3粉末的工艺性能

粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。

（1）填充特性

指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度。常以松装密度或堆积密度表示。粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。

（2）流动性

指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。流动性受颗粒粘附作用的影响。

（3）压缩性

表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。

（4）成形性指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末能够成形的最小单位压制压力表示，或用压坯的强度来衡量。成形性受颗粒形状和结构的影响。1.2粉末冶金的机理

1.2.1压制的机理

压制就是在外力作用下，将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。钢模冷压成形过程如图7.1.2所示。粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压。在压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜破碎，颗粒间接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形成具有一定密度和强度的压坯。1.2.2等静压制

压力直接作用在粉末体或弹性模套上，使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过程。按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类。

（1）冷等静压制

即在室温下等静压制，液体为压力传递媒介。将粉末体装入弹性模具内，置于钢体密封容器内，用高压泵将液体压入容器，利用液体均匀传递压力的特性，使弹性模具内的粉末体均匀受压。因此，冷等静压制压坯密度高，较均匀，力学性能较好，尺寸大且形状复杂，已用于棒材、管材和大型制品的生产。

（2）热等静压制

把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中，施以高温和高压，使这些粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程。在高温下的 等静压制，可以激活扩散和蠕变现象的发生，促进粉末的原子扩散和再结晶及以极缓慢的速率进行塑性变形，气体为压力传递媒介。粉末体在等静压高压容器内同一时间经受高温和高压的联合作用，强化了压制与烧结过程，制品的压制压力和烧结温度均低于冷等静压制，制品的致密度和强度高，且均匀一致，晶粒细小，力学性能高，消除了材料内部颗粒间的缺陷和孔隙，形状和尺寸不受限制。但热等静压机价格高，投资大。热等静压制已用于粉末高速钢、难熔金属、高温合金和金属陶瓷等制品的生产。1.2.3粉末轧制

将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板带坯料。这些坯体经预烧结、烧结，再轧制加工及热处理等工序，就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板带材。粉末轧制制品的密度比较高，制品的长度原则上不受限制，轧制制品的厚度和宽度会受到轧辊的限制；成材率高为80%～90%，熔铸轧制的仅为60%或更低。粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材。1.2.4粉浆浇注

是金属粉末在不施加外力的情况下成形的，即将粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉浆，再注入石膏模内，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的悬浮剂有聚乙烯醇、甘油、藻肮酸钠等，作用是防止成形颗粒聚集，改善润湿条件。为保证形成稳定的胶态悬浮液，颗粒尺寸不大于5μm～10μm，粉末在悬浮液中的质量含量为40%～70%。粉浆成形工艺参见本书6.2.2。1.2.5挤压成形

将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下（40℃～200℃）挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品。

挤压成形能挤压出壁很薄直经很小的微形小管，如厚度仅0.01mm，直径1mm的粉末冶金制品；可挤压形状复杂、物理力学性能优良的致密粉末材料，如烧结铝合金及高温合金。挤压制品的横向密度均匀，生产连续性高，因此，多用于截面较简单的条、棒和螺旋形条、棒（如麻花钻等）。1.2.6松装烧结成形

粉末未经压制而直接进行烧结，如将粉末装入模具中振实，再连同模具一起入炉烧结成形，用于多孔材料的生产；或将粉末均匀松装于芯板上，再连同芯板 一起入炉烧结成形，再经复压或轧制达到所需密度，用于制动摩擦片及双金属材料的生产。

将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出。按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压。冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下（40℃～200℃）挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料。挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品。1.2.7爆炸成形

借助于爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法。爆炸成形的特点是爆炸时产生压力很高，施于粉末体上的压力速度极快。如炸药爆炸后，在几微秒时间内产生的冲击压力可达106MPa（相当于107个大气压），比压力机上压制粉末的单位压力要高几百倍至几千倍。爆炸成形压制压坯的相对密度极高，强度极佳。如用炸药爆炸压制电解铁粉，压坯的密度接近纯铁体的理论密度值。

爆炸成形可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如难熔金属、高合金材料等，还可压制普通压力无法压制的大型压坯。

除上述方法外，还有注射成形及热等静压制新技术等新的成形方法。

2.粉末冶金特点

粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。

（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。

（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。

（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

（5）可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。

（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。

我们常见的机加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技术制造的。

3.粉末的制取方法

（1）还原法

这是一种应用最广的金属粉末制取方法，是采用氢气、一氧化碳等作为还原剂，使金属氧化物或氧化物矿石在高温下与之反应，制得金属粉末。这种粉末多呈多面体形，其成形性与烧结性良好。粉末粒度可由原料的粒度及还原条件的不同任意调整并均匀化。目前，粉末成形使用的铁粉大部分由还原法产生；难熔化合物粉末（如硬质合金）的制取也用此类方法。（2）雾化法

这是一种生产效率较高、成本较低、易于制得高纯度粉末的生产方法。它利用高压惰性气体或高速旋转的叶片将从小孔喷嘴中熔融的金属扩散成雾状液滴并迅速使之冷却成金属微粒的制粉方法。雾化粉末的颗粒形状因雾化条件而异。金属液的温度越高，球化的倾向越显著。其缺点是易产生偏析和不易制得超细粉末。（3）电解沉积法

在金属熔盐或金属盐的水溶液中通入直流电，使金属离子重新获得外层电子，变成金属粉末。电解沉积法制取的粉末纯度高，颗粒成树枝状或针状，成形性和烧结性都很好，但生产率低，成本较高，仅适用于制造要求纯度高、密度高的粉末材料和制品。（4）机械粉碎法

利用机械，通过压碎、击碎和磨削等作用，使金属块、合金或化合物机械地粉碎成粉末。这种方法生产效率低，动力消耗大，成本较高。

3.1粉末冶金的基本工序

（1）原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。

（2）粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。

（3）坯块的烧结。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。

（4）产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种 方式。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。

4.粉末冶金材料

粉末冶金是一项很有发展的新技术、新工艺，已广泛应用在农机、汽车、机床、冶金、化工、轻工、地质勘探、交通运输等各方面。粉末冶金材料有工具材料及机械零件和结构材料。工具材料大致有粉末高速钢、硬质合金、超硬材料、陶瓷工具材料及复合材料等。机械零件和结构材料有粉末减摩材料，包括多孔减摩材料和致密减摩材料；粉末冶金铁基零件及粉末冶金非铁金属零件等。

【5】

4.1硬质合金

硬质合金由硬质基体(质量分数为70%～97%)和粘结金属两部分组成。硬质基体是难熔金属的碳化物，如碳化钨及碳化钛等；粘结金属为铁族金属及合金，以钴为主。

（1）硬质合金的种类和牌号

硬质合金为一种优良的工具材料，主要用作切削刀具、金属成形工具、矿山工具、表面耐磨材料及高刚性结构部件。类型有含钨硬质合金，钢结硬质合金，涂层硬质合金，细晶粒硬质合金等。钢结硬质合金是一种新型的工模具材料，性能介于高速工具钢和硬质合金之间，是以一种或几种碳化物(如WC、TiC)为硬化相，以碳钢或合金钢(如高速工具钢、铬钼钢等)粉末为粘结剂，经配料、压制、烧结而制成的粉末冶金材料。退火处理后，可进行切削加工；淬火、回火处理后，有相当于硬质合金的高硬度和耐磨性，一定的耐热、耐蚀和抗氧化性。适于制造麻花钻、铣刀等形状复杂的刀具、模具和耐磨件。

含钨硬质合金按其成分和性能特点分为钨钴类(WC-Co系)、钨钛钴类(WC-TiC-Co系)、钨钛钽(铌)类[WC-TiC-TaC(NbC)-Co系、WC–TaC(NbC)-Co系]。钨钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨(WC)及钴。牌号为“YG+数字”(YG为“硬钴”汉语拼音字首)，数字表示钴平均质量分数。如YG6表示钴平均质量分数为6%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。该类合金的抗弯强度高，能承受较大的冲击，磨削加工性较好，但热硬性较低(800～900℃)，耐磨性较差，主要用于加工铸铁和非铁金属的刃具。

钨钛钴类硬质合金的主要化学成分是碳化钨、碳化钛(TiC)及钴。牌号为“YT+数字”(YT为“硬钛”汉语拼音字首)，数字表示碳化钛平均质量分数。如YT15表示TiC为15%，其余为WC和Co的硬质合金。该类硬质合金的热硬性高(900～1100℃)，耐磨性好，但抗弯强度较低，不能承受较大的冲击，磨削加工性较差，主要用于加工钢材。钨钛钽(铌)类硬质合金又称为通用硬质合金或万能硬质合金。它是由碳化钨、碳化钛、碳化钽(TaC)或碳化铌(NbC)和钴组成。牌号为“YW+顺序号”(YW表示“硬万”汉语拼音字首)，如YW1表示万能硬质合金。该类硬质合金是在上述硬质合金中添加TaC或NbC，它的热硬性高(>1000℃)，其它性能介于钨钴类与钨钛钴类之间，它既能加工钢材，又能加工非铁金属。（2）硬质合金的性能及应用

性能:硬质合金的硬度高，室温下达到86～93HRA，耐磨性好，切削速度比高速工具钢高4～7倍，刀具寿命高5～80倍，可切削50HRC左右的硬质材料；抗弯强度高，达6000MPa，但抗弯强度较低，约为高速工具钢的1/3～1/2，韧性差，约为淬火钢的30%～50%；耐蚀性和抗氧化性良好；线膨胀系数小，但导热性差。

应用:硬质合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具，如车刀、铣刀等；也用作模具材料(如冷拉模、冷冲模、冷挤模等)及量具和耐磨材料。根据GB2075—87规定，切削加工用硬质合金按切削排出形式和加工对象范围不同，分为P、M、K三个类别，同时又依据加工材质和加工条件不同，按用途进行分组，在类别后面加一组数字组成代号。如P01、P10、P20„„，每一类别中，数字越大，韧性越好，耐磨性越低。

4.2粉末高速钢

高速钢的合金元素含量高，采用熔铸工艺时会产生严重的偏析使力学性能降低。金属的损耗也大，高达钢锭重量的30%～50%。粉末高速钢可减少或消除偏析，获得均匀分布的细小碳化物，具有较大的抗弯强度和冲击强度；韧性提高50%，磨削性也大大提高；热处理时畸变量约为熔炼高速钢的十分之一，工具寿命提高1～2倍。

采用粉末冶金方法还可进一步提高合金元素的含量以生产某些特殊成分的钢。如成份为9W-6Mo-7Cr-8V-8Co-2.6C的A32高速钢，切削性能是熔炼高速钢的1～4倍。

常用高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，含有0.7%～0.9%C，及>10%的钨、铬、钼、钒等合金元素。其中碳保证高速钢具有高硬度和高耐磨性，钨和钼提高钢的热硬性，铬提高钢的淬透性，而钒则提高钢的耐磨性。

4.3铁和铁合金的粉末冶金

在粉末冶金生产中，铁粉的用量比其金属粉末大得多。铁粉的60%～70%用于制造粉末冶金零件。主要类型有铁基材料、铁镍合金、铁铜合金及铁合金和钢。粉末冶金铁基结构零件具有精度较高，表面粗糙值小，不需或只需少量切削加工，节省材料，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声等特点。广泛用于制造机械零件，如机床上的调整垫圈、调整环、端盖、滑块、底座、偏心轮，汽车中的油泵齿轮、活塞环，拖拉机上的传动齿轮、活塞环，以及接头、隔套、油泵转子、挡套、滚子等。

粉末冶金铁基结构材料的牌号用“粉”、“铁”、“构”三字的汉语拼音字首“FTG”，加化合碳含量的万分数、主加合金元素的符号及其含量的百分数、辅加合金元素的符号及其含量的百分数和抗拉强度组成。如FTG60-20，表示化合碳量0.4%～0.7%,抗拉强度200MPa的粉末冶金铁基结构材料；FTG60Cu3Mo-40，表示化合碳量0.4%～0.7%，合金元素含量Cu2%～4%、Mo0.5%～1.0%，抗拉强度400MPa的粉末冶金铁基结构材料。

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5.粉末冶金产业发展前景

功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向发展； 结构材料向高性能化、复合化、功能化和低成本化方向发展； 薄膜和低维材料研帛发展迅速，生物医用材料异军突起； 新材料制品的精加工技术和近净形成形技术受到高度重视； 材料及其制品与生态环境的协调性倍受重视； 材料制备与评价表征新技术、新装备不断涌现； 材料在不同层次上的设计发展迅速。

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6.结语

粉末冶金材料具有特殊性能，未来多样化发展中，粉末冶金在某些行业，如汽车工业，粉末冶金材料将占有举足轻重的地位，随着粉末品质的不断提高，粉末制造成本的不断下降，成形机设备的费用不再偏高，粉末冶金材料的应用会越来越广。

参考文献：

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（一），上海金属 2007年第3期.【3】黄伯云，易健宏.现代粉末冶金材料和技术发展现状

（二），上海金属 2007年第4期.【4】王盘鑫.粉末冶金学，冶金工业出版社，2011.【5】黄伯云.粉末冶金标准手册，中南大学出版社，2000.【6】刘道春.汽车零部件的粉末材料技术及其发展，柴油机设计与制造2011年第1期.【7】李祖德，李松林，赵慕岳.20世纪中、后期的粉末冶金新技术和新材料（1）末冶金材料科学与工程，第11卷第5期.【8】刘文胜，马运柱.粉末冶金新技术与新装备矿冶工程，2007.【9】周洪强，陈志强.钛及钛合金的粉末冶金新技术材料导报：网络版，2006 1

篇2：钢铁冶金工艺流程论文

人类社会与冶金的关系密切且历史久远，伴随着社会的发展，每个历史时期的人们从事生产活动和生活中都离不开金属材料，从远古时代，就开始利用自然状态下存在的少数几种金属，如：金、银、铜及陨石铁，然后发现在矿石中提取金属的方法，创造了青铜和铁。人类利用的金属日益增多，到如今，各种金属广泛运用，尤其生铁和钢的运用，对国民经济起巨大的带动作用，它们用途最广，生产量最多。人们长期把钢和钢材的产量、品种、质量作为一个国家工业，农业，国防和科学现代化的重要标志之一。

金属从矿石中提取，其主要成分是金属的氧化物及硫化物。从矿石提取金属及金属化合物的生产过程叫提取冶金，又称化学冶金，其过程不同分成火法冶金，湿法冶金及电冶金，电冶金包括电炉冶炼、熔岩及水溶液的电解。火冶金过程是物理化学原理在高温化学反应中的运用，湿法冶金是水溶液化学及电化学原理的应用，火法是主要的应用。火法冶金生产率高，流程短，设备简单及投资省，就是不利于处理成分结构复杂的贫矿。火法冶金过程包括焙烧、熔炼、精练、蒸馏、离析等过程，其内进行的化学反应则是热分解、还原、氧化、硫化、卤化、蒸馏等。

钢铁冶金工艺流程：铁矿石--炼铁，提取铁--制取钢。其工序主要是三个：，炼铁，即从矿石或精矿中提取粗金属—

—生铁。目前最常用的方法有高炉炼铁，直接还原和熔融还原铁三种方法。炼钢，即把生铁的过多元素及杂质去除，把钢液中的氧去除，把其浇铸成钢锭或钢坯，主要方法和连续铸造过程有转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢，O.C.C.连铸技术，钢锭的液芯轧制，钢锭的液芯轧制。二次精练，及将炼钢过程的某些精练工序转移到炉外盛钢桶或特殊反应炉中继续完成或深度完成。各生产过程的的复杂反应，含有气液固三态的多种物质的相互作用，形成了复杂的冶金过程。

将矿石冶炼成钢铁后，就需要把它做成我们需要的材料型式，这就要用到钢铁成型，钢铁成型主要有三种方法：铸造、冲压、焊接。

铸造一般有砂型铸造、金属模铸造、离心铸造、真空铸造、消失模铸造等等。

砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。金属模铸造俗称硬模铸造，是用金属材料制造铸件，并在重力下将熔融金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。离心铸造将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。离心铸造用的机器称为离心铸造机。按照铸型的旋转轴方向不同，离心铸

造机分为卧式、立式和倾斜式3种。卧式离心铸造机主要用于浇注各种管状铸件；立式离心铸造机则主要用以生产各种环形铸件和较小的非圆形铸件。真空铸造真空铸造是使用通风铸模的工艺。熔化的金属依靠空气压力流入铸模，然后清除空气，形成真空；这种铸造方法主要用于具有精巧细节的小零件或珠宝。消失模铸造又称实型铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

冲压也就是模具，包括冷加工和热处理的正火、退火、回火、淬火四把火等。

焊接属于连接技术，主要有手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊、等离子焊、钎焊等等。

篇3：钢铁冶金清洁生产新工艺探索

高能耗、高密度是钢铁冶金企业的主要生产特点之一, 推行清洁生产, 就必须对企业能源结构进行调整。可通过以下两个方面实现:

1.1 调整比例结构

在钢铁冶金生产过程中, 铁前系统成本和能耗占总成本及能耗的70%, 因此, 要想实现清洁生产, 就必须控制和调整这一阶段的资源以及能耗的比例。调整炼铁炉料的结构。首先要落实精料方针, 不断优化炉料结构, 确保进入高炉的炉料达到各种高标准的要求。提高高炉熟料的比例, 确保进入高炉的炉料到达精料的要求, 不断改善炉料结构, 为清洁生产奠定物质基础。当然, 实现这一目标需要多个企业相互配合, 富氧高煤量喷吹技术是上世纪中期提出了一项全新的钢铁冶金技术, 能够有效的节约能耗、改善能源结构以及比例, 对于今天的钢铁冶金也仍有深远的影响。宝钢是我国目前富氧高煤量喷吹技术比较先进的企业, 喷吹煤量超过200kg/t。

1.2 能源代替

随着世界能源的逐步枯竭、环境污染的不断加剧以及人们环保意识的增加, 促使了人们必须为钢铁冶金业寻找奇特不同形式的能源, 用这些能源或者废旧物替代钢铁冶金业生产过程中所消耗的石油、煤等不可再生能源, 这是一种可以满足各方面需要的创造性思维。找到替代能源意义重大, 不但可以为企业节约大量的成本。也能进一步促进社会的平衡发展, 还能对废弃物进行再次利用, 减少浪费, 保护环境。一方面可以从源头减少或消灭二氧化碳的污染;另一方面对废弃物再次利用, 减少污染。这样不但可以节约大量的石油、煤的不可再生资源, 为全人类的可持续发展奠定基础。

2 工艺优化及革新

从传统的钢铁冶金生产过程来看, 工序多、历时长、能源损失及产生的废弃物比较多, 这也是钢铁冶金高能耗、高污染的主要原因。据有关部门统计, 传统钢铁冶金生产中, 损耗的能源占总能耗的39%, 但经过技术分析可以回收利用的能源仅仅为10%, 因此, 各个国家都投入了大量的人力物力进行科研攻坚, 力图找到一种更加科学、更加合理的钢铁生产工艺, 改变钢铁行业目前高能耗、高污染的面貌。上个世纪末期, 世界钢铁工业出现了多个先进的工艺流程和新技术。

2.1 SC-EAF-CC-CR流程

据有关部门统计, 目前世界废钢量在逐年上升, 加之钢铁有良好的再生性以及世界能源日益减少的事实, 使得废钢利用成为未来钢铁业发展的趋势。在这种社会背景下, 世界各地出现了多个以废钢为主要原料的电炉炼钢流程, 并且仍在不断增加, 甚至逐步取代了以铁矿石为原料的电路炼钢流程, 其中较为先进合理的是SC-EAF-CC-CR流程。SC-EAF-CC-CR流程也被称为四合一, 由电弧炉炼钢、精炼和相应的轧制设备组成, 比传统的炼铁流程更加经济, 更加环保。但是由于废钢种类多、成分复杂, 因此, SC-EAF-CC-CR流程也存在了一些不足。

2.2 SR/DR-UHP-CC-CR流程

SR/DR-UHP-CC-CR流程是上个世纪九十年代发展起来的, 比SC-EAF-CC-CR流程更加经济灵活、更加紧凑环保。SR/DR-UHP-CC-CR流程融合了多项先进的钢铁冶炼技术, 比如直接和熔融还原技术、连铸连轧技术等, 使其更加科学合理。首先。熔融和直接还原可以大大的减少生产工序, 降低钢铁企业的基建成本和生产成本, 更加有利于环保, 是未来钢铁生产发展的方向;其次, 连铸连轧技术可以提升金属收得率, 提高生产效率, 减少能源损耗。这种技术在出现之后到得了世界各国的认可, 并投入使用, 取得了显著的成绩。目前, 我国应用此技术的有珠江钢厂、邯钢及包钢。

3 废弃物的利用

钢铁工业在生产过程中, 会产生大量的废弃物以及污染物, 比如煤气、粉尘和炉渣, 而且这些废弃物中绝大多数具有较多的显热, 占总能耗的35%左右, 有部分生产环节还会留下大量的余压能源。因此, 有效的利用各个环节产生的废弃物对于节约能源、降低污染、清洁生产有着重要的意义。

3.1 TRT技术

TRT技术是将炉顶排放出来的高炉煤气所含有的压力能和热能转化为机械能, 并促使发电机组发电的能源回收装置。TRT在工作时不需要任何燃料及能源供给, 却可以为高炉鼓风机提供将近30%的能量, 而且可以有效的净化煤气、减少噪音、改善炉顶压力控制的品质。目前, 我国宝钢在这方面比较成熟。

3.2 干熄焦技术

干熄焦技术就是将惰性气体通过循环风机鼓入干熄炉内, 与高温红焦换热。一方面, 可以将高温焦炭冷却, 另一方面惰性气体可以吸收大量的热量, 并将热量传递给锅炉产生蒸汽, 最终惰性气体被冷却, 并经过鼓风机再次进入干熄炉循环使用。通过干熄焦技术, 每吨红焦可以回收的显热可以产生将近0.45t的中压蒸汽, 而且可以减少用水量, 改善环境, 减少有害气体的危害等。目前, 我国宝钢已经采用了此技术, 并取得良好的效果。

4 结语

二十一世纪, 钢铁冶金行业必将延续清洁生产的发展模式, 新工艺、新技术的不断开发利用必将使钢铁冶金工艺流程更加科学、合理、经济、环保。总之, 未来的钢铁冶金必将向低能耗、更环保方向发展。

参考文献

[1]吴金钟.创建节能清洁型工厂走可持续发展道路[J].中国冶金, 2014, 3 (sum52) :8-11.

[2]刘巧云, 张风仪.重点抓好铁前系统节能, 带动企业实现清洁生产[J].中国冶金, 2014, 5 (sum54) :21-24.

篇4：钢铁冶金工艺流程论文

【关键词】液压系统；环保；冲洗方法；冷热轧机

对热轧生产线轧机剪切线中液压系统的冲洗是钢铁冶金企业的一项很重要的日常工作。与传统“在线酸洗”比较来看，“本泵本油箱”是一种哈更节能、更环保的冲洗方法。以下将对这项冲洗工艺技术的施工过程以及控制方法加以详细论述。

1.基本概述

1.1基本定义

（1）热轧：（hot rolling）是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。

（2）液压系统：（hydraulic system）以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。

（3）轧机：是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备﹐包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。

1.2轧机组成

带钢热轧机由粗轧机和精轧机组成。粗轧机组分半连续式、3/4连续式和全连续式三种：①半连续式有一台破鳞（去掉氧化铁皮）机架和 1台带有立辊的可逆式机架；②3/4连续式则除上述机架外，还有2台串列连续布置机架；③全连续式由6～7台机架组成。精轧机组均由5～7台连续布置的机架和卷取机组成。带钢热轧机按轧辊辊身长度命名，辊身长度在914mm以上的称为宽带钢轧机。精轧机工作辊辊身长度为1700mm的，称为1700mm带钢热轧机，这种轧机能生产1550mm宽的带钢卷。

带钢热轧按产品宽度和生产工艺有四种方式：宽带钢热连轧、宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢。

1.3热轧轧机剪切线液压系统简介

热轧轧机剪切线液压系统主要包括三套液压系统，均采用“本泵本油箱”的冲洗方法，冲洗精度需要达到NAS6级合格。切头剪液压系统主要为切头剪本体提供液压动力，该系统为电液比例阀控制，系统P管压力为135公斤。双边剪与剖分剪液压系统主要为双边剪与剖分剪本体、换刃装置以及双边剪磁对中装置提供液压动力，该系统为电液比例阀与伺服阀控制，系统P管压力为135公斤。定尺剪液压系统主要为定尺剪本体及磁对中装置提供液压动力，该系统为电液比例阀控制。系统P管压力为135公斤。

2.“本泵本油箱”与传统冲洗方法的不同之处极其优势

“在线酸洗”是传统的液压系统冲洗方法。目的是去除管道中的锈与氧化铁皮。这种工艺比较成熟，缺点是对环境的污染较大，需要耗费大量的冲洗油，冲洗成本上升，并且很难将管道中的水和残存的酸排干净，从而会导致液压油氧化速度增快以及液压油膜变薄，元件磨损加剧，最终使液压系统发生故障。

热轧板轧机剪切线液压系统，采取“本泵本油箱”的新冲洗方法。目的是去除管道中的锈与氧化铁皮；避免施工过程中产生氧化铁皮，最大限度地降低油液中的含水率。方法是先将“素材管”进行酸洗、除锈，将其两端用塑料布封住，防止再生锈，管道焊接时，在管道的一端始终通带有一定压力的氢气，直到管道焊接完毕并达到常温时才断开氢气，从而避免产生氧化铁皮。该冲洗工艺在国内虽然还没有得到广泛应用，但是其优点很多：节约了大量的液压冲洗油，大大改善了施工环境，减少了环境污染，液压系统获得理想的冲洗效果，缩短了施工工期，冲洗成本降低。

3.液压系统管道的清晰作业

为保证液压管道采用本泵本油箱冲洗的顺利进行，必须加强液压设备、管道安装过程的控制，主要是保证设备、管道内的清洁度。根据管道的材质及供货渠道采取不同的安装方法。

4.具体洗刷程序

4.1工作前安排

（1）管道安装完成后，要认真与系统图核对，确认无误后才可进行临时管路连通作业，所有制作的临时短接管路必须要经过酸洗及喷油防护，临时管道连通完毕后，先用纯净的氮气瓶组进行吹扫，将木板条缠上白布、再抹上粘结剂（如浆糊、白漆），放在被吹扫管道的出口，目测一段时间后内木板白布上无杂物，为合格。

（2）在制作临时连通管的同时，油箱清理工作也要同步进行，详细做法是用白色面粉和面团清理油箱内的灰尘，直到新和的面团洁白无杂质为准。油箱清理好后，应对加人油箱内的油质进行化验分析，如能达到精度要求就加注至油箱内。加注油采用滤油小车从液压站上面向油箱加注，注意加到75%即可。

（3）更换过滤器是油冲洗的关键节点，将压力油回路上的高压滤芯更换为中压的临时滤芯，等冲洗完毕后将压力油回路上的高压滤芯更换成正式滤芯，而回油过滤器的临时滤芯到系统联试完毕后再更换为正式的滤芯。将系统中阀台上的比例阀、伺服阀更换为冲洗板。

（4）冲洗前应确认已经关闭系统集中加油管线和集中废油排油管线的总阀已经关闭。

4.2考虑到机械的安装进度及系统的大小，整个系统的冲洗一般分为两步进行

首先将泵站到各个阀台的主管路连成回路进行冲洗；第二步是等所有的主管路冲洗完成后，再对阀台到各个液压执行单元的管道连成回路进行冲洗，冲洗根据管道的管径、回路长度、清洁度等进行分段、分部冲洗。

（1）冲洗前，先启动循环泵，对油箱内的油进行循环加热和过滤，四十到六十度的油温一般来说是比较合适的，开始启动液压高压泵，启动后应对冲洗流量进行评估，保持每秒六米的主管冲洗流速。同时检查油箱附件是否正常工作，如空气滤清器是否堵塞，液位报警器的高低液位与循环泵、高压泵的连锁是否良好，温控装置的高温报警与循环泵、高压泵的连锁是否良好；水冷却器是否已经能正常使用。

（2）冲洗时整个系统要保持四到六公斤左右的压力，剪切线液压系统压力泵均为恒压变量柱塞泵。首先全松开主泵装置上电磁溢流阀的调压螺钉，用点动的方式确认电机的旋转方向无误，调节电磁溢流阀使系统压力表达到溢流阀的设定值，锁定溢流阀，然后调节泵使系统压力表达到系统保持四到六公斤左右的冲洗压力 ，锁定泵，此时调节电液换向阀，得电冲洗，失电系统保压。为满足保持每秒六米的冲洗流量速度，需要同时开启几台压力泵进行冲洗。

4.3操作要点

（1）冲洗作业要有专人负责，冲洗作业要连续进行，要求施工人员必须做好冲洗记录，一旦发现异常情况，应停泵处理。

（2）随时检测过滤器前、后压差，压差超过规定值时说明过滤器堵塞，可清洗或更换滤芯。

（3）取样要有专人负责，取样方法及步骤必须按有关规定进行，冲洗开始后三小时左右可取样一次，以后可根据取样判定结果，再决定取样的间隔时间。

（4）四十到六十度的油温一般来说是比较合适的，主要是两个作用：一是降低油的勃度，易于在管道冲洗时产生紊流；二是因温差使管道产生热胀冷缩，使附在管道内壁的焊渣、氧化皮等脱落。紊流对管道的冲洗效果有比较重要的影响，判断是否紊流，根据流体的临界雷诺数来判断，当流动液体的雷诺数低于临界雷诺数时，流动状态为层流，反之流动液体的状态为紊流。

5.结束语

总之，通过以上的详细介绍，我们基本了解了钢铁冶金企业热轧生产线剪切线液压系统“本泵本油箱”的冲洗和施工过程控制方法。“本泵本油箱”这种冲洗方法因其具有的节能环保优势更适应了现代社会对企业的要求，在以后的工作中我们应该大力推广。

【参考文献】

[1]（美）A.H海恩.流体动力系统的故障诊断及排除[M].北京：机械工业出版社，2000.

篇5：钢铁冶金论文

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2002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

【1】朱苗勇。《现代冶金学》（钢铁冶金卷）冶金工业出版社.2008 【2】吕 岩, 张 猛, 陈 津, 艾立群, 周朝刚。《钢渣在微波场中还原脱磷的工艺》。《河北理工大学学报》(自然科学版)2010年8月，第32卷 第3期

【3】魏颖娟,袁守谦,张西锋,王伟,梁德安,张启业。《预熔脱磷剂进行铁水脱磷的实验研究》。《钢铁》2008年10月第43卷第10 期

篇6：钢铁冶金论文(DOC)

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