钢铁冶金炼钢部分课后
作业复习题
Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
7--1炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现
炼钢的基本任务：四脱（脱碳，氧，磷，硫）；两去（去气和去夹杂）；两调整（调整成分和温度），采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作
7--2磷和硫对钢产生哪些危害
磷：引起钢的冷脆，钢的塑性和冲击韧性降低，降低钢的表面张力，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。
硫：使钢的热加红性能变坏，引起钢的热脆性。降低钢的焊接性能，引起高温龟裂。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。
7--3实际生产中为什么要将ω[Mn]/ ω[S]作为一个指标进行控制
答：答：Mn在钢的凝固范围内生成MnS和少量FeS。这样可有效防止钢热加工过程中的热脆，故在实际生产中将ω（Mn）/ω（S）比作为一个指标进行控制，提高ω（Mn）/ω（S），可以提高钢的延展性，当ω（Mn）/ω（S）≧7时不产生热脆。
7—4氢和氮对钢产生那些危害
氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和一氧化碳，氮气等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔，疏松，造成白点和发纹。
钢热加工过程中，钢中还有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，即发生“氢脆”现象。
钢中的氮是以氮化物的形式存在，他对钢质量的影响体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”原因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。
钢中氮含量高时，在２５０—４５０摄氏温度范围，其表面发蓝，钢的刚度升高，冲击韧性降低，称之为“蓝脆”。氮含量增加，钢的焊接性能变坏。
7--5钢中的夹杂物是如何产生的，对钢的性能产生哪些影响
答：①冶炼和浇注过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材料及钢液被大气氧化所形成的氧化产物。②脱氧的脱氧产物。③随着钢液温度的降低，S、O、N等杂质元素的溶解度下降，于是这些不溶解的杂质元素就呈非金属化合物在钢中沉淀。④凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物。
钢中非金属夹杂物的存在通常被认为是有害的。主要表现对钢的强度、延性、韧性、疲劳等诸方面的影响。
7—7钢的力学性能指标有哪些，其含义是什么
钢材常见的力学性能通俗解释归为四项，即：强度、硬度、塑性、韧性。简单的可这样解释：
强度，是指材料抵抗变形或断裂的能力。有二种：屈服强度σb、抗拉强度σs。强度指标是衡量结构钢的重要指标，强度越高说明钢材承受的力（也叫载荷）越大；
硬度，是指材料表面抵抗硬物压人的能力。常见有三种:布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV。硬度是衡量钢材表面变形能力的指标，硬度越高，说明钢的耐磨性越好；即不容易磨损；
塑性，是指材料产生变形而不断裂的能力。有两种表示方法：伸长率δ、断面收缩率ψ。塑性是衡量钢材成型能力的指标，塑性越高，说明钢材的延展性越好，即容易拉丝或轧板；
韧性也叫冲击韧性，是指材料抵抗冲击变形的能力，表示方法为冲击值αk。冲击韧性是衡量钢材抗冲击能力的指标，数值越高，说明钢材抵抗运动载荷的能力越强。
一般情况下，强度低的钢材，硬度也低，塑性和韧性就高，例如钢板、型材，就是由强度较低的钢材生产的；而强度较高的钢材，硬度也高，但塑性和韧性就差，例如生产机械零件的中碳钢、高碳钢，就很少看到轧成板或拉成丝。
7—8钢按用途可分为哪几类
(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。
(2) 结构钢
a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。
b.弹簧钢
c.轴承钢
(3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。
(4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。
(5) 专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。
8--1熔渣在炼钢中的作用体现在哪些方面
答：①去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素，同时能将铁和其它有用元素的损失控制最低；②保护钢液不过度氧化，不吸收有害气体，保温，减少有益元素烧损；③防止热量散失，以保证钢的冶炼温度；④吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物。
8--2什么是熔渣的氧化性，在炼钢过程中熔渣的氧化性是如何体现的
熔渣的氧化性也称炉渣的氧化能力，是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量。
炉渣的氧化性在炼钢过程中的作用体现在对炉渣自身、对铁水和对炼钢操作工艺影响三个方面。1、影响化渣速度，渣中的FeO能促进石灰溶解，加速化渣，改善钢铁反应动力学条件，加速传质过程；影响熔渣粘度；影响熔渣向熔池传氧。2、影响钢水含氧量，当钢水含碳量相同时，钢水氧化性强，则钢水含碳量高；影响钢水脱磷，熔渣氧化性强，有利于脱磷。3、影响铁合金收得率，氧化性强，降低铁合金收得率；影响炉衬寿命，熔渣氧化性强，炉衬寿命降低；影响金属收得率，氧化性强金属收得率低。
8--3炼钢过程残余锰的含义是什么，钢液中残余锰有何作用
答：简单的说就是在一炉钢水吹炼到终点时，钢水中会有一定含量的锰。
残锰的作用：（1）防止钢液的过氧化，或避免钢液中含过多的过剩氧，以提高脱氧合金的收得率，减少钢液中氧化物夹杂。（2）可作为钢液温度高低的标态（3）节约Fe-Mn合金的用量
8—5炼钢过程的碳氧化反应的作用是什么，脱碳速度如何表达
作用：①加大钢-渣界面，加快反应的进行；②搅拌熔池均匀成分和温度；③有利于非金属夹杂物的上浮和有害气体的排出；④放热升温。
脱碳速率表达式：-dω[c]%/dt=k cω[c]%。
8—6什么是磷的分配系数和炉渣磷熔，影响炼钢过程脱磷的因素有哪些
8—7什么是硫容，影响炼钢过程脱硫的因素有哪些
8—8钢液的脱氧方式有哪几种，各有什么特点
答：按脱氧原理分：脱氧方法有三种，即沉淀脱氧法，扩散脱氧法和真空脱氧法。
沉淀脱氧法：又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。特点：在钢液内部进行，脱氧速度快；但生成的脱氧产物有可能难以完全上浮而成为钢中非金属夹杂。
扩散脱氧法：又叫间接脱氧。将粉状的脱氧剂如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。特点：在渣中进行，钢液中的氧需要向渣中转移，故脱氧速度慢，脱氧时间长；但脱氧产物在渣相内形成，不在钢中生成非金属夹杂物。
真空脱氧法：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]----[O]反应。（常用于炉外精炼）特点：脱氧产物
为气体，易于排除，不会对钢造成非金属夹杂的污染，故这种脱氧方法的钢液洁净度高；但需要有专门的真空设备。
8—9什么是较为活泼的金属在炼钢过程中的转变温度，金属铬在不锈钢冶炼中如何保证其不被氧化
当温度大于转变温度时，金属与氧的结合能力比碳与氧的结合能力差，当温度小于转变温度时，则相反。
脱碳保铬
9-1 转炉和电炉用的原材料各有哪些
答：转炉：铁水（生铁），废钢，铁合金，造渣剂，冷却剂，增碳剂，燃料和氧化剂。电炉：废钢，生铁，造渣剂，冷却剂，增碳剂，燃料和氧化剂。
9-2 转炉炼钢对铁水成分和温度有何要求
（1）成分：Si为%%、Mn为%%、 [P]≤%、S≤%。
（2）带渣量：进入转炉的铁水要求带渣量不得超过%。
（3）温度：我国炼钢规定入炉铁水温度应大于1250℃，并且要相对稳定。
9—3什么是活性石灰，它有哪些特点
答：通常把在1050℃-1150℃温度下，在回转窑或新型竖窖内焙烧的石灰叫活性石灰。它具有高反应能力，体积密度小，孔隙度高，比表面积大晶粒细小等特点。
9—4萤石在炼钢中起什么作用
答：加速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。
10-1氧气顶吹转炉冶炼过程中元素的氧化、炉渣成分和温度的变化体现出什么样的特征
答：元素变化：吹炼初期，[Si]、[Mn]大量氧化，随着吹炼的进行，由于石灰的溶解，2FeO*SiO2转变为2CaO*SiO2 [Si]被氧化至很低程度。而吹炼后期，炉温上升（MnO）被还原，[Mn]含量上升。[C][P][S]均在吹炼中期，氧化脱去速度最快。
炉渣成分变化：枪位低时，（FeO）降低，矿石多时，（FeO）增高，脱碳速度高时，（FeO）低，吹炼初期，由于[Si]的氧化炉渣碱度不高，但随着石灰的溶解直至吹炼结束，炉渣碱度均呈上升。
温度变化：入炉铁水1300℃左右；吹炼前期结束：1500℃左右；吹炼中期：1500℃-1550℃；吹炼后期：1650℃-1680℃.
10—2什么是转炉的炉容比，确定装入量应考虑哪些因素
装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量。
炉容比：它是指炉内自有空间的容积与金属装入量之比，通常在０．７—１．０波动，我国转炉炉容比一般在０．７５.
熔池深度：：合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度，以保证生产安全，炉底寿命和冶炼效果。
炉子附属设备：应与钢包容量，浇注吊车起重能力，转炉倾动力矩大小，连铸机的操作等相适应。
10-3 供氧制度的含义是什么，氧枪的枪位对熔池中的冶金过程产生哪些影响
供氧制度：确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。
氧枪的枪位的影响：枪位低，氧气射流对熔池的冲击力大，冲击深度深，炉内反应速度快，产生大量CO2使熔池内部搅拌充分，降低了熔渣中的全铁含量。枪位高反之。
10-4 转炉的成渣过程有何特点，成渣速度主要受哪些因素的影响，如何提高成渣速度
吹炼初期：炉渣主要来自于铁水中的硅、锰、铁的氧化物，碱度逐渐得到提高。吹炼中期：FeO含量逐渐降低，石灰熔化速度有所减缓，炉渣泡沫化程度迅速提高。吹炼末期：脱碳速度下降，渣中FeO含量再次升高，石灰加快熔化，熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失。
成渣速度主要受石灰熔化速度的影响
改变石灰本身的质量，铁水的成分，适当的采取高枪位，加入助溶剂。
10—5造渣的方法有哪几种，各有什么特点
答：有三种。
单渣法，工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制；
双渣法，双渣操作脱磷效率可达95%以上，脱硫效率约60%左右，操作的关键是决定合适
的放渣时间；
双渣留渣法，此法的优点是可加速下炉吹炼前期初期渣的形成。
10—6什么是终点控制，终点的标志是什么
答：终点控制是转炉吹炼末期的重要操作，主要指终点温度和和成分的控制。
达到终点的表现为：①钢中碳含量达到所炼钢种要求的范围；②钢中P、S含量低于规定下限要求一定范围；③出钢温度保证能顺利进行精炼和浇铸；④达到钢种要求控制的含氧量。
10-7 什么是溅渣护炉，其操作有什么要求
利用MgO含量到达饱和或者过饱和的炼钢终点渣，通过高压氮气的吹溅，使其在炉衬表面形成一层高熔点的熔渣层，并与炉衬很好的粘接。
要求：调整好熔渣成分，留渣量要合适，控制溅渣枪位，控制氮气的压力与流量，保证溅渣时间。
10-8 底吹氧气转炉炼钢法与顶吹氧气转炉炼钢法相比体现出哪些工艺特征
优点：金属收得率高，铁锰、铝合金消耗量降低，脱氧剂和石灰消耗量降低，氧耗降低，烟尘和喷溅少，脱碳速度快、冶炼周期短、生产率高，废钢比增加，搅拌能力大、氮含量低。
缺点：炉龄较低，氧化铁含量少、化渣比较困难、脱磷效果不如顶吹，钢中氢含量较高。
10-10 顶底复合吹炼工艺与顶吹工艺相比有哪些特点
成渣速度快，金属收得率高，脱硫条件好，钢水锰、磷含量高，钢水氧含量低，渣中FeO含量低。
答：①成渣速度快，需要的时间比顶吹转炉短；
②渣中∑（FeO）含量从吹炼初期到中期逐渐降低，中期变化平稳，后期稍有升高；
③顶底复吹工艺比顶吹工艺的脱氮效率高；
④出钢前钢水中的残锰比顶吹转炉高；
⑤脱磷率、脱硫率比顶吹转炉高；
⑥石灰单耗低，渣量少，能形成高碱度氧化性炉渣，提前脱磷，直接拉碳。
11—1何为“短流程”，它具有哪些优点，电炉炼钢工艺路线的“三位一体”，“四个一”指什么
答：废钢—电炉炼钢流程，其流程短，设备布置、工艺衔接紧凑，投入产出快，故称为“短流程”。
优点：投资少，建设周期短，生产能耗低，操作成本低，劳动效率高，占地面积小，环境污染小。
“三位一体”：电炉冶炼—炉外精炼—连铸
“四个一”：电炉—炉外精炼—连铸—连轧
11-4 传统电炉氧化法冶炼过程包括哪几个阶段，其中熔化、氧化、还原各期的主要任务
传统6阶段：补炉、装料、熔化、氧化、还原、出钢。
熔化：熔化块状炉料，加热到氧化温度；提前造渣，早期去磷；减小钢液吸气与挥发。氧化：继续脱磷到要求—脱磷；脱碳至规格下限—脱碳；去除气、去夹杂—二去；提高钢液温度—升温。
还原：脱氧至要求—脱氧；脱硫至一定值—脱硫；调整成分—合金化；调整温度—调温。
11—5试述现代电炉炼钢工艺操作特点。
答：配以炉外精炼，电炉采用留钢留渣操作，达到快速熔化与升温操作，脱磷操作，脱碳操作，合金化，良好的温度控制，泡沫渣操作。
11-8 氧-燃烧嘴主要解决什么问题
在尽可能短的时间内将废钢熔化并使钢液温度达到出钢温度。
11—10废钢预热节能技术有哪几种说出其设备特点和节能效果。
答：有四种。双壳电炉法：两个炉体一套供电系统，提高变压器的时间利用率，缩短冶炼时间，可回收废气带走热量的30%以上节电40~50kWh/t；竖窑式电炉：竖炉炉体为椭圆形，在炉体相当炉顶第四孔的位置配置一竖窑烟道，并与熔化室连通，节能效果明显，可回收废气带走热量的60%~70%，节电60~80kWh/t；炉料连续预热电炉：由炉料连续输送系统，废钢预热系统，电炉熔炼系统，燃烧室及余热回收系统等四部分组成，降低电耗60～100kWh/t。
11-11 电炉炼钢采取无渣出钢的意义是什么，渣、钢分离技术有哪些，偏心炉底出钢电炉的优点有哪些
氧化性的炉渣带入钢包精炼过程将会使精炼过程中钢液增磷，降低脱氧、脱硫能力，降低合金回收率以及影响吹氩效果与真空度等。
低位，偏心炉底，偏位炉底，侧面炉底，水平，滑阀等出钢法。
优点：出钢倾动角度的减少：简化电炉倾动结构；降低短网的阻抗；增加水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命。
留钢留渣操作：无渣出钢，改善钢质，有利于精炼操作；留钢留渣，有利电炉冶炼、节能。
炉底部出钢：降低出钢温度，节约电耗；减少二次氧化，提高钢的质量；提高钢包寿命。
12—1比较传统炼钢流程和现代炼钢流程，指出传统炼钢流程的特点，试述钢水二次精炼的优越性。
答：传统炼钢流程的缺点：低效率，高成本，钢种质量低，合格率低，冶炼时间长，环境污染严重，工艺控制难于掌控。
二次精炼的优越性：提高钢的质量，扩大品种，缩短冶炼时间，提高生产率，调节炼钢炉与连铸的生产节奏，降低炼钢成本，提高经济效益。
12-2 试述钢水二次精炼的手段及达到的目的。
基本手段有搅拌、真空、添加精炼剂、加热、渣洗、喷吹及喂丝等几种。当前各种炉外精炼方法也都是这些基本手段的不同组合。
目的：脱碳、脱气（H、N、CO）、脱氧、脱硫、去除夹杂物、控制夹杂物的形态、调整成分及温度。
12-3 什么是铁水预处理，铁水预处理的种类有哪些
铁水兑入炼钢炉之前，对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。
普通铁水预处理：脱硅、脱硫、脱磷（三脱）
特殊铁水预处理：提钒、提铌、提钨等
12-4 为什么铁水预脱磷前必须进行铁水预脱硅
铁水中硅的氧势比鳞的氧势低，当脱磷过程中加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷，所以硅比磷先氧化。为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，开发了铁水预脱硅技术。
12—5简单分析金属镁预脱硫的基本原理。
（1）金属镁溶于铁水：Mg(固)——Mg（液）——Mg（气）——[Mg](溶于铁水)
（2）高温下，镁和[s]有强亲和能力，铁水中[Mg]和气态的镁都能与铁水中的硫迅速反应生成固态的硫化镁，反应生成的硫化镁再铁水温度下是固态的并进入渣中。
12-6 如何实现铁水同时脱磷、脱硫
喷吹石灰粉剂，可以在铁水罐中不同部位造成不同氧势，喷嘴及氧枪附近氧势高，可以脱磷；灌底、内衬及渣铁界面氧势低，有利于脱硫。
12—7钢水二次精炼的主要方法有哪些
答：二次精炼又称炉外精炼，LF法、RH法、VD法、VOD法、AOD法。
12-8 LE电炉主要有哪些冶金功能
钢水升温、调温及保温功能；强化脱氧、脱硫功能；合金微调功能。
12-9 RH真空处理的工作原理及冶金功能是什么
原理：脱气室下部设有与其相通的两根循环流管，脱气处理时将将环流管插入钢液，靠脱气室抽真空的压差使钢液由管子进入脱气室，同时上升管中吹入驱动气体氩气，利用气泡泵原理引导钢水通过脱气室和下降管产生循环运动，并在脱气室内脱除气体。
功能：真空脱碳；真空脱气；脱硫；脱磷；升温；均匀钢水温度；均匀钢水成分和去除夹杂物。
12—10试述不锈钢炉外精炼的种类，AOD与VOD法各自的特点，解释“降碳保铬”的含义。
13—1连铸与模铸相比体现出那些优越性
1、成材率高；
2、节约能源；
3、减少劳动强度；
4、改善劳动环境；
5、生产效率高。
13—3如何确定液相穴深度和冶金长度
液相穴深度L液是指从结晶器液面开始到铸坯中心液相凝固终了的长度，也称为液心长度。
根据最大拉速确定的液相穴深度为冶金长度L冶。冶金长度是连铸机的重要结构参数，决定着连铸机的生产能力，也决定了铸机半径或高度，对二次冷却区和矫直区结构以及铸坯的质量都会产生重要影响。
13-4 中间包冶金的含义是什么
中间包，位于钢包与结晶器之间，起着减压、稳流、去渣、储钢、分流等作用。现代连铸的应用和发展过程中，中间包的作用越来越重要，其内涵不断扩大，从而形成了一个独特领域。
13-6 “负滑脱”的含义是什么，浇注速度提高后可采取哪些措施来解决坯壳与结晶器壁的粘接问题
含义：振动过程中结晶器下行速度大于拉坯速度
措施：使用新型保护渣，采用非正弦振动。
13-8 什么是凝固偏析，生产工艺中可采取哪些措施来控制偏析的产生
凝固结构中溶质浓度分布不均匀，最先凝固的部分溶质含量较低，而最后凝固的部分溶质含量则很高。
措施：增加钢液冷凝速度；合适的铸坯断面；采用各种方法控制钢液的流动；工艺因素；降低钢液中S、P含量；电磁搅拌；凝固末端的轻压下技术。
13-11连铸坯产生内部裂纹的根本原因是什么，有哪些具体措施可以减少因应力造成的裂纹
从结晶器下口拉出带液芯的铸坯，在弯曲、矫直和压辊的压力作用下，由于凝固前沿薄弱的固液界面上沿一次树晶或等轴晶界裂开。
采用压缩浇注技术、采用多点矫直技术、连续矫直技术；二冷区压辊辊距要合适、对弧要准；二冷区冷却水分配要适当，保持铸坯表面温度均匀；拉辊的压下量要合适。
应力集中
合理的陪睡和合适的冷却制度，以使铸呸的表面温度避开高温下的脆性区间，冷却要均匀，防止回热。
13—13什么是浇注温度，如何确定
连铸的浇注温度是指中间包内的钢水温度。
浇注温度（Tc）由下式确定：
Tc=Tl+△T
Tl——钢水的液相线温度。它取决于钢水所含元素的性质和含量。可根据铁与各元素间相图或查有关手册进行计算；
△T——钢水过热度。该值要根据浇注的钢种、铸坯断面、生产实际条件等多种因素确定。一般取值范围为5—40℃，
钢水流动性好、浇注过程温降小、铸坯断面大则取下限，反之亦然。如高碳钢小方坯连铸，可取15—25℃，
不锈钢小方坯连铸则应取25—35℃。
13-14 连铸保护渣的冶金功能是什么，其在结晶器中体现出什么样的结构特征
功能：绝热保温；隔绝空气；吸收非金属夹杂物，净化钢液；在铸坯凝固坯壳与结晶器内壁之间形成融化渣膜；改善了结晶器与坯壳间的传热。
保护渣有三层结构：液渣层、烧结层、粉渣层。形成的渣膜也为三层：冷凝式呈玻璃态或极细晶粒固体层、中间液体-晶体共存层、凝固坯壳侧液态层。