钢铁冶金学炼钢部分

炼钢学复习题

第二章

一．思考题

1.炼钢的任务。

1)脱碳：含碳量是决定铁与钢定义的元素，同时也是控制性能最主要的元素，一般来用向钢中供养，利于碳氧反应去除。2）脱硫脱磷：对绝大多数钢种来说，硫磷为有害元素，硫则引起钢的热脆，而磷将引起钢的冷脆，因此要求炼钢过程尽量去除。3）脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中的杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除，减少钢中含氧量叫做脱氧。（合金脱氧，真空脱氧）4）去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮，非金属夹杂物包括氧化物，硫化物以及其他化合物，一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。5）升温：炼钢过程必须在一定高温下才能进行，同时为保证钢水能浇成合格的钢锭，也要求钢水有一定的温度，铁水最温度很低，1300摄氏度左右Q215钢熔点1515摄氏度6）合金化：为使钢有必要的性能，必须根据钢中要求加适量的合金元素。7）浇成良锭：液态钢水必须浇铸成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料，同时要求质量良好，一般有模铸和连铸两种方式。

2.S的危害原因和控制方式。

（1）产生热脆。（硫的最大危害）（2）形成夹杂：S在固体钢中基本上是以硫化物夹杂的形式存在。降低塑性，危害各向同性（采用Mn抑制S的热脆），影响深冲性能和疲劳性能，夹杂物的评级，强度（S对钢的影响不大）（3）改善切削性能（这是硫的

唯一有用用途）

（2）控制措施有两种方法：（1）提高Mn含量：Mn/S高则晶界处形成的MnS量多、FeS 量生成量少，提高了钢的热塑性，减少了钢裂纹倾向。（2）降低S含量：过高的S 会产生较多的MnS夹杂，影响钢的性能。

3.Mn控制S的危害的原理，要求值。Mn影响S的原理：钢中的Mn在凝固过程中同样产生选分结晶，在晶界处与S反应生产MnS。Mns的熔点高，在轧制和连铸过程中仍处于固态，因此消除了低熔点FeS引起的热脆现象。Mn\S:Mn对S的控制力，一般用Mn和S的质量百分数的比值表示，称为“锰硫比”。一般认为Mn\S>7即可消除热脆，但在连铸过程中Mn\S>20才能有效的控制鋳坯裂纹。

4.P含量与性能的关系。（1）产生冷脆（2）降低抗裂纹性能（3）影响强度和塑性（4）改善钢的特殊性能。

5.为什么脱氧。

（1）影响浇注过程：沸腾、侵蚀、水口堵塞（2）铸坯中产生气泡：C和O的凝固富集产生CO气体，气量小时在铸坯中产生气泡（3）影响热脆性：在凝固过程中在晶界富集形成FeO，与FeS形成共晶体（4）形成夹杂物：凝固过程中O偏析使脱氧反应重新进行，形成凝固夹杂。

6.(O)和T（O）的意义和区别。

溶解氧：液态钢水中以溶解状态存在的氧元素称为溶解氧，以【O】表示。

全氧：钢中（包括液态和固态）所有的氧元素称为全氧，以T【O】表示。包括溶解氧和夹杂物中的所有氧元素。

7.减少气体含量的措施。减少入炉原料带入的气体元素。2）控制温度、裸露时间和面积。3）改善脱气条件。4）真空脱气。5）保护浇注。

8.H和N的来源。

N的来源：铁水，氧气，空气（电炉空气电离增N,转炉倒炉时增N,浇注时从空气中增N），合金料，

H的来源：氧气，石灰，耐火材料，铁水和废钢。

二．名词解释：

热脆：钢在某一略高的温度范围内产生断裂的现象。

溶解氧：液态钢水中以溶解状态存在的氧元素称为溶解氧，以【O】表示。

全氧：钢中（包括液态和固态）所有的氧元素称为全氧，以T【O】表示。

第三章

一．思考题

1.脱碳反应对炼钢的影响。

（1）降低熔池中的[C]含量2搅拌熔池，均匀熔池温度和成分3促使形成乳化液和泡沫渣4清除杂质，改善钢水质量5影响熔池温度6导致吹炼过程中的喷溅。

2.钢液增碳的热效应。○1碳溶解是吸热反应。○2增碳剂由室温升高到钢水温度也要吸热，因此碳量增大，出钢温降较大。

3.铁水Si含量对炼钢的影响。过低：1）钢水温度低2）废钢用量小，产量低3）渣量少，脱S、P困难。过高：1）渣量大容易喷溅2)石灰消耗高3)吹损大，金属收得率低4)侵蚀炉衬，降低炉龄5)铁水成本高。

4.脱碳反应的产物。脱碳反应的产物大多数石CO，含少量的CO2。

5.脱碳反应的控制环节。气泡生成环节（气泡生成过程并不是脱碳反应的控制环节），化学反应环节（表现活化性），C和O扩散环节（是整个脱碳反应速度的控制环节）

6.气体溶解的热效应。气体溶解是吸热反应，其溶解度随温度升高而增加。

7.常用的三种脱气方式。脱碳（气泡真空，改善传质，扩大气液界面），吹氩脱气，真空脱气。

8.降低钢中气体含量的措施。1）减少入炉原料带入的气体元素。2）控制温度、裸露时间和面积。3）改善脱气条件。4）真空脱气。5）保护浇注。

9.脱C对脱气的影响方式。1）气泡真空：CO气泡对氧气、氮气来说是一个真空室。2）改善传质：CO气泡溢出对钢液形成强烈搅拌，改善了N和O的扩散传质。3）扩大气液界

面，减少了传质距离：钢中大量CO气泡扩大了气液界面。

10.脱S，脱P的热力学条件。脱P的热力学条件:高碱度，高氧化铁，大渣量，低熔池温度，脱S的热力学条件: 高碱度，高温，大渣量，低氧化铁

11.冶炼低P钢的措施。减少原料含P量，优化脱P工艺，减少回P。

12.钢铁脱S的方式。脱硫形式：元素脱硫、碱性氧化物、汽化脱硫和炉渣脱硫。

二．名词解释：

碳氧积，过剩氧。

碳氧积：在平衡条件下，钢液中的[%C]和[%O]的乘积成为碳氧积.

和熔池内实际氧含量[O]之差称为”过剩氧”.

过剩氧：与熔池中[%C]平衡氧含量[%O]

平衡

台阶形曲线：整个脱碳过程中脱碳速度变化的曲线。

临界碳含量：吹炼过程中脱碳速度开始下降的碳含量。

第四章思考题

一．名词解释

冶炼周期：冶炼一炉钢的时间，或相邻俩炉钢的间隔时间。

拉碳：根据操作因素和钢种要求，确定结束吹炼时机，提起氧枪停止吹氧，倒炉，测温，取样化验钢水成分，这个过程为拉碳。

补吹：在拉碳后,熔池成分或温度未达到出钢要求,需补充吹氧进行调整。

供氧时间：在一炉刚冶炼过程中，纯吹氧所用的时间。

装入量：每炉装入铁水和废钢的数量称为装入量。

炉龄：从开新炉到停炉的整个炉役期间炼钢的总炉数。即炉衬寿命。

炉役：从开新炉到停炉的整个期间。

氧气流量：单位时间内向熔池内供氧的量。

供氧强度：单位时间内每吨钢液的供氧量。

氧压：氧气入口前测定点的氧气压力，也称工作氧压。

氧枪高度（枪位）：氧枪喷头出口端距静止金属液面的高度。

冲击深度：氧气射流冲击区的凹坑深度。

冲击面积：氧气射流冲击区在熔池表面的面积。

硬吹：低枪位或高氧压的吹炼模式。

软吹：高枪位或低氧压的吹炼模式。

返干：在冶炼中期向乳化液中提供的FeO减少，而乳化液内部的FeO消耗增加，结果导致渣中FeO减少，炉渣内液体部分消失，炉渣重新变得粘稠和干燥，这种现象叫返干。

拉碳法：在吹炼终点时，不但熔池的P、S、符合出钢要求，而且熔池中的C加上铁合金带入的C 能够达到钢种要求，不需要再向钢包内加增碳剂增碳，这种操作工艺叫做~

增碳法：在冶炼碳含量>0.08%的钢种时,把终点碳吹炼到0.05%左右,然后根据钢种要求,再用增碳剂在钢包内增碳,这种操作工艺叫增碳法。

合金收得率：在脱氧合金化中，合金元素被钢水吸收的量占总加入量的百分比。

二思考题

1.夹杂物对钢性能的影响和机理。非金属夹杂物对钢性能的影响（1）危害：○1降低塑性○2降低韧性○3恶化疲劳性能○4不利于冷加工性能○5扩大各向异性（2）作用：易切削钢、细化晶粒、沉淀硬化、促进晶粒取向。机理：夹杂物不溶于钢基体，以独立相存在，从而破坏了钢基体的连续性，造成了钢组织的不均匀和应力集中。

2内生夹杂与外来夹杂的特点。外来夹杂物特点1）成分复杂2）形状不规则3)颗粒大，属于大型夹杂4）随机存在，分布无规律5)含量少。内生夹杂物特点1)颗粒细小2）分布均匀有规律3）含量多4）形状与性质有关5）位置依形成时间而定。

3影响夹杂排除的因素。1）脱氧能力2）夹杂物尺寸3）夹杂物形态4）夹杂物性质5）钢液温度：温度降低，夹杂物上浮阻力增加6）钢液流动7）夹杂物吸附

4减少夹杂物的措施。1)减少和排除脱氧产物2）防止钢水二次氧化3）减少卷渣4）降低耐火材料熔损

6.LD钢的特点。1冶炼时间短，生产率高2可冶炼钢种多，品种范围广3原料适应性强4基建投资少，建设速度快5生产节奏均衡，有利于与连铸工艺匹配6气体含量少7杂质含量低8成本低。

7LD冶炼中FeO的变化规律。1.初期渣中（%FeO）较高，20~30% 2.中期脱碳加速，渣中FeO消耗增加，含量逐渐降低3.后期C%降低，铁氧化量增加，且脱碳消耗减少，%FeO增加。

8装入量对生产的影响。（1）过大：反应空间减少，喷溅增加；限制供氧强度；冶炼时间增加；造渣困难；钢水无法出净，影响兑铁安全和溅渣护炉等。（2）过小：降低产量；损坏炉底：熔池深度小，炉底容易受到氧气射流冲击；影响炉外精炼：LF无法加热等

9冲击深度对冶炼的影响。冲击深度过大：1.熔池搅动曾加2.熔池升温速度快3.熔池吸氧程度大脱碳速度高4.渣中FeO含量低，不利于化渣，甚至引起炉渣返干。5.反应速度快，喷溅曾加6.易损坏炉底。冲击深度过小：1.熔池搅动弱2.熔池升温慢3.熔池吸氧减少，脱碳速度慢4.渣中FeO含量高，有利于化渣和脱P。

10吹炼模式对炉渣氧化性的影响？

软吹：氧流与炉渣接触面积大，直接传给炉渣的氧多，炉渣氧化性增强。

硬吹：氧直接传给炉渣的氧减少，%FeO减低

11LD转炉的主要氧化方式。（直接氧化，间接氧化，炉渣氧化）

12三相乳化液产生动力。（氧气射流和CO溢出）

13氧枪操作方式以及目前使用的主要方式：

恒枪变压，变压变枪，恒压变枪（目前采用的方式）

14枪位对冶炼的影响1熔池搅拌。低枪位形成硬吹模式，搅拌力大，枪位低熔池搅拌充分2渣中FeO。低枪位使渣中FeO降低，高枪位使渣中FeO升高3熔池温度：低枪位使熔池温度升高。

15FeO在不同时期应达到的水平。（前期20%~30%。中期10%~15%）

16LD对造渣的要求。1）快速造渣。2）适当的物理性质。3）合理的反应性能。4）有利于保护炉衬。5）避免喷溅等操作事故。6）控制终渣氧化性。

17萤石和白云石对造渣的作用。白云石用于提高渣中氧化镁的含量（促使石灰融化，保护炉衬）萤石是最常用的助溶剂，具有很好的化渣能力

18生烧石灰对炼钢的危害。1）石灰用量大。2）化渣时间长。3）降低熔池温度，减少废钢用量。4）影响冶炼操作。

19LD转炉内石灰融化机理。1）熔渣受到冷却在石灰表面形成渣壳，其熔化后石灰才开始溶解。2）炉渣渗透到石灰内部，与石灰间产生化学反应形成熔渣。3）防止和破坏C2S致密层，保持石灰继续熔化。

20改善石灰融化的措施。（1）改善石灰质量（2）适当提高枪位，增加熔渣内FeO（3）采用适量助溶剂（4）提高熔池温度（5）加强熔池搅拌，改善传质和传热条件

21FeO加速石灰融化的原因。1）显著降低炉渣粘度，加速熔渣传质。2）改善炉渣对石灰的润湿性能，提高炉渣向石灰孔隙中的渗透能力。3）FeO与氧化钙同是立方晶系，并且离子半径小，有利于FeO向石灰晶格中迁移和扩散。4）FeO能减少C2S的生成，同时也能穿透C2S层使其疏松，有利于C2S溶解。

22成渣途径有哪几个；及其优缺点。（1）钙质成渣途径；优点：炉衬侵蚀小，喷溅可能性小。缺点：前期化渣不利，脱P,S困难，容易粘枪（2）铁质成渣途径；优点：脱磷和脱硫效果好，能够实现高拉碳。缺点：容易喷溅，操作困难；高FeO炉渣容易侵蚀炉衬。（3）全程化渣；两个途径的折中方法。

23常见的造渣方法。单渣法，双渣法，留渣法

24留渣法的优缺点。优点：转炉终渣具有较高的R和FeO，熔点低流动性好，具有大量的物理热○1提高初期的成渣速度；○2提高前期的脱S和脱P效果；○3节省石灰用量；○4提高转炉的热效率；缺点：在兑铁时容易引起大喷事故。

25抑制喷溅的主要途径。（抑制泡沫渣的形成是控制喷溅的主要途径）

26防止喷溅的措施。1）控制熔池温度平稳上升。2）采用全程化渣工艺。3）合理加料工艺，防止炉温产生大的波动，4）控制中期枪位适中，避免喷溅和返干。5）合理装入制度，减少超装量。6）采用合理压渣工艺处理喷溅。

低P铁水内对温度影响最大的影响。低磷铁水中C含量变化不大，Si含量和铁水温度是影响的主要因素

冷却效果最好的冷却剂。（废钢）

过程温度的控制要求。（1）满足快速造渣：保证尽快形成成分和性质符合要求的炉渣（2）顺利脱磷脱硫：在不同时期保证不同的精炼要求（3）维持温度平稳上升：满足吹炼过程平稳和顺利进行的要求，防止喷溅（4）保证选择性氧化：如高温脱碳保铬（5）达到终点温度要求：协调熔池升温和脱碳，准确控制终点。

废钢融化机理。1）铁水在废钢上凝固2）废钢表面的凝固铁熔化3）废钢升温和渗碳熔化4）废钢熔化

终点控制的基本要求。在吹炼结束时，熔池内钢水的化学成分和温度同时满足出钢要求。具体来讲，一般是C,S,PT四个指标同时满足出钢要求。由于S,P去除困难，生产中尽可能在终点钱使其达到目标要求。

出钢温度包括哪三个部分。钢种的液相线温度，过程温度，中间包过热温度。

出钢温度对生产的影响。（1）温度过低：不利于浇注，甚至水口冻结回炉（2）温度过高1）加剧炉衬侵蚀，降低炉龄2）增加终点氧含量，恶化钢质量3）钢铁料和合金消耗增加4）降低氧枪和出钢口寿命

降低出钢温度的措施。1）维护出钢口2)钢包烘烤3）减少出钢时间4）合金料烘烤5）改善钢包保温层6）减少钢包数量7）钢包清洁、无包底8）钢包加盖9）钢包和中间包液面保温10）减少钢水的等待时间

拉碳法和增碳法的优点。拉碳法的优点：直接优点石终点碳含量高。拉碳法的缺点：与增碳法有点对立。增碳法的优点：1.操作简单，控制稳定；2.终点命中率高；3.减小冶炼周期，供养强度高，减少拉碳和补吹次数；4.化渣好，脱S,P率高；5.喷溅小：不要求提前化渣；

6.废钢用量大：Fe氧化增加热量多。增碳法的缺点：与拉碳法对立（拉碳发最常用）

挡渣的目的。1）减少回磷2）降低合金料消耗3) 稳定脱氧操作和成分4）减少对精炼影响5）减少夹杂物6）增加出钢口寿命7）减轻钢包衬侵蚀

出钢时间对生产的影响。（1）时间长：刚水温度降大；冶炼周期长；搅拌力弱；吸气量大（2）时间短：搅拌不充分；下渣量大；影响合金加入控制

影响转炉终点氧含量的措施。终点高拉碳，2增大供氧强度。3采用多孔喷头，4消除和减少补吹次数，5终点前适当降低枪位，6保证炉内一定的镇静时间。

终点氧化对生产的影响。1）直接影响脱氧元素的收得率2）钢水成分的命中率3）夹杂物含量4）炉衬寿命

降低氧含量的措施。○1终点高拉碳，○2增大供氧强度。○3采用多孔喷头，○4消除和减少补吹次数，○5终点前适当降低枪位，○6保证炉内一定的镇静时间。脱氧的四种方式。1）沉淀脱氧2）钢渣界面脱氧3）渣中脱氧4）真空脱氧

沉淀脱氧的优缺点。优点：脱氧速度快；缺点：脱氧产物容易滞留在钢液中形成夹杂物。

影响合金收得率的因素。1）终点氧含量。氧含量高吸收率低。2）脱氧能力。脱氧能力高吸收率低。3）钢种元素含量：元素含量高吸收率多。4）下渣量：下渣量多元素收得率低。5）其他脱氧元素：其他脱氧元素高，合金收得率高。6）出钢时间：时间长收得率低。7）钢流状态：钢流圆滑，吸氧量少，合金收得率高。

钢包底吹Ar的作用。均匀成分、均匀温度、夹杂上浮、精炼中加快传质。

复吹转炉的优点和冶金特点。复吹冶金特点：○1由于增加底部供气，与LD相比，加强熔池搅拌，是熔池更加均匀。○2熔池搅拌增强，改善了钢——渣反映条件使其更接近平衡，过氧化现象降低。○3底吹惰性气体，使气泡中CO的分压低，有利于脱碳反映。○4通过改变顶枪位置和底吹炼制度，可以控制化渣，有利于充分发挥炉渣的作用。○5采用复吹方法，使熔池富余热量减少，降低了废钢比（喷吹燃料和炉气燃料除外）。复吹冶金优点：○1吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率高；○2降低夹杂提高质量.延长炉龄；○3合金收得率高；○4脱磷能力强，石灰消耗降低；极限终点碳降低，有利于炼超低C钢；○6提高生产率

底吹供应的种类。（Ar、N2、CO2、O2和空气。）