学习情境1物料的识别及选用

学习情境1物料的识别及选用任务1.1废钢、铁水及生铁的识别和选用【任务描述】通过转炉冶炼原料样本的观察和比较，会对废钢、铁水及生铁进行识别和选用。能够识别各种废钢铁，并根据所炼钢种的不同选用钢铁原材料。【任务分析】技能目标：①据所炼钢种的要求选用不同的钢铁料②据所炼钢种的要求选用合适的铁水原料知识目标：①废钢铁中密封容器和有害元素的识别【知识准备】1.1.1操作步骤或技能实施1.1.1.1识别(1)废钢与生铁的识别。钢是碳含量低于1.70％的一种铁碳合金，炼钢生产中所炼钢种碳含量大多在1.00％以下。钢的特点是强度高、塑性好，可以锻、轧成各种所需要的形状，并且能随成分、压力加工和热处理方法的不同获得不同性能的材料。所谓废钢是指已不能正常应用的钢材余料；锈蚀或报废的机器部件；零件加工时的碎屑，如车屑、刨屑或磨屑等。钢厂的废品及返回料等，一般以锭、坯、棒、管、板、管、带、丝、压块、铸件、轧辊等形态出现。合金废钢可以采用手提光谱仪、砂轮研磨来鉴别钢种，必要时也可以作化学分析来鉴别。如表1-7为某厂废钢分类及规格。表1-7废钢分类及规格类别各种废钢典型举例块度/mm×mm×mm单重/kg重型废钢中包大块、铸坯及其切头、切尾、重型机械零件及重铸造钢件＜400×500×800＜500中型废钢钢材及其切头、切边、机械零件及铸钢件、工业设备废钢等＜300×400×800＜300小型废钢钢材切头、机械零件、铸件工具、农具等轻薄废钢钢带及切头、薄板及切边钢丝盘条、钢屑等＜8渣钢包底钢、跑钢、渣钢(含钢78%)生铁以铁块、铁水、铸件、轧辊等形态出现。生铁是碳含量w(C)＞2.0％的另一种铁碳合金，炼钢生产中所用的生铁，其碳含量w(C)=3.5%～4.4％之间。它的特点是无塑性，很脆，不能进行压力加工变形，熔点较低，液态时的流动性比钢好，易铸成各种铸件。固态生铁标为铁块，表面大多有凹槽及肉眼可见砂眼。铁块有两大品种：一是灰口铁，也叫灰铸铁，因其断面呈暗灰色而得名，其硅含量较高，液态时流动性好，常用于生产铸件；二是白口铁，因其断面呈亮白色而得名，其硅含量较低，一般作为炼钢用生铁。表1-8为某厂炼钢生铁块技术要求。液态生铁称为铁水，分为化铁炉铁水和高炉铁水两大类。二者相比，高炉铁水中的硫、磷含量一般较低，而碳、硅含量较高，铁水兑入转炉时会飞扬起一层飞灰，其中还可能夹带有闪亮的细片。表1-9为某厂铁水技术要求。化铁炉铁水是浪费能源、破坏地球环境的工艺，必须淘汰。表1-8炼钢用生铁块技术条件铁种炼钢用生铁铁号牌号炼04炼08炼10代号L04L08L10化学成分w/%C≥3.50Si＜0.450.45～0.850.85～1.25Mn一组≤0.30二组0.30～0.50三组大于0.50P一级＜0.15二级0.15～0.25三级0.25～0.40S特类≤0.02一类0.02～0.03二类0.03～0.05三类0.05～0.07注：优质钢种用铁块为L04或L08；P一级；S一类或特类表1-9某厂炼钢用铁水技术条件项目w(Si)/%w(Mn)/%w(P)/%w(S)/%温度/℃成分0.45～0.85≤0.6≤0.15≤0.05≤1250前后波动量±0.15±0.05±0.03注：优质钢种对铁水的要求见该钢种操作要点(2)废钢来源。废钢来源主要有两方面。一是社会废钢：社会上的工业废钢(如旧机器及部件，废轧辊，废铸件，车刨屑等)和生产废钢(如废旧铁门窗，铁锅及家用工具等)，经回收分类后可以作为炼钢生产的金属料，使这些废钢得到再生。二是钢厂自己的返回料(其中有的是合金返回料)：一般是指开坯、成品车间的切头、切尾、冷条、报废的坯料及钢材等，炼钢车间的注余钢水、包底残钢、汤道以及报废的钢锭等。合金返回钢返炼后可以回收其中的合金元素，节省自然资源。1.4.2.2根据所炼钢种的要求选用不同的钢铁料(转炉炼钢)(1)所炼钢种对硫、磷有较高要求的，宜选用含硫、磷低等级的铁块或铁水。(2)所炼钢种对夹杂物有严格要求的，应选用纯净的(一级或二级)废钢。(3)对钢种硫磷含量要求特别严格的应对所用铁水进行预处理，预先将铁水中的硫、磷含量脱到很低水平后再进行炼钢。1.4.3注意事项(1)废钢(特别是合金废钢)应分类堆放，标明钢种及成分。(2)要根据炼钢要求，配料时应合理搭配使用各种废钢铁。(3)必须根据钢种要求正确选用合金返回料。(4)废钢中不得混有砖块、泥砂、油、回丝等杂物，也不得混有有色金属、封闭物等，否则会增加冶炼难、降低钢质、成分出格报废，甚至发生爆炸等恶性事故。1.4.4知识点1.4.4.1金属料的分类废钢的分类见表1-10。1-10碳素废钢的分类、尺寸和单重(GB4223-84)类别代号各类废钢典型举例供应状态单重/kg外形尺寸/mm×mm×mm一、重型废钢FG1钢锭、铸坯及其切夹、切尾，重型机械的零部件及其铸钢件等块状500～＜1800≤1200×500×400二、中型废钢FG2各种钢材及其切夹、切边、机械废钢件、船板、各种铆焊件、铸余、齿轮、火车轮轴、铸钢件等块、板、条及其他异型状30～＜500≤500×400×300三、小型废钢GF3各种钢材及其切夹、切边、机器废钢件、镰斧、锄头、撬棍、铁路道钉等条块状＜30＜500×400×300板材厚度≥4四轻型废钢一级冷打包块二级冷打包块三级冷打包块散料GF4.1GF4.2GF4.3GF4.4GF4.5薄板及其切头、钢丝、盘条等轻薄料(板材厚度＜4mm，直径＜80mm为轻薄料)机械打包散状密度≥2.0密度≥1.5密度≥1.0≤800×500×400500×400×2～3.9500×400×(﹤2)五钢屑冷压块一级热打包块二级热打包块钢屑GF5.1GF5.2GF5.3GF5.4冷机械加工切屑钢屑，不许夹有铁屑及夹杂物，FeO≤5％钢屑，不许夹有铁屑及夹杂物，FeO≤5％散状钢屑机械压块机械压块机械压块条、粒状密度≥2.5密度≥2.0密度≥1.5≤800×500×400或圆饼≤800×500×400≤800×500×400长度≤250(铁合金炉用)≤120六、渣钢GF6钢包底，跑钢，轧钢等块状分别同重、中、小型废钢1.4.4.2铁水质量对冶炼的影响这里讲的所谓铁水质量主要是指铁水的成分和入炉温度。A铁水温度的影响转炉炼钢所需的热量主要来自两方面：一来自于铁水本身温度所具有的物理热，二来自于铁水中元素在氧化过程中放出的化学热。表1-11为某150t顶底复吹转炉某炉次测定的数据(括号内为测定值，括号前为换算成kJ的值)。表1-11热平衡表热收入热支出项目热量kJ(kcal)%项目热量kJ(kcal)%铁水物理热各元素的氧化热108459(25900)94049(22459)51.4744.63铁水物理热炉渣物理热矿石分解热炉气物理热烟尘带走热铁珠及喷溅带走热其他热损失132747(31700)33082(7900)12563(3000)16667(3980)1893(452)3220(769)10549(2519)63.0015.705.957.920.921.535.00其中：CSiMnPFe55821(13330)25042(5980)1118(267)3915(935)8153(1947)26.4911.880.531.863.87烟尘氧化热SiO2成渣热4250(1015)3957(945)2.021.88共计210720(50320)100.00共计210720(50320)100.00从表1-11中可知，铁水温度带进去的物理热占整个热收入的51.47％，是转炉炼钢的主要热源之一。可见，铁水温度对冶炼过程的温度控制有着重要作用。B铁水成分的影响a铁水成分对冶炼温度的影响从表1-11中数据可知，铁水中元素氧化后所释放出来的化学热占整个热收入的44.63％，是非常主要的热量来源。可见铁水的成分对冶炼过程的温度控制有着重要作用。b铁水成分对冶炼的影响(1)铁水中磷、硫含量的影响。一般情况下，如果铁水中磷、硫含量高，在正常的渣量、碱度、流动性和氧化性的情况下(即去磷、去硫效果相同的情况下)得到的钢水中的磷、硫含量亦为较高，势必会降低钢的质量。但当发现铁水中磷、硫含量较高时，可以采用增加渣料用量、增加换渣次数的办法来强化脱磷、硫的效果(或者先进行铁水预处理，先将铁水中的磷、硫量降下来)，使钢水中的磷、硫含量降到符合所炼钢种要求的范围，所以当铁水中磷、硫含量较高时经过工艺操作最后不会使钢水中磷、硫含量偏高，但必定会增加冶炼的负担和难度，增加冶炼时间和冶炼成本。(2)铁水中硅、锰对冶炼的影响。铁水中硅、锰的氧化会增加冶炼中的热收入，从表1-11中数据可知，特别是硅，其氧化热占热收入的11.88％，这对提高熔池温度有利。锰的氧化物MnO是碱性氧化物，其生成既增加了渣量又减轻了炉渣的酸性，并有利于化渣。但硅的氧化物SiO2是强酸性物质，它的存在会增加对炉衬的侵蚀程度，降低碱度。为减轻其影响，在工艺上要加石灰(也增加了热量消耗)，增加了造渣操作难度。1.4.4.3废钢质量对冶炼的影响A废钢成分对冶炼的影响其影响同铁水成分对冶炼的影响。B废钢外观质量的影响废钢外观质量要求洁净，即要求少泥砂、垃圾和无油污，不得混入橡胶等杂物，否则会使熔池内SiO2、Al2O3、[H]、[P]、[S]等杂质增加，其结果将增加冶炼的难度，增加熔剂等消耗，降低钢的质量。另外严禁混入密封容器，因为它受热膨胀容易造成爆炸恶性事故。炉料还要求少锈蚀。锈的化学成分是Fe(OH)2或Fe2O3·H2O，在高温下会分解而使[H]增加，在钢中产生白点，会降低钢的机械性能(特别是塑性严重恶化)。而且锈蚀严重时会使金属料失重过甚，不仅使钢的收得率降低，而且还会因钢水量波动太大而导致钢水中化学成分出格。C废钢块度对冶炼的影响入炉废钢的块度要适宜。对转炉来讲，一般以小于炉口直径的1/2为好，单重也不能太大。如果废钢太重太大，可能会导致入炉困难，入炉后由于对炉衬的冲击力太大而影响炉衬的寿命，个别大块废钢入炉后甚至到冶炼终点时还不能全部熔化，出钢后会造成钢水温度或成分出格。如果废钢太轻太小也不好，其体积必然增大，入炉后会在炉内堆积，可能会造成送氧点火的困难。所以炼钢厂根据炉子容量大小对废钢块度和单重都有具体规定(见表1-10)。例如某厂30t转炉规定入炉废钢的最大边长不大于500mm，最大面积不大于0.27m2，最大单重不大于300kg；调温用废钢最大边长不大于400mm，最大单重不大于25kg。1.4.4.4废钢的冷却效应A废钢的冷却效应定义废钢在转炉冶炼过程中既是金属料，又是冷却剂，所以必须掌握废钢的冷却效应的概念：在一定条件下加入1kg废钢所消耗的热量称为该冷却剂的冷却效应。B废钢冷却效应的计算Q废＝MC废(t废－t常)+Mλ+MC液(t出－t废)(1-1)式中Q废——加入1kg常温废钢，加热到出钢温度的吸热(冷却效应)；M——废钢加入量，取1kg；C废——废钢从常温(25℃)到液态的平均容热，取0.700kJ/kg•℃；T废——废钢的平均熔化温度，取1500℃；T常——常温，取25℃；λ——废钢的熔化热，取272kJ/kg；C液——液体金属(钢水)的热容，取0.837kJ/kg·℃；t出——钢种的出钢温度，设定取1670℃；以上数据代入式1-1后，得：Q废=1×0.700×(1500－25)＋1×272＋1×0.837×(1670－1500)=1446.8kJ/kg(废钢)Part2废钢铁中密封容器和有害元素的识别1.5.1目的与目标挑出混入废钢铁中的有害杂质，保证废钢铁的入炉质量及安全生产。1.5.2操作步骤或技能实施(1)借助火花鉴别等方法检查废钢中是否混入有色金属(铜、锡、铅、锌等)。(2)在废钢堆场，在废钢整理或废钢入炉前凭借肉眼和手感仔细观察和检查并挑出有害杂质。(3)检查混入废钢铁中的铜。铜(Cu)，金黄色金属，富有延展性，熔点1080℃，氧化后生成碱式碳酸铜，绿色(俗称铜绿)，具有良好的导热、导电性，常用以制作电器开关、触头、电线、马达线圈等。铜主要以这些形态混入废钢