钢铁生产基础知识

钢铁生产基础知识烘熔钢铁技术中心2017年10月钢铁生产铁矿含铁50%以上成为富铁矿；35-50%为低品位铁矿；25-35%为贫铁矿；25%以下为超贫铁矿；中国97%的铁矿为贫铁矿；中国四大富铁矿基地：河北武安、海南昌江、四川攀枝花、辽宁鞍山；中国铁矿石需求量75%需要进口，进口来源地：澳大利亚、巴西、南非。铁矿石1磁铁矿：铁黑色，化学式为Fe3O4,理论含铁量为72.4%。一般来说，开采出来的磁铁矿含铁量为30%-60%赤铁矿：半金属色泽，化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%。赤铁矿含铁量一般为40%～60%，有害杂质硫和磷含量少，还原较磁铁矿好，赤铁矿是优良的炼铁原料。磁铁矿赤铁矿铁矿石2褐铁矿：外表颜色为黄褐色、暗褐色，化学式为2Fe2O3·H2O，一般品位37～55%。褐铁矿含铁量虽低于磁铁矿和赤铁矿，但它较疏松，易于冶炼，所以也是重要的铁矿石。菱铁矿：灰白或黄白色，化学式为FeCO3，理论含铁量48.2%。自然界中有开采价值的菱铁矿比其他三种矿石都少。褐铁矿菱铁矿钢铁生产流程1.---采矿，获得铁矿石；2.---选矿，将铁矿石破碎、磁选成铁精粉；3.---烧结，将铁精粉烧结成具有一定强度、粒度的烧结矿；4.---炼铁，将烧结矿运送至高炉，热风、焦碳使烧结矿还原成铁水，并脱硫；5.---炼钢，在转炉内高压氧气将铁水脱磷、去除夹杂，变成钢水；6.---精炼，进一步脱磷、去除夹杂，提高纯净度；7.---连铸，热状态下将钢水铸成具有一定形状的连铸坯；8.---轧钢，将连铸坯轧制成用户要求的各种型号的钢材，如板材、线材、管材等。炼铁炼铁实质：是将铁从矿石中还原的过程即焦炭作燃料和还原剂，在高温下将铁矿石从氧化物状态还原为液态生铁。其反应原理：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2炼铁方法：高炉炼铁炼铁的方法就是从炉顶加入矿石、焦炭和石灰石，从炉底部向炉内通入加压空气，在焦炭燃烧时，矿石、石灰石与焦炭一起发生反应，最终形成铁水和炉渣。炼铁原料：铁矿石、焦炭、溶剂（石灰石）等炼铁产品：生铁液、副产品有炉渣和炉气高炉结构炼铁系统铁水预处理炼钢炼钢实质：是通过氧化降低生铁中的碳与杂质元素的含量，使之达到标准规定的成分和性能；炼钢原料：炼钢的原料有生铁、废钢、熔剂（石灰石等）、脱氧剂（硅铁、锰铁、铝等）、合金料等；炼钢过程：主要包括氧化、造渣、脱氧等；炼钢方法：目前炼钢方法主要有氧气顶吹转炉炼钢和电炉炼钢等；炼钢产品：钢水（浇注成铸锭或连铸成钢坯）；副产品：钢渣、炉灰、沉积物等氧气顶吹转炉1氧气顶吹转炉2转炉炼钢的特点使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200℃），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。主要以生铁液为原料，加适量的废钢，其特点是生产率高、节省能源、成本低，适合于大型钢铁联合企业，主要生产各类普通用途的非合金钢（碳钢）。炉外精炼1为了满足更高质量、更多品种的高级钢，对出炉后的钢水进行如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等炉外处理。也叫二次冶金。初炼和精炼初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼2炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼真空下炉外精炼。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼钢包精炼型炉外精炼等。炉外精炼3目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有：LF法、RH法、VOD法：LF法：钢包炉精炼法。LF炉已成为炼钢炉与连铸机之间不可缺少的一种炉外精炼设备。RH法：循环法真空处理法。大容量钢包（＞80t）的钢水主要真空处理方法。VOD法：真空吹氧脱碳法一种在真空条件下吹氧脱碳并吹氩搅拌生产高铬不锈钢的炉外精炼技术。炉外精炼4LF炉连铸轧钢轧制轧钢工序有两大任务：精确形状尺寸，改善组织性能精确形状尺寸①合理的孔型设计（型钢）、辊型设计（板带钢）、压下规程及轧机调整（压下规程内容是确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每道次压下量）②轧制过程工艺参数稳定，如：温度、速度、张力等改善组织性能①变形程度：应保证改善铸态组织，保证压缩比和细致均匀的晶粒度（变形程度较大，压应力状态强，有利于改善组织和性能）。②变形温度：开轧温度和终轧温度影响钢材的组织和性能（钢坯在不影响质量的前提下尽量提高开轧温度，开轧温度的确定原则：必须以保证终轧温度为依据）。铁碳平衡相图0.09七种铁碳合金按含碳量和室温平衡组织的不同，铁碳合金分为七种：1、含碳量0~0.0218%，为工业纯铁。组织为：铁素体+三次渗碳体。2、含碳量0.0218~0.77%，为亚共析钢。组织为：珠光体+铁素体3、含碳量恰好为0.77%，则为共析钢。组织为：珠光体4、含碳量0.77~2.11%，为过共析钢。组织为：珠光体+二次渗碳体5、含碳量2.11~4.30%，为亚共晶白口铸铁。组织为：珠光体+二次渗碳体+莱氏体6、含碳量恰好为4.30%，则为共晶白口铸铁。组织为：莱氏体7、含碳量4.30~6.69%，为过共晶白口铸铁。组织为：一次渗碳体+莱氏体说明：一次渗碳体由液体中结晶出粗大的先共晶渗碳体，为粗大的片状；一次渗碳体只有在含碳量大于2.11%的铁碳合金（白口铁）中才能见到。二次渗碳体由奥氏体中析出，多在过共析钢中出现，一般都是呈网状结构；网状降低材料强度，一般用正火消除或者等温球化退火使之球化三次渗碳体由铁素体中析出，为短棒状，片状等；三次渗碳体很难观察到，因为量太少，一般是铁素体区域中的那些小点。莱氏体常温下是珠光体和渗碳体（一次和二次）的机械混合物。铁的三种晶格结构α－Fe：温度在912℃以下的纯铁,晶格类型是体心立方；γ-Fe：温度在912℃～1394℃的纯铁,晶格类型是面心立方；δ-Fe:温度在1394℃～1538℃的纯铁,晶格类型是体心立方；铁素体碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，以F或α表示；体心立方晶格结构，溶碳能力很低（0.0218%727℃）；组织为多边形晶粒，其力学性能与纯铁相当。碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体，用A或γ表示面心立方晶格结构，溶碳能力很大（2.11%1148℃）组织为不规则多面体晶粒，晶界比较直，由于其强度低、塑性好，钢材轧制通常选择在奥氏体区进行。奥氏体渗碳体是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，它是常温下钢铁中的强化相，在高温下可以分解为铁和石墨碳。其含碳量为6.69%，晶格构造十分复杂，性能很硬很脆，塑性几乎为零，只能做为钢中的硬化相使用，没有单独使用价值。珠光体其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替叠压的层状复相物，也称片状珠光体。用符号P表示，含碳量Wc=0.77%。在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。亚共析钢含碳量在0.0218—0.77%之间的结构钢称为亚共析钢。奥氏体冷却至Ar3线温度时，开始析出铁素体。随着温度的降低，析出过程持续进行，但温度降到Ar1温度时，具有共析成分的奥氏体转变为珠光体，最终得到由铁素体和珠光体组成的两相组织。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好，这类钢统称为亚共析钢。铁碳相图中的A1、A3线A1：PSK线，温度727℃，共析转变温度。A3：GS线，温度727~912°，铁素体转变为奥氏体的终了线（加热）或奥氏体转变为铁素体的开始线（冷却）。由于加热的时候有过热度，冷却的时候有过冷度，所以同样一个相变点，加热和冷却不一样。加热用c表示，冷却用r表示，因此：加热Ac1、Ac3，冷却Ar1、Ar3。钢中的非金属夹杂物钢中常存元素及其对钢的影响常存元素：Si,Mn,P,S1.有益元素Si—有很强的固溶强化作用,能脱氧。Mn—脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。钢中常存元素及其对钢的影响P—有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆)。S—能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂/热脆)。一般说来，钢的质量主要看P、S含量的高低，愈是优质高级的钢种，其P、S含量愈低。钢中常存元素及其对钢的影响N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。夹杂物分类夹杂物的延展性（1）脆性夹杂：热加工后形状和尺寸都不变化，沿轧制方向成串或成点链状排列。主要是Al2O3.（2）塑性夹杂：沿轧制方向延伸成条带状。MnS、铁锰硅酸盐（SiO2含量40-60%）。（3）球状不变夹杂：轧制后保持球状不变。SiO2和SiO2大于70%的硅酸盐。（4）半塑性夹杂：复相铝硅酸盐。基体铝硅酸盐有塑性，热加工产生塑性变形，但是其中包含的Al2O3是脆性的，轧制后仍保持原状或只是拉开距离。钢铁分类与牌号铁与钢含碳量钢铁（2%－4%）生铁（低于0.03%）熟铁（0.03%－2%）碳素钢按品质分（GB13304）按化学成份分(1)普通钢（P、S含量均≥0.045%）(2)优质钢（P、S含量均0.025-0.045%）(3)特殊质量钢（P、S含量均≤0.025%）（1）碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25-0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。（2）合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）；b.中合金钢（合金元素总含量＞5-10%）；c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.特定用途的普通结构钢。(2)特殊钢是指具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。a.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。b.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢。c.特殊性能钢：(a)弹簧钢；(b)轴承钢；(c)不锈钢；(d)易切削钢；(e)高强度钢；（f）其他。钢家族钢分类（GB/T13304）钢分类（GB/T13304）GBT13304.1-2008钢分类第1部分：按化学成分分类GB13304.1钢分类按化学成分分类表.docxGBT13304.2-2008钢分类第2部分：按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类GB13304.2钢分类按质量等级分类表.docxGB13304.2钢分类按质量等级分类表2.docxGB221钢铁产品牌号表示方法11生铁01生铁牌号（GB221）.docx2碳素结构钢和低合金结构钢02碳素结构钢和低合金结构钢牌号（GB221）.docx3优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢03优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号（GB221）.docx4易切削钢04易切削钢牌号（GB221）.docx5车辆车轴及机车车辆用钢05车辆车轴及机车车辆用钢牌号（GB221）.docxGB221钢铁产品牌号表示方法26合金结构钢和合金弹簧钢06合金结构钢和合金弹簧钢（GB221）.docx7非调质机械结构钢07非调质机械结构钢（GB221）.docx8工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）08工具钢（GB221）.docx9轴承钢（高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢）09轴承钢牌号（GB221）.docxGB221钢铁产品牌号表示方法310钢轨钢、冷镦钢10钢轨钢和冷镦钢牌号（GB221）.docx11不锈钢和耐热钢11不锈钢和耐热钢牌号（GB221）.docx12焊接用钢12焊接用钢牌号（