二、简答题1. 什么是转炉炼钢的动态控制?
是指在静态控制的基础上,应用副枪等测试手段,将吹炼过程中的金属成分、温度及熔渣状况等有关变量随时间变化的动态信息传送给计算机,依据所测得的信息对吹炼参数及时修正,达到预定的吹炼目标。
2. 碳氧反应在炼钢过程中有什么重要作用?
碳氧反应在炼钢过程中的作用包括:
(1)加速反应物进入反应区和反应产物离开反应区的扩散速度;
(2)大量的CO气泡通过渣层是产生泡沫渣以及使气、渣和金属三相乳化的重要原因,因而大大地增加了界面反应速度,加快了炉内各种物理化学反应的进行;
(3)上浮的CO气泡有利于清除钢中气体和非金属夹杂,从而提高了钢的质量。
3. 物料平衡与热平衡计算对指导生产有什么意义?
通过物料平衡和热平衡的计算,结合炼钢生产的实践,可以确定许多重要的工艺参数,对于指导生产和分析、研究、改进冶炼工艺、设计炼钢车间、选用炼钢设备以及实现炼钢过程的自动控制都具有重要意义。
4. 转炉炼钢减少回磷可采取哪些措施?
转炉炼钢减少回磷措施包括:
(1)转炉吹炼中期,要保持渣中氧化铁含量大于10%以上,较高氧化性可防止炉渣返干而产生回磷;
(2)控制终点温度不要过高,并调整炉渣成分,使炉渣碱度处于较高的水平;
(3)避免在炉内进行脱氧和合金化操作,防止渣中氧化铁含量下降;
(4)采取挡渣球或挡渣棒等方法,尽量减少出钢时的下渣量;
(5)采用碱性包衬;
(6)出钢时向包内投入少量石灰,以提高钢包内渣层的碱度。
5. 如何防止和减少钢包钢水的回磷?
防止钢包回磷或使回磷降至最低限度的措施有:
(1)需要严格管理和维护好出钢口,避免出钢下渣;
(2)采取挡渣出钢,减少出钢带渣量;
(3)出钢过程中向钢包内加入钢包渣改质剂,一方面抵消因硅铁脱氧后引起炉渣碱度的降低;另一方面可以稀释熔渣中磷的含量,以减弱回磷反应;
(4)精炼前扒除钢包渣。
6. 为什么出钢时会有回磷现象,其回磷量大小与哪些因素有关?
在出钢前钢渣的脱磷反应接近或达到平衡,而出钢过程中转炉终渣会不可避免地进入钢包。在钢包脱氧合金化过程中,由于加入的脱氧合金元素如铝、硅铁等将导致钢包渣中的氧化铁含量降低,而加入的硅铁烧损后产生的二氧化硅将导致包渣碱度降低,结果使原来的钢渣间的脱磷反应平衡被破坏,使渣中的磷回到钢水中。回磷量的大小主要与出钢下渣量、终渣氧化铁含量及钢水的脱氧剂和合金加入量有关。
7. 影响钢液黏度的主要因素是什么?
一般认为有以下几个方面:
(1)温度:一般认为随着钢液温度的升高,黏度降低即流动性增加;
(2)成分:元素加入钢液中后影响了熔铁的结构,使原子间空间数增加或减少,同时也改变了原有铁原子间相互使用力,因而使黏度发生变化;
(3)夹杂物:主要是受夹杂物熔点的影响,夹杂物的熔点高或低则钢液的黏度就相应的高或低。
三、计算题1. 20MnSi钢的化学成分如表所示。
表 20MnSi钢的化学成分 (%)
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C | Si | Mn | P | S |
0.17~0.25 | 0.40~0.80 | 1.20~1.60 | 0.045 | 0.045 |
采用锰铁和硅铁进行脱氧合金化。已知锰铁合金锰含量为65%,吸收率为80%;碳含量为7.0%,吸收率为90%;硅铁合金硅含量为75%,吸收率为70%。转炉装入量为30t(吹损按10%计算),终点余锰为0.1%。问本炉钢的锰铁和硅铁合金加入量各为多少,加入合金后本炉钢的锰铁增碳量为多少?
解:转炉出钢量=30×(1-10%)=27t
锰铁合金加入量=(1.4%-0.1%)×27×1000/(65%×80%)=675kg
硅铁合金加入量=0.60%×27×1000/(75%×70%)=308kg
锰铁增碳量=675×90%×7.0%×100%/(27×1000)=0.16%
答:本炉钢的锰铁合金加入量是675kg,硅铁合金加入量是308kg;加入合金后本炉钢的锰铁增碳量为0.16%。
2. 45号钢的化学成分为:w(C)=0.45%,w(Si)=0.28%,w(Mn)=0.65%,w(P)=0.015%,w(S)=0.02%。计算这炉钢的液相线温度。(已知:纯铁的熔点为1538℃,有关元素每增加1%使其凝固点降低值为C:90℃,Si:6.2℃,Mn:1.7℃,P:28℃,S:40℃,其他元素、气体或夹杂物对它的影响为10℃)
依据凝固温度计算公式:
45号钢的液相线温度=1538-[90w(C)+6.2w(Si)+1.7w(Mn)+28w(P)+40w(S)]-10=1538-(0.45×90+0.28×6.2+0.65×1.7+0.015×28+0.02×40)-10=1483℃
答:这炉钢的液相线温度为1483℃。
3. 已知:45号钢的化学成分为:w(C)=0.45%,w(Si)=0.27%,w(Mn)=0.65%,w(P)=0.02%,w(S)=0.02%,每增加1%有关元素对纯铁的凝固点影响值为C:65℃,Si:8℃,Mn:5℃,P:30℃,S:25℃,其他元素使纯铁的凝固点下降值为7℃,纯铁的凝固点温度为1538℃,连铸中间包过热度取30℃,钢水镇静时间为15min,每分钟的温度降值为1℃,钢水吹氩时间为2min,吹氩温降为10℃/min,出钢温降为90℃,计算45号钢的终点出钢温度为多少?
解:45号钢的液相线温度=1538-(0.45×65+0.27×8+0.65×5+0.02×30+0.02×251-7=1495℃
T出钢=1495+30+15×1+10×2+90=1650℃
答:45号钢的终点出钢温度为1650℃。
4. 出钢量M为73t,某钢种成分目标:w(Si)
目标=0.28%,w(Mn)
目标=0.5%,钢水残锰w(Mn)
残=0.05%。要求采用硅铁、硅锰两种合金配加。已知硅铁中w(Si)
硅铁=74.1%,吸收率η
Si=80%;硅锰中w(Si)
硅锰=18.5%,吸收率η
Si=80%,w(Mn)
硅锰=65.8%,吸收率η
Mn=90%。计算两种合金加入量分别是多少?(计算到kg,百分数保留小数点后三位)
(1)先配锰,计算硅锰加入量:
QMn=[w(Mn)目标-w(Mn)残]/[w(Mn)硅锰-ηMn]×M=(0.5%-0.05%)/(65.8%×90%)×73×1000=555kg
(2)计算硅锰带硅量w(Si)硅锰:
w(Si)硅锰=QMnw(Si)硅锰ηSi/M×100%=555×18.5%×80%/(73×1000)×100%=0.113%
(3)计算硅铁加入量:
QSi=[w(Si)目标-w(Si)硅锰]/[w(Si)硅铁ηSi]×M=(0.28%-0.113%)/(74.1%×80%)×73×1000=206kg
答:硅锰加入量是555kg,硅铁加入量是206kg。
5. 本炉次目标出钢量为310t,转炉停吹[C]=0.02%,停吹[Mn]=0.08%,目标成品[C]=0.06%,成品[Mn]=0.28%,成品[Si]=0.35%,成品[Al]=0.045%。合金条件:增碳剂含碳98%,吸收率68%;HCFe-Mn含锰67%,含碳6.2%,吸收率74%;Fe-Si含硅74%,吸收率78%;Al含铝98%,收得率21%。计算该炉钢的合金加入量。
(1)所需HCFe-Mn加入量:310×(0.28%-0.08%)/(67%×74%):1.25t
(2)HCFe-Mn增碳量:1.25×6.2%×68%/310=0.017%
(3)所需Fe-Si加入量:310×0.35%/(74%×78%)=1.88t
(4)所需Al加入量:310×0.045%/(98%×21%)=0.68t
(5)应加入增碳剂量:310×(0.06%-0.02%)/(98%×68%)-1.25×6.2%=0.108t
答:本炉次所需HCFe-Mn为1.25t,Fe-Si为1.88t,Al为0.68t,增碳剂为0.108t。
6. 冶炼16Mn钢,若采用Mn-si、Al-Ba-Si、Ca-Si合金脱氧合金化,每吨钢水加Al-Ba-Si合金0.75kg、Ca-Si合金0.70kg,计算Mn-Si合金和Fe-Si合金加入量各为多少?
有关数据如表所示(终点余锰为0.16%)。
表 有关数据
|
项 目 | w/% |
C | Si | Mn |
16Mn | 0.14~0.22 | 0.20~0.60 | 1.2~1.60 |
Mn-Si | 1.6 | 18.4 | 68.5 |
Fe-Si | | 75 | |
Al-Ba-Si | 0.10 | 42 | |
Ca-Si | 0.8 | 58 | |
η(收到率)/% | 90 | 80 | 85 |
先计算Mn-Si加入量(按锰配):
Mn-Si合金加入量=(1.40%-0.16%)×1000/(68.5%×85%)=21.3kg/t
Mn-Si合金增硅量=(21.3×18.4%×80%/1000)×100%=0.313%
每吨钢水加Al-Ba-Si合金0.75kg、Ca-Si合金0.70kg的增硅量:
Al-Ba-Si合金增硅量=(0.75×42%×80%/1000)×100%=0.025%
Ca-Si合金增硅量=(0.7×58%×80%/1000)×100%=0.032%
因硅量不足,补加Fe-Si量:
Fe-Si合金加入量=(0.40%-0.313%-0.025%-0.032%)×1000/(75%×80%)=0.5kg/t
答:每吨钢水需加Mn-Si合金21.3kg,Fe-Si合金0.5kg。
7. 已知铁水的硅含量为0.85%,磷含量为0.2%;石灰中CaO的含量为89%,SiO
2的含量为1.2%,MgO的含量为3.0%;白云石中CaO的含量为32%,MgO的含量为21%,SiO,的含量为1.3%;终渣的碱度为3.5,MgO的含量为6%,渣量为装入量的15%;炉衬的侵蚀量为装入量的0.9%,炉衬中MgO的含量为37%,CaO的含量为55%。试求每1000kg铁水的白云石加入量和石灰加入量。
求石灰的需求量:
石灰需求量=(1000×0.85%×60/28×3.5)/(89%-3.5×0.2%)=75kg
(2)计算白云石的加入量:
白云石的需求量=(1000×15%×6%)/21%=43kg
石灰带入的MgO折合成白云石的数量=75×3.0/21%=11kg
炉衬带入的MgO折合成白云石的数量=1000×0.9%×37%/21%=16kg
所以,白云石加入量=43-11-16=16kg
(3)求石灰的加入量:
白云石带入的CaO折合成石灰的量=(16×32%)/(89%-3.5×1.2%)=6kg
炉衬带入的CaO折合成石灰的数量:1000×0.9%×55%/(89%-3.5×1.2%)=6kg
所以,石灰加入量=75-6-6=63kg
答:每1000kg铁水的白云石加入量为16kg,石灰加入量为63kg。由此可知,转炉炼钢中采用白云石造渣工艺时,白云石的用量约为石灰用量的四分之一。
8. 用氧化法冶炼40Cr钢,设炉料重35000kg,还原期炉中分析:w(C)=0.36%,w(Cr)=0.65%,问应加入多少高碳Fe-Cr和低碳Fe-Cr才能使钢中w(C)=0.38%,w(Cr)=0.95%?(高碳Fe-Cr含铬70%,含碳7%;低碳Fe-Cr含铬65%,含碳0.3%)
炉料收得率按95%计算:炉料实重=35000×95%=33250kg
从碳的角度出发求高碳Fe-Cr加入量:
高碳Fe-Cr加入量=[33250×(0.38%-0.36%)]/(7%-0.38%)=33250×0.02/6.62=100.45≈100kg
高碳Fe-Cr加入后钢中的铬量为:
铬量=(33250×0.65%+100×70%)/(33250+100)=(21612.5%+7000%)/33350=28612.5%/33350=0.86%
低碳Fe-Cr加入量=33350×(0.95%-0.86%)/(65%-0.95%)=333250×0.09/64.05=46.87≈47kg
答:应加入高碳Fe-Cr 100kg,低碳Fe-Cr 47kg。