金属工艺(3).ppt

第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,第1章钢铁材料生产简介,1.1炼铁铁在自然界中以各种化合物的形式存在，并同其它化合物混合在一起形成铁矿石。炼铁的实质是把铁从铁矿石中还原出来。炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭和石灰石，并按一定比例配合后熔炼。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.1.1炼铁的基本过程高炉是现代炼铁的主要设备。高炉炼铁如图1.1所示。炉料不断从进料口2加入炉内，空气经热风炉4预热后从进风口5吹入炉中。在冶炼过程中，炉料充满高炉，并不断下降；吹入高炉中的空气与化学反应生成的气体组成炉气并沿着炉料的缝隙上升。冶炼一段时间，先打开出渣口6排渣，再打开出铁口1出铁。从炉顶排出的废气（高炉煤气）经煤气出口3回收。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,高炉炼铁,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,炼铁的基本过程包括燃料的燃烧、铁的还原和增碳、杂质的混入、造渣等。炼铁采用的燃料主要是焦炭。焦炭燃烧产生的热量为冶炼提供了高温条件。高温焦炭及其燃烧生成的CO气体起到还原剂的作用。炼铁时，焦炭和CO不断把铁从铁矿石中还原出来，同时铁中含有较多的碳（ωc4％左右），及硅、锰、硫、磷等杂质元素。炼铁时，焦炭燃烧形成灰粉及矿石中的废石与铁混在一起。加入石灰石与灰粉及废石发生反应，形成熔点较低、密度较小的熔渣，浮在铁水上面，使之与铁水分离，并从排渣口排出。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.1.2高炉产品（GB/T717-1998炼钢生铁GB/T718-2005铸造生铁）高炉冶炼的铁含有碳、硅、锰、硫、磷等元素，称为生铁。按含硅量不同，分为炼钢生铁（ωsi1.25％）和铸造生铁（ωsi1.25％～3.2％）。副产品有炉渣和高炉煤气。炉渣是制造水泥的原料，高炉煤气经净化成为燃料，广泛用于加热热风炉及民用管道煤气。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.1炼钢炼钢的本质是利用氧化的办法降低生铁中的硅、锰、硫、磷等杂质和过量的碳，使化学成分达到标准规定的要求，从而改善其性能。表1.1列出了炼钢生铁与低碳钢的主要成分。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.2.1炼钢的基本过程1.氧化过程生铁中的碳、硅、锰、磷等在高温条件下与氧的亲和力比铁强。炼铁时加入的氧化剂（氧气、铁矿石等）将优先与这些杂质产生化学反应，生成各种氧化物。生成的CO气体容易逸出，并且对钢液有搅拌作用，促使冶炼过程顺利进行；生成硅、锰、磷等的氧化物及混入铁中的硫，将与熔剂CaO等构成一系列造渣反应生成炉渣。2.脱氧过程在氧化过程中大量的铁也被氧化成FeO。钢中存在FeO将使其力学性能下降，高温时更容易脆断。因此，在冶炼后期必须往钢液中加入脱氧剂（硅铁、锰铁、金属铝等）脱氧剂与FeO产生反应，生成炉渣。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.2.2炼钢方法1.转炉炼钢法常见氧气顶吹转炉炼钢法如图1.2a所示。炉体可以绕转轴转动。每炼完一炉钢都要把炉体倾倒，倒出钢液。冶炼时以纯氧作为氧化剂，直接利用吹风管从炉顶向炉中吹入氧气，依靠化学反应产生的热量就可以冶炼，不需要外加热源。转炉炼钢生产率高，几十分钟就能炼一炉钢。但必须以液态炼钢生铁为主要原料。杂质被氧化产生的热量不仅使生铁液温度提高到钢的熔点，还能使加入的废钢熔化，重新冶炼成好钢。废钢的加入量甚至可以达到每炉钢的35％。氧气顶吹转炉通常用于炼各种碳钢。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,2.电炉炼钢法常见的电炉炼钢法如图1.2b所示。冶炼时以铁矿石或纯氧为氧化剂，以转炉钢或（和）废钢为原料，以电弧为热源。电炉炼钢法的冶炼温度高，炉料比较纯净，化学成分容易控制，冶炼过程可以调节。电炉能够冶炼高级优质钢和含高熔点金属元素（如钨、钼、钛等）的合金钢。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.2.3镇静钢和沸腾钢炼好的钢常浇注成钢锭或连注成钢坯。图1.3a所示是使用钢锭铸型浇注钢锭；图1.3b所示是使用连铸机浇注钢坯。浇注时，钢液在一个用水冷却的铸型中凝固，再用夹辊夹持移动，并按照要求的长度切断。在炼钢脱氧过程中，通过控制脱氧剂的种类和加入量可以控制钢的脱氧程度。通过按脱氧是否完全把钢分为镇静钢和沸腾钢。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.镇静钢镇静钢是脱氧（脱氧剂主要是硅铁或铝）完全的钢。浇注时不发生碳化反应，钢液在型腔中平静的上升。凝固后在钢锭头部形成一个倒锥形的缩孔。镇静钢钢锭组织致密，但轧制钢材时必须切除具有缩孔的头部，故成材率低。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,2.沸腾钢沸腾钢是脱氧（脱氧剂用锰铁）不完全的钢。浇注时有碳化反应,生成大量CO气体，呈现沸腾现象。通常是盖上铁板，使上层钢液先凝固成薄壳方停止沸腾。最终钢锭内充满气孔，但头部不出现大的缩孔。沸腾钢钢锭组织疏松，但轧制钢材时不必切除较大的头部，故成材率较高。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.3钢材生产1.3.1板材和型材生产中，将钢锭通过一系列轧机轧制成板材和型材。图1.5a所示是使用两个转向相反的轧辊轧制钢板。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,若在圆柱轧辊上加工出各种孔型，就可以轧制相应的型材。常见轧制型材的结构形状如图1.5b所示。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.3.2管材通过成型辊把带钢弯成管形，再通过焊接辊焊接成有缝管材；也可以先用斜轧穿孔机在实心管坯上穿孔。然后再用一种特殊的方法（如周期式轧管法）轧制所需尺寸的管材，通常称为无缝管材。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,1.3.3线材直径在6mm以下的线材多采用拉丝机生产。使坯料通过一个带漏斗形模孔的拉丝模拉拔成所需尺寸的线材，如图1.7所示。拉丝时材料会硬化，常通过中间加热使之软化。,第1章钢铁材料生产简介,金属工艺学,,钢材应用广泛，板材可通过冲裁直接加工成零件或产品。型材如圆钢可通过切削加工成机械零件或锻造成零件毛坯。角钢、槽钢、工字钢广泛用于建筑、桥梁、车辆等。管材主要用于输送水、气、油等管道。,