炼钢金属原料的种类及对铁水、废钢、铁合金的要求

【本章学习要点】本章学习炼钢金属原料的种类及对铁水、废钢、铁合金的要求，常用的铁合金的作用，非金属料的种类、作用及其要求。

原材料的质量和供应条件直接影响炼钢的技术经济指标。

保证原材料的质量，既指保证原材料化学成分和物理性质满足技术要求，还指原材料化学成分和物理性质保持稳定，这是达到优质、高产、低耗的前提条件。

炼钢原材料可分为金属料和非金属料两大类。

第一节金属料炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、生铁、原料纯铁、海绵铁、中间合金材料和铁合金。

一、铁水铁水是转炉炼钢最主要的金属料，一般占转炉金属料70％以上。

铁水的成分、温度是否适当和稳定，对简化、稳定转炉操作，保证冶炼顺行以及获得良好的技术经济指标都十分重要。

转炉炼钢对铁水有如下要求：1)温度：温度是铁水带入炉内物理热多少的标志，是转炉炼钢热量的重要来源之一。

铁水温度过低，将造成炉内热量不足，影响熔池升温和元素的氧化过程，不利于化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。

一般要求入炉铁水温度不低于l250℃，而且要稳定。

2) 硅：铁水中硅的氧化能放出大量的热量，生成的Si02是渣中主要的酸性成分，是影响熔渣碱度和石灰消耗量的关键因素。

铁水含硅高，则转炉可以多加废钢、矿石，提高钢水收得率，但铁水含硅量过高，会因石灰消耗量的增大而使渣量过大，易产生喷溅并加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰熔化，从而影响脱磷、脱硫。

如果铁水含硅量过低，则不易成渣，对脱磷、脱硫也不利。

因此，要求铁水含硅质量分数在0.2％～0.6％。

3)锰：锰是钢中有益元素，对化渣、脱硫以及提高炉龄都是有益的。

但冶炼高锰生铁将使高炉焦比升高，为了节约锰矿资源和降低炼铁焦比，一般采用低锰铁水，锰质量分数为0.2％～0.4％。

4)磷：磷是一个强发热元素。

一般讲磷是有害元素，但高炉冶炼中无法去除磷。

因此，只能要求进入转炉的铁水含磷量尽量稳定，且铁水含磷越低越好。

5)硫：硫也是有害元素。

炼钢过程虽然可以去硫，但会降低炉子生产率，增加原材料消耗。

因此，希望铁水含硫量越低越好，一般要求铁水含硫质量分数小于0.04％。

二、废钢废钢是电炉炼钢最主要的金属料，其用量约占金属料的70％～90％。

氧气转炉炼钢时，由于热量富裕，可以加入多达30％的废钢，作为调整吹炼温度的冷却剂。

采用废钢冷却，可以降低铁水量、造渣材料和氧气的消耗，而且比用铁矿石冷却的效果稳定，喷溅少。

按来源，废钢分为返回废钢、拆旧废钢、加工工业的边角余料及垃圾废钢等。

返回废钢属于优质炉料。

它是在炼钢、轧钢与锻压或精整过程中产生的，如炼钢车间的短尺、废锭、汤道、注余和轧钢或锻压车间的切头、切尾及其他形式的废品等。

返回废钢的加工准备工作量小，并均按元素及其含量的多少分类分组保管，因此可随时随地回炉使用。

在电炉钢生产上，使用返回废钢具有很大的经济意义，这是因为利用返回废钢作为炉料，可采用不氧化法或返吹法进行冶炼，不仅能够大量地回收贵重合金元素，而且也能降低成本、缩短冶炼时间，进而提高电炉的生产率。

返回废钢的种类繁多，各个厂家根据钢种、成分、用途等均进行严格的分类分组。

从合理使用的角度出发，分得越细越好，这样才能保证冶炼能够顺利的进行。

拆除各种废旧机器、汽车、轮船、报废的钢轨与建筑物的构件、各种废旧武器及工具等所获的废钢称为拆旧废钢。

工业越高度发达的国家或地区，拆旧废钢占废钢总量的比例越大，然而它的返回周期较长，往往需要几年，甚至几十年才能回炉使用。

在钢铁制品的制造过程中，产生的各种边角余料、车屑及料头等，也是废钢的主要来源之一。

除车屑外，加工工业的废钢如果没有混入其他杂质及有害元素，只要经过简单的打包、压块等处理，就可很快的回炉使用。

垃圾废钢主要是从城市的垃圾中回收罐头筒轻薄料，它们之中含有较高的Sn或Zn；在使用前须将其分离。

废钢按形状、尺寸和对它的成分及密度的要求，可粗略地分为重型废钢、中型废钢、小型废钢、轻型废钢、渣钢和车屑等类。

不同性质的废钢应分类存放。

为了准确掌握外来废钢的化学成分。

通常是采用多点取样进行分析，并以分析的平均成分作为配料计算的依据。

试样的分析方法有火花鉴别和手提光谱仪及化学分析等多种。

对于没有经过挑选或化学成分不清的外来废钢，切忌直接卸在料槽或料筐中使用，防止在冶炼过程中出现意外的困难或事故、贵重元素损失和造成熔炼废品。

性质相近或成分相克与表面相似或难以区别的废钢不能相邻堆放。

如含镍废钢和含钨废钢，因镍和钨这两个元素在冶炼时不能或较难去除，而同时含有这两个元素的钢种又很少，所以含镍和含钨的废钢不能相邻运输与堆放，以免配料或装料时混淆而给冶炼带来困难。

又如lCrl8Ni9Ti钢，在冶炼时需要严格控制吸入的氮气，以免生成氮化钛(TiN)夹杂，而铬锰氮钢中，氮是其中的合金元素，含量为0．20％～0．30％，如果混入，就会给JCrl8Ni9Ti带来大量的氮化钛夹杂，且这两种钢的外表颇为相似，都不易生锈和没有磁性，因此极易混淆，所以不能相邻堆放。

还有高速钢的切头与Crl2切头，由于它们的锻造性能都很差，切头呈开花形状，外表不易区别，为了避免混淆，也不能相邻堆放。

废钢入炉前应仔细检查与挑选，严禁混入封闭器皿、爆炸物和毒品，各种废旧武器及枪炮弹等必须拆除信管、导火索及未爆炸的弹药等，防止在熔化过程中发生爆炸。

废钢中严防混入钢种成分限制的元素和Cu、Pb、Zn、Sn等有色金属。

Zn的熔点低，极易挥发，氧化产物氧化锌侵蚀炉盖耐火材料，尤其是对硅砖炉盖的危害更大；Pb的熔点更低，且密度大、易挥发，很难溶于钢中，因此如果炉料混有Pb时，不仅能毒化污染空气，也极易毁坏炉底；Cu和Sn使钢产生热脆。

废钢应清洁干燥、少锈，应尽量避免带入泥土、沙石、油污、耐火材料和炉渣等杂质。

否则不能准确地确定金属液的重量，而于冶炼过程中因钢液重量不准而影响化学成分的准确控制；浇注时，因钢液重量不足，容易造成短尺废品；电炉炼钢用不氧化冶炼时，易增加合金元素的烧损。

此外，铁锈还能使钢中的氢含量增加。

某些重要的特殊废钢，还要经过酸洗，以便去除氧化铁皮及表面杂质。

废钢应有合适的外形尺寸和单重。

轻薄料经分选去杂后采用打包、压块，对切屑采用装桶或冷、热压块的办法使之密实，如果利用切屑获得高质量的炉料，也可先将切屑熔化成料锭，但该法成本较高，在生产中并不常用，以便一次装入炉内，缩短装料时间；重型废钢应预先进行切割、冷剪、落锤、爆破解体，解体和切割，以保证顺利装料，既不撞伤炉体又有利于加速废钢熔化。

电炉炼钢废钢越密实越好，炉料的最大块度和重量随炉子大小及装料方法而定，采用炉顶装料的块度可比炉门装料的大一些；炉门装料最大允许的块度随炉门大小而定，另外，对于人工装料还要有合适的重量。

为了保证电炉冶炼操作顺利进行，轻、中、重型废钢的装料比例要合适，最大块度的钢铁料每炉不能装得过多。

电炉钢炉料的合适尺寸见表7—1。

表7—1 电炉炼钢对炉料尺寸的一般要求三、生铁生铁在电炉炼钢中，一般被用来提高炉料或钢中的碳含量，并可解决废钢或重料来源不足的困难。

严格说来，电炉炼钢用的生铁应分为配料生铁及增碳生铁两种。

由于生铁中含碳及杂质较高，故电炉钢炉料中的生铁配比不能过高，通常为10％～25％，最高不超过30％，如果配比再高，将会引起全熔碳过高，而延长冶炼时间，不仅增加电耗．也降低炉衬的使用寿命。

电炉炼钢对生铁的质量要求较高，一般S、P含量要低，Mn不能高于2.5％，Si不能高于l.2％。

如果硅含量过高将会侵蚀炉衬或延缓熔池的氧化沸腾时间。

用于还原期增碳的生铁必须选用无锈及S、P含量均小于0.05％的优质生铁。

通常炼钢生铁的碳含量不小于2.75％，一般在3％～4％之间，在生铁成分表中不列出碳含量。

电炉炼钢用生铁的化学成分应符合GB717—82规定。

由于生铁的C、Si、Mn含量的变化较宽，为了便于炼钢工调整成分使用，增碳生铁的C、Si、Mn、S、P等含量应提供准确的成分。

为了降低生产成本，可用返回废铁代替配料生铁。

返回废铁主要是经加工破碎的钢锭模、中注管、底盘、帽口壳、铸铁轧辊以及其他各种废铸铁机件或制品等。

返回废铁因多锈及S、P杂质含量较高，故不适用于还原期调整碳的成分。

除此以外，低磷、低硫生铁可作为冷却剂用。

当铁水不足时，可用生铁作为辅助金属料。

四、原料纯铁原料纯铁主要用于电炉炼钢不氧化法或返吹法冶炼低碳钢或超低碳高合金钢的配料中，也可作为永磁合金、精密合金、电工合金等重熔合金及粉末冶金的用料。

原料纯铁中的C、P及其他杂质的含量非常低，从某种意义上讲，它是一种特殊钢，因此又称为软钢。

原料纯铁的冶炼比较困难，成本较高。

原料纯铁的熔点高、不易熔化，所以使用时不仅要求成分准确、表面清洁且块度要小。

原料纯铁的牌号与化学成分见GB9971～88。

五、海绵铁海绵铁是用氢气或其他还原性气体还原精铁矿而得。

一般是将铁矿石装入反应器中，通入氢气或C0气体，也有的使用固体还原剂，在低于铁矿石软化点以下的温度范围(500～1000℃)内反应，不生成铁水，也没有熔渣，整个还原过程中矿石保持原状，仅把氧化铁中的氧脱掉，从而获得多孔性的金属铁即是海绵铁。

海绵铁在电炉炼钢中可代替废钢铁料使用，解决废钢铁料供应不足的实际困难。

海绵铁中金属铁含量较高，S、P含量较低，杂质较少。

电炉炼钢直接采用海绵铁可大大缩短冶炼时间，进而提高了电炉钢的生产率。

另外，以海绵铁为炉料还可减少钢中的非金属夹杂物以及氮含量。

海绵铁质轻、疏松多孔、在空气中具有较强的吸水能力，所以使用前应保持干燥或以红热状态入炉。

六、中间合金材料中间合金材料是高质量的特殊专用料，它是通过合金元素配料重熔后制得，常作为冶炼高温合金或精密合金的炉料，有的也能用于钢液的脱氧。

对于那些易氧化或密度较小的元素，当冶炼要求含量较高时，是很难直接加入到钢液中去的，又由于回收率不准而影响化学成分的准确控制。

因此，往往利用合金配料重熔后得到的中间合金材料作为炉料进行冶炼。

所以在中间合金材料中，易氧化或密度较小的元素(A1、Ti、Si、B、Mg、Ca等)含量较高或种类较多。

特殊的中间合金料经粉碎后，可用于钢液的脱氧。

合金元素的重熔过程也是合金的提纯过程，因此中间合金材料中的杂质及气体含量较少。

不难看出，利用中间合金材料为炉料进行冶炼，化学成分稳定，且纯洁度较高，但成本比较昂贵。

中间合金材料应按炉分别存放与运输。

目前，中间合金材料尚无统一标准，各个厂家均是根据本单位的生产条件或用途等自定。

七、铁合金铁合金是脱氧及合金化材料。

用于钢液脱氧的铁合金叫做脱氧剂；用于调整钢液成分的铁合金叫做合金剂。

炼钢常用的铁合金有：1．硅铁。

硅铁主要用于脱氧剂和合金化。

硅铁的牌号及化学成分见GB2272--87。

硅铁中的杂质为P、Al等，它们含量的多少对硅铁的粉化有很大的影响。

在冶炼后期大量加入硅铁时，要考虑钢液中磷含量的变化，硅铁中的氢含量也较高，因此硅铁必须烤红并经恒温脱氢处理后使用。