造钢铁的锅炉的原理
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1、按冶炼方法分类:
平炉钢:包括碳素钢和低合金钢。按炉衬材料不同又分酸性和碱性平炉钢两种。
转炉钢:包括碳素钢和低合金钢。按吹氧位置不同又分底吹、侧吹和氧气顶吹转炉钢三种。
电炉钢:主要是合金钢。按电炉种类不同又分电弧炉钢、感应电炉钢、真空感应电炉钢和电渣炉钢四种。
沸腾钢、镇静钢和半镇静钢:按脱氧程度和浇注制度不同区分。
2、按化学成分分类:
碳素钢:是铁和碳的合金。据中除铁和碳之外,含有硅、锰、磷和硫等元素。按含碳量不同可分 为低碳(C<0.25%)、中碳(C:0.25%-0.60%)和高碳(C>0.60%)钢三类。碳含量小于0.04%的钢称工业纯铁。
普通低合金钢:在低碳普碳钢的基础上加入少量合金元素(如硅、钙、钛、铌、硼和稀土元素等,其总量不超过3%)。而获得较好综合性能的钢种。
合金钢:是含有一种或多种 适量合金元素的钢种,具有良好和特殊性能。按合金元素总含量不同可分为低合金(总量<5%)、中合金(合金总量在5%-10%)和高合金(总量>10%)钢三类。
3、按用途分类:
结构钢:按用途不同分建造用钢和机械用钢两类。建造用钢用于建造锅炉、船舶、桥梁、厂房和其他建筑物。机械用钢用于制造机器或机械零件。
工具钢:用于制造各种工具的高碳钢和中碳钢,包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。
特殊钢:具有特殊的物理和化学性能的特殊用途钢类,包括不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金和磁性材料等。
常用冶炼方法
1、转炉炼钢:
一种不需外加热源、主要以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分,如碳、锰、硅、磷等与送入炉内的氧气进行化学反应所产生的热量作冶炼热源来炼钢。炉料除铁水外,还有造渣料(石灰、石英、萤石等);为了调整温度,还可加入废钢以及少量的冷生铁和矿石等。转炉按炉衬耐火材料性质分为碱性(用镁砂或白云为内衬)和酸性(用硅质材料为内衬);按气体吹入炉内的部分分为底吹顶吹和侧吹;按所采用的气体分为空气转炉和氧气转炉。酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷,须用优质生铁,因而应用范围受到限制。碱性转炉适于用高磷生铁炼钢,曾在西欧获得较大发展。空气吹炼的转炉钢,因其含氮量高,且所用的原料有局限性,又不能多配废钢,未在世界范围内得到推广。1952年氧气顶吹转炉问世,现已成为世界上的主要炼钢方法。在氧气顶吹转炉炼钢法的基础上,为吹炼高磷生铁,又出现了喷吹石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法。随氧气底吹的风嘴技术的发展成功,1967年德国和法国分别建成氧气底吹转炉。1971年美国引进此项技术后又发展了底吹氧气喷石灰粉转炉,用于吹炼含磷生铁。1975年法国和卢森堡又开发成功顶底复合吹炼的转炉炼钢法。
2、氧气顶吹转炉炼钢:
用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法,或称LD法;在美国通常称BOF法,也称BOP法。它是现代炼钢的主要方法。炉子是一个直立的坩埚状容器,用直立的水冷氧枪从顶部插入炉内供氧。炉身可倾动。炉料通常为铁水、废钢和造渣材料;也可加入少量冷生铁和铁矿石。通过氧枪从熔池上面向下吹入高压的纯氧(含O299.5%以上),氧化去除铁水中的硅、锰、碳和磷等元素,并通过造渣进行脱磷和脱硫。各种元素氧化所产生的热量,加热了熔池的液态金属,使钢水达到现定的化学成分和温度。它主要用于冶炼非合金钢和低合金钢;但通过精炼手段,也可用于冶炼不锈钢等合金钢。
3、氧气底吹转炉炼钢:
通过转炉底部的氧气喷嘴把氧气吹入炉内熔池,使铁水冶炼成钢的转炉炼钢方法。其特点是;炉子的高度与直径比较小;炉底较平并能快速拆卸和更换;用风嘴、分配器系统和炉身上的供氧系统代替氧气顶吹转炉的氧枪系统。由于吹炼平稳、喷溅少、烟尘量少、渣中氧化铁含量低,因此氧气底吹转炉的金属收得率比氧气顶吹转炉的高1%~2%;采用粉状造渣料,由于颗粒细、比表面大,增大了反应界面,因此成渣快,有利于脱硫和脱磷。此法特别适用于吹炼中磷生铁,因此在西欧用得最广。
4、连续炼钢:
不分炉次地将原料(铁水、废钢)从炉子一端不断地加入,将成品(钢水)从炉子的另一端不断地流出的炼钢方法。连续炼钢工艺的设想早在19世纪就已出现。由于这种工艺具有设备小、工艺过程简单而且稳定等潜在优越性,几十年来许多国家都作了各种各样方法的大量试验,其中主要有槽式法、喷雾法和泡沫法三类,但迄今为止都尚未投入工业化生产。
5、混合炼钢:
用一个炉子炼钢、另一个电炉炼还原渣或还原渣与合金,然后在一定的高度下进行冲混的炼钢方法。用此法处理平炉、转炉及电炉所炼钢水,可提高钢的质量。冲混可增加渣、钢间的接触面积,加速化学反应以及脱氧、脱硫,并有吸附和聚合气体及夹杂物的作用,从而提高钢的纯结度和质量。
6、复合吹炼转炉炼钢:
在顶吹和底吹氧气转炉炼钢法的基础上,综合两者的优点并克服两者的缺点而发展起来的新炼钢方法,即在原有顶吹转炉底部吹入不同气体,以改善熔池搅拌。目前,世界上大多数国家用这种炼钢法,并发展了多种类型的复吹转炉炼钢技术,常见的如英国钢公司开发的以空气+N2或Ar2作底吹气体、以N2作冷却气体的熔池搅拌复吹转炉炼钢法——BSC——BAP法,德国克勒克纳——马克斯冶金厂开发的用天然保护底枪、从底部向熔池分别喷入煤和氧的KMS法、日本川崎钢铁公司开发的将占总氧量30%的氧气混合石灰粉一道从炉底吹入熔池的K——BOP法以及新日本钢铁公司开发的将占总氧量10%——20%的氧气从底部吹入,并用丙烷或天然气冷却炉底喷嘴的LD——OB法等。
7、顶吹氧气平炉炼钢:
从50年代中期开始,在平炉生产中采用1~5支水冷氧枪由炉顶插入熔炼室,直接向熔池吹氧的炼钢方法。该法改善了熔池反应的动力学条件,使碳氧反应的热效应由原来的吸热变为放热,并改善了热工条件;生产率大幅度地得到提高。
8、电弧炉炼钢:
利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的一种炼钢方法。炼钢用三相交流电弧炉是最常见的直接加热电弧炉。炼钢过程中,由于炉内无可燃气体,可根据工艺要求,形成氧化性或还原性气氛和条件,故可以用于冶炼优质非合金钢和合金钢。按电炉每吨炉容量的大小,可将电弧炉分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉炼钢向高功率、超高功率发展的目的是为了缩短冶炼时间、降低电耗、提高生产率、降低成本。随着高功率和超高功率电炉的出现,电弧炉已成为熔化器,一切精炼工艺都在精炼装置内进行。近十年来直流电弧炉由于电极消耗低、电压波动小和噪音小而得到迅速发展,可用于冶炼优质钢和铁合金。
9、STB法:
原文为Sumitomo Top and Bottom blowing process,由日本住友金属公司开发的顶底复吹转炉炼钢法。该法综合了氧气顶吹转炉炼钢法和氧气底吹转炉炼钢法两者的优点。用于吹炼低碳钢,脱磷效果好且成本下降显著。所用的底吹气体为O2、CO2、N2等。在STB法基础上又开发了从顶部喷吹粉末的STB—P法,进一步改善了高碳钢的脱磷条件,并用于精炼不锈钢。
10、RH法:
又称循环法真空处理。由德国Ruhrstahl/Heraeus二公司共同开发。真空室下方装有两个导管,插入钢水,抽真空后钢水上升至一定高度,再在上升管吹入惰性气体Ar、Ar上升带动钢液进入真空室接受真空处理,随后经另一导管流回钢包。真空室上装有加合金的加料系统。此法已成为大容量钢包(>80t)的钢水主要真空处理方法。
11、RH—OB:
RH吹氧法。是在真空循环脱气(RH)法中加上吹氧操作(Oxygen Blowing)来升温。用于精炼不锈钢,是利用减压下可优先进行脱碳反应;用于精炼普通钢则可减轻转炉负荷。也可采用加铝升温。
12、OBM—S法:
原文为Oxygen Bottom Maxhutte—Scarp,由德国Maxhutte-Klockner厂发明的以天然气或丙烷作底吹氧枪冷却介质的氧气底吹转炉炼钢法。OBM—S是在OBM氧气底吹转炉的炉帽上安装侧吹氧枪,底部氧枪吹煤气、天然气预热废钢,从而达到增加废钢比的目的。
13、NK—CB法:
原文为NKK Combined Blowing System,由日本钢管公司于1973年建立的顶底复吹转炉炼钢法,即在顶吹的同时,从炉底吹入少量气体(Ar,CO2,N2),以加强钢渣的搅拌,并控制钢水中的CO分压。该法采用多孔砖喷嘴,用于炼低碳钢可降低成本;用于炼高碳钢则有利于脱磷。该法应与铁水预处理工艺结合起来
14、MVOD:
在VAD法的设备上增设水冷氧枪,使之在真空下可吹氧脱碳的方法,由于真空下脱碳为放热反应,可省去VAD法的真空加热措施。操作过程与VOD法相同。
15、LF法:
原文为Ladle Furnace,是1971年日本特殊钢公司(大同钢特殊钢公司)开发的钢包炉精炼法。其设备和工艺由氩气搅拌、埋弧加热和合金加料系统组合而成。这种工艺的优点是:能精确地控制钢水化学成分和温度;降低夹杂物含量;合金元素收得率高。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。
16、LD炼钢法:
1952年奥钢联林茨(Linz)厂与奥地利阿尔卑斯矿冶公司多纳维茨(Donawitz)厂最早在工业上开发成功的氧气顶吹转炉炼钢法,并以该两厂的第一个字母而命名。该法问世后在全世界范围迅速得到推广。美国称此法为BOF或BOP法,即Basic Oxygen Furnace 或Process 的简称。详见氧气顶吹, 转炉。
17、LD—OTB法:
原文为LD—Oxgyen Top an Bottom Process,由日本神户制钢公司加古川厂开发的顶底复合吹炼转炉炼钢工艺。其特点是使用了专门的底吹单环缝形喷嘴(SA喷嘴),因而底吹气体能控制在很宽的范围内。底部吹入惰性气体。
18、LD—HC法:
原文为LD—Hainaut Saubre CRM,系比利时开发的用于吹炼高磷铁水的顶底复合吹炼转炉炼钢法,即LD+底吹氧,用碳氢化合物保护喷嘴。
19、LD-AC法:
原文为LD - Arbed - Centre National,法国钢铁研究所开发的顶吹氧气喷石灰粉炼钢法,用于吹炼高磷铁水。
20、KS法:
原文Klockner Steelmaking,系采用100%固体料操作的底部喷煤粉氧气转炉炼钢工艺。底吹氧比率为60%~100%。
21、K—ES法:
将底吹气体技术、二次燃烧技术和喷煤粉技术结合起来的电弧炉炼钢法,它是由日本东京炼钢公司和德国Kiokner公司共同开发的技术,可以以煤代电。
22、FINKL—VAD法:
电弧加热钢包脱气法或称真空电弧脱气法。其特点是在真空室的盖上增设有电弧加热装置,并在真空下用氩气搅拌。该法的脱气效果稳定,而且能脱硫、脱碳和加入大量合金。设备主要由真空室、电弧加热系统、合金加料装置、抽真空系统及液压系统组成。
23、DH法:
德国Dortmund Horder联合冶金公司开发的一种真空处理装置。内衬耐火材料的真空室,下部装上有耐火衬的导管插入钢包,真空室或钢包周期性地放下与提升,使一部分钢水进入真空室,处理后返回钢包。上部有加合金料装置和真空加热保温装置。目前已不再建造这种设备。
24、CLU法:
一种不锈钢的精炼方法。其原理与AOD法相同,物点是采用水蒸气代替氩气。该方法是法国Creusot-Loire公司和瑞典Uddeholm公司共同研制成功的,并于1973年正式投入生产。水蒸气与钢液接触后分解为H2和O2;H2使CO分压降低。同时,该分解反应为吸热反应,因而可抑制钢液温度上升。但铬的氧化烧损比AOD法的严重。
25、CAS法:
原文为Composition adjustment by sealed argonbubbling,是在氩气密封下进行合金成分微调的炉外精炼方法。该法由钢包底部吹氩,将渣排开后,下降浸渍罩,继续吹氩,然后加合金微调成分。其优点是可精确控制成分,且合金收得率高。
26、CAS—OB法:
原文为Compositon adjustment by sealed argon bubbling with oxygen blowing,是在CAS设备上增设吹氧枪的炉外精炼方法。降可微调合金成分外,它还可加铝并吹氧升温(化学热法),升温速度为5~13℃/分。这种方法可使钢水温度精确地控制在±3℃,从而有利于配合连铸生产。
27、ASEA-SKF法:
瑞典开发的一种钢包精炼法。它采用低频电磁搅拌,在常压下进行电弧加热,在钢包中造渣精炼,在另一工位真空除气,并设有氧枪,可在减压下吹氧脱碳。为了提高精炼效果,它还可在钢包底部通过多孔砖吹氩搅拌,并能加入合金调整钢液成分。
28、AOD法:
氩氧脱碳法和简称,原文为Argon-Oxygen Decarburisation,是冶炼低碳不锈钢的主要精炼法。1964年由美国碳化物公司研制成功,1968年用于实际生产。其冶金原理是用Ar稀释CO,使其分压降低,达到真空的效果,从而使碳脱到很低的水平。AOD炉体和传动装置与转炉相类似,风眼安放在接近炉底的侧壁上,向炉内吹入的是Ar+O2混合气体,原料为初炼炉熔化的钢水。吹炼过程分为氧化期、还原期、精炼期。它已成为不锈钢的主要生产工艺。
特殊冶金法
包括电渣重熔、真空冶金、等离子冶金、电子束熔炼、区域熔炼等多种炼钢方法的总称。某些高新技术或特殊用途要求特高纯度的钢,若用普通炼钢方法加炉外精炼达不到要求时,则可采用特殊冶金方法炼制。
电渣重熔:将冶炼好的钢铸造或锻压成为电极,通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺,也称ESR。它的热源来自熔渣电阻热,重熔时自耗电极浸入熔渣中,电流通过电离后的熔渣,使熔渣升温达到比被熔自耗电极熔点高得多的温度。插入熔渣中的自耗电极端头熔化后形成熔滴,并靠自重穿越渣池,得到渣洗精炼而后在减少空气污染的情况下进入金属熔池。钢锭与结晶器壁之间形成薄的渣皮,既减缓了径向冷却,也改善了成品钢锭表面质量,借助结晶器底部水冷,凝固成轴向结晶倾向和偏析少的重熔钢锭,改善了热加工塑性。
等离子冶金:以等离子流为热源的冶金过程,即利用等离子枪将电能转变为定向等离子射流中的热能。等离子射流具有电弧稳定、热量高度集中、可达到非常高的温度等特点。有的等离子枪的工作温度高达5000~20000℃。等离子枪可用惰性气体(Ar)、还原性气体(H2)等为介质,以达到不同的冶金目的。等离子炉可用于熔炼高熔点金属和活泼金属以及金属或合金的提纯。等离子体技术也已用于钢铁厂废尘处理和铁合金生产工艺。
喷射冶金:为加速液体金属与物料的物理化学反应,用气体喷射的方法把粉末物料送入液体金属,完成冶金反应的工艺,亦称喷粉冶金。该工艺广泛用于铁水予处理和钢包精炼,以达到脱硫、脱氧、成分微调、使夹杂物变性的目的。此工艺的反应速度快,物料利用率高。
区域熔炼:1952年W.G.Pfann提出的一种利用液固相中杂质元素溶解度不同的特点提炼金属的工艺。其操作原理是:设一个均匀的固态金属棒中有一小段金属被熔化成液体,那么,若这一小段液态区域自左向右缓慢移动,则每移动一次,杂质都会重新分布,其效果就相当于把杂质驱赶到右端。经过多次这样的重复,左端金属便可达到很高的纯度。
真空冶金:在低于0.1MPa至超高真空条件下[133.3×(<760~10-12)Pa]进行的冶金过程,包括金属及合金的提炼、冶炼、重熔、精炼、成形和热处理。目的主要在于:①减少金属受气相的污染;②降低溶解于金属中的气体或易挥发的杂质含量;③促进有气态产物的化学反应;④避免由耐火材料容器带来的污染。以适应高性能金属材料及新型金属材料的需要。随着生产电热材料、电工合金、软磁合金以及高温镍基合金等高性能和新型金属材料的需要,发展了各种真空熔炼方法,主要有真空电阻熔炼、真空感应熔炼、真空电弧重熔、电子束熔炼及电渣重熔等。
真空电弧熔炼:在真空(10-2~10-1Pa)下借助电弧供热重熔金属和合金的工艺,也称VAR法。其过程是:以水冷铜坩埚为正极,被熔自耗电极接在经滑动密封进入炉体的假电极上为负极,输入低压直流电流在电极与坩埚底之间引弧,借助电弧供热重熔金属和合金。伴随自耗电极的熔化,通过控制电极的下降速度,将自耗电极重熔为成分均匀、组织致密、纯净度高和偏析少的重熔钢锭。它不仅用于重熔活性金属和耐热难熔金属,而且也用于重熔使用要求较严格的高温合金和特殊钢。
真空电子束熔炼:在较高真空(133.3×10-4~133.3×10-8Pa)下用电子枪发射电子束,轰击被熔炼物料(作为阳极),使之熔化并滴入水冷铜结晶器凝固成锭的熔炼方法。锭由机械装置连续抽出。此法可以调节能量分布,控制熔化速度。电子束重熔材料的纯净度比其他真空熔炼法的更高。它适于熔炼钨、钼等金属及其合金、高级合金钢、高温合金和超纯金属。
真空电阻熔炼:在真空下以电流通过导体所产生的热为热源的熔炼方法。一般采取间接加热,由电热体把热能传给炉中物料。根据需要,电阻炉内的气氛可以是惰性或保护性的。真空电阻炉可设计成熔炼炉或热处理炉。
真空感应熔炼:在真空下利用感应电热效应熔炼金属和合金的工艺。按炉料和容量选择电源频率。它有高频(>104Hz)和中频(50~104Hz)以及工频(50或60Hz)两类。感应炉又分有芯(闭槽式)和无芯(坩埚式)两大类。前者电热效率高,功率因数高,但要有起熔体,熔炼温度低,适用于单一品种的连续熔炼;后者熔炼温度高,电热效率低,适于特殊钢和镍基合金等的熔炼。真空感应熔炼在高温合金、高强度钢和超高强度钢等生产中得到广泛应用。
炼钢工艺过程
造渣:调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣,以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下,并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。
出渣:电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时,氧化末期须扒氧化渣;用双渣法造还原渣时,原来的氧化渣必须彻底放出,以防回磷等。
熔池搅拌:向金属熔池供应能量,使金属液和熔渣产生运动,以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。
电炉底吹:通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化,促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间,降低电耗,改善脱磷、脱硫操作,提高钢中残锰量,提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀,从而改善钢质量,降低成本,提高生产率。
熔化期:炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温,并造好熔化期的炉渣。
氧化期和脱炭期:普通功率电弧炉炼钢的氧化期,通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷;去除气体及夹杂物;使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度,要求脱碳量大于0.2%左右。随着炉外精炼技术的发展,电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。
精炼期:炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物,经化学反应选入气相或排、浮入渣中,使之从钢液中排除的工艺操作期。
还原期:普通功率电弧炉炼钢操作中,通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。
炉外精炼:将炼钢炉(转炉、电炉等)中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。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。炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。
钢液搅拌:炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化,并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应,反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下,其冶金反应速度很慢,如电炉中静止的钢液脱硫需30~60分钟;而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3~5分钟。钢液在静止状态下,夹杂物靠上浮除去,排除速度较慢;搅拌钢液时,夹杂物的除去速度按指数规律递增,并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。
钢包喂丝:通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂,如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。
钢包处理:钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短(约10~30分钟),精炼任务单一,没有补偿钢水温度降低的加热装置,工艺操作简单,设备投资少。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法(RH、DH),钢包真空吹氩法(Gazid),钢包喷粉处理法(IJ、TN、SL)等均属此类。
钢包精炼:钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长(约60~180分钟),具有多种精炼功能,有补偿钢水温度降低的加热装置,适于各类高合金钢和特殊性能钢种(如超纯钢种)的精炼。真空吹氧脱碳法(VOD)、真空电弧加热脱气法(VAD)、钢包精炼法(ASEA-SKF)、封闭式吹氩成分微调法(CAS)等,均属此类;与此类似的还有氩氧脱碳法(AOD)。
惰性气体处理:向钢液中吹入惰性气体,这种气体本身不参与冶金反应,但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”(气泡中H2、N2、CO的分压接近于零),具有“气洗”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理,就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系。用惰性气体加氧进行精炼脱碳,可以降低碳氧反应中CO分压,在较低温度的条件下,碳含量降低而铬不被氧化。
预合金化:向钢液加入一种或几种合金元素,使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化。多数情况下脱氧和合金化是同时进行的,加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧,转化为脱氧产物排出;另一部则为钢水所吸收,起合金化作用。在脱氧操作未全部完成前,与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化。
成分控制:保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节,但重点是合金化时对合金元素成分的控制。对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内;一般在不影响钢性能的前提下,按中、下限控制。
增硅:吹炼终点时,钢液中含硅量极低。为达到各钢号对硅含量的要求,必须以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧剂消耗部分外,还使钢液中的硅增加。增硅量要经过准确计算,不可超过吹炼钢种所允许的范围。
终点控制:氧气转炉炼钢吹炼终点(吹氧结束)时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。
出钢:钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中。
步进式钢管炉点炉开始升温时间在12个小时。步进式铜锭加热炉是依靠专用的步进机械及液压系统使工件在炉内移动的一种机械化炉,由活动梁及固定梁将工件加热完毕后进入轧制的机械,根据步进式钢管炉的说明书显示,步进式钢管炉点炉开始升温时间在12个小时之内。
20号无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管,然后经热轧、冷轧或冷拨制成。20号无缝钢管在我国钢管业中具有重要的地位。
无缝钢管分热轧和冷轧无缝钢管两类。
热轧无缝钢管分一般钢管,低、中压锅炉钢管,高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。
冷轧无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外,还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。
自然资源:由于日本为岛国,资源极度贫乏,是世界上进口资源,对外依赖程度最大的国家。
分布特点:临海分布。
日本工业主要集中在“太平洋沿岸带状工业地带”主要有京滨(东京---横滨),名古屋(名古屋为中心),阪神(大阪--神户),濑户内(广岛为最大中心)和北九州五大工业中心。
其工业已由劳动密集型和资源密集型向技术密集型和高技术化方向发展。
1、工业发展
日本工业在二战中受到严重破坏。
战后,日本先后从美国等工业国家引进先进技术,开发新产品,确立了本国的技术体系,工业迅速发展。
2、日本工业和石油危机
正当日本工业顺利发展时,1973年爆发了第一次世界石油危机,石油价格上升,对以进口原料进行生产的日本工业造成了巨大影响。
在这种情况下,日本积极开发省燃料产品,提高产品质量,终于度过了石油危机的难关。
3、制造业的海外生产
日本工业产品性能优良,在海外市场十分畅销。
进入80年代,随着日本工业产品大量销往国外,日本的贸易顺差不断增长,和各国的贸易摩擦日益增多。
为减少贸易顺差,日本企业开始进军欧美市场,在当地成立公司,当地采购、当地生产。
1985年以后,日元急剧升值,日本产品的价格竞争力相对下降,出口厂家纷纷将工厂迁往人工费低廉的亚洲各国,降低生产成本,日本制造业的海外生产大幅增加。
但是,随着工厂逐步向海外转移,导致国内生产下降,即所谓的“产业空洞化”。
4、发达的工业
目前,日本是世界最大的工业国之一。
日本的重工业包括金属工业、机械工业、化学工业;轻工业包括纺织工业、食品工业、制窑业、纸和纸浆及其他工业。
1997年机械工业占工业总生产的44.7%,金属占12.4%,食品占10.9%,化学占10.3%,纺织占2.8%,其他占18.9%。
日本的重工业
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一、金属工业
金属工业的中心为钢铁,是建筑、汽车、船舶、电气机械不可缺少的材料。
1997年日本粗钢消费量8,600万吨,人均685公斤。
1998年日本粗钢生产量9,355万吨,继中国、美国之后列世界第3位,在特种钢等高附加值钢铁产品方面,日本的技术在世界上名列前茅。
80年代以后由于日元升值,日本钢铁原料进口增加。
1998年日本进口铁矿石12,078万吨,其中澳大利亚占52.7%,巴西占21.3%,印度占13.2%,南非占3.8%;进口原料煤6,063万吨,其中澳大利亚占50.4%,加拿大占24.5%,美国占7.2%,印度尼西亚占5.9%。
截止1999年7月,日本主要钢铁企业有新日本制铁、日本钢管、川崎制铁、住友金属工业、日新制铁、神户制钢所、北海制铁等。
除钢铁外,日本还使用大量铜、锌等金属进行工业生产。
二、机械工业
机械工业是日本工业的中心。
1997年日本有13.5万家机械工厂,从业人员398万。
日本机械技术水平高,汽车等运输机械、电视等电器电子机械、照相机和手表等精密仪器、计算机等一般机械闻名于世。
近年,随着半导体技术的发展,性能优良的高科技产品和有利于环保的产品不断增加。
日本的机械产品大量出口,1998年日本机械出口总额372,678亿日元,进口111,953亿日元。
1、汽车
1970年起日本汽车产业取代了钢铁产业,成为日本的第一大产业,对日本工业的发展起到了至关重要的作用。
80年代日本汽车产量首次超过了1,000万辆。
1990年达到1,349万辆,创历史最高,此后呈下降趋势。
1996年,日本汽车制造领域就业人员达78万人,汽车生产额达41万亿日元,占整个机械生产的29%。
1998年日本汽车生产1,005万辆,占世界汽车生产量的19.3%。
在1998年日本汽车对外出口中,对美汽车出口比例为29.0%、德国为7.0%、澳大利亚为6.8%、英国为4.2%。
由于日本汽车对外出口增长,贸易顺差扩大,各国纷纷要求日本减少汽车出口,日本在海外生产汽车增加。
1998年日本在海外生产汽车586.7万辆,其中在中国生产50.2万辆。
截至1999年3月,日本的汽车工厂主要分布在爱知、静冈、神奈川、北海道、群马。
为控制汽车尾气排放,防止大气污染,日本正在加紧研制电动汽车,但电动汽车完全普及尚很遥远。
目前最引人注目的是电力、内燃两用汽车,在市内行驶用电动,在郊区行驶用内燃机,其二氧化碳排放量可削减一半,氮氧化合物排放可减少到1/10,这种两用汽车从1997年末开始销售,目前已普及10,000辆以上。
2、造船业
战后,日本造船业迅速发展,1956年至今日本造船量一直保持世界第一。
70年代日本造船业曾受到石油危机的冲击,产量下降,90年代得以恢复。
日本造船技术发达,能够生产各种规格和要求的船舶。
1998年日本新接造船订单1,098.0万吨,比上年下降438万吨,占世界造船量的41.6%。
3、机床
机床显示着一个国家的加工技术水平和工业发达程度。
日本的机床大部分采用数控装置(nc),技术优良。
1998年日本机床生产额90.1亿美元,比上年下降100万美元,但仍超过德国和美国,继续保持世界第一,出口额60.7亿美元。
4、家用电器
电视、冰箱、空调、洗衣机、吸尘器、微波炉等家用电器在日本的家庭中十分普及。
日本的家用电器质量好,在海外很受欢迎。
特别是电视和摄像机等的72%对外出口。
随着半导体技术的发展,日本不断开发新家电产品。
5、半导体
半导体技术在机械和家电产品等所有领域几乎均被广泛运用。
日本半导体技术发达,特别是集成电路(ic)的研究和开发在世界处于领先地位。
日本ic的特点是小、轻、优质。
其开发的大规模集成电路(lic)不仅广泛应用于工业机械,而且大量用于超小型计算机、计算器、游戏机等日常用品。
1998年日本半导体生产额43,507亿日元。
6、计算机
日本的计算机被广泛应用于研究所、大学、公司、银行等各个领域,其用途包括信息分析和管理、事务处理、通信等方方面面。
随着半导体技术的发展,日本的计算机逐渐小型化,性能进一步提高,家用笔记本电脑十分普及,日本的家庭电脑普及率极高。
1998年日本计算机生产量990万台,其中个人电脑964万台,占97.4%;计算机生产额31,295亿日元,其中个人电脑生产额20,934亿日元,占66.9%。
日本的计算机大量出口,主要出口对象为美国、德国、荷兰、新加坡等,进口主要来自美国、台湾、新加坡等。
1998年日本计算机出口总额35,030亿日元,其中对华出口808亿日元,占2.3%;进口总额20,753亿日元,其中自华进口1,370亿日元,占6.6%。
7、产业机器人
产业机器人是尖端机械技术和电子技术的组合。
日本的机器人技术发达,是世界上使用产业机器人最多的国家,大小工厂均有使用。
日本生产的产业机器人主要用于焊接、涂装、加工、组装、检查等领域,大大提高了生产效率。
1998年末,日本使用的产业机器人达41.2万台。
1998年日本生产的产业机器人6.1万台,金额4,654亿日元。
三、化学工业
日本化学工业的发展主要依赖进口石油、天然气等原料进行生产。
日本生产的化工产品主要有塑料、合成橡胶、合成纤维、肥料、硫酸、药品、涂料、化妆品、胶卷等。
化学工业的生产技术和设备水平要求高,因此科研在化学工业的发展中起着至关重要的作用,日本在化学工业的科研方面投入了大量资金。
化学工业的进步对汽车、信息和生物产业的发展都起到了巨大的推动作用。
1997年日本化学工业的就业人员达42万人,生产额达34万亿日元,其规模超过了钢铁业。
石油化学工业是日本化学工业的重点,化学工业生产的一半是由石油化学工业创造的。
日本的石化产品主要有塑料、合成橡胶、化学纤维等。
日本的石化工业实行集约化生产,对石油等原料进行多次提炼、综合利用、进行一条龙生产。
截至1998年末,日本的石化联合企业主要有:日本石油化学、三菱化学、出光石油化学、三井化学、旭化成工业、住友化学工业、丸善石油化学、东燃化学等。
最近随着国际石化产业竞争的加剧,为加强竞争力,日本石化工业不断进行合并和合作,日本石油和三菱石油已合并成新的日石三菱公司。
1998年世界塑料产量为14,431万吨,日本占9.6%。
硫酸主要用来制造肥料,1997年日本生产硫酸683万吨。
1996年化肥年度(当年7月至次年6月)日本的氮肥生产量为88万吨,磷肥28万吨,钾肥807万吨。
日本的轻工业
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一、纺织工业
纺织产业是战后日本的主要产业,对日本经济的振兴起到了巨大作用。
但是,随着日本工业中心向重化学工业转移,加之海外纺织产品价格低廉,日本的纺织产品销售不振,纺织工业的地位下降。
在1997年工业产品生产中,纺织产品的比重仅为2.8%,纺织产品出口占出口总额的比重仅为2.0%。
1998年日本的线产量118.4万吨,其中棉线、毛线等天然纤维产量22.2万吨,占18.8%,化学纤维产量96.1万吨,占81.2%。
1998年日本织物产量323,200万立方米。
1998年日本棉花进口33.5万吨,主要进口地为美国、澳大利亚。
二、食品工业
1997年日本食品产业就业人员128万,生产额35.4万亿日元。
在1997年食品生产额中,面包、糕点等占12.1%,水产食品占11.6%,香烟占7.0%,啤酒占6.8%,乳制品占6.5%,汽水类饮料占6.4%,肉制品占5.7%,调料占5.2%,其他占38.7%。
最近,随着生活方式的改变,含热量和盐份少的健康食品盛行。
三、窑业
日本的窑业主要生产水泥、玻璃、陶瓷等。
日本的水泥和玻璃主要由大型企业进行生产。
1998年日本水泥产量8,133万吨,出口761万吨,截至99年4月1日,日本的水泥企业有19家,工厂44个,主要集中在关东和九州一带。
1998年日本平板玻璃产量2,603万箱,出口55万箱,玻璃制品产量293万箱。
1998年日本陶瓷销售额4,330亿日元,生产者主要为中小企业,其中爱知和岐阜2县的生产占50%以上。
四、造纸和纸浆业
日本纸张消费仅次于美国。
1998年日本纸生产量2,989万吨,其中纸张占60%,板纸占40%;纸浆生产1,092万吨,其中99%用于造纸。
1998年纸浆原料消费量3,612万立方米,其中木屑占96.6%,原木占3.4%。
用于造纸的原料2,976万吨,其中废纸占54.5%,纸浆占45.4%。
最近,由于复印机和电脑普及,纸张消费增加。
为保护森林,节省能源,日本大力推行纸张再利用,废纸的回收率和废纸占造纸原料的比率均超过了50%。
五、其他轻工业
除上述工业外,轻工业还包括木材和木制品工业、家具制造业、出版印刷业、皮革产品制造业和玩具工业等。
其中,出版印刷业的生产额已超过了制窑业和纸及纸浆业的生产额。
日本的工业地带和工厂
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一、工业地带
日本有京滨、中京、阪神三大工业地带。
以前日本的大工业地带还包括北九州工业地带,称为四大工业地带,但是目前上述三大工业地带已远远超过了北九州工业地带的规模。
京滨工业地带机械工业发达,出版、印刷业繁荣,川崎和横滨有很多石油精炼所。
中京工业地带主要以机械工业为主,特别是汽车工业发达。
陶瓷等制窑业也主要集中在该地带。
阪神工业地带金属工业发达,纺织工业比率较高。
1997年日本工业生产额3,265,157亿日元,其中三大工业地带的生产额达1,275,961亿日元。
在1997年全国工业生产中,京滨工业地带的生产占14.0%,中京占13.9%,阪神占11.3%。
日本的工业在战后迅速崛起,形成了规模巨大的工业地带,但是同时也产生了工厂过密、大气污染、工厂用地和工业用水不足、交通堵塞等各种各样的问题。
为解决这些问题,一些新工厂开始向工业地带周边、大工业地带的间隙以及内陆地区转移,形成了一些新工业地带。
除三大工业地带和北九州工业地带以外,日本还有其他一些工业区,主要包括关东内陆工业区、京叶工业区、鹿岛临海工业区、东海工业区、北陆工业区、濑户内工业区等。
二、大工厂和中小工厂
1997年日本共有工厂61.3万家,其中人数在300人以上的大工厂仅占0.6%,剩下的99.4%均为中小工厂。
日本的制造业主要靠中小企业支撑。
日本工厂的分布特色是在大工厂的周围,成立了很多中小工厂,主要向大工厂提供零部件,形成了许多工业区。
日本的中小企业技术水平较高,能够生产出优质零部件和产品,其中还有许多中小企业独立进行技术开发。
但是中小企业由于资金规模小,生产量少,加之许多中小企业靠接受大工厂的订货进行生产,受大工厂经营情况的影响较大,经营不够稳定,如果大工厂景气下滑,就会要求中小工厂降低产品价格,加之海外产品价格便宜,日本的许多大企业纷纷购买国外产品,一些大企业将工厂转移到人工费较低的亚洲国家,直接进行零部件生产,日本中小企业的处境变得艰难。
近年日本经济持续不振,中小企业破产增多。
日本的电力、核能和工业用水
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战后,日本的发电主要以水力发电为主。
60年代随着中东石油开发,日本火力发电大幅增长。
70年代发生2次石油危机,日本开始研制核能发电,日本核能发电大幅增长。
日本同时还在研究利用地热、燃料电池、太阳能、风力等新能源发电,但是由于费用高、发电量小,进展不大。
1998年日本发电量1.05万亿千瓦,其中水力发电占9.8%,火力发电占58.1%,核能发电占31.8%。
1998年12月末,日本共有原子炉52座,发电设备容量4,508万千瓦,核能发电顺利发展。
日本核能技术在世界上评价较好,但是茨城县东海村发生的核原料泄漏事件使人们对核能发电的安全性产生怀疑。
水是工业生产不可缺少的资源。
特别是冷却水占工业用水的77%左右。
化学、钢铁、纸和纸浆业用水消耗巨大。
日本的工业用水61%为回收再利用水,目的是为了节省水资源。
近年由于气候时有异常,夏季雨水不足,工业用水下降,解决夏季用水不足问题已成为一大课题。
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1953年12月26日鞍山钢铁公司三大工程,大型轧钢厂、无缝钢管厂、七号炼铁炉举行开工生产典礼。这是新中国重工业建设中首批竣工投入生产的重要工程,大大加强了以鞍钢为中心的东北钢铁基地建设。
鞍山钢铁公司三大工程是苏联援建的“一五”计划重点工程。而且2021年1月17日,鞍山钢铁公司被中国红十字会总会授予“全国红十字模范单位”称号。2021年4月,鞍山钢铁集团有限公司保卫部(人民武装部)党委被授予“辽宁省抗击新冠肺炎疫情先进集体”称号。
创造了新中国工业建设史上的伟大奇迹
1952年7月14日,鞍钢无缝钢管厂率先动工;同年8月1日,鞍钢大型轧钢厂破土动工;翌年2月27日,鞍钢炼铁七号高炉正式动工。铁路上、公路上来来往往的车辆川流不息;大白楼、小白楼(生产和基建指挥中心)彻夜灯光明亮;施工工地上人喧车鸣,到处搭起脚手架,到处闪烁着电焊火花;人们走起路来像是跑步,各自都在奔忙。
在炼铁7号高炉工程指挥部,担任甲方代表的炼铁厂副厂长周传典(后曾任冶金工业部副部长)说:“这情景,在我过去的生活中还是只见到过这一次!”
最先竣工的是无缝钢管厂,1953年9月15日,无缝钢管厂机组开始试车。10月24日,世界级冶金权威、苏联亚速钢厂总工程师罗曼可亲自坐镇,正式试轧热轧无缝钢管。
试轧现场一片紧张忙碌。调度室里的两台子母钟嗒嗒地响着,40多部电话不停地传达着指令,变电所、主电室、油库的工人眼睛紧紧盯着仪器仪表,加热工烧上了试轧的管坯,轧钢工调整好轧机,一切准备就绪。14时20分,第一根火红的无缝钢管顺利轧制成功。罗曼可检验各种参数后,满意地说:“就算在苏联,这也是质量上乘的。”
1953年12月15日,鞍钢大型轧钢厂举行竣工移交生产签字仪式;12月18日,鞍钢炼铁七号高炉竣工投产,流出第一炉铁水,安装工期仅用5个月零10天。至此,鞍钢“三大工程”全部完工。
鞍钢“三大工程”占了新中国工业化建设的许多“第一”——它是“一五”计划中位列首席的头号工程,是我国第一个钢铁基地、新中国重工业建设中首批竣工投入生产的重点工程,也创造出了新中国工业建设史上的伟大奇迹。
GB 5310-2008 《高压锅炉用无缝钢管》标准附录A:相似钢号对照表
JIS STB 410的相似钢号为GB 5310-2008 20G或者20MnG。
(1)优质碳素结构钢钢号有20G、20MnG、25MnG。
(2)合金结构钢钢号15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr3MoVSiTiB等。
(3)不锈耐热钢常用1Cr18Ni9、1Cr18Ni11Nb锅炉管除保证化学成分和机械性能外,要逐根做水压试验,要作扩口、压扁试验。钢管以热处理状态交货。
此外,对成品钢管显微组织、晶粒度、脱碳层也有一定要求。
参考资料www.xkjwfg.com