什么是钢?

钢主要由铁构成,但具有高除碳量,例如 4%,以及受控的残留量。钢中的含碳量是在热处理后钢材性能的重要决定因素。表 1 显示了这些性能的一些指标。

表 1 钢材含碳量的影响

钢材中还添加了什么?

使用各种添加剂可以改善基本碳钢性状;例如钼用来提高高温强度和硬度,镍可以改善韧性和延展性。不同用途(例如锤头、车身)对钢材所需的不同形状将决定所使用的钢材的种类,以及所采用可控加热、热轧及冷轧的处理方法。表 2 进一步详细介绍了钢材添加剂。

表 2 钢材添加剂

BOS(碱性氧气炼钢)工厂

来自高炉的铁水通过钢轨车上称为 “Torpedoes” 专用耐火砖(容量从 200 到 450 吨不定)被输送到 BOS 工厂,在这里,铁被精炼为所需品质和成分的钢材。

在 BOS 工厂,铁分为两个阶段进行处理;首先是除碳,接下来是施加添加剂,用来修改钢材的性状。

在第一阶段,铁中混合了一些碎片和焊剂,以及一些惰性气体和氧气,直到通过取样针测量到达到所需的含碳水平为止。“吹”氧工艺在一个称为转炉的巨大倾斜容器中完成。在现代化炼钢厂中,通常会看到 BOS 容器能够在一次“吹”氧过程中转换 350 吨金属。参见图 1,转炉本身重 650 吨。通常,BOS 工厂有两或三台转炉,可以将铁转换成钢材,通常每次运行一台或两台,偶尔会多台同时使用。

表 1 BOS 转炉

在第二个阶段,在小容器中,原钢混杂着添加剂,在进入连续铸锭(连续铸造)工厂铸造之前接受一个简短的“吹风”周期。
 
在高炉强大的还原条件下,铁中的杂质会通过氧化去除。残余碳和硅要通过添加碱性熔剂氧化去除。

BOS 是一个集中于转炉位置和内容处理的顺次过程。整个过程的自动化可以从中心存储的工艺配方信息到前端设备,同时仍然需要人工干预和重复工艺步骤。

转炉是一种在加料侧上可以从树直方向倾斜 180°、在放渣侧上超过 90°的一种容器。在图 2 中所示的顺序过程中,转炉可以倾斜到几个预定义的角度之一。

表 2 BOS 转炉位置

转炉旋转到它的装料位置,装载金属废料(50吨)、铁水(300吨)、石灰(15吨)和“基本”熔剂镁和石灰石(6吨)。
 
转炉返回到垂直状态,主吹管放下,将氧气高速喷射到熔融金属表面约 15 到 30 分钟。
 
在喷射预订量的氧气后,完成“吹氧”操作,主吹管收回。通过热化学模型计算而得的 80% 和 100% 氧气流,放下副氧枪测量温度,用于计算碳残余量。
 
假定温度和样本分析是可以接受的,转炉将从垂直状态旋转到出钢时位置。
 
在出钢后,转炉偶尔旋转回清空矿渣的位置,返回到垂直状态添加增稠剂,然后平缓地摇动矿渣洗涤物,之后在转向相对的(180°)垂直位置进行清空。

实际上,还有其他一些中间步骤,取决于其他变量。例如:

  • 根据温度或分析可能需要重新吹氧
  • 可能需要抗溅出中断操作通过增加惰性气体流来减少溅出。
  • 增加惰性气体流搅拌可能需要降低温度

在整个周期中,例如氮和氩等惰性气体(在吹氧和重复吹氧期间)连续地搅动或搅拌转炉内的物质,并在转炉运动过程中保持转炉搅拌。
 
结果是获得碳含量极低的钢材。钢材种类所需的百分比将比这更高,因此要添加一定量的碳来满足技术要求。
 
在倒出金属后,该周期重新启动,如果没有任何问题,通常在 8 小时一班的生产时间内可以“吹氧”8 次,生成近 3,000 吨钢材。

转炉角度控制

转炉通过比较相应的绝对需要角和绝对实际角来定位所需的角度,并驱动位置控制电动机校正方向。

位置控制电动机是步进驱动的,之后根据错误大小和时段降低速度,直到符合冗差设置的范围为止。

水浴 搅拌(惰性气体)控制

为了搅拌转炉内的物质,通过转炉基座上的许多罐子注入氩或氮气,如图 3 所示。每个顺序步骤中的燃气的总量和种类由当前熔融物的配方决定。图 3 BOS 水浴搅拌控制

总流量被平分到许多控制器中,每个控制器都维持一个均匀分布,成为控制器远程给定值。所测定的流量是每个罐子的温度和压力质量补偿,和燃气类型以及控制模块输入。4 – 20mA 控制输出,然后调整阀位。

如果可以被粘性渣覆盖,那么下流压力将增加。当增加到超过一个给定极限时,控制从流量控制更改为压力控制,调节阀响应不同的控制算法。在压力减少时(滞后值较小),控制返回到流量控制。控制模式在自动和无波动之间转换,无源环路跟踪有源环路的输出。

表 3 BOS 搅拌控制

气流

BOS 工艺使用昂贵的气体(氩、氧和氮),这些气体的精密测量和综合化有助于通过在生成电子数据表报告和日志时使用这些值来获得经济运行和严格的质量控制。

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