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中国材料显微镜网:铁金属的生产(二)

2011-11-8 15:22| 发布者: fansiyuan| 查看: 14760| 评论: 0|来自: 中国材料显微镜网

摘要: 图示为一电弧爐 的切 面图。所加的原料 一部份为熔融的生铁或钢,但主要的成份还是为经过 选择的废铁块。此法除可煉 制不 锈钢、工具钢、耐热钢外,亦可藉由严格控制进料 以及加 ...
(二)电弧爐(ElectricArcFurnace)
      图示为一电弧爐 的切 面图。所加的原料 一部份为熔融的生铁或钢,但主要的成份还是为经过 选择的废铁块。此法除可煉 制不 锈钢、工具钢、耐热钢外,亦可藉由严格控制进料 以及加入必要 的合金 材料 ,以煉 制出若 干种合金 钢;此外,此法具有易 于控制产品成份、低污染的优点,因 此,广泛的用于铸铁的熔化。
      电弧爐 的型式可依金 属吸收热量 的方式区分为:
  •  间接电弧爐 :电极置于金 属面的上方,使金 属受电弧热量 的輻 射而熔化,较耗能源,已遭 淘汰。
  •  直接电弧爐 :电弧在电极与金 属间产生,由金 属直接吸收热量 而熔化,具有节省 能源的优 点,为现今唯一使用者。
      此外,电弧爐 又可依衬底的不 同区分为:
  •  酸性爐 :爐 底衬上黏土硅岩(Ganister ),外围砌硅砖,用于低硫 、低磷的原料 ,以煉 制 低碳合金 钢。
  •  碱性 爐 : 爐 底衬上 菱 镁矿( Magnesite ),外围砌 菱 镁矿( Magnesite )及铝氧 (Alumina)砖,可用于煉 制任何等级的碳钢及合金 钢。
      其中,碱性爐 可以去硫 ,并控制磷的含量 ,且温度 及成份的控制亦较精 密,因此用途颇广。 以 125 吨容量 的电弧爐 为例 ,其每一循环时间约需 3 小时,及 50,000kWh 的能量 ,但如能在过 程中,喷射高纯度 的氧气,则可以减少循环时间。


(三)平爐(Open-Hearth Furnace)
     图示为典型的平爐 构造,曾为最普遍的煉 钢方法,其系使用煤气或重油为燃料 ,火焰自加料 的上面通过,使金 属吸热而熔化;另外,由于爐 顶颇低,反射热量 于长形的爐 床上,又称之为反 射 爐 ( Reverberatory  Furnace )。图中显示: 爐 的 兩 端 各 有 一再生室( Regenerative Chambers ),室内砌有砖墙,左右兩 室交互加热,使空气及燃料 得到预热,除可节省 燃料 外, 也可以提高爐 内温度 。
平爐 可依爐 床衬底材料不 同分成:

  • 酸性爐 :用酸性砖或硅砂为衬料 ,仅能除去钢中的硅、锰及碳,但无法去除硫 及磷。
  • 碱性爐 :用菱 镁矿为衬料 ,能除去钢中的硅、锰、碳、硫 及磷。 其中,碱性爐 床的數量 超过 90%。


     至于平爐 的加料 ,则可以包括熔化的生铁、固体废钢或固体或熔体生铁及废钢的混合体,但 大多數 则为生铁及废钢块及熔融的生铁液,煉 制时先将固体材料 (废料 及任何固体生铁)放在爐 床上,待熔化二至三小时后,加入熔化的铁液,直到沸腾(约需 6~7 小时),再加入熔剂,以利 清渣,并除去钢液中的不 纯物;此外,亦可由爐 顶通入氧气,以减少煉 钢时间(约可省 25%)及 燃料 成本(约可省 30%)。





(四)熔铁爐(Cupola)
「熔铁爐 」系藉由爐 子将废料 与生铁再熔化而制成铸铁件。
     熔铁爐 的构造简单,操作起來 很经济,能将铁連 续熔化,但由于其系将燃料 与金 属直接接 触,因此,最后的产品成分变得不易 控制。
     图示为一水冷 式熔铁爐 。其中,引导空气进入焦炭床开口的部分称为风口(tuyeres ),每 一风口有一用云母片覆盖的小窗,可用來 观察熔铁爐 内部的情形。风口处有一环绕熔铁爐 的风箱(windbox )或外套,可用來 供应空气;此外,金 属流 入槽中的开口称为出铁口(Tap hole), 其上方也有一孔,作为出渣使用。其中,生铁口低于进风口,以免进风口被熔渣封闭,阻塞 鼓 风。
     另此爐 于操作时,点燃焦炭床,交替装入焦炭及铁,使其重量 比成为 1 :8 ,此外,此爐 常 加入石灰石、萤石或苏打灰等助熔材料來 保护铁,使其不 致于氧化,并且可使熔渣易 于流 动。


四、精煉及设备
    为了 提高粗钢的质量或煉 制成其它特殊合金 钢,常使用各种爐 子、盛桶或其它容器,加以精 煉 之。
(一)感应爐(Induction Furnace)
     图示的感应爐 是利 用金 属材料 本身的感应电流來 熔化,而爐 外所环绕的水冷 线圈,则以铜管 制成;当线圈输入交流 电时,坩埚内所装的块料金 属,即因感应而产生相同周波的电流 ;由于电 阻甚小,所产生的电流 颇大,热量 也极为集中。以容量 高达 4 吨的坩锅为例 ,约在 50~90 分钟 内,就可以使进料 熔化。


     此法因构造简单,工作场所清洁,噪音少,不 至于造成公害,加上热量 系由金 属本身所感应 的电流 而來 ,因此,热效率 甚高,对于元素成份的控制也极佳,挺适用于高级合金 钢的冶煉 。
(二)坩埚法(Crucible)
     坩埚法是制造钢铸件最古老 的方法,主要用于非铁铸造工厂中。图示为利 用石墨与黏土混合 物制成的坩埚,其在冷 的时候很脆弱,必须小心搬运。




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