1、冶金學 :是一門研究如何經濟地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用一定加工方法 制成具有一定性能的金屬材料的科學。 由于礦石性能不同， 提取金屬的原理、 工藝過程和設 備不同，從而形成專門的冶金學科。提取冶金的分類 :按所冶煉金屬類型分： 有色冶金 鋼鐵冶金 按冶金工藝過程不同分： 火法冶金 濕法冶金 電冶金 火法冶金主要過程：干燥：去水，溫度為 400600 C。焙燒： 以驅除其中的揮發性組分，改變原料組成為目的、在低于礦石熔點溫度下、在 特定氣氛中進行的冶金過程。煅燒： 在空氣中以去 CO2 、水、 NOx 為目的的冶金過程。 燒結與球團：以獲得特定礦物組成、結構及性能的造塊。熔煉

2、： 還原氧化物，提取粗金屬。精煉： 氧化雜質，獲得純金屬。鑄造： 液態金屬凝固成固態。生鐵 :是含碳量大于 2.0的鐵碳合金，工業生鐵含碳量一般在 2.5%-4%，并含 C、Si、Mn 、S、P等元素,是用鐵礦石經高爐冶煉的產品生鐵性能： 生鐵堅硬、耐磨、鑄造性好，但生鐵脆，不能鍛壓鋼： 指含碳量 0.2-2的鐵碳合金。根據成分不同，又可分為碳素鋼和合金鋼，根據性能 和用途不同，又可分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼 高強高韌是鋼的重要特征 炒鋼 :向熔化的生鐵鼓風，同時進行攪拌促使生鐵中的碳氧化。再經過滲碳鍛打成鋼。也 可有控制地把生鐵含碳量炒到需要的程度，再鍛制成鋼制品。平爐時代 優勢： 可以

3、煉廢鋼，原料適用廣，質量提高缺陷： 生產率低，環境污染大氧氣轉爐時代 產量高，質量好，無需外熱源，投資低，建設快鋼鐵生產的典型工藝（長流程）塊狀區：主要特征：焦與炭呈交替分布狀，皆為固體狀態。 主要反應：礦石間接還原，碳酸鹽分解。軟熔區：主要特征：礦石呈軟熔狀，對煤氣阻力大。主要反應：礦石的直接還原、滲碳和焦炭的氣化反應。滴落區：主要特征：焦炭下降，其間夾雜渣鐵液滴。主要反應：非鐵元素還原、脫硫、滲碳、焦炭的氣化反應。焦炭回旋區：主要特征：焦炭作回旋運動。主要反應：鼓風中的氧和蒸汽與焦炭及噴入的輔助燃料發生燃燒反應。爐缸區：主要特征：渣鐵相對靜止，并暫存于此。主要反應：最終的渣鐵反應。鋼鐵生產

4、的兩個典型流程：高爐煉鐵：燒結/球團 一高爐一轉爐一連鑄機一軋機（長流程） 非高爐煉鐵：直接還原或熔融還原 一電爐一連鑄機一軋機（短流程） 鋼鐵工業的特點：1生產規模大，物流吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是5-6噸。2、資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯合企業內，每噸鋼降消耗 噸左右的標準煤、噸左右鐵礦石、3-8噸左右水；3、制造流程工序多、結構復雜4、制造流程中伴隨大量物質/能量排放，形成復雜的環境界面鋼鐵成品及副產品產品：生鐵、鋼、鐵合金副產品：爐渣、煤氣鋼與生鐵的區別生鐵S 1含碳屋2%丄3%(K03% - 2%苴它雜質較多機械性能質硬而脆 無韌性質硬、有韌性機械加1】可鑄不可鍛可鑄可鍛可延壓1爐

5、渣：是爐料在冶煉過程中不能進到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體中國鋼鐵工業發展目標：在“加強自主創新，建設創新型國家”目標下，通過結構調整和產 業升級，努力使我國從鋼鐵大國轉變為鋼鐵強國。高爐煉鐵：在高爐中采用還原劑將鐵礦石經濟而高效的還原得到溫度和成分符合要求 的液態生鐵的過程礦物：地殼中具有均一內部結構、化學組成及物理、化學性質的天然化合物或自然兀素稱為礦物。其中能夠為人類利用的稱為有用礦物礦石：在現代的技術經濟條件下，能以工業規模從中提取金屬、金屬化合物或其它產品的礦物稱為礦石礦石的品位：礦石中有用成分的質量百分含量，稱為該礦石的品位脈石：礦石中沒有用的成分稱為脈石，一般在冶煉過

6、程中需要去除富礦：含鐵品位50%的鐵礦石赤鐵礦(Fe2O3):理論含鐵量70%磁鐵礦(Fe3O4):理論含鐵量72.4%菱鐵礦(FeCO3):理論含鐵量 48.3%褐鐵礦(nFe2O3.mH2O):理論含鐵量 55.266.1%貧礦：實際含鐵量低于理論含鐵量70%的鐵礦石稱貧礦(必須經過選礦后使用被焊工件的材質通過加熱或加壓或二者并用，用或不用添充材料，使工件的材質達到原子間 的結合而形成永久性連接的工藝過程稱為焊接。熱源種類： 1、電弧熱 （利用氣體介質放電過程所產生的熱能作為焊接熱源。）；2、化學熱（利用可燃和助燃氣體或鋁、鎂熱劑進行化學反應時所產生的熱能作為熱源。）； 3、電阻熱（利用電

7、流通過導體時產生的電阻熱作為熱源。）；4、高頻感應熱 （對于有磁性的金屬 材料可利用高頻感應所產生的二次電流作為熱源， 在局部集中加熱， 實現高速焊接。 ）；5、摩擦熱 （由 機械摩擦而產生的熱能作為熱源。 ）； 6、等離子焰（電弧放電或高頻放電產生高度電離的離 子流，它本身攜帶大量的熱能和動能，利用這種能量進行焊接。）； 7、電子束（利用高壓高速運動的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部表面，使這種動能轉化為熱能作為熱源。）；8、激光束（通過受激輻射而使放射增強的光即激光， 經過聚焦產生能量高度集中的激光束作為熱 源。）。焊接時焊件上各點的溫度每一瞬時都在變化。 焊件上 （包括內部） 某瞬時的溫度分

8、布稱為溫 度場。焊接化學冶金過程：熔化焊時，焊接區內各種物質之間在高溫下相互作用的過程。 熔熵過渡形式： 短路過渡、顆粒過渡、附壁過渡、射流過渡、旋轉射流過渡。堿性焊條： 短路過渡和大顆粒過渡；酸性焊條：細顆粒過渡和附壁過渡。熔池為半橢球，幾何尺寸為 L=P2IU 其中，P2是比例系數，取決于焊接方法和規范。 I是 焊接電流，U是焊接電壓，上式適用于點狀熱源。 B, H分別是熔池寬度和熔池深度。I f, H f, B J; U f, H J, B f。熔池平均表面積 Fg, 般為1 4Cm2,熔池的比表面積 S= Fg/ P Gp熔池質量（手工焊時熔池的重量通常在0.616g之間，多數少于 5

9、g。埋弧焊焊接低碳鋼時，即使焊接電流很大，熔池的質量也不超過 100g）和存在時間：tmax=L/v、tcp=Gp/ p vAw AW 焊縫的橫截面積。溫度：熔池中部溫度最高,頭部次之,其次是尾部。熔渣在焊接過程中的作用：1 、機械保護作用; 2、改善焊接工藝性能的作用;3、冶金處理的作用。分類： 1 、鹽型熔渣; 2、鹽氧化物型熔渣; 3、氧化物型熔渣。堿度, 1 分子 理論認為分為三類： （ 1）酸性氧化物（ 2）堿性氧化物（ 3）中性氧化物; 2離子理論把液態 熔渣中自由養離子的濃度定義為堿度。 粘度, 對熔渣的保護效果、 焊接工藝性能和化學冶金 都有顯著的影響, 取決于熔渣的成分和溫度

10、 （升高溫度粘度下降） ,實質上決于熔渣的結構。表面張力： 實際上是氣相與熔渣之間的界面張力。 熔點： 常把固態熔渣開始熔化的溫度稱為 熔渣的熔點,焊條藥皮的熔點是指藥皮開始熔化的溫度,又稱造渣溫度。活性熔渣對焊縫金屬的氧化可分為兩種基本形式：擴散氧化和置換氧化。焊縫金屬脫氧的目的： 在于盡量減少焊縫中的含氧量, 一方面要防止被焊金屬的氧化, 減少 在液態金屬中溶解的氧, 另一方面要排除脫氧后的產物, 因為他們是焊接中非金屬夾雜物的 主要來源,而這些夾雜物會使焊縫含氧量增加。原則：1、脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應比被焊金屬對氧的大;2、脫氧的產物應不溶于液態金屬,其密度也應小于液態金屬的密

11、度; 3、必須考慮脫氧劑對焊接成分、性能以及焊接工藝性能的影響。先期脫氧： 在藥皮加熱階段, 固定藥皮中進行的脫氧反應加先期脫氧, 其特點是脫氧過程和 脫氧產物與熔滴不發成直接關系。沉淀脫氧： 在熔滴和熔池內進行的。 擴散脫氧： 擴散脫氧 是在液態金屬與熔渣界面上進行的。所謂合金過渡就是把所需要的合金元素通過焊接材料過渡到焊縫金屬中去的過程。目的： 首先是補償焊接過程中由于蒸發、氧化等原因造成的合金元素的損失,其次是消除焊接缺陷, 改善焊縫金屬的組織和性能,第三是獲得具有特殊性能的堆焊金屬。方式：1 、應用合金焊絲或帶極; 2、應用藥芯焊絲或藥芯焊條;3、應用合金藥皮或粘結劑;4、應用合金粉末

12、。合金過渡系數：為了說明在焊接過程中合金元素利用率的高度。影響因素：1 、合金元素的物化性質; 2、合金元素的含量; 3、合金劑的粒度; 4、藥皮（或焊劑）的成分;5、藥皮重 量系數。 焊芯焊絲作用：導電、填充金屬。藥皮作用： 1、機械保護作用 2、冶金處理作用 3、工藝性能良好。組成：穩弧劑、造渣劑、 造氣劑、脫氧劑、合金劑、粘結劑、增塑性焊條工藝性能：焊接電弧的弧定性 （穩弧性 ）、焊縫成形、在各種位置焊接的適應性、飛濺、 脫渣、焊條的熔化速度、藥皮發紅程度及焊條發塵量等。穩弧性：電弧保持穩定燃燒的程序。影響因素有焊條藥皮成份、電源的特性、焊接規范等 . 藥皮成份的影響是若藥皮中含低電離勢

13、元素,U J穩弧性f,在焊條藥皮中凡是能降低電弧電壓的物質， 均有穩弧作用 ,而電弧電壓的高低又與物質的電離勢有關,電離勢低的元素 ,化合物就能起到穩弧作用。藥芯焊絲： 是由薄鋼帶卷成圓形鋼管或異形鋼管的同時, 填滿一定成分的藥粉后經拉制而成 的一種焊絲。熔池的結晶特點：熔池體積小, 冷卻速度大； 熔池中的液態金屬處于過熱狀態；熔池是在運 動狀態下結晶的。其生成可分為：非自發晶核、自發晶核。結晶長大： 原子由液相不斷地向固相轉移, 晶核的成長是通過二維成核方式長大, 但并不是 齊步前進, 長大趨勢不同, 有的一直向焊縫中部發展； 有的只長大很短距離就被抑制停止長 大。焊縫中的化學不均勻性： 在

14、熔池進行結晶的過程中, 由于冷卻速度很快, 已凝固的焊縫金屬 中化學成分來不及擴散,合金元素的分布是不均勻的,出現所謂的偏析現象。1顯微偏析：宀枝晶偏析，指晶粒邊界或一個晶粒內部亞晶界或樹枝狀晶的晶枝之間的偏 析。產生原因：選擇性結晶,焊接時,冷卻速度大,液固界面溶質來不及擴散,結晶有先后 之分, 純金屬先結晶, 雜質后結晶。 胞狀晶, 晶粒內部濃度低, 晶界處溶質濃度高。 樹枝晶, 主干處溶質濃度低,樹枝區域濃度較高,晶界處濃度最高。2、宏觀偏析（區域偏析） ：指焊縫邊緣到焊縫中心,宏觀上的成分不均勻性,焊縫金屬以柱 狀晶長大, 把雜質推向熔池中心, 中心雜質濃度逐漸升高, 使最后凝固的部位

15、發生較嚴重的 偏析,當焊速較大時, 成長中的柱狀晶最后都會在焊縫中心相遇, 使溶質和雜質聚集在那里, 容易產生焊縫縱向裂紋。3、層狀偏析：由于化學成分分布不均勻引起分層現象。焊縫橫斷面經浸蝕之后,可以看到 顏色深淺不同的分層結構形態稱為結晶層。 特征： 晶粒主軸與層狀線垂直； 越先靠近熔合線 處越清析,遠離熔合線不清晰,線距越寬；層狀線不是連續的,是間斷的鏈狀偏析帶。產生原因： 焊縫金屬的凝固并不是連續均勻的過程,而是一個斷續的過程,一種觀點： 層狀偏析是由于晶體成長速度 R發生周期變化引起 R f,結晶前沿的溶質濃度增大，晶粒含有一層 溶質較多的帶狀偏析層。RJ結晶前沿的溶質濃度減少。焊縫夾

16、雜： 1、氧化物 SiO2、 MnO2、 TiO2、 Al2O3- 熱裂, 層狀撕裂； 2、氮化物 Fe4N 脆 硬相，硬度f韌性3、硫化物 FeS MnS。防止，最重要的是正確的選擇焊條、 焊劑,使之更好的脫氧、脫硫等,其次是注意工藝操作：1、選用合適的焊接工藝參數,以利于熔渣的浮出; 2、多層焊時,應注意清除前層焊縫的熔渣;3、焊條要適當的擺動,以便熔渣的浮出; 4、操作時要注意保護溶池,防止空氣侵入。在焊接工作中用于改善焊縫金屬性能的途徑有很多,但歸納起來,主要是焊縫的固溶強化、 變質處理和調整焊接工藝。焊接熱循環的主要參數：1、加熱速度（ WH ）; 2、加熱的最高溫度（ Tm）; 3

17、、在相變溫度以上的停留時間（tH）; 4、冷卻速度（WC）和冷卻時間（t8/5、t8/3、t100） 焊接條件下的組織轉變的特點：1、加熱溫度高, 2、加熱速度快, 3、高溫停留時間短, 4、 自然條件下連續冷卻， 5、局部加熱。焊接熱裂紋 （結晶裂紋） 產生機理， 產生部位：結晶裂紋大部分都沿焊縫樹枝狀結晶的交界 處發生和發展的， 常見沿焊縫中心長度方向開裂即縱向裂紋， 有時焊縫內部頒在兩樹枝狀晶 體之間。對于低碳鋼、奧氏體不銹鋼、 鋁合金、結晶裂紋主要發生在焊縫上。某些高強鋼， 含雜質較多的鋼種， 除發生在焊縫之處， 還出現在近縫區上。 分析熔池各階段產生結晶裂紋 的傾向：焊縫金屬結晶過程

18、中， 晶界是個薄弱地帶，由金屬結晶理論可知， 先結晶的金屬比 較純， 后結晶的金屬雜質多，并集富在晶界， 并且熔點較低， 這些低熔點共晶物被排擠在晶 界，形成一種所謂液態薄膜 ，在焊接拉應力作用下，就可能在這薄弱地帶開裂，產生結 晶裂紋。產生結晶裂紋原因：液態薄膜拉伸應力焊接結晶裂紋的影響因素：1）、冶金因素 結晶溫度區間：合金狀態圖脆性溫度區的大小 隨著該合金的整個結晶溫度區間的增加而增加；合金元素 a）、S、P增加結晶裂紋傾向i）、S、P增加結晶溫度區間，脆性溫度區間TB f裂紋f b）、C i）、C<0.1%Cf結晶溫度區間f ,裂紋f ii）、00.16% 加劇P有害作用 裂fi

19、ii）、00.51% 初生相 c）、Mn Mn具有 脫S作用 其中Mn熔點高，早期結晶星球狀分布，抗裂f含碳量C<0.016% 5匸裂匸但加入Mn f裂J 含碳量C>0.016% P對形成結晶裂紋的作用超過了S,Mn f無意義d）、Si 硅是 相形成元素，利于消除結晶裂紋， 相中 S、 P 溶解度大緣故， Si>0.4% 易形 成低熔點的硅酸鹽夾雜使裂f,但也有例外，例如焊接高強鋁合金時，加入5%的鋁硅合金焊絲，利用易熔共晶的“愈合作用”消除裂紋。e）、鈦Ti鋯和稀土元素對硫的親合力大，形成高熔點的硫化物，消除結晶裂紋有良好的作用。f）、O Of降低S的有害作用，氧、硫、鐵能

20、形成 Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜變成球狀，裂J2）、力的因素 在焊接時脆性溫度區內金屬的強度要小于在脆性溫度區內金屬所承受的拉伸應力。防止 結晶裂紋的措施：1）、冶金方面控制焊縫中有害雜質的含量，限制S、P、C含量改善焊縫的一次結晶。2）、工藝方面（減少拉應力）（i ）應變E f、T0 f、J（ii ）接頭預熱型式 適當增加線能量（q/v）接頭型式合理（iii）妥善安排焊接次冷裂紋的一般特征：1、產生溫度 Ms點附近或200300C以下溫度區間；2、產生的鋼種和 部位,發生在高碳鋼、中碳鋼、低合金、中合金高強鋼,熱影響區合金元素多的超高強鋼、Ti 合金發生在焊縫； 3、裂紋的

21、走向：沿晶、穿晶。 。產生時間：可焊后立即出現,也有的 幾小時,幾天、更長時間。 。延遲裂紋：不是在焊后馬上出現的要經過一定時間才出現的裂 紋延遲裂紋, 延遲裂紋是冷裂紋中一種最普遍的形態, 它不是焊后出現, 因此危害性更大。 延遲裂紋三種形態： 1）焊趾裂紋 起源于焊縫和母材的交界處,并有明顯應力集中的地方, 裂紋的取向經常與焊縫縱向平行,由焊趾的表面開始,向母材的深處延伸；2）、焊道下裂紋發生在淬硬傾向較大, 含氫較多鋼種的焊接熱影響區, 裂紋取向與熔合線平行, 但也有時垂 直于熔合線； 3）、根部裂紋 起源于應力集中的焊縫根部,可能發生在焊接熱影響區,也 可能發生在焊縫（含氫量高,預熱不

22、足）延遲裂紋的機理： 高強鋼焊接時產生延遲裂紋的原因主要是： 鋼種的淬硬傾向； 焊接接頭的 含氫量及其分布, 焊接接頭的拘束應力。 延遲裂紋的開裂過程存在這兩個不同的過程, 即裂 紋的起源和裂紋的擴展,擴展到一定情況下,發生斷裂。1、鋼種的淬硬傾向 焊接接頭的淬硬傾向主要決定于鋼種的化學成分,其次是焊接工藝,結構板厚及冷卻條件。鋼種淬硬傾向越大，越容易產生裂紋，其原因為：1）形成脆硬的馬氏體i）、馬氏體的形狀條狀馬氏體：低碳馬氏體，含碳量小于0.3%C，呈條狀Ms點較高，在轉變后起到自行回火作用，因此有一定韌性如低碳鋼、低碳合金鋼。片狀馬氏體：含 碳量高時，形成片狀馬氏體，片內存著平行狀的孿晶

23、，亦稱孿晶馬氏體，硬度高，組織脆對 裂紋敏感ii）、組織對冷裂紋的敏感傾向2）淬硬產生晶格的缺陷材料在淬硬后，會產生較多的晶格缺陷， 淬火后出現的晶格缺陷主要是空位位錯，相變應力的作用下產生較多的位錯，在焊接應力作用下，空位與位錯發生移動聚集，當達到一定濃度時，產生裂紋源， 硬度擴展成為裂紋。2、氫的作用 氫是引起高強鋼焊接時產生延遲裂紋的重要因素之一，氫具有延遲作用，由 氫引起的延遲裂紋稱為氫致裂紋也稱氫誘發裂紋。塊礦和粉礦破碎、篩分 /粉礦（5mm）供燒結廠生產燒結礦富礦大中型高爐45mm塊礦（510mm）,上限中小型高爐2025mm 浮選（flotation）是漂浮選礦的簡稱。浮選是根據

24、礦物顆粒表面物理化學性質的不同，從礦石中分離有用礦物的技術方法（即按礦物可浮性的差異進行分選的方法）。精礦： 貧礦經過破碎，細磨，并通過磁選或浮選得到的高品位細粉狀礦石高爐內型：高爐爐型為圓斷面五段式即：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五部分。爐缸（Hearth ）高爐內型下部由鐵口水平中心線標高至爐腹下沿之間的圓柱體部分。爐腹 （Bosh）從爐缸上沿至爐腰下沿的倒截頭圓錐體部分。爐腰 （Barrel or Belly）高爐內型中部的圓柱體部分。爐身 （Stack從爐腰上沿至爐喉下沿的截頭圓錐體部分。爐喉（Throat ）爐身之上的圓柱體部分。死鐵層 （Well）從爐缸下沿即鐵口水平中心線標高至爐

25、底砌磚上沿的倒截頭圓錐體部分。料線零位： 是測定料面高度的基礎。鐘式爐頂：大鐘開啟時大鐘的底邊；無鐘爐頂：爐喉鋼磚的轉折點處或鋼磚頂部有效容積:對鐘式爐頂高爐指從鐵口水平中心線至大鐘下降位置下沿所包括的容積；對于無鐘爐頂高爐指從鐵口水平中心線至爐喉上沿（一般把該標高設為料線零位）之間的容積高爐煉鐵原料：含鐵原料：鐵礦石：1.61.8噸/噸鐵，主要成分為：Fe3O4,理論含鐵量72.4%； Fe2O3，理論含鐵量 70%鐵礦石中的脈石主要：有SiO2、A12O3 、CaO、MgO等金屬氧化物，以酸性氧化物為主。脈石主要參與造渣，幾乎不被還原脈石成分總體要求：酸性氧化物和堿性氧化物質量大體相當高爐

26、煉鐵的含鐵原料：燒結礦：高堿度燒結礦和自熔性燒結礦球團礦：酸性球團礦和自熔性球團礦塊礦：磁鐵礦、赤鐵礦碎 鐵：高爐生產以人造富礦為主燒結的定義：將各種粉狀鐵，配入適宜的燃料和熔劑，均勻混合，然后放在燒結機上點火燒結。在燃料燃燒產生高溫和一系列物理化學變化作用下，部分混合料顆粒表面發生軟化熔融，產生一定數量的液相，并潤濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結成塊。這一過程叫燒結堿度：爐渣中CaO與SiO2的質量百分數之比生產中堿度（R）的計算w堿性氧化物w酸性氧化物四元堿度:W CaOW MgOW SiO 2W Al 2 O 3三元堿度：R 3W CaOW MgOW SiO二元堿度:W

27、 CaoW SiO 2抽風燒結的原理:布在燒結機臺車上的混合料經點火和抽風氣流自下而上通過料層中燃料燃燒產生高 溫。引起一系列物理化學反應，物料局部軟熔生成一定的液相。隨后，由于溫度下降， 液相冷凝結塊，形成氣孔率高，礦物組成而天然礦不同的燒結礦。燒結過程的主要反應： 燃燒反應、分解反應、還原與再氧化反應、氣化反應焦炭：成分： 固定碳： 8085%灰份：(SiO2 占 4550% , AI2O3 占 1530%)揮發份： CO、CO2、CH4、 N2、H2作用： 燃燒產生熱量、燃燒后產生 CO 作為還原劑、支撐料柱，使料層透氣煉鋼的基本任務：1 、四脫： C、 S、P、 O 2、二去：氣體、夾

28、雜；3、二調整：溫度、成分。4、澆注氧化物的還原：高爐內主要還原劑有 CO、C、H2。不同種類還原劑還原行為及效果差別很大。按還原劑和還原反應產物不同，概括分為間接還原和直接還原兩大類。一、間接還原：凡是用 CO 或 H2 做還原劑，最終氣體產物是 CO2 或 H2O 的稱為間接還 原。二、直接還原：凡用碳作還原劑，最終氣體產物是 CO 的反應稱為直接還原。高爐里固體碳與礦石中鐵氧化物和液相 FeO 都有直接接觸進行直接還原反應的機會。但礦 石與焦炭可接觸的界面很小，渣中 FeO 較少，所以，鐵氧化物與固體碳直接接觸進行還原 的數量將是有限的。 實際高爐里固體碳參與的直接還原反應， 主要是 C

29、O 還原鐵氧化物，生 成的 CO2 再與碳進行氣化反應，通過 CO 這樣的傳遞過程完成的，即直接還原反應是間接 還原與碳氣化反應疊加而實現的T > 570C 時，FeO+CO=Fe+CO2CO2+C=2CO FeO+C=Fe+CO同理：3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO Fe3O4+C=3FeO+COT v 570C 時,1/4Fe3O4+C=3/4Fe+CO高爐爐渣是 ：由礦石，焦炭及熔劑中不能被還原的氧化物等組成，主要成分是SiO2、 AI2O3 、 CaO、 MgO(四者合計超過爐渣組成的 95%)、MnO、FeO、CaS等，冶煉特殊礦石時，渣中還含有TiO2、CaF2 等高爐造

30、渣的基本任務：就是要根據礦石中的脈石與焦炭灰分的特點，配加適當種類和數量的助熔劑， 調整好爐渣中堿性成分和酸性成分的比例， 以形成物理及化學性能均符合要求的爐 渣。使得：爐渣具有低的熔點和良好的流動性，能順利從渣、鐵口流出。 使爐渣具有一定的脫硫能力，并能在一定程度上控制Si、Mn、K、Na 的還原。高爐爐渣的作用：(1) 分離渣鐵，具有良好的流動性，能順利排出爐外。(2) 具有足夠的脫硫能力，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。(3) 具有調整生鐵成分， 保證生鐵質量的作用。 根據需要控制某些元素反應進行的程度， 如促進某些元素還原，以提高回收率。在冶煉 Fe-Si 時除保證入爐原料

31、中有一定數量的 SiO2 外，還加入高純度硅石(SiO2>90%)，以形成酸性渣，促進 Si還原。(4) 保護爐襯，具有較高熔點的爐渣，易附著于爐襯上，形成“渣皮 ”，保護爐襯，維持生產。熔點過低或粘度過小，將會緩慢侵蝕爐襯，故爐渣的性能直接影響爐襯的壽命。提高爐渣脫硫能力的措施：1) 提高爐渣堿度，即增加渣中 CaO 量有利于脫硫2) 提高溫度3) 低 FeO 還原性氣氛。4) 合適的 MgO 、 MnO 含量焦炭在風口前燃燒的作用：為高爐提供所需熱量的 80%；燃燒產生的還原氣體(CO、H2 )保證了爐料的還原； 燃料燃燒留下的空間為爐料不斷下降提供了條件，而且風口前 的燃燒狀態對煤

32、氣流分布，軟熔帶的形成，以致冶煉效果都有 重要影響。高爐煉鐵的生產總原則： 優質、低耗、高產、長壽、高效益 直接氧化是指氧氣直接與鐵液中的元素產生氧化反應。當向鐵液中吹入氧氣時，如果在鐵液與氣相界面有被溶解的元素如Si、Mn、C,雖有大量的鐵原子存在，但根據元素的氧化次序 Si、Mn、C將優先于鐵而被氧化。反應可寫為：C+0.5 O = COSi+ O2= (SiO2)Mn+0.5 O2 = ( Mn )在氧氣轉爐煉鋼時氧氣流股沖擊鐵液形成一個沖擊坑， 氧氣與鐵液直接接觸， 易產生元素的 直接氧化。間接氧化方式吹入的氧氣由于動力學的原因首先與鐵液中的Fe原子反應形成FeO進入爐渣，同時使鐵液中

33、溶解氧O。爐渣中的(FeO)和溶解在鐵液中的O再與元素發生間接氧化。 其反應為： O2 +Fe=(FeO)(FeO)=Fe+O如：2O+Si=(SiO2)或 2(FeO)+Si=2Fe+(SiO2)在渣 -金界面上往往產生元素的間接氧化反應。1、脫碳反應 煉鋼的一個重要任務是利用氧化方法將鐵液中過多的碳去除，稱為脫碳。脫碳反應是貫穿 于冶煉過程。在高溫下 C 主要氧化成為 CO。C 與氧的反應有：在渣 -金界面上：C+( FeO) = CO +FeC+O= CO? 在氣 - 金界面上：C+12 O2 = CO脫碳反應的作用脫碳反應除了調整鋼液碳含量的作用外，其反應產物 CO 氣體的上浮排除使得

34、脫碳反應 給煉鋼帶來獨特的作用。1促進熔池成分、溫度均勻；2 提高化學反應速度；3 降低鋼液中的氣體含量和夾雜物數量：4 造成噴濺和溢出：2、硅的氧化硅的直接氧化和間接氧化反應式在氣 -金界面上Si+O2= ( SiO2)在渣 -金界面上Si +2 :O: = (Si02)直接氧化Si +2 (FeO) = (Si02) +2Fe 間接氧化3、錳的氧化與還原鐵液中的錳反應 ,形成高溫下穩定的 MnO。Mn 的氧化反應式為：在氣 -金界面上Mn +1/2O2=(MnO)在渣 -金界面上Mn+O=(MnO)Mn+(FeO)=(MnO )+Fe4、脫磷反應式 用堿性爐渣進行脫磷的反應為： 在渣 -金

35、界面3(CaO)+2P+5O=(3CaO P2O5)3(CaO)+2P+5(FeO)=(3CaO P2O5)+5Fe在渣 -金-氣界面3(CaO)+2P+5/2O2=(3CaO P2O5)5、脫硫反應反應熱力 爐渣分子理論認為，脫硫反應為：S+(CaO)=(CaS)+O 分子理論解釋不了純 FeO 渣也能脫硫的現象， 故爐渣離子理論認為， 脫硫反應屬于電化 學反應：S+(O2-)=(S2-)+O 三種脫氧方式沉淀脫氧又叫直接脫氧。把塊狀脫氧劑加入到鋼液中，脫氧元素在鋼液內部與鋼中氧直接反應， 生成的脫氧產物上浮進入渣中的脫氧方法稱為沉淀脫氧。出鋼時向鋼包中加入硅鐵、錳鐵、鋁鐵或鋁塊脫氧就是沉淀

36、脫氧。擴散脫氧又叫間接脫氧。它是將粉狀的脫氧劑如 C粉、Fe-Si粉、CaSi粉、Al粉加到爐渣中, 降低爐渣中的氧含量，使鋼液中的氧向爐渣中擴散，從而達到降低鋼液中氧含量的一種 脫氧方法。 在電爐煉鋼的還原期和爐外精煉過程向渣中加入粉狀脫氧劑進行脫氧操作就是擴散脫 氧。真空脫氧是利用降低系統的壓力來降低鋼液中氧含量的脫氧方法。 它只適用于脫氧產物為氣體的 脫氧反應如 C-O 反應。這種脫氧方法常用于爐外精煉中，如 RH 真空處理、 VAD、 VD 等精煉方法都可實現鋼液的 真空脫氧。鐵水預處理： 是指鐵水進入煉鋼爐之前對其進行脫除雜質元素或從鐵水中回收有價值元素的一種工 藝流程。爐外精煉：按

37、傳統工藝，將常規煉鋼爐（轉、電）中完成的精煉任務（四脫（S、 P、 C、O）,二去（氣體、夾雜），兩調整（溫度、成分）,部分或全部地轉移到鋼包或其它容器中 進行精煉的過程 鋼包精煉爐爐外精煉的特點： 選擇一個理想的精煉氣氛條件，通常采用真空、惰性氣氛或還原性氣氛； 對鋼液進行攪拌，可采用電磁感應、惰性氣流或機械方法攪拌； 鋼液加熱， 在精煉過程中通常采用電弧加熱、 埋弧加熱、 等離子加熱或增加化學熱等。鋼的連鑄：使鋼水不斷地通過水冷結晶器， 凝成硬殼后從結晶器下方出口連續拉出， 經噴水冷卻， 全部凝固后切成坯料 （連鑄坯） 的鑄造工藝連鑄的優勢： 提高成材率。 連鑄產品的均一性高、 質量好。降

38、低能耗。易于實現機械化自動化。占地面積小、生產周期快、噸坯成本低。 連鑄機臺數、機數、流數臺數 :凡共用一個鋼包（盛鋼桶）或同時澆注幾根鑄坯的連鑄裝置，稱為一臺連鑄機機數 :凡是具有獨立的傳動和工作系統，可獨立進行正常工作的連鑄系統，稱為一 個機組（一機） 。流數 :凡是不經切割而連續澆注一根長的鑄坯，稱為一流。每臺連鑄機所能同時澆 注的鑄坯總根數，稱為連鑄機的流數。鋼包作用：存儲鋼水，將鋼水由精煉爐運送到連鑄機上，在鋼包底部設有Ar 管進行吹 Ar 攪拌，起到精煉作用。鋼包結構：鋼包由鋼包本體、 滑動水口連接板、 透氣磚等組成長水口用于鋼包和中間包之間， 保 護鋼水澆注時不受二次氧化，防止鋼

39、流飛濺，對提高鑄坯質量有明顯效果擋墻：在中間包內設置的高出鋼液面的墻稱為擋墻。 其作用為： 隔離沖擊區與 澆鑄水口區；形成循環流，有利去除夾雜；減少死區，有利于鋼水溫度 分布均勻。壩：設置在中間包內鋼液面以下的障礙物。其作用：與擋墻配合起導流，促進夾雜物上浮， 達到精煉鋼水的作用。被焊工件的材質通過加熱或加壓或二者并用， 用或不用添充材料， 使工件的材質達到原子間 的結合而形成永久性連接的工藝過程稱為焊接。熱源種類： 1、電弧熱 （利用氣體介質放電過程所產生的熱能作為焊接熱源。）；2、化學熱（利用可燃和助燃氣體或鋁、鎂熱劑進行化學反應時所產生的熱能作為熱源。）； 3、電阻熱（利用電流通過導體時

40、產生的電阻熱作為熱源。 ）；4、高頻感應熱 （對于有磁性的金屬 材料可利 用高頻感應所產生的二次電流作為熱源， 在局部集中加熱， 實現高速焊接。 ）；5、摩擦熱 （由 機械摩擦而產生的熱能作為熱源。 ）； 6、等離子焰（電弧放電或高頻放電產生高度電離的離 子流，它本身攜帶大量的熱能和動能，利用這種能量進行焊接。）； 7、電子束（利用高壓高速運動的電子在真空中猛烈轟擊金屬局部表面，使這種動能轉化為熱能作為熱源。）；8、激光束（通過受激輻射而使放射增強的光即激光， 經過聚焦產生能量高度集中的激光束作為熱 源。）。焊接時焊件上各點的溫度每一瞬時都在變化。 焊件上 （包括內部） 某瞬時的溫度分布稱為溫

41、 度場。焊接化學冶金過程：熔化焊時，焊接區內各種物質之間在高溫下相互作用的過程。 熔熵過渡形式： 短路過渡、顆粒過渡、附壁過渡、射流過渡、旋轉射流過渡。堿性焊條： 短路過渡和大顆粒過渡；酸性焊條：細顆粒過渡和附壁過渡。熔池為半橢球，幾何尺寸為 L=P2IU 其中，P2是比例系數，取決于焊接方法和規范。 I是 焊接電流，U是焊接電壓，上式適用于點狀熱源。 B, H分別是熔池寬度和熔池深度。I f, H f, B J; U f, H J, B f。熔池平均表面積 Fg, 般為1 4Cm2,熔池的比表面積 S= Fg/ P Gp熔池質量（手工焊時熔池的重量通常在0.616g之間，多數少于 5g。埋弧

42、焊焊接低碳鋼時，即使焊接電流很大，熔池的質量也不超過 100g）和存在時間：tmax=L/v、tcp=Gp/ p vAw AW 焊縫的橫截面積。溫度：熔池中部溫度最高,頭部次之,其次是尾部。熔渣在焊接過程中的作用： 1 、機械保護作用; 2、改善焊接工藝性能的作用;3、冶金處理的作用。分類： 1 、鹽型熔渣; 2、鹽氧化物型熔渣;3、氧化物型熔渣。堿度,1 分子理論認為分為三類： （ 1）酸性氧化物（ 2）堿性氧化物（ 3）中性氧化物; 2離子理論把液態 熔渣中自由養離子的濃度定義為堿度。 粘度, 對熔渣的保護效果、 焊接工藝性能和化學冶金 都有顯著的影響, 取決于熔渣的成分和溫度 （升高溫度

43、粘度下降） ,實質上決于熔渣的結構。表面張力： 實際上是氣相與熔渣之間的界面張力。 熔點： 常把固態熔渣開始熔化的溫度稱為 熔渣的熔點,焊條藥皮的熔點是指藥皮開始熔化的溫度,又稱造渣溫度。活性熔渣對焊縫金屬的氧化可分為兩種基本形式：擴散氧化和置換氧化。焊縫金屬脫氧的目的： 在于盡量減少焊縫中的含氧量, 一方面要防止被焊金屬的氧化, 減少 在液態金屬中溶解的氧, 另一方面要排除脫氧后的產物, 因為他們是焊接中非金屬夾雜物的 主要來源,而這些夾雜物會使焊縫含氧量增加。原則：1、脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應比被焊金屬對氧的大;2、脫氧的產物應不溶于液態金屬,其密度也應小于液態金屬的密度; 3、必

44、須考慮脫氧劑對焊接成分、性能以及焊接工藝性能的影響。先期脫氧： 在藥皮加熱階段, 固定藥皮中進行的脫氧反應加先期脫氧, 其特點是脫氧過程和 脫氧產物與熔滴不發成直接關系。沉淀脫氧： 在熔滴和熔池內進行的。 擴散脫氧： 擴散脫氧 是在液態金屬與熔渣界面上進行的。所謂合金過渡就是把所需要的合金元素通過焊接材料過渡到焊縫金屬中去的過程。目的： 首先是補償焊接過程中由于蒸發、氧化等原因造成的合金元素的損失,其次是消除焊接缺陷,改善焊縫金屬的組織和性能，第三是獲得具有特殊性能的堆焊金屬。方式：1、應用合金焊絲或帶極； 2、應用藥芯焊絲或藥芯焊條； 3、應用合金藥皮或粘結劑； 4、應用合金粉末。 合金過渡

45、系數：為了說明在焊接過程中合金元素利用率的高度。影響因素：1、合金元素的物化性質； 2、合金元素的含量； 3、合金劑的粒度； 4、藥皮（或焊劑）的成分； 5、藥皮重 量系數。焊芯焊絲作用：導電、填充金屬。藥皮作用： 1、機械保護作用 2、冶金處理作用 3、工藝性能良好。組成：穩弧劑、造渣劑、 造氣劑、脫氧劑、合金劑、粘結劑、增塑性焊條工藝性能：焊接電弧的弧定性 （穩弧性 ）、焊縫成形、在各種位置焊接的適應性、飛濺、 脫渣、焊條的熔化速度、藥皮發紅程度及焊條發塵量等。穩弧性：電弧保持穩定燃燒的程序。影響因素有焊條藥皮成份、電源的特性、焊接規范等 . 藥皮成份的影響是若藥皮中含低電離勢元素,U J

46、穩弧性f,在焊條藥皮中凡是能降低電弧電壓的物質， 均有穩弧作用 ,而電弧電壓的高低又與物質的電離勢有關,電離勢低的元素 ,化合物就能起到穩弧作用。藥芯焊絲： 是由薄鋼帶卷成圓形鋼管或異形鋼管的同時, 填滿一定成分的藥粉后經拉制而成 的一種焊絲。熔池的結晶特點：熔池體積小, 冷卻速度大； 熔池中的液態金屬處于過熱狀態；熔池是在運 動狀態下結晶的。其生成可分為：非自發晶核、自發晶核。結晶長大： 原子由液相不斷地向固相轉移, 晶核的成長是通過二維成核方式長大, 但并不是 齊步前進, 長大趨勢不同, 有的一直向焊縫中部發展； 有的只長大很短距離就被抑制停止長 大。焊縫中的化學不均勻性： 在熔池進行結晶

47、的過程中, 由于冷卻速度很快, 已凝固的焊縫金屬 中化學成分來不及擴散,合金元素的分布是不均勻的,出現所謂的偏析現象。1顯微偏析：宀枝晶偏析，指晶粒邊界或一個晶粒內部亞晶界或樹枝狀晶的晶枝之間的偏 析。產生原因：選擇性結晶,焊接時,冷卻速度大,液固界面溶質來不及擴散,結晶有先后 之分, 純金屬先結晶, 雜質后結晶。 胞狀晶, 晶粒內部濃度低, 晶界處溶質濃度高。 樹枝晶, 主干處溶質濃度低,樹枝區域濃度較高,晶界處濃度最高。2、宏觀偏析（區域偏析） ：指焊縫邊緣到焊縫中心,宏觀上的成分不均勻性,焊縫金屬以柱 狀晶長大, 把雜質推向熔池中心, 中心雜質濃度逐漸升高, 使最后凝固的部位發生較嚴重的

48、 偏析,當焊速較大時, 成長中的柱狀晶最后都會在焊縫中心相遇, 使溶質和雜質聚集在那里, 容易產生焊縫縱向裂紋。3、層狀偏析：由于化學成分分布不均勻引起分層現象。焊縫橫斷面經浸蝕之后,可以看到 顏色深淺不同的分層結構形態稱為結晶層。 特征： 晶粒主軸與層狀線垂直； 越先靠近熔合線 處越清析,遠離熔合線不清晰,線距越寬；層狀線不是連續的,是間斷的鏈狀偏析帶。產生原因： 焊縫金屬的凝固并不是連續均勻的過程,而是一個斷續的過程,一種觀點： 層狀偏析是由于晶體成長速度 R發生周期變化引起 R f,結晶前沿的溶質濃度增大，晶粒含有一層 溶質較多的帶狀偏析層。RJ結晶前沿的溶質濃度減少。焊縫夾雜： 1、氧

49、化物 SiO2、 MnO2、 TiO2、 Al2O3- 熱裂, 層狀撕裂； 2、氮化物 Fe4N 脆 硬相，硬度f韌性3、硫化物 FeS MnS。防止，最重要的是正確的選擇焊條、 焊劑,使之更好的脫氧、脫硫等,其次是注意工藝操作：1、選用合適的焊接工藝參數,以利于熔渣的浮出; 2、多層焊時,應注意清除前層焊縫的熔渣;3、焊條要適當的擺動,以便熔渣的浮出; 4、操作時要注意保護溶池,防止空氣侵入。在焊接工作中用于改善焊縫金屬性能的途徑有很多,但歸納起來,主要是焊縫的固溶強化、變質處理和調整焊接工藝。焊接熱循環的主要參數： 1、加熱速度（ WH ）；2、加熱的最高溫度（ Tm ）；3、在相變溫度

50、以上的停留時間（ tH）； 4、冷卻速度（ WC ）和冷卻時間（ t8/5、t8/3、 t100） 焊接條件下的組織轉變的特點： 1、加熱溫度高， 2、加熱速度快， 3、高溫停留時間短， 4、 自然條件下連續冷卻， 5、局部加熱。焊接熱裂紋 （結晶裂紋） 產生機理， 產生部位：結晶裂紋大部分都沿焊縫樹枝狀結晶的交界 處發生和發展的， 常見沿焊縫中心長度方向開裂即縱向裂紋， 有時焊縫內部頒在兩樹枝狀晶 體之間。對于低碳鋼、奧氏體不銹鋼、 鋁合金、結晶裂紋主要發生在焊縫上。某些高強鋼， 含雜質較多的鋼種， 除發生在焊縫之處， 還出現在近縫區上。 分析熔池各階段產生結晶裂紋 的傾向：焊縫金屬結晶過程中， 晶界是個薄弱地帶，由金屬結晶理論可知， 先結晶的金屬比 較純， 后結晶