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钢铁中的15种残余元素(一)
来源:冶金技术网 发布时间:2023年05月30日点击数:

  钢中的残余元素问题是冶金工业面临的重要问题之一。在炼钢过程中,炼钢原料(包括铁水、废钢及铁合金等)会将大量杂质元素带入炼钢炉中。其中一部分杂质元素可以去除,但仍有一部分杂质元素将留在钢中,这一部分杂质(非有意添加的合金元素)统称为残余元素。这些残余元素是钢材质量产生不稳定的主要因素之一。某些残余元素易于偏析,即使其含量很低,也会对钢材性能产生很强的负面作用。如轴承钢中的残余钛就是一个典型的案例。Ti易与N 反应产生高硬度夹杂物,极大影响轴承钢的使用寿命。

1、残余元素的分类

  将已知的一部分钢中残余元素按其氧化势分为三类,如下表。它们在炼钢过程中分别表现为完全保留、部分保留和极少保留。

  第一类元素的氧化势低于铁,在炼钢时不参与氧化反应,最终几乎全部积存在钢铁产品中。

  第二类残余元素的氧化势与铁接近,在炼钢的吹炼过程中,仅有一部分被氧化除去,其去除程度与元素本身特性有关。

  第三类元素氧化势高于铁,在钢水吹炼过程中,它们首先被氧化进入炉渣中除去,仅剩余极少一部分进入产品中。

  因此,钢中的残余元素问题,实际上只有第一类和第二类所含的15种元素。其中8种元素为全保留元素,7种元素为部分保留元素。

2、钢中残余元素的来源

  我国是一个共生铁矿较多的国家,共生铁矿中包括V、Ti、P、As、Sn、Sb、Re(稀土元素)等,在冶炼时带入钢材中。

  除了原生铁矿带入铁水中的残余元素以外,钢水中的残余元素最大来源是废钢,主要分为:

  (1)废钢中的合金钢。目前炼钢厂没有经济有效的技术,来分选合金钢与普碳钢,而在一些中、高合金钢中含有种类繁多的合金元素。在钢的再循环中,这些合金元素将作为残余元素进入钢中;

  (2)废钢中的表面涂层或镀层。其中产生问题最多的是镀锡板,它是作为罐头盒进入废钢循环的,其他的镀层包括铜、镍和铬等;镀锌板也有广泛应用,但锌在炼钢中可基本去除而无需考虑;

  (3)废钢原料中裹杂的有色金属。最重要的有汽车废钢,其中夹杂一些微型电机,主要杂质为铜。

  市面上,残余元素含量最多的是铜,铜主要是由汽车废钢进入炼钢炉。据估计目前炼钢厂混合废钢中平均含铜量大约在0.3%左右,具体含量多少取决于合金钢的来源及所占比例。

  钢中的残余Sb和As主要来源于原生铁矿,当含有这些杂质的废钢进入循环使用时,它们可以被稀释,但残量将在钢中逐渐积累。钢中的H和N主要来源于炼钢时的车间气氛,其含量主要取决于不同的钢种成分和炼钢工艺。 (未完待续)

                                   文章摘自:冶金技术网

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