1 百度文库帮手网 w w w .365x u e y u a n .c o m 免费帮下载 文库积分资料 1 本文由g o d 200112贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看 6 炼钢的基本原理 6.1 炼钢熔渣 6.1.1 炼钢熔渣的来源和组成 6.1.1.1 炼钢熔渣的来源 熔渣又叫炉渣，炼钢炉渣的主要来源有： （1）含铁 原料中的部分元素如 Si 、Mn 、P、Fe 等氧化生成的氧化物，如 Si O2、Mn O、 P2O5、 Fe O 等； （2）加入的氧化剂和造渣材料等，如铁矿、烧结矿、石灰、萤石和氧化铁 皮等； （3）被侵蚀的炉衬耐火材料； （4）各种原材料带入的泥沙和铁锈等 6.1 .1.2 熔渣的组成 化学分析表明，炼钢炉渣的主要成分是：Ca O、Si O2、Mn O、Mg O、F e O、Fe 2O3、Al 2O3、 P2O5、Ca S 等，这些物质在渣中以多种形式存在，除了上面所说 的简单分子化合物外，还能 形成复杂的复合化合物，如 2Fe O·Si O2、2Ca O·Si O2、 4Ca O·P2O5 等。
6.1.2 炼钢熔渣的作用 炼钢过程中熔渣的主要作用可归纳为如下几点： （1）通过调整熔渣成分来氧化 或还原钢液并去除钢中的有害元素如 S、P、O 等； （2）覆盖钢液，减少散热和防止 吸收 H、N 等气体； （3）吸收钢液中的非金属夹杂物； （4）防止炉衬过分侵蚀 由此可以看出要想炼好钢，必须造好渣，炼钢就是炼渣 6.1.3 熔渣的化学性质 熔渣的化学性质主要指熔渣的碱度、氧化性和还原性 为了准确描述反应物和 产物所处的环境，规定用“[ ]”表示物质在金属液中， “( )” 表示在渣液中， “ { } ”表示在气相中 6.1.3.1 熔渣的碱度 炉渣中常见的氧化物按期化学性质有酸性 、中性和碱性之分，酸性氧化物酸性由强到 弱的顺序是 Si O2、P2O5，中性氧化物是 Al 2O3、Fe 2O3、Cr 2O3,碱性氧化物碱性由弱到强的顺 序是 Fe O、Mn O、Mg O、Ca O 碱度是指熔渣中的碱性组元量之总和与酸性组元量之总和的比值，用“B”来表示 碱度是判断熔渣碱性强弱的指标，是影响渣、钢反应的重要因素 由于熔渣中的 Ca O 和 Si O2 的数量最多， 约为渣量的 60％以上， 所以通常炉渣碱度表示 为： B= 若渣中含磷量较高，则表示为： B= (Ca O％) (Si O2％) (Ca O％) (Si O2％) + (P 2O5％) 6.1.3.２ 熔渣的氧化性 炉渣的氧化性是指熔渣氧化金属熔池中杂质元素的能力 。
Fe O 能同时存在于炉渣和钢液中，并在渣—钢之间建立一种平衡(Fe O)=[ Fe O], 所以认为 渣中的氧通过 Fe O 传递到钢液中 (Fe O) = [ Fe O] LO = (Fe O) [Fe O] 在一定温度下 L0 唯一常数，称为氧在熔渣和金属液中的分配系数 因此渣中 Fe O 的含量可代表炉渣所具备的氧化能力的大小，渣中 Fe O 的含量越高，炉 渣氧化 性越强另外，炉渣碱度对炉渣的氧化性影响也很大，当渣中 Fe O 的含量相同时， 炉渣碱度等于约等于 2 时，炉渣氧化性最强 渣中 Fe O 的含量多少对造渣过程影响 也很大 渣中 Fe O 的含量过低过低时， 造渣困难， 炉渣的反应能力低渣中 Fe O p a g e 1 的含量过高时，转炉易造成喷溅，增加金属损失和炉衬侵蚀 因此，渣中氧化铁的 含量应适当，在转炉冶炼过程中，一般控制在 10～20％ 6.1.3.3 熔渣的还原性 熔 渣的还原性与氧化性是炉渣同一种化学性质的两种不同说法，即炉渣从金属熔池中 夺 取氧的能力 在碱性电弧炉还原期操作中，要求炉渣具有高碱度、低氧化铁、好的流 动性，以达到 钢液脱氧、脱硫和减少合金元素烧损的目的。
炉外精炼造渣也往往如此 6.1.4 熔渣的物理性质 6.1.4.１ 熔渣的粘度 粘度是表示炉渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力的大 小粘度与流动性正好相反， 粘度低则流动性好 冶炼时，若熔渣粘度过大，质点 在熔渣中的移动缓慢，不利于钢、渣之间快速反应； 但若粘度过小，又会加剧炉衬的 侵蚀所以在炼钢时希望炉渣粘度适当 影响炉渣粘度的主要因素是炉渣成分、温度 及未熔质点凡能降低炉渣熔点的成分均 可以改变熔渣的流动性，降低渣的粘度；熔 池温度越高，渣的粘度越小，流动性越好；渣中 未熔质点越多，渣的粘度越大实际 操作中，炉渣粘度主要靠控制渣中的 Fe O 含量、碱度及 加入萤石的方法进行调节 6.1.4.2 熔渣的密度 密度是熔渣的重要性质之一，它影响着液滴和介质间的相对运 动速度，也决定了熔渣 所占的体积液态熔渣的密度比钢液密度小得多， ，一般只 有 3000k g /m 3 6.2 铁、硅、锰的氧化 6.2.1 熔池内氧的来源 熔池内氧的来源主要三个方面: 第一，向熔池吹入氧气它是炼钢过程最主要的 供氧方式氧气顶吹转炉炼钢，通过 炉口上方插入的水冷氧枪吹入高压纯氧电炉通 过炉门口吹氧管（或氧枪） 、炉壁氧枪插入 熔池供氧。
第二，向熔池中加入铁矿石 和氧化铁皮铁矿石的主要成分是 Fe 2O3(赤铁矿)和 Fe 3O4 （磁铁矿）,氧化铁皮的 主要成分是 Fe O 第三，炉气向熔池供氧 6.2.2 铁的氧化和杂质的氧化方式 6.2.2.1 铁的氧化 铁和氧的亲和力小于 Si 、Mn 、P，但由于金属液中铁的浓度 最大（质量分数为 90％） ， 所以铁最先被氧化 1 { O2} =（Fe O） 2 1 { O2} =（Fe 2O3） 2（Fe O） + 2 [Fe ] + 6.2.2.2 杂质氧化方式 炼钢熔池中除铁以外的各种元素的氧化方式有两 种：直接氧化和间接氧化 直接氧化是指气相中的氧与熔池中的除铁以外的各种元素 直接发生氧化反应如： [Mn ] + 1 { O2} =（Mn O） 2 间接氧化是指氧首先和铁发生反应，生成（Fe O） ，然后（Fe O）扩散并溶解于 钢中，钢 中其他元素与溶解的氧发生氧化反应 [C] +（Fe O）= { CO} + [Fe ] 或 [ C] + [O] = { CO} 各种元素的氧化以间接氧化为主 6.2.3 硅的氧化 6.2.3.1 硅的氧化反应式 在碱性炼钢法中，Si 的氧化对成渣过程和炉衬的侵蚀 有重要的影响。
直接氧化： [Si ] + { O2} = （Si O2） 放热 间接氧化： [Si ] + 2（ Fe O）=（Si O2）+[Fe ] 放热 Si 的氧化产物 Si O2 只溶于炉渣，不溶于钢液 6.2.3 .2 硅氧化反应的主要特点 Si 氧化反应的特点如下： （1）由于 Si 与氧的亲和力很 强，所以在冶炼初期，钢中的硅就能基本氧化完毕同时 由于硅的氧化产物 Si O2 在 碱性渣中完全与碱性氧化物如 Ca O 结合，无法被还原出来，氧化 很完全彻底； （2 ）硅的氧化是一个强放热反应，低温有利于反应迅速进行硅是转炉吹炼过程中重 要 的发热元素，但硅高会增加渣量，增大热损失 6.2.4 锰的氧化 6.2.4.1 锰硅的氧化反应式 直接氧化： [Mn ] + 间接氧化： [Mn ] +（Fe O）=（ Mn O）+ [Fe ] 放热 Mn 的氧化产物只溶于炉渣，不溶于钢液 6.2.3.2 锰氧化反应的 主要特点 Mn 氧化反应的特点如下： （1）Mn 与氧的亲和力很强，并且 Mn 的氧化是 强放热反应，故 Mn 的氧化也是在冶炼 初期进行； （2）由于 Mn 的氧化产物 Mn O 是碱性氧化物，故碱性渣不利于 Mn 的氧化，Mn 的氧 化不象 Si 的氧化那样完全； p a g e 2 1 { O2} =（Mn O） 放热 2 （3） 当温度升高后， 的氧化反应会逆向进行， Mn 发生 Mn 的还原， 即发生 “回锰现象”， 使钢中“余锰”增加。
6.3 碳的氧化 6.3.1 碳氧反应的意义 碳氧反应是炼钢过程中最重要的一个反应一方面，把钢液中的碳含量降到了所 炼钢 种的规格范围内另一方面，碳氧反应时产生的大量 CO 气泡从熔池中逸出时， 引起熔池的 剧烈沸腾和搅拌，对炼钢过程起到了极为重要的作用，具体如下： （1） 加速了熔池内各种物理化学反应的进行； （2）强化了传热过程； （3）CO 气泡的上 浮有利于钢中气体[H]、[N]和非金属夹杂物的去除； （4）促进了钢液和熔渣温度和 成分的均匀，并大大加速成渣过程； （5）大量的 CO 气泡通过渣层，有利于形成泡 沫渣 6.3.2 碳的氧化反应 6.3.2.1 氧气流股与金属液间的 C—O 反应 在氧气炼钢中，金属中一少部分碳 可以受到直接氧化 [C] + 1 { O2} = { CO} 2 +136000J 该反应放出大量的热，是转炉炼钢的重要热源在氧射流的冲击区及电炉炼钢采 用吹 氧管插入钢液吹氧脱碳时，氧气流股直接作用于钢液，均会发生此类反应脱碳 示意图分别 如图 6-1 和图 6-2 所示流股中的气体氧与钢液中的碳原子直接接触， 反应生成气体产物一 氧化碳，脱碳速度受供氧强度的直接影响，供氧强度越大，脱碳 速度越快。
图 6-1 图 6-2 概论 P105 6.3.2.2 金属熔池内部的 C—O 反应 金属熔池中大部分的碳是同溶解在金属中 的氧相作用而被间接氧化 [C] + [O] = { CO} 该反应微弱放热反应，温度降低有利 于反应的进行在转炉和电炉炼钢吹氧脱碳时， 气体氧会使熔池内的铁原子大量氧化 成(Fe 0), 或由加入矿石或氧化铁皮在钢、 渣界面上还原 形成(Fe 0)， 然后（Fe O） 扩散并溶解于钢中，钢中[C]溶解的[O]发生作用 6.3.2.3 金属液与渣液界面的 C— O 反应 当渣中（Fe O）含量较高时，渣中的（Fe O） ，一方面会向钢液中扩散，发生 第二类反应， 另一方面也会直接发生界面反应，如下： [C] +（Fe O）= { CO} + [Fe ] 6.4 脱磷 在大多数情况下，磷对钢的质量是有害的随着钢中磷含量的增加，使钢的塑性 和韧 性降低，特别是低温冲击韧性降低，称为“冷脆” 6.4.1 脱磷的基本反应和基本条件 脱磷的基本反应为： 2[P] + 5（Fe 0）+ 4（Ca O）=（4 Ca O·P2O5）+ 5[Fe ] 综 合脱磷反应式可以得到脱磷的基本条件为： （1）炉渣碱度适当高（B=2.5～3.0 最好 ） ； （2）渣中的氧化铁适当高（15～20％） ； （3）适当的低温（1450～1500℃ ） ； （4）大渣量 电炉炼钢采用自动流渣、放旧渣造新渣的方法； （5）炉渣流动 性好。
放热 6.4.2 回磷 磷从炉渣重新返回钢液的现象称为“回磷” 一般认为回磷现象的产生与以下 因素有关：钢液温度过高，脱氧剂的加入使渣中（Fe O）大大降低，脱氧产物和耐 火 材料中 Si O2 的溶入使炉渣碱度降低等 生产中抑制回磷的常用方法是：出钢前向炉 内加入石灰使终渣变稠；挡渣出钢；出钢过程中向钢包中加入石灰粉 稠化钢包内渣， 保持碱度，减弱渣的反应能力；控制出钢温度不要太高等 6.5 脱硫 硫是钢中的有害元素，主要使钢在进行热加工时产生裂纹甚至断裂，称为“热脆 ” 钢 中硫含量高时，还使钢的横向机械性能和焊接性能下降 6.5.1 脱硫的基本反应和基本条件 脱硫的基本反应为： （Fe S）+（Ca O）=（Ca S）+ （Fe O） 综合脱硫反应式可以 p a g e 3 得到脱硫的基本条件为： （1）炉渣碱度适当高（B=3.0～3.5 最好） （2）渣中 的氧化铁低 渣中的氧化铁低对脱硫有利；但氧气转炉为改善炉渣流动性，促进石灰快 速成渣，形成高 碱度炉渣，使用（Fe O）含量（15～20％）炉渣也能脱硫，。