第二章第二章 炼钢的基础理论炼钢的基础理论第一节第一节 钢液的物理性质钢液的物理性质第二节第二节 熔渣的物理化学性质熔渣的物理化学性质第三节第三节 硅、锰的氧化和还原反应硅、锰的氧化和还原反应第四节第四节 碳的氧化反应碳的氧化反应第五节第五节 钢液的脱硫钢液的脱硫第六节第六节 钢液的脱磷钢液的脱磷第七节第七节 钢液的去气钢液的去气 、去夹杂、去夹杂 第一节第一节 钢液的物理性质钢液的物理性质一、钢的密度一、钢的密度 单单位位体体积积钢钢液液所所具具有有的的质质量量，，常常用用符符号号ρρ表表示示，，单单位位通通常常用用kg/mkg/m3 3影影响响钢钢液液密密度度的的因因素素主主要要有有温温度和钢液的化学成分度和钢液的化学成分 总总的的来来讲讲，，温温度度升升高高，，钢钢液液密密度度降降低低，，原原因因在在于于原原子子间间距距增增大大固固体体纯纯铁铁密密度度为为7880kg/m7880kg/m3 3，，1550℃1550℃时时液液态态的的密密度度为为7040kg/m7040kg/m3 3，，钢钢的的变变化化与与纯纯铁类似 钢液密度随温度的变化钢液密度随温度的变化：： ρρ=8523-0.8358(T+273) 成分对钢液密度的影响成分对钢液密度的影响： ρ1600℃=ρ01600℃-210[%C]-164[%Al]- 60[%Si]-550[%Cr]-7.5[%Mn] + 43[%W]+6[%Ni] [C]（（%））密度密度1500℃1550℃1600℃1650℃1700℃0.000.100.200.300.400.600.801.001.201.607.466.987.067.147.146.976.866.786.726.677.046.967.017.067.056.896.786.706.646.577.036.956.977.017.016.846.736.656.616.547.006.896.936.986.976.806.676.596.556.526.936.816.816.826.836.706.576.506.476.43铁碳熔体的密度（铁碳熔体的密度（kg/mkg/m3 3）） 二、钢的熔点二、钢的熔点 指指钢钢完完全全转转变变成成均均一一液液体体状状态态时时的的温温度度，，或或是是冷冷凝凝时时开开始始析析出出固固体体的的温温度度。
钢钢的的熔熔点点是是确确定定冶冶炼炼和和浇浇铸铸温温度度的的重重要要参参数数，，纯纯铁铁的的熔熔点点约约为为1538℃1538℃，，当当某某元元素素溶溶入入后后，，纯纯铁铁原原子子之之间间的的作作用用力力减减弱弱，，铁铁的的熔熔点点就就降降低低降降低低的的程程度度取取决决于于加加入入元元素素的的浓浓度度、、原原子子量量和和凝凝固固时时该该元元素素在在熔熔体体与与析出的固体之间的分配析出的固体之间的分配 各元素使各元素使纯铁熔点的降低纯铁熔点的降低可表示为：可表示为： M Mi i为溶质元素为溶质元素i i的原子量；的原子量； [%i][%i]液为元素液为元素i i在液态铁中的质量百分数；在液态铁中的质量百分数； K K为分配系数，而为分配系数，而K=[%i]K=[%i]固固/[%i]/[%i]液液，（，（1-K1-K）则）则 称为偏析系数称为偏析系数 计算钢的计算钢的熔点经验式熔点经验式：：T T熔熔=1538-90[%C]-28[%P]-40[%S]-17[%Ti]- 6.2[%Si]-2.6[%Cu]-1.7[%Mn]-2.9[%Ni]- 5.1[%Al]-1.3[%V]-1.5[%Mo]-1.8[%Cr] -1.7[%Co]-1.0[%W]-1300[%H]-90[%N]- 100[%B]-65[%O]-5[%Cl]-14[%As] 或或T T熔熔==1536-78[%C]-7.6[%Si]-4.9[%Mn]- 34[%P]-30[%S]-5.0[%Cu] -3.1[%Ni]- 1.3[%Cr]-3.6[%Al]-2.0[%Mo]-2.0[%V] -18[%Ti] 三、钢液的黏度三、钢液的黏度 黏黏度度是是钢钢液液的的一一个个重重要要性性质质，，它它对对冶冶炼炼温温度度参参数数的的制制定定、、元元素素的的扩扩散散、、非非金金属属夹夹杂杂物物的的上上浮浮和和气气体体的的去去除除以以及及钢的凝固结晶都有很大影响。
钢的凝固结晶都有很大影响 黏黏度度是是指指各各种种不不同同速速度度运运动动的的液液体体各各层层之之间间所所产产生生的的内摩擦力通常将内摩擦系数或黏度系数称为黏度内摩擦力通常将内摩擦系数或黏度系数称为黏度 黏黏度表示形式度表示形式 动力动力黏黏度度，用符号，用符号µ µ表示；单位为表示；单位为Pa•sPa•s (N•s/m(N•s/m2 2，，1 1泊泊=0.1Pa•s)=0.1Pa•s)；； 运动运动黏黏度度，常用符号，常用符号νν表示，即：表示，即： m m2 2/s/s 钢液的钢液的黏黏度比正常熔渣的要小得多，度比正常熔渣的要小得多，1600℃1600℃时时其值在其值在0.0020.002～～0.003Pa•s;0.003Pa•s; 纯铁液纯铁液1600℃1600℃时时黏黏度为度为0.0005Pa•s0.0005Pa•s 影影响响钢钢液液黏黏度度因因素素主主要要是是温温度度和和成成分分。
温温度度升升高高，，黏黏度度降降低低钢钢液液中中的的碳碳对对黏黏度度的的影影响响非非常常大大，，这这主主要要是是因因为为碳碳含含量量使使钢钢的的密密度度和和熔熔点点发发生生变变化化，，从而引起从而引起黏黏度的变化度的变化 生生产产实实践践也也表表明明，，同同一一温温度度下下，，高高碳碳钢钢的的流流动动性性比比低低碳碳钢钢钢钢液液的的好好因因此此，，一一般般在在冶冶炼炼低低碳碳钢钢中中，，温温度度要要控控制制得得略略高高一一些些碳碳含含量量对对钢钢液液黏黏度度的的影影响响见下图 温度高于液相线温度高于液相线50℃50℃时，碳含量对钢液时，碳含量对钢液黏黏度的影响度的影响 当当[%C]<0.15[%C]<0.15时时，，黏黏度度随随着着碳碳含含量量的的增增加加而而大大幅幅度度下下降降，，主要原因是钢的密度随碳含量的增加而降低；主要原因是钢的密度随碳含量的增加而降低；当当0.15≤[%C]0.15≤[%C]＜＜0.400.40时时，，黏黏度度随随碳碳含含量量的的增增加加而而增增加加，，原原因因是是此此时时钢钢液液中中同同时时存存在在δ-Feδ-Fe和和γ-Feγ-Fe两两种种结结构构，，密密度度是是随随碳碳含含量量的的增增加加而而增增加加，，而而且且钢钢液液中中生生成成的的FeFe3 3C C体体积积较大；较大；当当[%C]≥0.40[%C]≥0.40时时，，钢钢液液的的结结构构近近似似于于γ-Feγ-Fe排排列列，，钢钢液液密密度度下下降降，，钢钢的的熔熔点点也也下下降降，，故故钢钢液液的的黏黏度度随随着着碳碳含含量量的的增加继续下降。
增加继续下降 SiSi、、MnMn、、NiNi使钢的熔点降低，使钢的熔点降低，SiSi、、MnMn、、NiNi含量增加，含量增加，钢液黏度降低钢液黏度降低，尤其含量很高，尤其含量很高时，降低更显著时，降低更显著但但TiTi、、W W、、V V、、MoMo、、CrCr含量增加则含量增加则使钢液的使钢液的黏度增加黏度增加，这些元素易生成高熔点、体积，这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物大的各种碳化物 钢钢液液中中非非金金属属夹夹杂杂物物含含量量增增加加，，钢钢液液黏黏度度增增加加，，流动性变差流动性变差 初初期期脱脱氧氧产产物物生生成成，，夹夹杂杂物物含含量量高高，，黏黏度度增增大大，，夹夹杂杂物物不不断断上上浮浮或或形形成成低低熔熔点点夹夹杂杂物物，，黏黏度度又又下下降脱氧不良，钢液流动性一般不好脱氧不良，钢液流动性一般不好常常用用流流动动性性来来表表示示钢钢液液的的黏黏稠稠状状况况，，黏黏度度的的倒倒数数即为流体的流动性即为流体的流动性 四、钢液的表面张力四、钢液的表面张力 钢钢液液因因原原子子或或分分子子间间距距非非常常小小，，其其间间的的吸吸引引力力较较强强，，而而且钢液表面层和内部所引起的这种吸引力的变化是不同的。
且钢液表面层和内部所引起的这种吸引力的变化是不同的 内内部部每每一一质质点点所所受受到到的的吸吸引引力力的的合合力力等等于于零零，，质质点点保保持持平衡状态；平衡状态； 而而表表面面层层质质点点受受内内部部质质点点的的吸吸引引力力大大于于气气体体分分子子对对表表面面层层质质点点的的吸吸引引力力，，这这样样表表面面层层质质点点所所受受的的吸吸引引力力不不等等于于零零，，且方向指向钢液内部且方向指向钢液内部 这这种种使使钢钢液液表表面面产产生生自自发发缩缩小小倾倾向向的的力力称称为为钢钢液液的的表表面面张张力力，，用用符符号号σσ表表示示，，单单位位为为N/mN/m实实际际上上，，钢钢液液的的表表面面张张力力就就是是指指钢钢液液和和它它的的饱饱和蒸气或空气界面之间的一种力和蒸气或空气界面之间的一种力 钢液的表面张力钢液的表面张力 对对新新相相的的生生成成如如COCO气气泡泡的的产产生生，，钢钢液液凝凝固固过过程程中中结晶核心的形成等有影响结晶核心的形成等有影响; ; 对对相相间间反反应应，，如如脱脱氧氧产产物物的的、、夹夹杂杂物物和和气气体体从从钢钢液液中中排排除除，，渣渣钢钢分分离离，，钢钢液液对对耐耐火火材材料料的的侵侵蚀蚀等等也也有有影影响。
响 影影响响钢钢液液表表面面张张力力的的因因素素很很多多，，但但主主要要有有温温度度、、钢钢液成分及钢液的接触物液成分及钢液的接触物 钢钢液液的的表表面面张张力力是是随随着着温温度度的的升升高高而而增增大大，，原原因因之之一一是是温温度度升升高高时时表表面面活活性性物物质质如如C C、、O O等等热热运运动动增增强强，，使使钢钢液液表表面面过过剩剩浓浓度度减减少少或或浓浓度度均均匀匀化化，，从从而而引引起起表面张力增大表面张力增大1550℃1550℃时时，，纯纯铁铁液液的的表表面面张张力力约约为为1.71.7～～1.9N/m1.9N/m溶溶质质元元素素对对纯纯铁铁液液表表面面张张力力的的影影响响程程度度取取决决于于它它的的性质与铁的差别的大小性质与铁的差别的大小 合金元素对熔铁表面张力的影响合金元素对熔铁表面张力的影响 硫和氧对铁液表面张力的影响硫和氧对铁液表面张力的影响 液相线以上液相线以上50℃50℃，碳对铁碳熔体表面张力的影响，碳对铁碳熔体表面张力的影响 五、钢的导热能力五、钢的导热能力钢钢的的导导热热能能力力可可用用导导热热系系数数来来表表示示，，即即当当体体系系内内维维持持单单位位温温度度梯梯度度时时，，在在单单位位时时间间内内流流经经单单位位面面积积的的热热量量。
钢钢的的导导热热系系数数用用符符号号λλ表表示示，，单单位位为为W/W/（（m m·℃℃））影影响响钢钢导导热热系系数数的的因因素素主主要要有有钢钢液液的的成成分分、、组组织织、、温温度度、、非非金金属属夹夹杂杂物物含含量量以以及及钢钢中中晶晶粒粒的的细细化化程程度度等 通通常常钢钢中中合合金金元元素素越越多多，，钢钢的的导导热热能能力力就就越越低低各各种种合合金金元元素素对对钢钢的的导导热热能能力力影影响响的的次次序序为为：：C C、、NiNi、、CrCr最最大大，，AlAl、、SiSi、、MnMn、、W W次次之之，，ZrZr最最小小合合金金钢钢的的导导热热能能力力一一般般比比碳碳钢钢差差，，高碳钢的导热能力比低碳钢差高碳钢的导热能力比低碳钢差 具具有有珠珠光光体体、、铁铁素素体体和和马马氏氏体体组组织织的的钢钢，，导导热热能能力力加加热热时都降低时都降低，但，但在临界点在临界点AC3AC3以上加热将增加以上加热将增加 各各种种钢钢的的导导热热系系数数随随温温度度变变化化规规律律不不一一样样，，800℃800℃以以下下碳碳钢随温度的升高而下降钢随温度的升高而下降，，800℃800℃以上则略有升高以上则略有升高。
导热系数与碳含量的关系导热系数与碳含量的关系 温度对钢导热系数的影响温度对钢导热系数的影响 第二节第二节 熔渣的物理化学性质熔渣的物理化学性质 炼炼好好钢钢首首先先要要炼炼好好渣渣，，所所有有炼炼钢钢任任务务的的完完成成几几乎乎都都与与熔熔渣渣有有关关熔熔渣渣的的结结构构决决定定着着熔熔渣渣的的物物理理化化学学性性质质，，而而熔熔渣渣的的物物理理化化学学性性质质又又影影响响着着炼炼钢钢的的化化学学反反应应平平衡衡及及反反应应速速率率因因此此，，在在炼炼钢钢过过程程中中必必须须控制和调整好炉内熔渣的物理化学性质控制和调整好炉内熔渣的物理化学性质 一、熔渣的作用、来源、分类与组成一、熔渣的作用、来源、分类与组成 去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素，同时能将去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素，同时能将铁和其他有用元素的损失控制最低；铁和其他有用元素的损失控制最低； 保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损；少有益元素烧损； 防止热量散失，以保证钢的冶炼温度；防止热量散失，以保证钢的冶炼温度； 吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物。
吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物 熔渣在炼钢过程也有不利作用熔渣在炼钢过程也有不利作用: : 侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重；对炉衬的侵蚀更为严重；熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的回收率降低了金属的回收率 造好渣是炼钢的重要条件，造出造好渣是炼钢的重要条件，造出成分合适成分合适、、温度温度适当适当并具有并具有适宜于某种精炼目的适宜于某种精炼目的的炉渣，发挥其积的炉渣，发挥其积极作用，抑制其不利作用极作用，抑制其不利作用 熔渣的来源熔渣的来源 炼炼钢钢过过程程有有目目的的加加入入的的造造渣渣材材料料，，如如石石灰灰、、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块钢铁材料中钢铁材料中SiSi、、MnMn、、P P、、FeFe等元素的等元素的氧化产物氧化产物冶炼过程冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料被侵蚀的炉衬耐火材料 熔渣的分类与组成熔渣的分类与组成 不不同同炼炼钢钢方方法法采采用用不不同同的的渣渣系系进进行行冶冶炼炼，，造不同成分的炉渣，可达到不同的冶炼目的。
造不同成分的炉渣，可达到不同的冶炼目的 转转炉炉炼炼钢钢造造碱碱性性氧氧化化渣渣，，而而电电炉炉炼炼钢钢造造碱碱性性还还原原渣渣，，它它们们在在物物理理化化学学性性质质和和冶冶金金反反应应特特点上有明显的差别点上有明显的差别 碱碱性性氧氧化化渣渣因因碱碱性性氧氧化化物物CaOCaO和和FeOFeO含含量量较较高高，，具具有有脱脱磷磷、、脱脱硫硫能能力力，，碱碱性性还还原原渣渣因因含含有有CaCCaC2 2，不仅具有脱硫能力，而且有脱氧能力不仅具有脱硫能力，而且有脱氧能力 转炉转炉和和电炉电炉的炉渣成分和性质的炉渣成分和性质 类别类别化学成分化学成分转炉中组成转炉中组成% %电炉中组成电炉中组成% %冶金反应特点冶金反应特点酸性氧化渣酸性氧化渣CaO+FeO+MnOCaO+FeO+MnOSiOSiO2 2P P2 2O O5 5505050501 1－－4 450505050[ [C],[Si],[MnC],[Si],[Mn] ]氧化缓慢氧化缓慢不能脱不能脱P P、脱、脱S S；；钢水中钢水中[O][O]较低较低 碱性氧化渣碱性氧化渣CaO/SiOCaO/SiO2 2CaOCaOFeOFeOMnOMnOMgOMgO3.03.0－－4.54.53535－－55557 7－－30302 2－－8 82 2－－12122.52.5－－3.53.540-5040-5010-2510-255-105-105-105-10[ [C],[Si],[MnC],[Si],[Mn] ]迅速氧化迅速氧化能较好脱能较好脱P P；；能脱去能脱去50%50%的的S S；；钢水中钢水中[O][O]较高较高。
碱性还原渣碱性还原渣（白渣）（白渣）CaO/SiOCaO/SiO2 2CaOCaOCaFCaF2 2AlAl2 2O O3 3FeOFeOMgOMgOCaCCaC2 22.0-3.52.0-3.550-5550-555-85-82-32-3<0.5<0.5<10<10<1<1脱脱S S能力强；能力强；脱氧能力强；脱氧能力强；钢水易增碳钢水易增碳钢水易回磷钢水易回磷钢水中钢水中[H][H]增加增加钢水中钢水中[N][N]增加增加 二、二、 熔渣的化学性质熔渣的化学性质熔渣的碱度熔渣的碱度 熔熔渣渣中中碱碱性性氧氧化化物物浓浓度度总总和和与与酸酸性性氧氧化化物物浓浓度度总总和和之之比比称称之之为为熔熔渣渣碱碱度度，，常常用用符符号号R R表表示示熔熔渣渣碱碱度度的的大大小小直直接接对对渣渣钢钢间间的的物物理理化化学学反反应应如如脱脱磷、脱硫、去气等产生影响磷、脱硫、去气等产生影响 炉料中炉料中w w[P[P] ]<0.30%<0.30%时时 0.30%≤w0.30%≤w[P][P]＜＜0.60%0.60%时时 熔渣熔渣R<1.0R<1.0时为时为酸性渣酸性渣，由于，由于SiOSiO2 2含量高，高温下可含量高，高温下可拉成细丝，称为拉成细丝，称为长渣长渣，冷却后呈黑亮色玻璃状。
冷却后呈黑亮色玻璃状R>1.0R>1.0为为碱性渣碱性渣，称之，称之短渣短渣炼钢熔渣炼钢熔渣R≥3.0R≥3.0炼钢熔渣中含有不同数量的碱性、中性和酸性氧化炼钢熔渣中含有不同数量的碱性、中性和酸性氧化物，它们酸、碱性的强弱可排列如下：物，它们酸、碱性的强弱可排列如下：CaOCaO＞＞MnOMnO＞＞FeOFeO＞＞MgOMgO＞＞CaFCaF2 2＞＞FeFe2 2O O3 3＞＞AlAl2 2O O3 3＞＞TiOTiO2 2＞＞SiOSiO2 2＞＞P P2 2O O5 5 碱性碱性 中性中性 酸性酸性 可可用用过过剩剩碱碱的的概概念念来来表表示示熔熔渣渣的的碱碱度度，，即即碱碱性性氧氧化化物物全全都都是是等等价价地地确确定定出出酸酸性性氧氧化化物物对对碱碱性性氧氧化化物物的的强强度度，，并并假假定定两两者者是是按按比比例例结结合合，，结结合合以以外外的的碱碱性性氧氧化化物物的的量量为过剩碱，表示方法如下为过剩碱，表示方法如下: : 过剩碱过剩碱= =N NCaOCaO＋＋N NMgOMgO＋＋N NMnOMnO－－2N2NSiO2SiO2－－3N3NP2O5P2O5 －－N NFe2O3Fe2O3－－N NAl2O3Al2O3 实实际际上上上上式式是是用用O O2-2-的的摩摩尔尔数数来来表表示示熔熔渣渣的的碱碱度度 ，，碱碱性性氧氧化化物物离离解解产产生生O O2-2- ，，酸酸性性氧氧化化物物则则消消耗耗O O2-2- 。
如如：SiOSiO2 2与与2O2O2-2-结合成结合成SiOSiO4 44-4-，， P P2 2O O5 5 与与3O3O2-2-结合成结合成2PO2PO4 43-3- 熔渣的氧化性熔渣的氧化性 熔熔渣渣的的氧氧化化性性也也称称熔熔渣渣的的氧氧化化能能力力，，它它是是熔熔渣渣的的一一个个重重要的化学性质要的化学性质 熔熔渣渣的的氧氧化化性性是是指指在在一一定定的的温温度度下下，，单单位位时时间间内内熔熔渣渣向向钢液供氧的数量钢液供氧的数量 在在其其他他一一定定的的情情况况下下，，熔熔渣渣的的氧氧化化性性决决定定了了脱脱磷磷、、脱脱碳碳以以及及夹夹杂杂物物的的去去除除等等由由于于氧氧化化物物分分解解后后不不同同，，只只有有( (FeOFeO) )和和(Fe(Fe2 2O O3 3) )才才能能向向钢钢中中传传氧氧，，而而(Al(Al2 2O O3 3) )、、(SiO(SiO2 2) )、、( (MgOMgO) )、、( (CaOCaO) )等不能传氧等不能传氧 熔熔渣渣的的氧氧化化性性通通常常是是用用∑∑(%(%FeOFeO) ) 表表示示，， 包包括括（（FeOFeO））本本身身和和FeFe2 2O O3 3折折合合成成（（FeOFeO））两两部部分分。
将将FeFe2 2O O3 3折合成折合成FeOFeO有两种方法有两种方法： 全氧折合法全氧折合法：： 全铁折合法全铁折合法：： 通常按全铁法将通常按全铁法将FeFe2 2O O3 3折算成折算成FeOFeO，原因是取出的渣，原因是取出的渣样在冷却的过程中，渣样表面的低价铁有一部分被样在冷却的过程中，渣样表面的低价铁有一部分被空气氧化成高价铁，即空气氧化成高价铁，即FeOFeO氧化成氧化成FeFe3 3O O4 4，因而使分，因而使分析得出的析得出的FeFe2 2O O3 3量偏高，用全铁法折算，可抵消此量偏高，用全铁法折算，可抵消此误差 (*) 在在1600℃1600℃下，由实验测定在纯下，由实验测定在纯FeOFeO渣中，渣中，金属铁液中溶解的金属铁液中溶解的 [ [%O%O] ]饱和饱和与温度间有着下列关系与温度间有着下列关系：： 熔渣的氧化性用氧化铁的活度来表示熔渣的氧化性用氧化铁的活度来表示显得更显得更精确精确。
部分氧化铁会以复杂分子形式存在，不能部分氧化铁会以复杂分子形式存在，不能直接参与反应，氧化铁的浓度反映不出实际参加直接参与反应，氧化铁的浓度反映不出实际参加反应的有效浓度反应的有效浓度 设设 L L0 0就是氧在渣铁间的平衡分配系数就是氧在渣铁间的平衡分配系数在一定温度下，熔渣中温度下，熔渣中 aFeO升高，铁液中升高，铁液中[%O][%O]含量含量也相应增高也相应增高; ;当当aFeO一定时，一定时，铁液中铁液中[%O][%O]也是也是随着温度升高而提高随着温度升高而提高 式式（（* *））只适用于铁液中除氧外而无其他的杂质只适用于铁液中除氧外而无其他的杂质元素的情况，对于钢液而言，熔渣对钢液的氧元素的情况，对于钢液而言，熔渣对钢液的氧化能力用化能力用钢液中与熔渣相平衡的氧含量和钢液钢液中与熔渣相平衡的氧含量和钢液中实际氧含量之差中实际氧含量之差来表示，即：来表示，即： △ △[ [%O%O]>0]>0，渣中氧能向钢液扩散，称，渣中氧能向钢液扩散，称氧化渣氧化渣；； △△[ [%O%O]<0]<0，钢液中的氧向渣中转移，熔渣具有，钢液中的氧向渣中转移，熔渣具有 脱氧能力，称为脱氧能力，称为还原渣还原渣; ; △[ △[%O%O]=0]=0，此时的渣称为中性渣。
此时的渣称为中性渣 [%O][%O]实实 在氧化末期主要与碳含量有关在氧化末期主要与碳含量有关，可以得，可以得出以下关系式出以下关系式: : 即即△△[%O][%O]是熔渣是熔渣FeOFeO的总量、碱度、钢液中的的总量、碱度、钢液中的碳含量及温度的函数碳含量及温度的函数 从从1600℃1600℃多多元元系系炉炉渣渣FeOFeO等等活活度度图图可可以以看看出出，，当当熔熔渣渣碱碱度度CaOCaO／／SiOSiO2 2=2.0=2.0时时，， aFeO最最大大，，熔熔渣渣的的氧化性最强氧化性最强 CaOCaO／／SiOSiO2 2比比值值过过高高或或过过低低，，都都会会使使aFeO下下降降，，即降低熔渣的氧化性即降低熔渣的氧化性 从从分分子子理理论论看看，，当当CaOCaO／／SiOSiO2 2＜＜2.02.0时时，，aFeO随随碱碱度度的的增增加加而而增增大大碱碱度度增增加加，，渣渣中中CaOCaO含含量量增增加加，，CaOCaO将将取取代代硅硅酸铁（酸铁（FeOFeO·SiOSiO2 2）中）中FeOFeO，，aFeO增加；增加； CaOCaO／／SiOSiO2 2＞＞2.02.0，，aFeO随随碱碱度度增增加加而而降降低低，，碱碱度度的的增增加加，，渣渣中中CaOCaO含含量量增增多多，，除除和和SiOSiO2 2结结合合消消耗耗一一部部分分CaOCaO外外，，多多余余的的CaOCaO将将与与FeFe2 2O O3 3结结合合生生成成铁铁酸酸钙钙（（CaOCaO·FeFe2 2O O3 3）），，使使aFeO降低。
降低 从从离子理论离子理论来看，熔渣中来看，熔渣中aFeO有下列关系有下列关系 碱碱度度较较低低的的熔熔渣渣中中，，O O2-2-浓浓度度比比较较低低，， aFeO也也比比较较低低，，随随着着碱碱度度的的增增加加，， O O2-2-浓浓度度增增加加，，因因而而aFeO增增大大当当继继续续提提高高碱度时，则生成铁酸根离子碱度时，则生成铁酸根离子: : 表明表明FeFe2+2+和和O O2-2-的浓度都降低，使的浓度都降低，使aFeO下降 当当渣渣中中∑∑(%(%FeOFeO) )一一定定时时，，碱碱度度低低时时，， aFeO随随温温度度的的升升高高而而略有减少略有减少；；碱度低时，温度对碱度低时，温度对aFeO几乎没有影响几乎没有影响；；在在碱碱度度较较高高时时（（CaO/SiOCaO/SiO2 2>1.4>1.4）），，aFeO随随温温度度的的升升高高而而减减少少; ;从从反反应应动动力力学学看看，，当当熔熔渣渣碱碱度度和和∑∑(%(%FeOFeO) )浓浓度度一一定定时时，，温温度度越越高高，，则则熔熔渣渣的的流流动动性性越越好好，，熔熔渣渣中中（（FeOFeO））反反应应能能力力增强，熔渣的氧化性增强增强，熔渣的氧化性增强。
熔熔渣渣氧氧化化性性在在炼炼钢钢过过程程中中的的作作用用体体现现在在对对熔熔渣渣自身、对钢水和对炼钢操作工艺影响自身、对钢水和对炼钢操作工艺影响三个方面三个方面影影响响化化渣渣速速度度，，渣渣中中FeOFeO能能促促进进石石灰灰溶溶解解，，加加速速化化渣渣，，改改善善炼炼钢钢反反应应动动力力学学条条件件，，加加速速传传质质过过程程；；影影响响熔熔渣渣粘粘度度，，渣渣中中FeFe2 2O O3 3和和碱碱性性氧氧化化物物反反应应生生成成铁铁酸酸盐盐，，降降低低熔熔渣渣熔熔点点和和粘粘度度，，避避免免炼炼钢钢渣渣““返返干干””；；影响熔渣向熔池传氧影响熔渣向熔池传氧 影响钢水含氧量影响钢水含氧量[O][O]，低碳钢水含氧量明显，低碳钢水含氧量明显受熔渣氧化性的影响，当钢水含碳量相同时，受熔渣氧化性的影响，当钢水含碳量相同时，熔渣氧化性强，则钢水含氧量高熔渣氧化性强，则钢水含氧量高；影响钢水脱；影响钢水脱磷，磷，熔渣氧化性强，有利于脱磷熔渣氧化性强，有利于脱磷 影响铁合金收得率影响铁合金收得率，，氧化性强，降低铁合氧化性强，降低铁合金收得率金收得率；；影响炉衬寿命影响炉衬寿命，熔渣氧化性强，炉，熔渣氧化性强，炉衬寿命降低；衬寿命降低；影响金属收得率影响金属收得率，熔渣氧化性越，熔渣氧化性越强，金属收得率越低。
强，金属收得率越低 三、三、熔渣的物理性质熔渣的物理性质 炼炼钢钢过过程程要要求求熔熔渣渣的的熔熔点点低低于于所所炼炼钢钢的的熔熔点点50℃-200℃50℃-200℃除除FeOFeO和和CaFCaF2 2外外，，其其他他简简单单氧氧化化物物的的熔熔点点都都很很高高，，它它们们在在炼炼钢钢温温度度下下难难以以单单独独形形成成熔熔渣渣，，实实际际上上它它们们是是形形成成多多种种低低熔熔点点的的复复杂杂化化合合物物熔熔渣渣的的熔熔化化温温度度是是固固态态渣渣完完全全转转化化为为均均匀匀液液态态时时的的温温度度；；同同理理，，液液态态熔熔渣渣开开始始析析出出固固体体成成分分时时的的温温度度为为熔熔渣渣的的凝凝固固温温度度熔熔渣渣的的熔熔化化温温度度与与熔熔渣渣的的成成分分有有关关，，一一般般说说来来，，熔熔渣渣中中高高熔熔点点组组元元越越多多，，熔化温度越高熔化温度越高 熔渣中常见的氧化物的熔点熔渣中常见的氧化物的熔点 化合物化合物熔点熔点/℃/℃化合物化合物熔点熔点/℃/℃CaO2600MgO. SiO21557MgO28002MgO. SiO21890SiO21713CaO.MgO. SiO21390FeO13703CaO.MgO. 2SiO21550Fe2O314572CaO.MgO. 2SiO21450MnO17832FeO. SiO21205Al2O32050MnO. SiO21285CaF214182MnO. SiO21345CaO. SiO21550CaO. MnO. SiO2>17002CaO. SiO221303CaO. P2O518003CaO. SiO2>2065CaO. Fe 2O312203CaO. 2SiO214852CaO. Fe 2O31420CaO. FeO .SiO21205CaO. 2Fe 2O31240Fe2O3. SiO21217CaO. 2FeO .SiO21205MgO. Al2O32135CaO. CaF21400 1 1、、 熔渣的黏度熔渣的黏度 黏度是熔渣重要的物理性质，对元素的扩散、渣黏度是熔渣重要的物理性质，对元素的扩散、渣钢间反应、气体逸出、热量传递，铁损及炉衬寿钢间反应、气体逸出、热量传递，铁损及炉衬寿命等均有很大的影响。
命等均有很大的影响影响熔渣黏度的因素影响熔渣黏度的因素主要主要有：有：熔渣的成分，熔渣中的固体熔点，温度熔渣的成分，熔渣中的固体熔点，温度一般来讲，一般来讲，在一定的温度下，凡是能降低熔渣熔在一定的温度下，凡是能降低熔渣熔点成分，在一定范围内增加其浓度，可使熔渣黏点成分，在一定范围内增加其浓度，可使熔渣黏度降低度降低；反之；反之, 则使熔渣黏度增大则使熔渣黏度增大在酸性渣中在酸性渣中提高提高SiOSiO2 2含量时，导致熔渣含量时，导致熔渣黏黏度升高；相反，在度升高；相反，在酸性渣中提高酸性渣中提高CaOCaO 含量，会使含量，会使黏黏度降低度降低 碱性渣碱性渣中，中，CaOCaO超过超过40-50%40-50%后，黏度随后，黏度随CaOCaO增加SiOSiO2 2在一定范围内增加，能在一定范围内增加，能降低碱性渣的黏度降低碱性渣的黏度，但，但SiOSiO2 2含含量超过一定值形成量超过一定值形成2CaO2CaO·SiOSiO2 2时，则使熔渣变稠，原因是时，则使熔渣变稠，原因是2CaO2CaO·SiOSiO2 2的熔点高达的熔点高达2130℃2130℃FeOFeO( (熔点熔点1370℃)1370℃)和和FeFe2 2O O3 3(1457℃)(1457℃)有明显降低渣熔点的作有明显降低渣熔点的作用，用，增加增加FeOFeO含量，渣黏度显著降低含量，渣黏度显著降低。
MgOMgO 在碱性渣中对黏度影响很大，当在碱性渣中对黏度影响很大，当MgOMgO 浓度超过浓度超过9%-9%-10%10%时，会破坏渣的均匀性，时，会破坏渣的均匀性，使熔渣变黏使熔渣变黏AlAl2 2O O3 3能降低渣的熔点，从而具有稀释碱性渣的作用能降低渣的熔点，从而具有稀释碱性渣的作用CaFCaF2 2本身熔点较低，它能降低熔渣的黏度本身熔点较低，它能降低熔渣的黏度 炼炼钢钢过过程程中中，，希希望望造造渣渣材材料料完完全全溶溶解解，，形形成成均均匀匀相相的的熔熔渣渣但但实实际际上上炉炉渣渣中中往往往往悬悬浮浮着着石石灰灰颗颗粒粒，，MgOMgO 质质颗颗粒粒，，熔熔渣渣自自身身析析出出的的2CaO2CaO· SiOSiO2 2、、3CaO3CaO·P P2 2O O5 5固固体体颗颗粒粒以以及及CrCr2 2O O3 3等等这这些些固固体体颗颗粒粒的的状状态态对对熔熔渣渣的的黏黏度度产产生生不不同同影影响响少少量量尺尺寸寸大大的的颗颗粒粒（（直直径径达达几几毫毫米米）），，对对熔熔渣渣黏黏度度影影响响不不大大，，尺尺寸寸较较小小（（1010-3-3-10-10-2-2mmmm））数数量量多多的的固固体体颗颗粒粒呈呈乳乳浊液状态，使熔渣黏度增加浊液状态，使熔渣黏度增加。
对对酸酸性性渣渣，，温温度度升升高高，，聚聚合合的的SiSi-O-O离离子子键键易易破破坏坏，，黏黏度度下下降降；；对对碱碱性性渣渣而而言言，，温温度度升升高高，，有有利利于于消消除除没没有有熔熔化化的的固固体体颗颗粒粒，，因因而而黏黏度度下下降降，，总总之之，，温温度度升升高高，，熔熔渣渣的的黏度降低黏度降低 1600℃1600℃炼钢温度炼钢温度下，熔渣黏度在下，熔渣黏度在0.02-0.10.02-0.1 PaPa·s s之间之间 熔渣和钢水的黏度熔渣和钢水的黏度 物质物质温度（温度（℃℃））黏度（黏度（PaPa·s s））水水25250.000890.00089铁水铁水142514250.00150.0015钢水钢水159515950.00250.0025稀熔渣稀熔渣159515950.00200.0020黏度中等渣黏度中等渣159515950.0200.020稠熔渣稠熔渣159515950.200.20FeOFeO140014000.0300.030CaOCaO接近熔点接近熔点<0.050<0.050SiOSiO2 2194219421.5×101.5×104 4AlAl2 2O O3 3210021000.050.05 2 2、熔渣的密度、熔渣的密度 熔渣的密度决定熔渣所占据的体积大小及钢液熔渣的密度决定熔渣所占据的体积大小及钢液液滴在渣中的沉降速度液滴在渣中的沉降速度。
固体炉渣的密度可近似用下式计算固体炉渣的密度可近似用下式计算： ρρi为为各各化化合合物物的的密密度度；；wi为为渣渣中中各各化化合合物物的的质质量百分数，量百分数，% 熔渣中化合物的密度熔渣中化合物的密度 化合物化合物密度密度化合物化合物密度密度化合物化合物密度密度Al2O33.97MnO5.40V2O34.87Na2O2.27P2O52.39ZrO25.56CaO3.32Fe2O35.20CaF22.80CeO27.13FeO5.90FeS4.58Cr2O35.21SiO22.32CaS2.80MgO3.50TiO24.24 1400℃1400℃时熔渣的密度与组成的关系时熔渣的密度与组成的关系：： 熔渣的熔渣的温度高于温度高于1400℃1400℃时时, ,可表示为可表示为: : 一般一般液态碱性渣的密度为液态碱性渣的密度为3.0 g/cm3.0 g/cm3 3，， 固态碱性渣固态碱性渣的密度为的密度为3.5 g/cm3.5 g/cm3 3，，FeOFeO＞＞40%40%的高氧化性的密度为的高氧化性的密度为4.0g/cm4.0g/cm3 3，，酸性渣的密度一般为酸性渣的密度一般为3.0g/cm3.0g/cm3 3。
3 3、熔渣的表面张力、熔渣的表面张力熔渣的表面张力主要影响渣钢间的物化反应及熔渣对夹熔渣的表面张力主要影响渣钢间的物化反应及熔渣对夹杂物的吸附等杂物的吸附等熔渣的表面张力普遍低于钢液熔渣的表面张力普遍低于钢液，，电炉熔电炉熔渣的表面张力一般高于转炉渣的表面张力一般高于转炉 氧化渣氧化渣（（35%35%～～45%CaO45%CaO，，10%10%～～20%SiO20%SiO2 2，，3%3%～～7% 7% AlAl2 2O O3 3，，8%8%～～30%FeO30%FeO，，2%2%～～8%P8%P2 2O O5 5，，4%4%～～10%MnO10%MnO，， 7%7%～～15%MgO15%MgO）的表面张力为）的表面张力为0.350.35～～0.45N/m0.45N/m；； 还原渣还原渣（（55%55%～～60%CaO60%CaO，，20%SiO20%SiO2 2，，2%2%～～5%Al5%Al2 2O O3 3，，8%8%～～10%MgO10%MgO，，4%4%～～8%CaF8%CaF2 2）的表面张力为）的表面张力为0.350.35～～0.45 N/m0.45 N/m；； 钢钢包包处处理理的的合合成成渣渣（（55%CaO55%CaO，，20%20%～～40%Al40%Al2 2O O3 3，，2%2%～～15%SiO15%SiO2 2，，2%2%～～10%MgO10%MgO）的表面张力为）的表面张力为0.40.4～～0.5N/m0.5N/m。
影影响响熔熔渣渣表表面面张张力力的的因因素素有有温温度度和和成成分分熔熔渣渣的的表表面面张张力力一一般般是是随随着着温温度度的的升升高高而而降降低低，，但但高高温温冶冶炼炼时时，，温度的变化范围较小，因而影响也就不明显温度的变化范围较小，因而影响也就不明显 SiOSiO2 2和和P P2 2O O5 5具具有有降降低低FeOFeO熔熔体体表表面面张张力力的的功功能能，，而而AlAl2 2O O3 3则则相相反反CaOCaO一一开开始始能能降降低低熔熔渣渣的的表表面面张张力力，，但但后后来来则则是是起起到到提提高高的的作作用用，，原原因因是是复复合合阴阴离离子子在在相相界界面面的的吸附量发生了变化吸附量发生了变化MnOMnO的作用与的作用与CaOCaO类似 不同熔体的表面张力不同熔体的表面张力 熔熔 体体测定温度测定温度 ℃ ℃表面张力表面张力N/m熔熔 体体测定温度测定温度 ℃表面张力表面张力N/mCaOFeOAl2O3SiO2P2O5MnO·SiO2CaO·SiO21500140020501500400157015700.5860.5840.6900.2950.0540.4150.400熔熔 渣渣钢钢 液液(.3%C)(.3%C)纯铁液纯铁液铜铜镍镍铅铅150015001550118314703270.3-0.8～～1.51.7-1.91.1031.6150.473 可以用表面张力因子近似计算熔渣体系可以用表面张力因子近似计算熔渣体系的表面张力，即的表面张力，即 式中式中 - -熔渣的表面张力，熔渣的表面张力，N/mN/m；； - -熔渣组元的摩尔分数；熔渣组元的摩尔分数； - -熔渣组元的表面张力因子熔渣组元的表面张力因子 常见的各种氧化物表面张力因子常见的各种氧化物表面张力因子 氧化物氧化物表面张力因子表面张力因子1300℃1400℃1500℃1600℃K2ONa2OCaOMnOFeOMgOSiO2Al2O3TiO2B2O3PbOZnOZrO20.1680.3080.03360.1400.5500.1530.2970.6140.6530.5840.5120.2850.6400.3800.9600.1400.5400.4700.5860.6410.5600.5020.2860.6300.6610.2230.448-0.602 第三节第三节 硅、锰的氧化和还原反应硅、锰的氧化和还原反应 炼炼钢钢用用的的钢钢铁铁料料含含有有硅硅、、锰锰，，对对成成品品钢钢，，硅硅、、锰锰的的含含量量也也有有要要求求。
因因此此，，很很有有必必要要了了解解硅硅、、锰锰在在炼炼钢钢过过程程中中的的氧氧化和还原规律化和还原规律 一、一、 硅的氧化和还原硅的氧化和还原 [Si]+2[O]=(SiO2)，[Si]+2[O]=(SiO2)饱和 上式的反应式表明，硅的氧化和还原反应上式的反应式表明，硅的氧化和还原反应的的影响因素影响因素有有温度温度、、炉渣成分炉渣成分、、金属液成分金属液成分和和炉气氧分压炉气氧分压 ◆◆温度低温度低有利于有利于硅的氧化硅的氧化；； ◆◆炉渣中炉渣中降低降低SiOSiO2 2的成分含量的成分含量如增加如增加CaOCaO、、FeOFeO含含量，有利于硅的氧化，炉渣氧化能力越强，越量，有利于硅的氧化，炉渣氧化能力越强，越有利硅的氧化；有利硅的氧化； ◆◆金属液中金属液中增加硅元素含量增加硅元素含量，有利于硅的氧化；，有利于硅的氧化； ◆◆炉气炉气氧分压越高氧分压越高，越有利于硅的氧化越有利于硅的氧化 硅氧化是用氧炼钢的主要热源之一硅氧化是用氧炼钢的主要热源之一在转炉吹炼在转炉吹炼初期，由于硅大量氧化，熔池温度升高，进入碳初期，由于硅大量氧化，熔池温度升高，进入碳氧化期。
在钢液脱氧过程中，由于含硅脱氧剂的氧化期在钢液脱氧过程中，由于含硅脱氧剂的氧化，可补偿一些钢包的散热损失总之，氧化，可补偿一些钢包的散热损失总之，硅的硅的氧化有利于保持或提高钢液的温度氧化有利于保持或提高钢液的温度 硅氧化反应硅氧化反应受炉渣成分影响，同样硅氧化反应产受炉渣成分影响，同样硅氧化反应产物影响炉渣成分，如物影响炉渣成分，如SiOSiO2 2降低炉渣碱度，降低炉渣碱度，不利于不利于钢液脱磷、脱硫，侵蚀炉衬耐火材料，降低炉渣钢液脱磷、脱硫，侵蚀炉衬耐火材料，降低炉渣氧化性，增加造渣消耗氧化性，增加造渣消耗 二、二、 锰的氧化和还原锰的氧化和还原 [Mn]+[O]=(MnO) [Mn[+（FeO）=(MnO)+[Fe] 与硅的氧化和还原一样，影响锰的氧化和与硅的氧化和还原一样，影响锰的氧化和还原反应的因素有还原反应的因素有 ◆◆温度温度 ◆◆炉渣成分炉渣成分 ◆◆金属液成分金属液成分 ◆◆炉气氧分压炉气氧分压 温度低温度低有利于锰的氧化；有利于锰的氧化；炉渣碱度高炉渣碱度高，使，使( (MnOMnO) )的活度提高，在大多数情况下，的活度提高，在大多数情况下，（（MnOMnO）基本以游离态存在；）基本以游离态存在；如果如果a(MnO)>1.0>1.0，则不利于锰的氧化。
炉渣氧化性强，，则不利于锰的氧化炉渣氧化性强，则有利于锰的氧化；则有利于锰的氧化；能能增加增加MnMn元素活度元素活度的元素，其含量增加，有利于锰的的元素，其含量增加，有利于锰的氧化；氧化；炉气炉气氧分压越高氧分压越高，越有利于锰的氧化越有利于锰的氧化 在在碱碱性性转转炉炉炼炼钢钢过过程程中中，，当当脱脱碳碳反反应应激激烈烈进进行行时时，，炉炉渣渣中中( (FeOFeO) )大大量量减减少少，，温温度度升升高高，，这这样样使使钢钢液液中中[ [MnMn] ]回回升升，，这这就就是是产产生生所所谓谓的的锰锰还还原原在在酸酸性性渣渣中中，，锰锰的的氧氧化化较较为为完全锰的氧化也是吹氧炼钢热源之一，但不是主要的在转锰的氧化也是吹氧炼钢热源之一，但不是主要的在转炉吹炼初期，锰氧化生成炉吹炼初期，锰氧化生成MnOMnO可帮助化渣，并减轻初期可帮助化渣，并减轻初期渣中渣中SiOSiO2 2对炉衬耐火材料的侵蚀对炉衬耐火材料的侵蚀在炼钢过程中，应尽在炼钢过程中，应尽量控制锰的氧化，以提高钢水残（余）锰量，发挥残锰量控制锰的氧化，以提高钢水残（余）锰量，发挥残锰的作用的作用 钢液中残钢液中残[ [MnMn] ]的作用的作用: : ◆◆防止钢水的过氧化防止钢水的过氧化，或避免钢水中含过多的过，或避免钢水中含过多的过剩氧，以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧剩氧，以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；化物夹杂； ◆◆可作为钢液温度高低的标态可作为钢液温度高低的标态，炉温高有利于，炉温高有利于（（MnOMnO）的还原，残锰含量高；）的还原，残锰含量高； ◆◆能确定脱氧后钢水的含锰量能确定脱氧后钢水的含锰量达到所炼钢种的规达到所炼钢种的规格，格，并节约并节约Fe-Fe-MnMn用量用量。
第四节第四节 碳的氧化反应碳的氧化反应 碳氧化反应是炼钢过程中极其重要的反应，炼碳氧化反应是炼钢过程中极其重要的反应，炼钢过程中的碳氧反应不仅完成脱碳任务，而且还具钢过程中的碳氧反应不仅完成脱碳任务，而且还具有以下作用：有以下作用： ◆◆加大钢加大钢——渣界面，加速反应的进行；渣界面，加速反应的进行； ◆◆均匀熔池中成分和温度；均匀熔池中成分和温度； ◆◆有利于熔渣的形成；有利于熔渣的形成； ◆◆有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出； ◆◆放热升温放热升温 碳氧反应的三种基本形式碳氧反应的三种基本形式: : 在吹氧炼钢过程中，金属液中的一部分碳在吹氧炼钢过程中，金属液中的一部分碳在反应在反应区被气体氧化区被气体氧化，一部分碳与，一部分碳与溶解在金属液中氧进行氧溶解在金属液中氧进行氧化反应化反应，还有一部分碳，还有一部分碳与炉渣中与炉渣中( (FeOFeO) )反应反应，生成，生成COCO 温度一定，温度一定，KP是定值，若令是定值，若令m=[%C] ·[%O]，， fC.fO=1=1，则，则 , 1600℃, 1600℃时，时，KP=400=400，，m=0.0025=0.0025，，m 即为碳氧浓度积。
当达到平衡时，即为碳氧浓度积当达到平衡时，m为一常数为一常数. . 常压下碳氧浓度之间的关系常压下碳氧浓度之间的关系 实际上实际上m不是真正的平衡，因为碳和氧不是真正的平衡，因为碳和氧的浓度并不等于它们的活度的浓度并不等于它们的活度 只有当只有当[%C]→0[%C]→0时，时，fC.fO=1=1，此时，此时m才接近平衡才接近平衡态 [%C][%C]提高时，因提高时，因fC.fO减小，减小，m值增加：值增加： [%C]=1[%C]=1时，时，m=0.0036=0.0036，， [%C]=2[%C]=2时，时，m=0.0064=0.0064 由于碳氧反应是放热反应，因此，随温度由于碳氧反应是放热反应，因此，随温度升高，升高，m值升高，曲线向右角移动值升高，曲线向右角移动 由由 于于 在在 炼炼 钢钢 过过 程程 中中 存存 在在 着着[ [Fe]+[OFe]+[O]=[]=[FeOFeO] ]，，钢钢中中实实际际氧氧含含量量比比碳碳氧氧平平衡时氧含量高衡时氧含量高 如如果果与与（（FeOFeO））平平衡衡的的氧氧含含量量记记作作w[O],FeO，，则则钢钢中中氧氧含含量量高高于于C-OC-O平平衡衡的的氧氧，，但但低低于于w[O],FeO 。
将炼钢熔池中将炼钢熔池中实际的含氧量与碳氧平衡的理论含氧量实际的含氧量与碳氧平衡的理论含氧量之间的差距之间的差距，称之为，称之为过剩氧过剩氧出现过剩氧出现过剩氧, ,m值高于理论值值高于理论值的原因的原因：： ◆◆与脱碳速度有关，脱碳速度大，过剩氧小与脱碳速度有关，脱碳速度大，过剩氧小; ; ◆◆理论含氧量的条件为理论含氧量的条件为PcoPco=1atm=1atm，而实际炉中，而实际炉中PcoPco大于或大于或 小于小于1atm1atm如LDLD炉炉PcoPco约为约为1.2atm1.2atm，而顶底复吹转炉中，而顶底复吹转炉中 PcoPco约为约为0.7atm0.7atm ◆◆含碳量处于低碳时，含碳量处于低碳时，[%O][%O]实还受实还受a aFeOFeO和温度的影响当和温度的影响当 钢水中含碳量一定时，含氧量随温度的增加而略有增钢水中含碳量一定时，含氧量随温度的增加而略有增 加 如果熔池中脱碳反应是如果熔池中脱碳反应是 [C]+[O]=CO[C]+[O]=CO，用下式，用下式计算熔池中的氧，即与计算熔池中的氧，即与COCO气泡相平衡的浓度气泡相平衡的浓度：气泡中气泡中COCO分压后可近似等于外界压力，可用下分压后可近似等于外界压力，可用下式计算式计算： 熔体和炉渣相平衡时，熔体和炉渣相平衡时，[%O][%O]取决于炉渣中的取决于炉渣中的aFeO和分配常数和分配常数LFeO，可表示为：，可表示为： (%(%FeOFeO)- )- 渣中氧化铁的质量百分数；渣中氧化铁的质量百分数； fFeO - -渣中氧化铁的活度系数；渣中氧化铁的活度系数； LFeO- -分配系数，分配系数， [%O][%O]饱和饱和- -纯氧化铁渣在铁中的最大溶解度，纯氧化铁渣在铁中的最大溶解度，1600℃1600℃时为时为0.230.23。
若熔体中氧的平衡浓度为已知，则可以若熔体中氧的平衡浓度为已知，则可以用下式来计算渣与钢间的浓度差用下式来计算渣与钢间的浓度差： 脱碳速率的确定脱碳速率的确定 根据单位时间内氧的消耗来确立脱碳速率的计算式单位根据单位时间内氧的消耗来确立脱碳速率的计算式单位时间内氧的消耗与供氧速度时间内氧的消耗与供氧速度v vO2O2、碳含量、碳含量[%C][%C]、氧含量、氧含量[%O][%O]以及渣中的氧量（以及渣中的氧量（%O%O）存在着以下关系：）存在着以下关系： 忽略过剩氧忽略过剩氧△△[O][O]的变化，熔体中氧含量的变化值可确定的变化，熔体中氧含量的变化值可确定: : 在在dtdt时间内渣中氧的变化值与时间内渣中氧的变化值与( (FeOFeO) )、、Q QS S之间存在以下之间存在以下关系式：关系式： QsQs为渣量与金属质量之比；为渣量与金属质量之比； 而而[%O]=（（%FeO））·fFeO·LFeO 则则 将将d[%Od[%O] ]和和d(%Od(%O) )的表达式带入氧量平衡式可得的表达式带入氧量平衡式可得 上上述述的的脱脱碳碳速速率率方方程程只只适适用用含含碳碳比比较较高高的的情情形形，，氧氧向向熔熔池池中中的的传传输输速速度度是是控控制制性性环环节节，，但但随随着着脱脱碳碳进进行行，，机机理理将将逐逐渐渐发发生生改改变变，，当当碳碳降降到到0.2%-0.4%0.2%-0.4%时时，，脱脱碳碳速速率率受受[C][C]由由钢钢液液内内到到达达反反应应界面的传质所控制界面的传质所控制：： 式式中中k kc c为为碳碳的的传传质质系系数数，，顶顶吹吹氧氧时时约约为为0.015s0.015s-1-1，底吹氧时为，底吹氧时为0.017s0.017s-1-1。
第五节第五节 钢液的脱硫钢液的脱硫 钢液的脱硫主要是通过两种途径来实钢液的脱硫主要是通过两种途径来实现，即现，即炉渣脱硫炉渣脱硫和和气化脱硫气化脱硫在一般炼钢在一般炼钢操作条件下，炉渣脱硫占主导从氧气转操作条件下，炉渣脱硫占主导从氧气转炉硫的衡算可以得出，氧化渣脱硫占总脱炉硫的衡算可以得出，氧化渣脱硫占总脱硫量的硫量的90%90%，气化脱硫占，气化脱硫占10%10%左右 1 1、渣钢间的脱硫反应、渣钢间的脱硫反应 [ [S]+(CaOS]+(CaO)=()=(CaS)+[OCaS)+[O] △G] △G0 0=98474-22.82T=98474-22.82T [ [S]+(MnOS]+(MnO)=()=(MnS)+[OMnS)+[O] △G] △G0 0=133224-33.49T=133224-33.49T [ [S]+(MgOS]+(MgO)=()=(MgS)+[OMgS)+[O] △G] △G0 0=191462-32.70T=191462-32.70T 硫在金属液中存在三种形式硫在金属液中存在三种形式: :即即[ [FeSFeS] ]、、[S][S]和和S S2-2-。
FeSFeS它既溶于钢液，也溶于熔渣渣钢间它既溶于钢液，也溶于熔渣渣钢间的脱硫反应：首先钢液中硫扩散至熔渣中即的脱硫反应：首先钢液中硫扩散至熔渣中即[ [FeS]→(FeSFeS]→(FeS) )，进入熔渣中的（，进入熔渣中的（FeSFeS）与游离的）与游离的CaOCaO( (或或MnOMnO) )结合成稳定的结合成稳定的CaSCaS或或MnSMnS 根据熔渣的离子理论，脱硫反应为：根据熔渣的离子理论，脱硫反应为： [S]+[S]+（（O O2-2-））= =（（S S2-2-））+[O]+[O] 在酸性渣中几乎没有自由的在酸性渣中几乎没有自由的O O2-2-，因此酸性渣脱，因此酸性渣脱硫作用很小，而碱性渣则不同，具有较强的脱硫作用很小，而碱性渣则不同，具有较强的脱硫能力上式反应的平衡常数可写为：硫能力上式反应的平衡常数可写为： 里查森（里查森（Richardson )Richardson )定义硫容定义硫容 表达了炉渣容纳硫的能力将硫分配比定义为：表达了炉渣容纳硫的能力将硫分配比定义为： 影响钢渣间脱硫反应的因素影响钢渣间脱硫反应的因素炼炼钢钢温温度度的的影影响响。
钢钢渣渣间间的的脱脱硫硫反反应应属属于于吸吸热热反反应应，，吸吸热热在在108.2-128kJ/mol108.2-128kJ/mol之之间间，，因因此此，，高高温温有有利利于于脱脱硫硫反反应应进进行行温温度度的的重重要要影影响响主主要要体体现现在在高温能促进石灰溶解和提高炉渣流动性高温能促进石灰溶解和提高炉渣流动性炉炉渣渣碱碱度度的的影影响响炉炉渣渣碱碱度度高高，，游游离离CaOCaO多多，，或或（（O O2-2-））增增大大，，有有利利于于脱脱硫硫但但过过高高的的碱碱度度，，常常出出现炉渣粘度增加，反而降低脱硫效果现炉渣粘度增加，反而降低脱硫效果 炉炉渣渣中中( (FeOFeO) )的的影影响响从从热热力力学学角角度度可可以以看看出出，，( (FeOFeO) )高高不不利利于于脱脱硫硫当当炉炉渣渣碱碱度度高高时时、、流流动动性性差差时，炉渣中有一定量的时，炉渣中有一定量的( (FeOFeO) )，可助熔化渣可助熔化渣金属液成分的影响金属液成分的影响金属液中金属液中[C][C]、、[ [SiSi] ]能增加硫能增加硫的活度系数的活度系数f f[S[S] ]，降低氧活度，有利于脱硫降低氧活度，有利于脱硫。
脱硫的有利条件脱硫的有利条件：高温，高碱度，低（：高温，高碱度，低（FeOFeO），好），好流动性 2 2、、 气化脱硫气化脱硫 气化脱硫是指金属液中气化脱硫是指金属液中[S][S]以气态以气态SOSO2 2的方式被的方式被去除，反应式可表示为去除，反应式可表示为 在炼钢温度下，从热力学角度上述反应理应能在炼钢温度下，从热力学角度上述反应理应能进行但在钢水中含有进行但在钢水中含有[C][C]、、[ [SiSi] ]、、[ [MnMn] ]的条的条件下，则要直接气化脱硫是不可能实现钢水件下，则要直接气化脱硫是不可能实现钢水气化脱硫的最大可能是钢水中气化脱硫的最大可能是钢水中[S][S]进入炉渣后，进入炉渣后，再被气化去除再被气化去除. . 在在顶顶吹吹氧氧气气转转炉炉熔熔池池的的氧氧流流冲冲击击区区，，由由于于温温度度很很高高，，硫硫以以S S、、S S2 2、、SOSO和和COSCOS的的形形态态挥挥发发是是可可能能的的在在电电弧弧炉炉炉炉气气中中已已证证明明有有COSCOS存存在在，，所所以以发发生生下下列列的的脱脱硫硫反反应应是是可可能的，即能的，即 S S2 2+2CO=2COS+2CO=2COS SO SO2 2+3CO=2CO+3CO=2CO2 2+COS+COS 3 3、脱硫反应动力学、脱硫反应动力学 在炼钢过程中，脱硫反应和脱磷反应相同，都是在炼钢过程中，脱硫反应和脱磷反应相同，都是渣、钢界面反应，脱硫反应的速率方程可表示为：渣、钢界面反应，脱硫反应的速率方程可表示为：当钢水中硫的传质系数当钢水中硫的传质系数k km m很大时很大时 ，，此时硫的传质阻力集中于炉渣此时硫的传质阻力集中于炉渣: : 如如L Ls s一定，一定，k ks s很大，即硫的传质阻力集中于钢很大，即硫的传质阻力集中于钢水时，即水时，即 ，则脱硫速率方程为：，则脱硫速率方程为： 4、提高脱硫速率的措施、提高脱硫速率的措施 反应界面积反应界面积A A越大，脱硫速率就越快。
熔池沸越大，脱硫速率就越快熔池沸腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度等均对渣、钢界面的大小产生影响等均对渣、钢界面的大小产生影响炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差值大时，差值大时，k km m、、k ks s大，脱硫速率快大，脱硫速率快炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条件均在条件均在L Ls s产生影响，一切旨在提高产生影响，一切旨在提高L Ls s的措施的措施均可促进脱硫反应均可促进脱硫反应 第六节第六节 钢液的脱磷钢液的脱磷 磷在钢中是以磷在钢中是以[Fe[Fe3 3P]P]或或[Fe[Fe2 2P]P]形式存在，为形式存在，为方便起见，均用方便起见，均用[P][P]表示炼钢过程的脱磷反应表示炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的，首先是是在金属液与熔渣界面进行的，首先是[P][P]被氧被氧化成（化成（P P2 2O O5 5），而后与（），而后与（CaOCaO）结合成稳定的磷）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为：酸钙，其反应式可表示为： 2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2 2O O5 5)+5[Fe])+5[Fe] 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO··P P2 2O O5 5)+5[Fe])+5[Fe] 从从CaO-PCaO-P2 2O O5 5相相图图中中可可以以看看出出3CaO·P3CaO·P2 2O O5 5为为最最稳稳定定，，4CaO·P4CaO·P2 2O O5 5次次之之。
可可以以认认为为存存在在于于碱碱性性渣渣中中的的应是应是3CaO·P3CaO·P2 2O O5 5 由由于于3CaO·P3CaO·P2 2O O5 5和和4CaO·P4CaO·P2 2O O5 5的的反反应应生生成成自自由由能能值值很很相相近近，，在在热热力力学学分分析析时时，，有有两两种种磷磷酸酸盐盐得得出出的的结结论论基基本本上上是是一一致致的的在在实实验验室室条条件件下下，，达达到到平平衡时的反应产物通常是衡时的反应产物通常是4CaO·P4CaO·P2 2O O5 5 脱磷反应平衡常数脱磷反应平衡常数可表示为可表示为: 表示的是炉渣中某成分的摩尔分数将表示的是炉渣中某成分的摩尔分数将[%P][%P]，，[%O][%O]分别代替分别代替 、、 , , 可得可得 磷的分配系数磷的分配系数 LP主要取决于主要取决于熔渣成分和温度熔渣成分和温度不管LP采用何种表采用何种表达，均表明了达，均表明了熔渣的脱磷能力熔渣的脱磷能力，，LP越大说明脱磷能越大说明脱磷能力越强，脱磷越完全力越强，脱磷越完全 Wagner的的炉渣磷容炉渣磷容 2[P]+5[O]+3(O2-)=2(PO43-) 取取样样分分析析炉炉渣渣和和钢钢水水中中的的含含磷磷量量，，可可得得到到LP，，应应用用氧氧浓浓度度电电池池直直接接测测定定a[O]，，再再根根据据钢钢水水成成分分和和相相互互作作用用系系数数 ，，可可求求出出f[P]，，从从而而最最终终得得到到CP，，这这样样就就简简化化了了热热力力学学的的计计算算，，用用CP进进行行定定量量讨讨论论。
因因此此，，CP也可以理解为炉渣容纳磷的能力也可以理解为炉渣容纳磷的能力 影响脱磷反应的因素影响脱磷反应的因素 炼炼钢钢温温度度的的影影响响脱脱磷磷反反应应是是强强放放热热反反应应，，如如熔熔池池温温度度降降低低，，脱脱磷磷反反应应的的平平衡衡常常数数KP增增大大，，LP增增大大，，因因此此，，从从热热力力学学观观点点，，低低温温脱脱磷磷比比较较有有利利但但是是，，低低温温不不利利于于获获得得流动性良好的高碱度炉渣流动性良好的高碱度炉渣 炉炉渣渣成成分分的的影影响响主主要要表表现现为为炉炉渣渣碱碱度度和和炉炉渣渣氧氧化化性性的的影影响响P P2 2O O5 5属属于于酸酸性性氧氧化化物物，，CaOCaO、、MgOMgO等等碱碱性性氧氧化化物物能能降降低低它它的的活活度度，，碱碱度度越越高高，，渣渣中中CaOCaO的的有有效效浓浓度度越越高高，，LP越越大大，，脱脱磷磷越越完完全全但但是是，，碱碱度度并并非非越越高高越越好好，，加加入入过过多多的的石石灰灰，，化化渣渣不不好好，，炉炉渣渣变变粘粘，，影影响响流流动动性性，，对对脱脱磷反而不利磷反而不利 终点熔渣碱度与终点熔渣碱度与[P][P]的关系的关系 熔渣中熔渣中( (FeOFeO) )含量对脱磷反应含量对脱磷反应具有重要作用，具有重要作用，渣中渣中( (FeOFeO) )是脱磷的首要因素是脱磷的首要因素。
因为磷首先氧化生成因为磷首先氧化生成P P2 2O O5 5，然，然后再与后再与CaOCaO作用生成作用生成3CaO·P3CaO·P2 2O O5 5或或4CaO·P4CaO·P2 2O O5 5 作为磷的氧化剂，作为磷的氧化剂，( (FeOFeO) )可增大可增大aFeO，而作为碱性氧，而作为碱性氧化物可降低化物可降低γP2O5，因此，，因此，随着炉渣随着炉渣( (FeOFeO) )含量增加，含量增加，LP增增大，促进了脱磷大，促进了脱磷，但作为炉渣中的碱性氧化物，但作为炉渣中的碱性氧化物( (FeOFeO) )脱磷脱磷能力远不及能力远不及( (CaOCaO) )，当炉渣中的，当炉渣中的( (FeOFeO) )含量高到一定程度含量高到一定程度后，相当于稀释了炉渣中后，相当于稀释了炉渣中( (CaOCaO) )的浓度，这样会使炉渣的的浓度，这样会使炉渣的脱磷能力下降脱磷能力下降 终点熔渣（终点熔渣（TFeTFe）和）和[P][P]的关系的关系 金属成分的影响金属成分的影响首先钢液中应有较高的首先钢液中应有较高的[O][O]，如，如果钢液中果钢液中[ [SiSi] ]、、[ [MnMn] ]、、[Cr][Cr]、、[C][C]含量高，则不利含量高，则不利于脱磷，因此，只有与氧结合能力高的元素含量降于脱磷，因此，只有与氧结合能力高的元素含量降低时，脱磷才能顺利进行。
此外，钢液中各元素含低时，脱磷才能顺利进行此外，钢液中各元素含量对量对[P][P]的活度有影响，但通常影响不太大的活度有影响，但通常影响不太大 采用溅渣护炉技术，渣中采用溅渣护炉技术，渣中MgOMgO含量较高，要注含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷产生不利影响意调整好熔渣流动性，否则对脱磷产生不利影响 脱磷的条件脱磷的条件：高碱度、高氧化铁含量（氧化性）：高碱度、高氧化铁含量（氧化性）、良好流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度、良好流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度和大渣量和大渣量 回回 磷磷 现现 象象 要保证钢水脱磷效果，必须防止回磷现象要保证钢水脱磷效果，必须防止回磷现象回磷现象就是磷从熔渣中又返回到钢中成品钢中回磷现象就是磷从熔渣中又返回到钢中成品钢中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象熔渣的碱度磷含量高于终点磷含量也属回磷现象熔渣的碱度或氧化铁含量降低，或石灰化渣不好，或温度过高或氧化铁含量降低，或石灰化渣不好，或温度过高等均会引起回磷现象出钢过程中由于脱氧合金加等均会引起回磷现象出钢过程中由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，入不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也会导致成品钢中磷高于终点也会导致成品钢中磷高于终点[P][P]含量。
含量 由于脱氧，炉渣碱度、（由于脱氧，炉渣碱度、（FeOFeO）含量降低，）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下钢包内有回磷现象，反应式如下： 2(FeO)+[Si]=(SiO2(FeO)+[Si]=(SiO2 2)+2[Fe])+2[Fe] ( (FeO)+[MnFeO)+[Mn]=(]=(MnO)+[FeMnO)+[Fe] ] 2(P 2(P2 2O O5 5)+5[Si]=5(SiO)+5[Si]=5(SiO2 2)+4[P])+4[P] (P (P2 2O O5 5)+5[Mn]=5(MnO)+2[P])+5[Mn]=5(MnO)+2[P] 3(P 3(P2 2O O5 5)+10[Al]=5(Al)+10[Al]=5(Al2 2O O3 3)+6[P])+6[P] 避免钢水回磷的措施避免钢水回磷的措施：挡渣出钢，尽量避免下渣：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前的炉渣碱度；出钢后向钢包渣；适当提高脱氧前的炉渣碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。
包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂炼钢过程的脱磷反应是渣炼钢过程的脱磷反应是渣- -金界面反应，对于脱金界面反应，对于脱磷反应的效果而言，除了磷容量、磷分配系数表磷反应的效果而言，除了磷容量、磷分配系数表述外，还有一个时间的概念，即述外，还有一个时间的概念，即脱磷速率脱磷速率脱磷过程速率主要取决于过程速率主要取决于[P][P]向反应界面的传质和产向反应界面的传质和产物由界面向渣中的传质物由界面向渣中的传质 双膜传质理论表示脱磷速率方程双膜传质理论表示脱磷速率方程 k km m和和k ks s分分别别是是磷磷在在金金属属和和熔熔渣渣中中的的传传质质系系数数，， OeterOeter计计算算出出 k km m=3.90×10=3.90×10-5-5m.sm.s-1-1，，k ks s=1.15×10=1.15×10-5-5 m.sm.s-1-1;A;A是是反反应应界界面面积积; ; V Vm m为为钢钢液液体体积积; ; K K以以物物质质的的量量浓浓度度表表示示的的磷磷分分配配比比; ; L LP P以质量百分数表示的磷分配比以质量百分数表示的磷分配比 若取若取K=300K=300，则，则 ，则上式可简化为：，则上式可简化为： 在氧气顶吹转炉炼钢初期，用统计方法分析脱在氧气顶吹转炉炼钢初期，用统计方法分析脱磷过程得到的脱磷速率方程磷过程得到的脱磷速率方程: : 还原脱磷还原脱磷 要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，要实现还原脱磷，必须加入比铝更强的脱氧剂，使钢液达到深度还原。
通常加入使钢液达到深度还原通常加入CaCa，，BaBa或或CaCCaC2 2等等强还原剂强还原剂 3[Ca]+2[P]=33[Ca]+2[P]=3（（CaCa2+2+））+2+2（（P P3-3-）） 3[Ba]+2[P]=3(Ba3[Ba]+2[P]=3(Ba2+2+)+2(P)+2(P3-3-) ) 3CaC 3CaC2 2(s)+2[P]=3(Ca(s)+2[P]=3(Ca2+2+)+2(P)+2(P3-3-)+6[C])+6[C] 还还原原脱脱磷磷加加入入强强还还原原剂剂的的同同时时，，还还需需加加入入CaFCaF2 2，，CaOCaO等等熔熔剂剂造造渣渣还还原原脱脱磷磷一一般般是是在在金金属属不不宜宜用用氧氧化化脱脱磷磷的的情情况况下下才才使使用用，，如如含含铬铬高高的的不不锈锈钢钢，，采采用用氧氧化化脱脱磷磷会会引引起起铬铬的的大大量量氧氧化化还还原原脱脱磷磷后后的的渣渣应应立立即即去去除除，，否否则则渣渣中中的的P P3-3-又又会重新氧化成会重新氧化成PO4PO43-3-而造成回磷而造成回磷 第七节第七节 钢液的去气去夹杂钢液的去气去夹杂 不管是哪种炼钢方法，都需要在熔池中供氧去除不管是哪种炼钢方法，都需要在熔池中供氧去除C C、、SiSi、、MnMn、、P P等杂质元素，氧化精炼结束后，钢液达到了等杂质元素，氧化精炼结束后，钢液达到了一定成分和温度，其含量一般超过一定成分和温度，其含量一般超过C-OC-O平衡线。
平衡线 如果钢水不进行脱氧，如果钢水不进行脱氧，连铸坯就得不到正确的凝固连铸坯就得不到正确的凝固组织结构组织结构钢中氧含量高，钢中氧含量高，还会产生皮下气泡、疏松等还会产生皮下气泡、疏松等缺陷缺陷，并，并加剧硫的危害作用加剧硫的危害作用而且还会而且还会生成过多的氧化生成过多的氧化物夹杂物夹杂，降低钢的塑性、冲击韧性等力学性能因此，，降低钢的塑性、冲击韧性等力学性能因此，必须除去钢中的过剩氧必须除去钢中的过剩氧 在在出钢或浇铸过程中，加脱氧剂适当减少钢液含氧出钢或浇铸过程中，加脱氧剂适当减少钢液含氧量的操作量的操作称之为脱氧称之为脱氧 顶吹转炉吹炼终点中碳和氧的关系顶吹转炉吹炼终点中碳和氧的关系 一、一、 脱氧的方式脱氧的方式 按脱氧原理分按脱氧原理分：脱氧方法有三种，即沉淀脱氧法，：脱氧方法有三种，即沉淀脱氧法，扩散脱氧法和真空脱氧法扩散脱氧法和真空脱氧法 沉淀脱氧法沉淀脱氧法是指将脱氧剂加到钢液中，它直接与钢是指将脱氧剂加到钢液中，它直接与钢液中的氧反应生成稳定的氧化物，液中的氧反应生成稳定的氧化物，即直接脱氧即直接脱氧。
沉沉淀脱氧效率高，操作简单，成本低，对冶炼时间无淀脱氧效率高，操作简单，成本低，对冶炼时间无影响，但沉淀脱氧的脱氧程度取决于脱氧剂能力和影响，但沉淀脱氧的脱氧程度取决于脱氧剂能力和脱氧产物的排出条件脱氧产物的排出条件 扩散脱氧扩散脱氧是根据氧分配定律建立起来，一般用于电炉还是根据氧分配定律建立起来，一般用于电炉还原期，或钢水炉外精炼随着钢水中氧向炉渣中扩散，原期，或钢水炉外精炼随着钢水中氧向炉渣中扩散，炉渣中炉渣中( (FeOFeO) )逐渐增多，为了使逐渐增多，为了使( (FeOFeO) )保持在低水平，需保持在低水平，需在渣中加脱氧剂，还原渣中的在渣中加脱氧剂，还原渣中的( (FeOFeO) )，这样可以保证钢水，这样可以保证钢水中的氧不断向渣中扩散扩散脱氧的产物存在于熔渣中，中的氧不断向渣中扩散扩散脱氧的产物存在于熔渣中，这样有利于提高钢水的洁净度，但这样有利于提高钢水的洁净度，但扩散脱氧的速度慢，扩散脱氧的速度慢，时间长时间长，可以通过吹氩搅拌或钢渣混冲等方式加速脱氧，可以通过吹氩搅拌或钢渣混冲等方式加速脱氧进程另外，进行扩散脱氧进程另外，进行扩散脱氧操作前，需换新渣，以防止操作前，需换新渣，以防止回磷回磷。
真空脱氧法真空脱氧法：将钢包内钢水置于真空条件下，通：将钢包内钢水置于真空条件下，通过抽真空打破原有的碳氧平衡，促使碳与氧的反过抽真空打破原有的碳氧平衡，促使碳与氧的反应，达到通过钢中碳去除氧的目的此法的优点应，达到通过钢中碳去除氧的目的此法的优点是是脱氧比较彻底脱氧比较彻底，脱氧产物为，脱氧产物为COCO气体，气体，不污染钢不污染钢水水，而且在排出，而且在排出COCO气体的同时，还具有脱氢、脱气体的同时，还具有脱氢、脱氮的作用氮的作用 二、脱氧剂和脱氧能力二、脱氧剂和脱氧能力炼钢常用的脱氧元素有：炼钢常用的脱氧元素有：SiSi、、MnMn、和、和AlAl硅硅：硅的脱氧生成物为：硅的脱氧生成物为SiOSiO2 2或硅酸铁（或硅酸铁（FeOFeO· SiOSiO2 2）硅脱氧反应为：）硅脱氧反应为：在在[ [SiSi]<2%]<2%，， 值接近值接近1 1，于是可得，于是可得 炉渣碱度越高，炉渣碱度越高，SiOSiO2 2的活度越小，残余氧量越低，的活度越小，残余氧量越低，硅的脱氧效果越好各种牌号的硅的脱氧效果越好各种牌号的Fe-Fe-SiSi是常用的是常用的脱氧剂。
脱氧剂 锰锰：锰是弱脱氧剂，常用于沸腾钢脱氧，其脱：锰是弱脱氧剂，常用于沸腾钢脱氧，其脱氧产物并不是纯氧产物并不是纯MnOMnO，而是，而是MnOMnO与与FeOFeO的熔体 实验测得上述反应的平衡常数为实验测得上述反应的平衡常数为: : 当金属含当金属含MnMn增加时，与之平衡的脱氧产物中的增加时，与之平衡的脱氧产物中的 也是随之增大当也是随之增大当 增加到一定的浓增加到一定的浓度时，脱氧产物开始有固态的度时，脱氧产物开始有固态的FeO-MnOFeO-MnO出现 铝铝：铝是强脱氧剂，常用于镇静钢的终脱氧，：铝是强脱氧剂，常用于镇静钢的终脱氧，铝脱氧反应为：铝脱氧反应为：复合脱氧剂复合脱氧剂：使用两种或多种脱氧元素制成的脱：使用两种或多种脱氧元素制成的脱氧剂氧剂, ,如硅锰、硅钙、硅锰铝等如硅锰、硅钙、硅锰铝等. .其优点：其优点： 1)1)可以提高脱氧元素的脱氧能力；可以提高脱氧元素的脱氧能力； 2)2)利于形成液态脱氧产物，便于分离与上浮；利于形成液态脱氧产物，便于分离与上浮； 3)3)利于提高易挥发元素的溶解度，减少元素的利于提高易挥发元素的溶解度，减少元素的损失，提高脱氧元素的脱氧效率。
损失，提高脱氧元素的脱氧效率 三、脱氧反应动力学三、脱氧反应动力学 脱氧反应可分以下几个步骤：脱氧反应可分以下几个步骤： 1)1)脱氧剂加热熔化，溶解到钢水；脱氧剂加热熔化，溶解到钢水； 2)2)脱氧元素脱氧元素[ [MnMn] ]和钢水中和钢水中[O][O]反应生成脱氧产物，反应生成脱氧产物，有时在渣，钢界面和渣中（有时在渣，钢界面和渣中（O O）反应生成；）反应生成； 3)3)脱氧产物上浮至渣中脱氧产物上浮至渣中 对于上述三个步骤对于脱氧过程来讲是交错进对于上述三个步骤对于脱氧过程来讲是交错进行，并不能截然分开，但如果具体到一个脱氧元行，并不能截然分开，但如果具体到一个脱氧元素质点，则存在三个步骤素质点，则存在三个步骤 首先固体脱氧剂加入到钢水中发生吸热熔化首先固体脱氧剂加入到钢水中发生吸热熔化熔化时间熔化时间与脱氧剂熔化的吸热量和钢水的供热量有关脱氧元素与脱氧剂熔化的吸热量和钢水的供热量有关脱氧元素的熔解速度与扩散元素有关，扩散系数大，熔解速度快，的熔解速度与扩散元素有关，扩散系数大，熔解速度快，出钢过程中钢水的搅动，能加速脱氧元素的熔解出钢过程中钢水的搅动，能加速脱氧元素的熔解。
其次，在沉淀脱氧过程中，脱氧元素和钢水中氧反应生其次，在沉淀脱氧过程中，脱氧元素和钢水中氧反应生成脱氧产物成脱氧产物，是一个在钢水中产生新相的过程，脱氧产，是一个在钢水中产生新相的过程，脱氧产物的生成在实际生产中并未遇到困难，因为钢水中有夹物的生成在实际生产中并未遇到困难，因为钢水中有夹杂物，未熔脱氧剂吸附耐材等现成表面，而且脱氧剂能杂物，未熔脱氧剂吸附耐材等现成表面，而且脱氧剂能在局部达到饱和在局部达到饱和 最后就是脱氧产物的聚合、长大和上浮最后就是脱氧产物的聚合、长大和上浮在炼钢在炼钢温度下，脱氧产物为液态是其聚合长大的最基本温度下，脱氧产物为液态是其聚合长大的最基本条件影响脱氧产物上浮速度的因素有：脱氧产条件影响脱氧产物上浮速度的因素有：脱氧产物颗粒大小，钢水粘度，钢水和脱氧产物的密度物颗粒大小，钢水粘度，钢水和脱氧产物的密度差，钢水与脱氧产物之间的界面张力等差，钢水与脱氧产物之间的界面张力等 四、脱氧合金化四、脱氧合金化 目目前前冶冶炼炼和和连连铸铸的的钢钢种种主主要要是是镇镇静静钢钢，，各各种种牌牌号号的的合合金金钢钢、、高高碳碳钢钢、、中中碳碳钢钢和和低低碳碳钢钢优优质质钢钢都都属属于于镇镇静静钢钢。
镇镇静静钢钢脱脱氧氧比比较较完完全全，，一一般般脱脱氧氧后后的的钢钢水水含含氧氧量量小小于于0.002%0.002%镇镇静静钢钢的的脱脱氧氧可可分分为为两两种种类类型型: :钢钢包包内内脱脱氧氧；；炉炉内内预预脱脱氧氧，，钢钢包包内内终脱氧 脱氧和合金化操作不能截然分开，而是紧密相脱氧和合金化操作不能截然分开，而是紧密相联，合金化操作的关键问题是合金化元素的加联，合金化操作的关键问题是合金化元素的加入次序，一般的原则：入次序，一般的原则：n脱氧元素先加，合金化元素后加；脱氧元素先加，合金化元素后加；n脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的情况下加入；在钢水脱氧良好的情况下加入；n熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内 脱氧元素被钢水吸收的部分与加入总量之比，脱氧元素被钢水吸收的部分与加入总量之比，称为称为脱氧元素收得率脱氧元素收得率在生产碳素钢时，如知在生产碳素钢时，如知道终点钢水成分、钢水量、钢合金成分及其收道终点钢水成分、钢水量、钢合金成分及其收得率，可根据成品钢成分，计算脱氧加入量得率，可根据成品钢成分，计算脱氧加入量。
脱氧剂加入量脱氧剂加入量= = 准确判断和控制脱氧元素收得率，是达到预期准确判断和控制脱氧元素收得率，是达到预期脱氧程度和提高成品钢成分命中率的关键脱氧程度和提高成品钢成分命中率的关键 冶炼一般合金钢和低合金钢时，合金加入量的计冶炼一般合金钢和低合金钢时，合金加入量的计算方法和脱氧剂基本相同，而算方法和脱氧剂基本相同，而 合金加入量合金加入量= = 冶炼高合金钢时，合金加入量大，必须考虑加入冶炼高合金钢时，合金加入量大，必须考虑加入的合金量对钢水重量和钢水终点成分的影响的合金量对钢水重量和钢水终点成分的影响 五、铬、钒、铌的氧化五、铬、钒、铌的氧化 铬是不锈钢的主要元素，其氧化还原的影响因素有炉渣碱度、温度铬是不锈钢的主要元素，其氧化还原的影响因素有炉渣碱度、温度和炉渣氧化性和炉渣氧化性 1 1、炉渣碱度的影响、炉渣碱度的影响 研究表明在研究表明在16001600℃下，当炉渣碱度下，当炉渣碱度≤≤1.01.0时，随着碱时，随着碱度的增加，铬氧化反应平衡常数变化不大；当炉渣碱度为度的增加，铬氧化反应平衡常数变化不大；当炉渣碱度为1.0-2.01.0-2.0时，时，CrOCrO向向CrCr2 2O O3 3过渡，随着碱度的增加，铬氧化反过渡，随着碱度的增加，铬氧化反应平衡常数迅速降低，但当碱度大于应平衡常数迅速降低，但当碱度大于2.02.0时，碱度增加，铬时，碱度增加，铬氧化反应平衡常数变化不大。
可见，在炼钢过程中，氧化反应平衡常数变化不大可见，在炼钢过程中，当炉当炉渣碱度大于渣碱度大于2.02.0时，再通过改变炉渣碱度来控制铬的氧化，时，再通过改变炉渣碱度来控制铬的氧化，收效不大收效不大 2 2、温度的影响、温度的影响 通过控制铬、碳的氧化转化温度来实现碳和铬通过控制铬、碳的氧化转化温度来实现碳和铬的选择性氧化的选择性氧化转化温度转化温度指高于此温度时，碳氧化指高于此温度时，碳氧化而铬不氧化，低于此温度时，铬氧化而碳不氧化而铬不氧化，低于此温度时，铬氧化而碳不氧化 吹氧时铬的直接氧化反应吹氧时铬的直接氧化反应： 当上述反应达到平衡时，，这样可以计算出当上述反应达到平衡时，，这样可以计算出转化温度很显然，铁水成分、炉渣成分改变，转化温度很显然，铁水成分、炉渣成分改变，转化温度也随之变化转化温度也随之变化 在相同的含碳量下，转化温度随含铬量的增在相同的含碳量下，转化温度随含铬量的增加而增加；在相同的含铬量下，转化温度随含碳加而增加；在相同的含铬量下，转化温度随含碳量的降低而增加转化温度的理论计算有助于更量的降低而增加。
转化温度的理论计算有助于更好地控制冶炼操作在一般情况下，为了达到好地控制冶炼操作在一般情况下，为了达到脱脱铬保碳铬保碳的目的，熔池温度不超过的目的，熔池温度不超过14001400℃ 在冶炼不锈钢时，应尽量避免铬损失，在冶炼不锈钢时，应尽量避免铬损失，脱碳保铬脱碳保铬是是冶炼的中心问题由于钢水中冶炼的中心问题由于钢水中[Cr]18%[Cr]18%，铬氧化物，铬氧化物为，其反应式为为，其反应式为 这样可根据上式来确定铬、碳氧化转化温度这样可根据上式来确定铬、碳氧化转化温度 3 3、炉渣中（、炉渣中（% %FeOFeO）的影响）的影响 温度高有利于脱碳保铬温度高有利于脱碳保铬，但随着炉渣氧化，但随着炉渣氧化性的增加性的增加[%Cr]/[%C][%Cr]/[%C]降低，降低，[Cr][Cr]的氧化增多，的氧化增多，表明表明炉渣氧化性也是实现脱碳保铬目的所必须炉渣氧化性也是实现脱碳保铬目的所必须控制的因素控制的因素 总之，炉渣碱度高，有利于渣中铬的总之，炉渣碱度高，有利于渣中铬的还原，炉渣氧化性强，促进钢水中钢水还原，炉渣氧化性强，促进钢水中钢水铬的氧化。
温度高、铬的氧化温度高、COCO分压低，可达到分压低，可达到脱碳保铬的目的脱碳保铬的目的 钒的氧化钒的氧化 含钒炉渣的岩相分析证明，渣中有钒尖含钒炉渣的岩相分析证明，渣中有钒尖晶石晶石FeO(FeFeO(Fe··V)V)2 2O O3 3，这说明钒氧化生成，这说明钒氧化生成V V2 2O O3 3为了尽量使铁水中的钒氧化进入炉渣，达为了尽量使铁水中的钒氧化进入炉渣，达到提钒保碳的目的，应控制好吹炼温度，到提钒保碳的目的，应控制好吹炼温度，而控制而控制[V][V]、、[C][C]氧化的转向温度钒氧化氧化的转向温度钒氧化反应可用下式反应式表示：反应可用下式反应式表示： V V2 2O O3 3的熔点为的熔点为1967℃1967℃，，V V2 2O O5 5的熔点为的熔点为670℃670℃ 影响钒氧化的因素影响钒氧化的因素 低低于于转转向向温温度度（（14201420℃）），，有有利利于于钒钒的的氧氧化化，，提提高高提提钒钒效效率率，，获获得得高高品品位位的的钒钒渣渣提提钒钒后后的的半半钢钢，，仍仍适适合合于于炼炼钢钢的的技技术术要要求，可见求，可见温度是钒选择氧化最重要的影响因素温度是钒选择氧化最重要的影响因素。
炉炉渣渣中中( (FeOFeO) )高高，，有有利利于于钒钒的的间间接接氧氧化化，，在在提提钒钒过过程程中中，，铁铁水水中中[ [SiSi] ]也也被被氧氧化化，，形形成成FeO-VFeO-V2 2O O3 3-SiO-SiO2 2系系的的酸酸性性渣渣，，FeOFeO与与V V2 2O O3 3结结合合形形成成FeO.VFeO.V2 2O O3 3钒钒尖尖晶晶石石炉炉渣渣碱碱反反应应, ,有有利利于于钒钒的的氧氧化，生成钒尖晶石，进一步提高钒在渣、铁间的分配比化，生成钒尖晶石，进一步提高钒在渣、铁间的分配比铁水中含有能增大钒活度系数的元素，有利于碳的氧化铁水中含有能增大钒活度系数的元素，有利于碳的氧化炉气中炉气中COCO越低有利于碳的氧化，而不利于提钒保碳越低有利于碳的氧化，而不利于提钒保碳 铌的氧化铌的氧化 含铌铁水提铌炼钢，也存在铌和碳的选择氧化含铌铁水提铌炼钢，也存在铌和碳的选择氧化问题[ [NbNb] ]、、[C][C]氧化反应式可写为氧化反应式可写为: : 根据上式可计算出根据上式可计算出[C][C]、、[ [NbNb] ]氧化的转化温度，氧化的转化温度，一般为一般为14001400℃。
当温度高于当温度高于14001400℃时，时，[C][C]优化优化氧化当温度低于氧化当温度低于14001400℃时，时，[ [NbNb] ]优化氧化优化氧化 根据热力学的计算，当金属液中含硅量根据热力学的计算，当金属液中含硅量为为0.07%0.07%时，时，[ [SiSi] ]对对0.01%[Nb]0.01%[Nb]的氧化，的氧化，仍有抑制作用因此，要提铌首先应彻仍有抑制作用因此，要提铌首先应彻底完成硅的氧化底完成硅的氧化 六、六、 氢、氮的反应氢、氮的反应 铁液中的氢、氮的溶解度铁液中的氢、氮的溶解度 氢在纯铁液中的溶解度是指在一定的温度下和氢在纯铁液中的溶解度是指在一定的温度下和100Kpa100Kpa气压时，氢在纯铁液中的溶解的数量，气压时，氢在纯铁液中的溶解的数量，它服从西华特定律，即它服从西华特定律，即 [H]—[H]—纯铁液中氢的溶解度；纯铁液中氢的溶解度；p pH2H2——纯铁液外面纯铁液外面的氢气分压，的氢气分压，kPakPa ;K KH H氢分压为氢分压为100kPa100kPa时，纯铁时，纯铁液中氢溶解度反应的平衡常数液中氢溶解度反应的平衡常数. . 在在1600℃1600℃时，氢在纯铁液中的极限时，氢在纯铁液中的极限溶解度为溶解度为2727×1010-4-4 % %。
氮在纯铁液中的溶解度与温度和分压的氮在纯铁液中的溶解度与温度和分压的关系为：关系为： 影响氢和氮在钢中溶解度的因素影响氢和氮在钢中溶解度的因素 气体在钢中的溶解度取决于温度、相变、金属成分以及与气体在钢中的溶解度取决于温度、相变、金属成分以及与金属相平衡的气相中该气体的分压金属相平衡的气相中该气体的分压: : 1) 1) 氢和氮在液态纯铁中溶解度随温度升高而增加；氢和氮在液态纯铁中溶解度随温度升高而增加； 2) 2) 固态纯铁中气体的溶解度低于液态；固态纯铁中气体的溶解度低于液态； 3) 3) 氮在固态纯铁中的溶解度随温度的升高降低，原因是氮在固态纯铁中的溶解度随温度的升高降低，原因是 有氮化物析出有氮化物析出 4) 4) 在在910℃910℃发生发生α-Feα-Fe向向γ-Feγ-Fe转变，转变，1400 ℃1400 ℃时发生时发生γ-Feγ-Fe 向向δ-Feδ-Fe转变，溶解度也发生突变在奥氏体中因晶格转变，溶解度也发生突变在奥氏体中因晶格 常数大能溶解更多的气体。
常数大能溶解更多的气体 氢和氮分压为氢和氮分压为100kPa100kPa时在纯铁中的溶解度时在纯铁中的溶解度 。