炼钢原理与工艺1 1第一章第一章 炼钢学概述炼钢学概述第一节第一节 概述概述 第二节第二节 炼钢的任务及钢的分类炼钢的任务及钢的分类 2第一节第一节 概述概述 钢与生铁钢与生铁的区别的区别： 首先是首先是碳的含量碳的含量，理论上一般把碳含，理论上一般把碳含量量2.11%称之称之钢钢，它的熔点一般在，它的熔点一般在1450-1500，而，而生铁生铁的熔点一般在的熔点一般在1150-1250。3 钢的应用前景钢的应用前景 钢具有很好的物理化学性能与力学性钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；其用途十分广泛； 用途不同对钢的性能要求也不同，从用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提出了不同的要求。而对钢的生产也提出了不同的要求。4 石油、化工、航天航空、交通运输、石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要的领域均需要各农业、国防等许多重要的领域均需要各种类型的大量钢材，我们的日常生活更种类型的大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。离不开钢。 总之，钢材仍将是总之，钢材仍将是2121世纪用途最世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。广的结构材料和最主要功能材料。5 新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的钢铁事业得到迅速发展，钢铁事业得到迅速发展，19801980年钢产量达到年钢产量达到37123712万万吨，吨，19901990年达到年达到65006500万吨，万吨，19961996年首次突破年首次突破1 1亿吨大亿吨大关，成为世界第一产钢大国，关，成为世界第一产钢大国，20052005年产量达到年产量达到3.43.4亿亿吨，占世界产量的吨，占世界产量的1/31/3。 可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产生可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产生了重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已了重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已经开始迈入钢铁强国的行列。经开始迈入钢铁强国的行列。 6第二节第二节 炼钢的任务及钢的分类炼钢的任务及钢的分类 炼炼钢钢的的基基本本任任务务是是脱脱碳碳、脱脱磷磷、脱脱硫硫、脱脱氧氧，去去除除有有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。 归纳为：归纳为： “四脱四脱”（碳、氧、磷和硫）（碳、氧、磷和硫） “二去二去”（去气和去夹杂）（去气和去夹杂） “二调整二调整”（成分和温度）（成分和温度） 采采用用的的主主要要技技术术手手段段为为：供供氧氧，造造渣渣，升升温温，加加脱脱氧氧剂剂和和合金化操作合金化操作。7一、一、钢中的磷钢中的磷 v对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的含量高会引起钢的 “冷脆冷脆”，即从高温降到，即从高温降到00以下，以下，钢的塑性和冲击韧性降低钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。性能与冷弯性能变差。v磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著加，钢液的表面张力降低显著，从而，从而降低了钢的降低了钢的抗裂性能抗裂性能。8 不同用途的钢对磷的含量有严格要求：不同用途的钢对磷的含量有严格要求： 非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢P0.045%P0.045%； 优质级钢优质级钢 P0.035%P0.035%； 特殊质量级钢特殊质量级钢 P0.025%P0.025%； 有的甚至要求有的甚至要求 P0.010%P0.010%。 有些钢种有些钢种: :炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加P P元素。元素。9二、二、钢中的硫钢中的硫 硫硫对对钢钢的的性性能能会会造造成成不不良良影影响响，钢钢中中硫硫含含量量高高，会会使使钢钢的的热热加加工工性性能能变变坏坏，即即造造成成钢钢的的“热脆热脆”性性。 10v当当钢钢中中的的SS0.020%0.020%时时，发发生生“热热脆脆”现现象象。v如如果果钢钢中中的的氧氧含含量量较较高高，更更加加剧剧了了钢钢的的“热脆热脆”现象的发生。现象的发生。11 硫硫还还会会明明显显降降低低钢钢的的焊焊接接性性能能，引引起起高高温温龟龟裂裂，并并在在焊焊缝缝中中产产生生气气孔孔和和疏疏松松，从从而而降降低低焊焊缝缝的的强强度度。硫含量超过硫含量超过0.06%0.06%时，会显著时，会显著恶化钢的耐蚀性恶化钢的耐蚀性。12v不同钢种对硫含量有严格的规定：不同钢种对硫含量有严格的规定： 非合金钢中非合金钢中普通质量级钢普通质量级钢S0.045%S0.045% 优质级钢优质级钢 S0.035%S0.035%， 特殊质量级钢特殊质量级钢 S0.025%S0.025% 13三、三、钢中的氧钢中的氧v在在吹吹炼炼过过程程中中，向向熔熔池池供供入入了了大大量量的的氧氧气气，到到吹吹炼炼终终点点时时，钢钢水水中中含含有有过过量量的的氧氧，即即钢钢中中实实际际氧氧含含量量高于平均值。高于平均值。v如如不不脱脱氧氧，在在出出钢钢、浇浇铸铸中中，温温度度降降低低，氧氧溶溶解解度度降降低低，促促使使碳碳氧氧反反应应，钢钢液液剧剧烈烈沸沸腾腾，使使浇浇铸铸困困难难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯得不到正确凝固组织结构的连铸坯。 14v钢钢中中氧氧含含量量高高，还还会会产产生生皮皮下下气气泡泡，疏疏松松等等缺缺陷陷，并并加加剧剧硫硫的的热热脆脆作作用用。在在钢钢的的凝凝固固过过程程中中，氧氧将将会会以以氧氧化化物物的的形形式式大大量量析析出出，会会降低钢的塑性，冲击韧性降低钢的塑性，冲击韧性等加工性能。等加工性能。15 四、四、钢中的气体钢中的气体 v 钢钢液液中中的的气气体体会会显显著著降降低低钢钢的的性性能能，而而且且容容易易造造成成钢钢的的许许多多缺缺陷陷。钢钢中中气气体体主主要要是是指指氢氢与与氮氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。v氢氢在在固固态态钢钢中中溶溶解解度度很很小小，在在钢钢水水凝凝固固和和冷冷却却过过程程中中，氢氢会会和和COCO、N N2 2等等气气体体一一起起析析出出，形形成成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。 16v钢钢热热加加工工过过程程中中，钢钢中中含含有有氢氢气气的的气气孔孔会会沿沿加加工工方方向向被被拉拉长长形形成成发发裂裂，进进而而引引起起钢钢材材的的强强度度、塑性、冲击韧性的降低，即发生塑性、冲击韧性的降低，即发生“氢脆氢脆”现象。现象。v在在钢钢材材的的纵纵向向断断面面上上，呈呈现现出出圆圆形形或或椭椭圆圆形形的的银银白白色色斑斑点点称称之之为为“白白点点”，实实为为交交错错的的细细小小裂裂纹纹。主主要要原原因因是是钢钢中中的的氢氢在在小小孔孔隙隙中中析析出出的的压压力力和和钢钢相相变变时时产产生生的的组组织织应应力力的的综综合合力力超超过过了了钢钢的的强强度度，产产生生了了“白白点点”。一一般般白白点点产产生生的温度低于的温度低于2002000 0C C。 17v钢钢中中的的氮氮是是以以氮氮化化物物的的形形式式存存在在，它它对对钢钢质质量量的的影影响响体体现现出出双双重重性性。氮氮含含量量高高的的钢钢种种长长时时间间放放置置，将将会会变变脆脆，这这一一现现象象称称为为“老老化化”或或“时时效效”。原原因因是是钢钢中中氮氮化化物物的的析析出出速速度度很很慢慢，逐逐渐渐改改变变着着钢钢的的性性能能。低低碳碳钢钢产产生生的的脆性比磷还严重。脆性比磷还严重。v钢钢中中氮氮含含量量高高时时，在在250-450250-4500 0C C温温度度范范围围，其其表表面面发发蓝蓝，钢钢的的强强度度升升高高，冲冲击击韧韧性性降降低低，称称之之为为“蓝蓝脆脆”。氮氮含含量增加，钢的焊接性能变坏量增加，钢的焊接性能变坏。18五、钢中的成分五、钢中的成分( (碳碳) )v从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以它可以增加钢的强度和硬度增加钢的强度和硬度，但，但对韧性产生对韧性产生不利影响不利影响。v碳能碳能显著改变钢的液态和凝固性质显著改变钢的液态和凝固性质，在，在160016000 0C C，C0.8%C0.8%时，时，每增每增0.1%0.1%的碳的碳 钢的钢的熔点降低熔点降低6.56.50 0C C 密度减少密度减少4kg/m4kg/m3 3 黏度降低黏度降低0.7%0.7%19七、钢的分类七、钢的分类 v按化学成分分类按化学成分分类 按是否加入合金元素可钢分为把按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。 碳碳素素钢钢是是指指钢钢中中除除含含有有一一定定量量为为了了脱脱氧氧而而加加入入硅硅（一一般般0.40%0.40%）和和锰锰（一一般般0.80%0.80%）等等合合金金元元素素外外，不不含含其其他他合金元素的钢。合金元素的钢。 根据碳含量的高低又可分成根据碳含量的高低又可分成 低碳钢低碳钢（C0.25%C0.25%） 中碳钢中碳钢(0.25%C0.60%)(0.25%C0.60%) 高碳钢高碳钢(C0.60%)(C0.60%)。20 合金钢合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。 根据钢中合金元素含量的多少，又可分为根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合低合金钢金钢，中合金钢和高合金钢中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量。一般合金元素总含量小于小于3%3%的为的为普通低合金钢普通低合金钢，总含量为，总含量为3%3%5%5%的为的为低低合金钢合金钢，大于大于10%10%的叫的叫高合金钢高合金钢，总含量介于，总含量介于5%5%10%10%之间为之间为中合金钢中合金钢。21按冶炼方法和质量水平分类按冶炼方法和质量水平分类v按按炼炼钢钢炉炉设设备备不不同同可可分分为为转转炉炉钢钢、电电炉炉钢钢、平平炉炉钢钢。其其中中电电炉炉钢钢包包括括电电弧弧炉炉钢钢、感感应应炉炉钢钢、电电渣渣钢钢、电电子子束束熔熔炼炼及及有有关关的真空熔炼钢等。的真空熔炼钢等。 v 按按脱脱氧氧程程度度不不同同可可分分为为沸沸腾腾钢钢（不不经经脱脱氧氧或或微微弱弱脱脱氧氧）、镇镇静静钢钢（脱脱氧氧充充分分）和和半半镇镇静静钢钢（脱脱氧氧不不完完全全，介介于于镇镇静静钢钢和沸腾钢之间）。和沸腾钢之间）。 v按按质量水平质量水平不同可分为不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢、优质钢和高级优质钢。 22按用途分类按用途分类 分为三大类：结构钢，工具钢，特殊分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。性能钢。 v结结构构钢钢是是目目前前生生产产最最多多、使使用用最最广广的的钢钢种种，它它包包括括碳碳素素结结构构钢钢和和合合金金结结构构钢钢，主主要要用用于于制制造造机机器器和和结结构构的的零零件件及及建建筑筑工工程程用用的的金属结构等。金属结构等。23 工具钢工具钢包括包括碳素工具钢碳素工具钢和和合金工具钢合金工具钢及及高速钢高速钢。v碳碳素素工工具具钢钢的的硬硬度度主主要要以以含含碳碳量量的的高高低低来来调调整整（0.65%C1.30%0.65%C1.30%），为为了了提提高高钢钢的的综综合合性性能能，有的钢中加入有的钢中加入0.35%0.35%0.60%0.60%的锰。的锰。v合合金金工工具具钢钢不不仅仅含含有有很很高高碳碳，有有的的高高达达2.30%2.30%，而而且且含含有有较较高高的的铬铬，铬铬的的含含量量可可达达到到13%13%、钨钨（达达9%9%）、钼、钒等合金元素，这类钢主要用于各式模具。钼、钒等合金元素，这类钢主要用于各式模具。v高高速速工工具具钢钢除除含含有有较较高高的的碳碳（1%1%左左右右）外外，还还含含有有很很高高的的钨钨（有有的的高高达达19%19%）和和铬铬、钒钒、钼钼等等合合金金元元素素，具有较好的赤热硬性。具有较好的赤热硬性。24 特特殊殊性性能能钢钢指指的的是是具具有有特特殊殊化化学学性性能能或或力力学学性性能能的钢，如的钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。等。 轴轴承承钢钢是是指指用用于于制制造造各各种种环环境境中中工工作作的的各各类类轴轴承承圈圈和和滚滚动动体体的的钢钢，这这类类钢钢含含碳碳1%1%左左右右，含含铬铬最最高高不不超超过过1.65%1.65%，要要求求具具有有高高而而均均匀匀的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性，内内部部组组织织和和化化学学成成分分均均匀匀，夹夹杂杂物物和和炭炭化化物物的的数数量量及分布要求高。及分布要求高。25v不锈钢不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、碱和盐等强介质腐蚀的钢称为耐腐蚀钢。碱和盐等强介质腐蚀的钢称为耐腐蚀钢。不锈钢具不锈钢具有不锈性，但不一定耐腐蚀，而耐腐蚀钢则一般都有不锈性，但不一定耐腐蚀，而耐腐蚀钢则一般都具有较好的不锈性具有较好的不锈性。26v弹簧钢弹簧钢主要含有硅、锰、铬合金元素，具有主要含有硅、锰、铬合金元素，具有高的弹性极限、高的疲劳强度以及高的冲击高的弹性极限、高的疲劳强度以及高的冲击韧性和塑性，专门用于制造螺旋簧及其他形韧性和塑性，专门用于制造螺旋簧及其他形状弹簧，对钢的表面性能及脱碳性能的要求状弹簧，对钢的表面性能及脱碳性能的要求比一般钢较为严格。比一般钢较为严格。27作业题作业题1 1、炼炼钢钢的的基基本本任任务务是是什什么么，通通过过哪哪些些手手段段实现？实现？2 2、磷和硫对钢产生哪些危害？、磷和硫对钢产生哪些危害？3 3、氢和氮对钢产生哪些危害？、氢和氮对钢产生哪些危害？ ？28第二章 炼钢基础理论第一节 装料2.1 .1 转炉炼钢原料 转炉炼钢的主要原料是铁水，其次还配有部分废钢。2.1.1.1 铁水 铁水是氧气顶吹转炉的主原料，一般占装入量的70%以上。铁水的物理热和化学热是氧气顶吹转炉炼钢过程中的唯一热源。因此，铁水的温度和化学成分应符合一定要求，以简化和稳定冶炼操作，并获得良好的技术经济指标。2.1.1.1 .1对铁水温度的要求 铁水温度的高低，标志这铁水物理热的多少。较高的铁水温度可以保证转炉吹炼的顺利进行，同时还能增加废钢的配加量，降低转炉的生产技术。因此，希望铁水的温度尽量高些，另外还需要入炉铁水温度相对稳定。29292.1.1.1.2 对铁水成分的要求 转炉炼钢的适应性较强，可将各种成分的铁水吹炼成钢。但是，为了方便转炉炼钢操作及降低生产成本，铁水的成分应该合适和稳定。1、铁水的含硅量 铁水中的硅是转炉炼钢的主要发热元素之一。根据转炉炼钢的热平衡计算，铁水中的含硅量每增加0.1%，废钢比可增加1.3%-1.5%。 若含硅量低于0.5%时，铁水的化学热不足，会导致废钢比下降，小容量转炉甚至不能正常吹炼。另外，铁水含硅量过低时，石灰溶解困难，这不仅不利于硫和磷的去除，同时还会因渣量少而对钢液的覆盖效果差，吹炼时金属飞溅严重，导致冶炼收得率下降。 反之，如果铁水含硅量高于0.8%，不仅增加造渣材料的消耗，而且使炉内的渣量偏大。理论计算表明，铁3030水的含硅量每增加0.1%，吹炼1t铁水要增加2kg多的二氧化硅，同时还需要多加6kg的石灰，渣量则增加8kg。过多的渣量容易引起喷溅，增加金属损失。另外，铁水含硅量高时，初期渣子的碱度低，对炉衬的侵蚀作用加剧；同时，初期渣中的二氧化硅含量高，会使渣中的FeO、MnO含量相对较低，容易在石灰块表面生成一层熔点为2130的2COSO外壳，阻碍石灰熔化，降低成渣速度，不利于早期的去磷。2、铁水含的锰量 铁水中的锰是一种有益元素，主要体现在锰氧化后生成的氧化锰能促进石灰溶解，促进初渣形成而减少萤石的用量，有利于提高炉龄和减轻氧枪粘钢。有资料表明，如果铁水中的锰含量从0.3%提高到0.9%，萤石的用量可以减少82%。但是当锰含量超过1%时，炉渣太稀，不利于转炉的吹炼。31313、铁水的含磷量 磷会使钢产生“冷脆”现象，是钢中的有害元素之一。转炉单渣法吹炼时脱磷效率一般为85%-90%，考虑到出钢后回磷及废钢中带入的磷，希望入炉铁水的含磷量小于0.15%0.20%，最高不能超过0.4%。若铁水含磷量过高，转炉吹炼需采用双渣法操作，这将会恶化转炉生产的技术经济指标。 4、铁水的含硫量 硫会使钢产生“热脆”现象，也是钢中的有害原审。LD转炉脱硫效果差，单渣法冶炼时的脱硫效率仅为30%35%，而通常要求钢液含硫量在0.03%以下，因此希望铁水含硫量低于0.04%0.05%。2.1.1.2 废钢 废钢是转炉炼钢的另一种原料，不过在此它是作为冷却剂使用的。LD炼钢中，铁水的物理热和化学热足以把3232熔池的温度从12501300加热到1600左右的炼钢温度，且有富余热量，废钢就是用来消耗这些富余热量，以控制熔池温度的 。2.1.2 转炉的装入制度 转炉的装入制度包括装入量、废钢比及装料顺序三个问题。2.1.2.1 装入量的确定 转炉的装入量是指每炉装入铁水和废钢两种金属炉料的总量。生产时间表明，对于不同容积的转炉以及同一转炉在不同冶炼条件下，都有其不同而合理的装入量。装入量过大，会导致吹炼过程中的喷溅加剧而被迫降低供氧强度，从而使氧射流对熔池的搅拌力下降，成渣变慢，炉衬寿命缩短；反之，装入量过小，不仅使转炉生产能力得不到充分发挥，产量低，而且由于熔池过浅，使炉底容易被氧气射流冲蚀而过早损坏。目前控制LD转3333炉装入量的方法有以下三种。1、定量装入法 所谓定量装入，是指在整个炉役期内，每炉的装入量保持不变的装料方法。这种方法的优点是，生产组织简单、便于实现吹炼过程中的计算机自动控制。其问题是，容易造成炉役前期的装入量偏大而熔池较深，炉役后期的装入量偏小而熔池较浅。转炉容量越小，炉役前后期的这种差别越大。因此，定量装入法适用于大转炉。 2、定深装入法 所谓定深装入，是指在一个炉役期间，随着炉衬的侵蚀，炉子实际有效容积不断扩大，从而逐渐增加装入量，以保证熔池深度不变的装料方法。该法优点是，氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度并减轻喷溅。其问题是，定深装入法的装入量和出钢量变化频繁，生产组织难度大。 34343、分阶段定量装入法。 该法是根据炉衬的侵蚀规律和炉膛的扩大程度，将一个炉役期划分为35个阶段，每个阶段实行定量装入，装入量逐段递增。分阶段定量装入法大体上保持了适当的熔池深度，可以满足吹炼工艺的要求，又保证了装入量的相对稳定，便于组织生产。中小转炉普遍使用此法。在确定各阶段的装入量时应考虑下列因素：（1）熔池深度要合理。生产实践证明，熔池的深度H为氧气射流对熔池的最大冲击深度h的1.52.0倍时较为合理。既能防止氧气射流冲蚀炉底，同时又能保证氧气射流对熔池有良好的搅拌。（2）炉容比（V/T）要合适。转炉的工作容积，也称有效容积，以“V”表示，公称吨位用“T”表示，两者之比值“VT”称之为炉容比，单位为(m3t)。转炉生产率的高低以及吹炼中的喷溅情况都和炉容比的大小密切相关。3535炉容比过大，会增加设备重量、厂房高度和耐火材料消耗量，因而使整个车间的费用增加，成本提高，对钢的质量也有不良影响；而炉容比过小，炉内没有足够的反应空间，势必引起喷溅，对炉衬的冲刷加剧，操作恶化，导致金属消耗增高，炉衬寿命降低，不利于提高生产率。目前，国内外转炉的炉容比通常为0.81.0。一般说来，转炉容量小、铁水含硅或含磷高、供氧强度大及用氧化铁皮做冷却剂时，炉容比取上限；反之，则取下限。 2.1.2.2 废钢比 废钢的加入量占金属料装入量的百分比称为废钢比。提高废钢比，可以减少铁水的用量，从而有助于降低转炉的生产成本；同时可减少石灰的用量和渣量，有利于减轻吹炼中的喷溅，提高了金属收得率；还可以缩短吹炼时间、减少氧气消耗和增加产量。 36362.1.2.3 装料顺序 LD转炉的装料顺序，一般情况下是先加废钢后兑铁水，以避免废钢表面有水或炉内渣未倒净装料时引起爆炸。炉役后期，为使其免受废钢的直接冲击，在确认废钢干燥及渣已倒净或已加石灰稠化的条件下，可先兑铁水后加废钢。 3737第二节 供氧 炼钢的基本任务是靠向熔池供氧，造碱性渣，去除原料中的杂质，得到成分和温度合格的钢水。因此可以说供氧是炼钢过程进行的中心环节。 2.2.1 熔池中氧的来源 熔池内氧的主要来源于直接吹氧、加矿分解和炉气供氧三个方面。 2.2.1.1 直接吹氧 直接吹入氧气是炼钢生产中向熔池供氧的最主要方法。目前炼钢所用的氧都是由工业制氧机分离空气所得。通常要求氧气的含氧量不低于98.5%，水分不能超过3g/m3，而且具有一定的压力。 LD转炉为了获得较高的脱碳速度，缩短冶炼时间，采3838用高压氧气经水冷氧枪从熔池上方垂直向下吹入的方式供氧，而且氧枪的喷头是拉瓦尔型的，工作氧压0.51.1Mpa，氧气流股的出口速度高达450500m/s，即属于超音速射流。超音速氧流有足够的动能去冲击、搅拌熔池，改善脱碳反应的动力学条件，加速反应的进行。在转炉内超音速射流向前流动，与周围介质进行物质和能量交换，其流速逐渐变慢，断面积逐渐增大，温度逐渐升高。2.2.1.2 加入铁矿石和氧化铁皮 铁矿石和氧化铁皮是作为冷却剂加入的，因为它们主要都是以铁的氧化物形式存在的，加入熔池后， 随着升温、熔化并溶解，可提高渣中（FeO）的含量，从而会向熔池中供氧。 2.2.1.3 炉气传氧 如果炼钢炉内炉气中氧的分压大于渣中氧化亚铁的分解压，同时又大于钢液中氧化亚铁的分解压时，气相中的3939氧就会不断地传入熔池。有研究表明，在炼钢温度下，氧化性熔渣中（FeO）的分解压约为10-2Pa，钢液中FeO分解压约为10-410-5Pa，而LD转炉炉气中氧的分压接近于1atm。可见，在氧化精炼过程中，炼钢炉内具备了炉气向熔池传氧的条件，气相中的氧会不断地传入熔渣和钢液。2.2.2 转炉的供氧制度 如何合理的向熔池供氧以便得到最佳的冶炼条件，在生产上也称供氧制度。包括两个方面：根据原料，炉子吨位，设计好的氧枪；制定合理的氧枪操作制度。因此，选定氧枪后，要确定供氧制度，只需要制定合理的氧枪操作制度，它包括：确定恰当的供氧强度，确定供氧压力，确定合理的枪位及在吹炼过程中如何调节枪位。 40402.2.2.1 供氧强度 所谓供氧强度，是指单位时间内向每吨金属供给的标准状态氧气量的多少，即：供氧强度（m/（tmin）=每吨金属需氧量（m/t）/供养时间（min）。 生产实践表明，容量为3050吨的转炉，供氧强度为2.84.0 m/（tmin）,120150吨的转炉，供氧强度为2.53.5 m/（tmin）。国外大型转炉的供氧强度一般为2.54.0 m/（tmin）。2.2.2.2 供氧压力 氧气的压力是转炉炼钢中供氧操作的一个重要参数。对于同一氧枪来说，提高氧气压力可以增加供氧强度而缩短冶炼时间。但是枪位一定时，过分增大氧压会引起严重喷溅，同时氧气射流对熔池的冲击深度也会增加，从而有冲蚀炉底的危险。合适的供氧压力，一般是先经验选定，然后在使用中修正。转炉中涉及的氧气压力主要是喷头前的绝对压力p0和使用压力p用（表压）。4141 喷头前的氧压p0是设计喷头和确定吹炼制度时的原始参数。根据经验，小型转炉的p0一般为0.40.7Mpa，大型转炉的p0则为0.81.1Mpa。通常所说的供氧压力，是指转炉车间内氧气压力测定点的表压值，又称使用压力，常以p用表示。使用压力p用与喷头前压力p0间的关系为： p用= p0-0.1+（0.150.25）MPa 实际供氧压力允许有约45%的正偏差，特别是在采用分阶段定量装入法时，随着装入量的递增，要相应提高供氧压力，以增大供氧量。2.2.2.3 枪位及其控制 转炉炼钢中的枪位，通常定义为氧枪喷头至平静熔池液面的距离。这一距离较大时，称高枪位，反之称低枪位。枪位高低是转炉吹炼过程中的一个重要参数，它不仅与熔池内钢液环流运动的强弱有直接关系，而且对转炉内的传氧情况有重大影响。 4242一、 枪位与熔池内钢液环流的关系 转炉炼钢中，氧气流股不断冲击熔池，在熔池中央冲出一个“凹”坑，该坑的深度常被叫做氧气射流的冲击深度，坑口的面积被称为氧气射流的冲击面积；与此同时，到达坑底后的氧气射流形成反射流股，通过与钢液的摩擦力引起熔池内的钢液进行环流运动，改善了炉内化学反应的动力学条件，对加速冶炼有重要意义。 在吹炼过程中，采用低枪位或高氧压的吹氧操作称为“硬吹”。（如图2-1）硬吹时，氧气射流与熔池接触时的速度较快，断面积较小，因而熔池中央呗冲出一个面积较小而深度较大的作用区。该区内温度高达22002700，而且钢液被粉碎成细小的液滴，从坑的内壁的切线方向溅出，形成很强的反射流股，从而带动钢液进行剧烈的循环流动，几乎使整个熔池都得到了强有力的搅拌。 43434444 采用高枪位或低氧压的吹氧操作称为“软吹”。（如图2-1）软吹时，与熔池接触的氧气射流速度较慢、断面积较大，因而其冲击深度较小而冲击面积较大，同时产生的反射流股也较弱，钢液因此而形成的环流也就相对较弱，氧气对熔池的搅拌效果较差。 转炉的吹氧操作有三种类型，即恒氧压变枪位操作、恒枪位变氧压操作和变枪位变氧压操作。所谓恒氧压变枪位操作，是指在一炉钢的吹炼过程中的氧气的压力保持不变，而通过变枪位来调节氧气射流对熔池的冲击深度和冲击面积，以控制冶炼过程顺利进行的吹氧方法。生产实践证明，这种方法能根据一炉钢冶炼过程中各阶段的特点灵活地控制炉内的反应，吹炼平稳、金属损失少，去磷硫效果好，国内外各厂普遍采用这种方法。恒枪位变氧压的操作比较简单，但是吹炼效果不太理想，而且要求铁水成分和温度波动范围较小。变枪位变氧压操作，不但可以化渣迅速，而且可以提高吹炼前期和后期的供氧强度，缩短冶4545炼时间。但是这种方法要求技术水平高，不容易掌握。如今，国内外炼钢厂普遍采用的是分阶段恒氧压变枪位操作。二、 枪位对炉内传氧的影响 LD转炉的传氧方式有两种：直接传氧和间接传氧。它们分别发生在不同的冶炼条件即枪位下。1、直接传氧 所谓直接传氧，是指吹入熔池的氧气被钢液直接吸收的传氧方式。硬吹时，转炉内的传氧方式主要是直接传氧。其传氧途径主要有一下两个：（1）通过金属液滴直接传氧 硬吹时，氧气射流强烈冲击熔池而溅起来的那些金属液滴被气相中的氧气氧化，其表面形成一层富氧的FeO渣膜。这种带有FeO渣膜的金属液滴很快落入熔池，并随其中的钢液一起进行环流而成为氧的主要传递者。其传氧过程如下：4646 a、吹入的氧与溅起的金属液滴接触，气态的氧呗金属液滴表面吸附并分解成原子态的氧。 b、被吸附的原子态的氧使金属液滴表面氧化，产生FeO渣膜；同时，有一部分原子态的氧进入金属液滴中。 c、进行环流运动过程中，金属液滴表面的FeO渣膜大量消耗于沿途的杂质元素的间接氧化，余者则进入渣中；与此同时，溶于金属液滴内的氧也将周围的杂质元素氧化。（2）通过乳浊液直接传氧 高压氧气射流自上而下吹入熔池，将熔池冲出一个凹坑的同时，射流末端也被碎裂成许多小气泡。这些小氧气泡与氧气射流击碎的金属液和熔渣一起形成了三相乳浊液，其中的金属液滴可将小气泡中的氧直接吸收。熔池的乳化极大地增加了钢液、熔渣、氧气三者之间的接触面积，一般情况可达0.61.5/，从而大大加快炉内的传氧速度。这也是氧气转炉比电弧炉的冶炼速度快许多的主要原因。47474848(2)间接传氧 所谓间接传氧，是指吹入炉内的氧气经熔渣传入钢液的传氧方式。软吹时，因为氧气射流对金属熔池的冲击相对较弱而冲击深度较小，因而生成的金属液滴和小气泡数量较少，熔池的乳化程度也较低，直接传氧作用大为减弱。但是，此时氧气射流与熔池的作用面积相对较大，因此，“熔渣先被氧气射流氧化，继而再将氧传给钢液” 的间接传氧作用则会明显加强。具体传氧过程如下：a、炉渣中的低价氧化铁被氧气射流氧化成高价氧化铁。b、含有高价氧化铁的熔渣被吹离作用区，在与别处的钢液接触时被还原成低价氧化物。c、当渣中的（FeO）含量较高时，按分配定律部分地转入钢液。 软吹时间接传氧作用强，渣中（FeO）含量较高，化渣能力较强；但由于直接传氧作用很弱，杂质元素的氧化速度较慢。4949三、 枪位控制 转炉炼钢中枪位控制的基本原则是，根据吹炼中出现的具体情况及时进行相应的调整，力争做到既不出现 “喷溅” ，又不产生“返干”，使冶炼过程顺利到达终点。1 一炉钢吹炼过程中枪位的变化 一炉钢吹炼的不同阶段，转炉内的熔渣组成、钢液成分、熔池温度及所进行的化学反应等均不相同，因此向炉内供氧的条件也不同。在目前的供氧压力0.51.1MPa情况下，三孔拉瓦尔喷头氧枪的枪位（H，mm）在吹炼中的变化范围与喷头喉口直径（d，mm）的经验关系式为：H=（3555）d而枪位的变化规律通常是：高低高低。 吹炼前期，炉内反应的主要特点是，铁水的硅迅速氧化，渣中的酸性氧化物（SiO2）快速增加，同时熔池温度尚低。此时要加入大量石灰尽快形成碱度不低于1.5 1.75050的熔渣，缩短酸性渣的过度时间，以减轻炉衬损失和增加前期的去磷量。所以，吹炼前期应采用较高的枪位，使渣中的氧化铁稳定在25%左右，迅速在所加入的石灰表面形成熔点仅为1205的CaOFeOSiO2，加速石灰的溶解。若枪位过低，将会导致渣中的（FeO）不足而在石灰块的表面生成熔点高达2130的2 CaOSiO2，阻碍石灰的熔化.但枪位也不可过高，否则渣中（FeO）过多引起炉渣严重泡沫化而产生喷溅。最佳的枪位应控制在使炉内熔渣适当泡沫化又不产生喷溅。 吹炼中期，炉内渣子已化好，硅、锰的氧化已近结束，熔池温度也较高，碳氧反应开始加速。此时应适当降低枪位，以防喷溅，同时配合脱碳反应所需的供氧条件。激烈的碳氧反应也会消耗大量渣中（FeO）。如果渣中（FeO）降低过多，会使炉渣熔点升高甚至出现高熔点的硅酸钙固态颗粒使炉渣黏度增大，这种现象称为炉渣“返干返干”；同时也会因钢液表面裸露出现金属飞溅的情况。为此，中期的枪位也不宜过低，应使渣中（FeO）保持在10% 15%的范围内。5151 吹炼后期，炉内的碳氧反应已较弱，因炉渣严重泡沫化而产生喷溅的可能性较小，此时主要任务是调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去磷；同时，通过高温、高碱度的炉渣去除钢液中的硫；准确控制终点。所以此阶段应先提枪化渣，接近终点时再适当降枪，以加强对熔池的搅拌，均匀钢液成分和温度，同时降低终渣中（FeO）含量，提高金属和合金的收得率，并减轻熔渣对炉衬的侵蚀。2 生产条件改变时调节氧枪的基本原则 影响枪位的因素主要是熔池深度、铁水温度和成分、石灰的质量及用量和供氧压力等。 渣量一定时，熔池越深，渣层就越厚，也越难化渣，同时吹炼中熔池液面上涨也越多。因此在不引起喷溅前提下枪位应高些，以免化渣困难。生产中，凡是影响熔池深度的因素发生变化时，均需相应调整枪位。例如，铁水配比高时，冶炼中渣量大，熔池深度增加，枪位应相应提高；炉役后期，熔池变浅，枪位应相应低些。5252 铁水温度低时，开吹后应先低枪提温，再提枪化渣；铁水含硅量高时，渣量大，吹炼前期枪位不宜过高，以免发生严重喷溅。 石灰的质量低劣或因铁水含磷高而加入量较大时，冶炼中化渣较困难，枪位应相应提高；反之，化渣的枪位可降低些。 就氧气射流对熔池的作用而言，提高氧压与降低枪位的效果相同。因此在供氧压力不足时，枪位应相应低些，反之高些。 另外，氧枪喷头的结构有单孔和多孔之分。单孔喷头的化渣能力差，枪位应控制的高些；而采用多孔喷头时，枪位应相对低些。生产中喷头已确定，不必考虑。2.2.2.4 复吹转炉原理及工艺一、 简介二、 原理及工艺三、 冶金效果5353思考题1、炼钢熔池内氧的来源？2、何谓供氧强度？熔渣“返干”？3、转炉吹氧操作有哪几种？各有何特点？4、何谓直接传氧？间接传氧？5、简述转炉吹炼前、中、后期炉内的冶炼环境及枪位的控制？6、转炉生产中影响氧枪枪位的因素有哪些？5454第三节 造渣2.3.1 造氧化渣的目的及要求 目前的炼钢渣主要有氧化渣和还原渣两种，为了强化去磷和去硫过程，两者均为碱性渣，不同的是，它们对渣中（FeO）的含量要求不同。 LD转炉的炉渣均为氧化渣。造氧化渣的主要目的是为了去除钢中的磷，并通过氧化渣向熔池传氧。造氧化渣就是要使熔渣具有适于脱磷反应的理化性质，同时精心控制造渣过程，以充分去除钢中的磷，并减少对炉衬的侵蚀。炼钢过程对氧化渣的要求是：较高的碱度、较强的氧化性、适量的渣量、良好的流动性及适当的泡沫化。1、碱度的控制。碱度是炉渣酸碱性的衡量指标，是有效去磷的必须条件，常用二元碱度表示，即R=（CaO）/ （SiO2）。理论研究表明，渣中（FeO）含量相同的条件下，R=1.87时其活度最大，炉渣氧化性最强。LD转5555炉炼钢中，通常碱度控制在2.42.8的范围内；对于含磷较高或冶炼低硫钢种的情况，碱度则控制在3.0以上。2、渣中的（FeO）含量。渣中（FeO）含量的高低，标志着炉渣氧化性的强弱及去磷能力的大小。碱度一定时，炉渣的氧化性随着渣中（FeO）含量的增加而增强。但过高的（FeO）含量使得炉渣过稀易产生喷溅，同时会加速炉衬的侵蚀及铁的损耗。生产中通常将渣中（FeO）含量控制在10% 20%之间，有时高达30%，但要求终渣中的（FeO）在满足石灰完全溶解的条件下尽量低。3、渣量的控制。其他条件不变的情况下，增大渣量可增加冶炼过程中的去磷量。但增大渣量会增加造渣材料的消耗和铁损，还会给冶炼带来诸多不便，如喷溅、粘枪等。因此，生产中控制渣量的原则是，在保证完成脱磷、脱硫条件下，采用最小渣量操作。LD转炉一般情况下适宜的渣量约为钢液量的10% 12%。56564、炉渣的流动性。对于去磷、去硫这些双相界面反应来说，物质的扩散是限制性 环节，保证熔渣具有良好的流动性十分重要。影响炉渣流动性的主要因素是温度和成分。但去磷反应是放热反应，不希望温度太高，因此生产中应适当增加渣中（FeO）和（CaF2）等稀渣成分的含量，使碱性氧化渣在温度不高的情况下也具有良好的流动性。5、炉渣的泡沫化。泡沫化的炉渣，使钢-渣两相界面积大为增加，改善了去磷、去硫等两相反应的动力学的条件。但应避免炉渣严重的泡沫化，以防喷溅。2.3.2 造渣材料及其用量2.3.2.1 造渣材料 炼钢用造渣材料，主要有石灰、萤石及其代用品、合成渣料和白云石等。1、石灰 石灰主要成分为CaO，是由主要成分为CaCO3的石灰5757石煅烧而成。对炼钢石灰的基本要求是：CaO含量尽量高、SiO2及S等杂质尽量少、活性要好、新鲜干燥、块度合适。（1）石灰的有效熔剂性。所谓石灰的有效熔剂性，是指根据炉渣碱度要求，除去自身酸性氧化物（SiO2）造渣消耗的CaO，剩余CaO的含量，即: （ CaO）有效= （ CaO）石灰R（SiO2）石灰（2）石灰的活性。所谓“活性”，是指石灰与熔渣的反应能力，它是衡量石灰在渣中溶解速度的指标。石灰的“活性”与生产石灰时的煅烧温度有关。石灰石的分解温度为880910，如果煅烧温度控制在1050 1150，烧成的石灰晶粒细小（1m左右）、气孔率高（可达40%以上），呈海绵状，活性很好，称为软烧石灰或轻烧石灰。这种石灰加入熔池成渣快，利于前期脱磷，而且冶炼过程顺利。如果煅烧温度远高于石灰石的分解温度，烧成的石灰晶粒粗大（10m左右）、气孔率低（仅20%左右），甚至表面还包有一层熔融物，称为硬烧石灰或过烧石灰。 5858这种石灰加入熔池后，化渣慢，不利于冶炼和前期脱磷。如果煅烧温度低于900，由于烧成温度低，石灰烧不透，称为生烧石灰。这种石灰入炉后，内部残留的石灰石要继续分解而吸热，不仅成渣慢，对熔池升温也不利。（3）石灰的块度。转炉炼钢一般要求石灰的块度为5 40。块度过大，熔化慢，成渣晚；块度过小，尤其是含有粉末的，说明吸收了大量水分，应禁止使用。2、萤石及其代用品 萤石在炼钢中是作为熔剂加入的，目的是化渣和稀渣。其主要成分是CaF2 ，熔点仅1400左右，并能与CaO 及2 CaO SiO2结合成低熔点化合物，因而可以加速石灰熔化和消除炉渣“返干”，且作用迅速。此外，萤石能与硫反应生成挥发性的化合物，因而还具有一定的脱硫作用。对炼钢萤石要求CaF2不低于85%， SiO2不超过4%， CaO不超过5%，S小于0.2%，块度1080，且保持清洁、干燥、不混杂。 59593、合成渣料 合成渣料是转炉炼钢中新型造渣材料。它是将石灰和熔剂按一定比例混合制成的低熔点、高碱度的复合造渣材料，即把炉内的造渣过程部分地，甚至全部移到炉外进行。显然，这是一个提高成渣速度、改善冶炼效果的有效措施。目前国内使用较多的合成渣料是冷固结球团。它是用主要成分为FeO（67%左右）和Fe2O3（16%左右）的转炉炉尘配加一定的石灰粉、生白云石粉和氧化铁皮，在造球盘上造球，尔后在200250下烘干固结而成。该合成渣成分均匀、碱度高（5 13）、熔点低（1180 1360），且遇高温自动暴裂，因而加入后极易熔化，能很快形成高碱度、强氧化性和良好流动性的熔渣。国外有种黑皮石灰（煅烧石灰时配加氧化铁皮），成渣快，去磷效果好。4、白云石 白云石是CaCO3和MgCO3的复合矿物，高温下分解后的主要成分是氧化钙CaO和MgO氧化镁，还有一些SiO2、6060Al2O3和Fe2O3。采用白云石造渣工艺主要是延长炉衬寿命，其基本原理是根据氧化镁在渣中有一定溶解度的特点，向炉内加入一定量的白云石，使渣中（MgO）将近饱和，从而减弱熔渣对镁质炉衬的侵蚀；另一方面，冶炼中随着炉渣碱度的提高，渣中（MgO）达到过饱和而有少量固态MgO析出，使后期炉渣黏度升高，出钢后利用溅渣护炉技术将炉渣挂在炉衬表面，形成保护层，可减轻冶炼前期低碱度渣对炉衬的侵蚀。对转炉炼钢用白云石，一般要求其MgO含量在20%以上，CaO含量不低于30%，硫、磷杂质元素含量要低，块度以5 40为宜。白云石入炉会分解吸热，因此采用轻烧白云石较好。2.3.2.2 各种渣料的用量石灰 计算石灰加入量的基本方法是，先根据金属炉料的含硅量计算出渣中（SiO2）的质量，再根据炉渣的碱度求得石灰的质量。电炉及转炉吹炼含磷量小于0.3%的低磷铁水时，炉渣碱度R用（ CaO / SiO2）二元碱度表示，石灰加入量公式如下：6161石灰加入量（/t）=（1000SiX60/28R） /（ CaO）有效 式中Si-炉料（铁水）中硅的质量分数； X -炉料中硅被氧化的百分数，转炉吹炼取 100%，电炉炼钢取90%； 60/28-1千克硅氧化可生成60/28的二氧化硅。例1 电炉冶炼45钢，炉料含硅量为0.5%，炉渣碱度按2.0控制，所用石灰主要成分为CaO -90%, SiO2 -2.0%。计算1000炉料应加多少千克的石灰？解：石灰加入量=（10000.5%90%60/282.0）（90%2.02.0%）=22.4例2 转炉吹炼20钢，铁水含硅0.7%，含磷0.25%，终渣碱度要求3.0，石灰的有效熔剂性为80%。试求1000铁水需加石灰多少千克？解：石灰加入量=（10000.7%100%60/283.0）80%=56.256262转炉炼钢中使用部分矿石作冷却剂时，由于铁矿石中含有一定数量的二氧化硅，为保证炉渣的碱度不变应补加适量的石灰。每千克矿石的石灰补加量可按下式计算： 补加石灰量=（SiO2）矿石R/ （ CaO）石灰例3 铁矿石中SiO含量为8%，碱度按3.0控制，石灰的有效熔剂性为80%。试计算每加入1的矿石应补加石灰多少千克？解：补加石灰量=8% 3.0 80%=0.3（）2.3.2.3 炉渣组成对石灰溶解的影响 影响石灰在熔渣中的溶解速度的因素主要是石灰的质量、熔池温度及熔渣的组成。1 、（ CaO）和（SiO2） 渣中（ CaO）的含量小于30%35%时，石灰的溶解速度随其增大而增大，这是因为石灰溶解过程的限制性因素是物质的扩散，当（ CaO）含量小于30%时，渣中6363存在大量的复合阴离子，增加（ CaO）的含量会使这些复合阴离子解体，引起炉渣黏度下降，从而改善石灰溶解的动力学条件，加速石灰的溶解。当渣中（ CaO）含量大于35%时，随着（ CaO）的进一步增加，会使炉渣的平均熔点不断升高，黏度不断上升，从而影响石灰的溶解速度。 渣中（SiO2） 低时，随着其含量的增加，石灰的溶解速度增加，这是因为该条件下增加（SiO2） 会使炉渣熔点降低，黏度下降。同时它可与（FeO）一起促进石灰的溶解，反应产物是熔点只有1205的CaO FeO SiO2 。随着（SiO2） 大于25%时，进一步增加其含量，不仅在石灰表面形成2CaO SiO2硬壳，而且会增加渣中复合阴离子的数量，导致炉渣黏度上升。2、 （FeO）和（MnO） 随着（FeO）含量增加，石灰溶解速度直线增大。其原因有三，一是（FeO）可与渣中其他组元生成低熔点的6464化合物，有效降低炉渣黏度；二是因（FeO）是炉渣的表面活性物质，可以增强炉渣对石灰的润湿和渗透；三是（FeO）可与 CaO及2CaO SiO2作用生成低熔点化合物而使它们熔化。 （MnO）对石灰熔化速度与（FeO）类似，但不如其作用大。3 、（MgO） 少量的（MgO）含量，可以降低炉渣的黏度；当含量超过6%时，渣中的（MgO）处于过饱和状态，会析出固态的氧化镁颗粒，使炉渣黏度增大。2.3.2.4 转炉的造渣制度一、转炉的造渣方法及选用 目前，转炉炼钢的造渣方法有四种：单渣法、双渣法、双渣留渣法及喷吹石灰粉法，选择的依据是原材料的成分和所炼钢中。65651、单渣法。在冶炼中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到终点出钢的造渣方法称为单渣法。单渣法操作的工艺简单，冶炼时间短，生产率高。但其去硫、磷效率低，一般情况下去硫率为30%-40%，去磷率为90%左右。2、双渣法。是指在吹炼中途倒出部分炉渣，然后补加渣料再次造渣的操作方法。双渣操作的特点是，炉内始终保持较小的渣量，吹炼中可以避免因渣量大造成的喷溅，且渣少易化，同时又能获得较高的脱硫、脱磷效率。双渣法去硫率可达50%-60%，去磷率达92%-95%。该法的倒渣时机不易掌握。3、双渣留渣法。是指上一炉的高碱度、高温度和较高（FeO）含量的终渣部分地留在炉内，以便加速下一炉钢初渣的形成并在吹炼中途倒出部分炉渣再造新渣的操作方法。由于留渣，初渣早成，去硫率达60%-70%，总去磷率高达95%左右。采用双渣留渣法时，对铁水前应先加一批石灰稠化所留炉渣，而且对铁水时要缓慢进行，以防发6666生爆发式碳氧反应而引起严重喷溅，若上一炉终点碳过低，一般不宜留渣。4、喷吹石灰粉法。是指在冶炼的中后期以氧气为载体，用氧枪将粒度为1以下的石灰粉喷入熔池且在中途倒渣一次的操作方法。该法成渣速度快，前期去硫磷率高，但该法需要破碎设备，且粉尘量大，石灰粉又容易吸收空气中的水分，制备运输较困难。单渣法生产稳定，操作简单，便于实现计算机控制。因此，对于含硅、硫及磷较高的铁水，入炉前应进行预处理使之达到单渣法操作的要求，合理又经济。单渣法操作时，渣料应分两批加入，否则会造成熔池温度下降过多，导致渣料结团且石灰块表面形成一层金属凝壳而推迟成渣，加速炉衬侵蚀并影响去硫和去磷。正常情况下，第一批料应在开吹的同时加入，其组成是：石灰为全部的1/22/3，萤石为全部的1/3 。其余为第二批渣料,一般在硅锰氧化基本结束，头批渣料已经化好。反之如果加6767入过晚，正值碳的激烈氧化期，渣中（FeO）较低，二批料难化，容易产生金属飞溅；同时，由于渣料的加入使炉温降低，碳氧反应将被抑制，导致渣中的氧化铁积聚，一旦温度上升，必会发生爆发式碳氧反应而引起严重喷溅。二次渣料可视炉内情况一次加入或小批多次加入，但是，最后一小批料必须在终点前3-4分钟加入，否则所加渣料尚未熔化就出钢了。二、 转炉炼钢的渣况判断 炉内渣况良好有两个基本条件，一是不出现“返干”现象，二是不发生喷溅，尤其是严重喷溅。一旦出现均会严重影响炉内化学反应，甚至酿成事故。预测判断的方法有两种： 1、经验预测。通常情况，渣料化好、渣况正常的标志是：炉口的火焰比较柔软，炉内传出的声音也比较柔和、均匀。如果炉口的火焰由柔软逐渐向硬直方向发展，炉内6868传出的声音也由柔和逐渐变得刺耳，说明炉渣将要出现“返干”。如果炉内传出的声音渐渐变闷，炉口处的火焰也逐渐转暗且飘忽无力，同时，还不时地从炉口溅出片状泡沫渣，说明炉渣正在被严重泡沫化。一般二批料加入过晚易出现这种现象。 2、声纳控渣仪预测。其基本原理是：在炉口附近安装定向取声装置和声纳仪采集炉口噪音，为其进行信号转换、选频、滤波、放大、整形后输入计算机，由计算机在显示器上的音强化渣图中绘制冶炼过程中的噪声强度曲线，间接地反映渣层厚度或渣面的高低，同时对吹炼过程中可能发生的喷溅或“返干”进行预报，并由报警装置发出声、光信号。（两线一区）6969第四节 硅、锰的氧化一、一、 硅的氧化硅的氧化Si+2O=(SiO2)，70 上式的反应式表明，硅的氧化的上式的反应式表明，硅的氧化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。71v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。 v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。 72二、二、 锰的氧化锰的氧化 Mn+O=(MnO) Mn+（FeO）=(MnO)+Fe 73v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。74v温度低温度低有利于锰的氧化；有利于锰的氧化；v炉渣碱度高炉渣碱度高，使，使(MnO)(MnO)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；v如果如果a(MnO)1.01.0，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；v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；v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。75v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(FeO)(FeO)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。完全。v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。 76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-MnFe-Mn用量用量。77第五节第五节 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，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，而且还炼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：具有以下作用： 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。78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(FeO)(FeO)反应反应，生成，生成COCO。79 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。即为碳氧浓度积。当达到平衡时，当达到平衡时，m为一常数为一常数. . 80常压下碳氧浓度之间的关系常压下碳氧浓度之间的关系 81v 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%C0%C0时，时，fC.fO=1=1，此时，此时m才接近平衡才接近平衡态。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。 82v 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+O=FeOFe+O=FeO，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wO,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wO,FeO 。 83 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Pco=1atmPco=1atm，而实际炉中，而实际炉中PcoPco大于或大于或 小于小于1atm1atm。如。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 Pco Pco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。加。84v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，用下式计算熔，用下式计算熔池中的氧，即与池中的氧，即与COCO气泡相平衡的浓度气泡相平衡的浓度：v气泡中气泡中COCO分压后可近似等于外界压力，可用下式计分压后可近似等于外界压力，可用下式计算算：85v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： (%FeO)- (%FeO)- 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，16001600时为时为0.230.23。86v若熔体中氧的平衡浓度为已知，则可以用下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式来计算渣与钢间的浓度差：87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OO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: :88 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(FeO)(FeO)、Q QS S之间存在以下关之间存在以下关系式：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）fFeOLFeO 则则89 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(FeO)(FeO)、Q QS S之间存在以下关之间存在以下关系式：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）fFeOLFeO 则则90v将将d%Od%O和和d(%O)d(%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 91 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CC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。 92第六节第六节 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钢液的脱硫主要是通过两种途径来实现，即实现，即炉渣脱硫炉渣脱硫和和气化脱硫气化脱硫。在一般炼。在一般炼钢操作条件下，炉渣脱硫占主导。从氧气钢操作条件下，炉渣脱硫占主导。从氧气转炉硫的衡算可以得出，氧化渣脱硫占总转炉硫的衡算可以得出，氧化渣脱硫占总脱硫量的脱硫量的90%90%，气化脱硫占，气化脱硫占10%10%左右。左右。931 1、渣钢间的脱硫反应、渣钢间的脱硫反应 S+(CaO)=(CaS)+O G S+(CaO)=(CaS)+O G0 0=98474-22.82T=98474-22.82T S+(MnO)=(MnS)+O G S+(MnO)=(MnS)+O G0 0=133224-33.49T=133224-33.49T S+(MgO)=(MgS)+O G S+(MgO)=(MgS)+O 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、SS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(FeS)FeS(FeS)，进入熔渣中的（，进入熔渣中的（FeSFeS）与游离的）与游离的CaO(CaO(或或MnO)MnO)结合成稳定的结合成稳定的CaSCaS或或MnSMnS。 94 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：95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：96影响钢渣间脱硫反应的因素影响钢渣间脱硫反应的因素v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。v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。97v炉炉渣渣中中(FeO)(FeO)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，(FeO)(FeO)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(FeO)(FeO)，可助熔化渣。，可助熔化渣。v金属液成分的影响金属液成分的影响。金属液中。金属液中CC、SiSi能增加硫能增加硫的活度系数的活度系数f fSS，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。流动性。982 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SS以气态以气态SOSO2 2的方式被去除，反应的方式被去除，反应式可表示为式可表示为 在炼钢温度下，从热力学角度上述反应理应能进行。但在炼钢温度下，从热力学角度上述反应理应能进行。但在钢水中含有在钢水中含有CC、SiSi、MnMn的条件下，则要直接气化的条件下，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脱硫是不可能实现。钢水气化脱硫的最大可能是钢水中SS进入炉渣后，再被气化去除进入炉渣后，再被气化去除. . 99 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，所以发生下列的脱硫反应是可能的，即所以发生下列的脱硫反应是可能的，即 S S2 2+2CO=2COS+2CO=2COS SO SO2 2+3CO=2CO+3CO=2CO2 2+COS+COS 1003 3、脱硫反应动力学、脱硫反应动力学 v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：v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，此时硫的传质阻力集中于炉渣时硫的传质阻力集中于炉渣: : 101v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水很大，即硫的传质阻力集中于钢水时，即时，即 ，则脱硫速率方程为：，则脱硫速率方程为：1024、提高脱硫速率的措施、提高脱硫速率的措施 v反应界面积反应界面积A A越大，脱硫速率就越快。熔池沸腾越大，脱硫速率就越快。熔池沸腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度等均程度，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。对渣、钢界面的大小产生影响。v炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差值大时，值大时，k km m、k ks s大，脱硫速率快。大，脱硫速率快。v炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条件均在件均在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的措施均可的措施均可促进脱硫反应。促进脱硫反应。103第七节第七节 钢液的脱磷钢液的脱磷 磷在钢中是以磷在钢中是以FeFe3 3PP或或FeFe2 2PP形式存在，为方便起见，形式存在，为方便起见，均用均用PP表示。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界表示。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的，首先是面进行的，首先是PP被氧化成（被氧化成（P P2 2O O5 5），而后与（），而后与（CaOCaO）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为：结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为： 2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2 2O O5 5)+5Fe)+5Fe 2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO 2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOPP2 2O O5 5)+5Fe)+5Fe 104 从从CaO-PCaO-P2 2O O5 5相相图图中中可可以以看看出出3CaOP3CaOP2 2O O5 5为为最最稳稳定定，4CaOP4CaOP2 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3CaOP3CaOP2 2O O5 5 。 由由于于3CaOP3CaOP2 2O O5 5和和4CaOP4CaOP2 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4CaOP4CaOP2 2O O5 5 。105脱磷反应平衡常数脱磷反应平衡常数可表示为可表示为: 106107 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 108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。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。 109Wagner的的炉渣磷容炉渣磷容 2P+5O+3(O2-)=2(PO43-) 110 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aO，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fP，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。111影响脱磷反应的因素影响脱磷反应的因素 v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 。112v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，化化渣渣不好，炉渣变粘，影响流动性，对脱磷反而不利。不好，炉渣变粘，影响流动性，对脱磷反而不利。 113 终点熔渣碱度与终点熔渣碱度与PP的关系的关系 114 熔渣中熔渣中(FeO)(FeO)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(FeO)(FeO)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3CaOP3CaOP2 2O O5 5或或4CaOP4CaOP2 2O O5 5。 作为磷的氧化剂，作为磷的氧化剂，(FeO)(FeO)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P2O5，因此，因此，随着炉渣随着炉渣(FeO)(FeO)含量增加，含量增加，LP增大，促进了脱磷增大，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(FeO)(FeO)脱脱磷能力远不及磷能力远不及(CaO)(CaO)，当炉渣中的，当炉渣中的(FeO)(FeO)含量高到一定程含量高到一定程度后，相当于稀释了炉渣中度后，相当于稀释了炉渣中(CaO)(CaO)的浓度，这样会使炉渣的浓度，这样会使炉渣的脱磷能力下降。的脱磷能力下降。 115终点熔渣（终点熔渣（TFeTFe）和）和PP的关系的关系 116v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OO，如，如果钢液中果钢液中SiSi、MnMn、CrCr、CC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PP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。117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PP含量。含量。 118 由于脱氧，炉渣碱度、（由于脱氧，炉渣碱度、（FeOFeO）含量降低，钢包内有）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下回磷现象，反应式如下： 2(FeO)+Si=(SiO2(FeO)+Si=(SiO2 2)+2Fe)+2Fe (FeO)+Mn=(MnO)+Fe (FeO)+Mn=(MnO)+Fe 2(P 2(P2 2O O5 5)+5Si=5(SiO)+5Si=5(SiO2 2)+4P)+4P (P (P2 2O O5 5)+5Mn=5(MnO)+2P)+5Mn=5(MnO)+2P 3(P 3(P2 2O O5 5)+10Al=5(Al)+10Al=5(Al2 2O O3 3)+6P)+6P119v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；出钢后向钢包渣面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；尽可能采取钢包加一定量石灰，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。脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。v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。脱磷过程速率主要取决于过程速率主要取决于PP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。 120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 vk 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=3.9010=3.9010-5-5m.sm.s-1-1，k ks s=1.1510=1.1510-5-5 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以以质质量量百百分分数数表表示示的的磷磷分分配比。配比。 121 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: : 122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等强等强还原剂。还原剂。 3Ca+2P=33Ca+2P=3（CaCa2+2+）+2+2（P P3-3-） 3Ba+2P=3(Ba 3Ba+2P=3(Ba2+2+)+2(P)+2(P3-3-) ) 3CaC 3CaC2 2(s)+2P=3(Ca(s)+2P=3(Ca2+2+)+2(P)+2(P3-3-)+6C)+6C 123 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-又又会会重重新新氧氧化成化成PO4PO43-3-而造成回磷。而造成回磷。 124第八节第八节 钢液的脱氧钢液的脱氧 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。125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 126一、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。127v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(FeO)(FeO)逐渐增多，为了使逐渐增多，为了使(FeO)(FeO)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(FeO)(FeO)，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。 128v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。129二、脱氧剂和脱氧能力二、脱氧剂和脱氧能力v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。v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 SiO SiO2 2）。硅脱氧反应为：）。硅脱氧反应为：在在Si2%Si2%， 值接近值接近1 1，于是可得，于是可得 130 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-SiFe-Si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。的熔体。 131v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 增加到一定的浓度时，增加到一定的浓度时，脱氧产物开始有固态的脱氧产物开始有固态的FeO-MnOFeO-MnO出现。出现。 132v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：v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。133三、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OO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。134v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。熔化时间与。熔化时间与脱氧剂熔化的吸热量和钢水的供热量有关。脱氧元素的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，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。v 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。 135v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。136四、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。终脱氧。137 脱氧和合金化操作不能截然分开，而是紧密相联，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入次序，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：一般的原则：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；脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的情况下加入；水脱氧良好的情况下加入；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。 138v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。139v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。 140第九节第九节 脱氢、脱氮脱氢、脱氮铁液中的氢、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，它服气压时，氢在纯铁液中的溶解的数量，它服从西华特定律，即从西华特定律，即 H H纯铁液中氢的溶解度；纯铁液中氢的溶解度；p pH2H2纯铁液外面的氢纯铁液外面的氢气分压，气分压，kPakPa ;K KH H氢分压为氢分压为100kPa100kPa时，纯铁液中氢溶时，纯铁液中氢溶解度反应的平衡常数解度反应的平衡常数. . 141 在在16001600时，氢在纯铁液中的极限溶解时，氢在纯铁液中的极限溶解度为度为27271010-4-4 % %。 142v氮在纯铁液中的溶解度与温度和分压的关系氮在纯铁液中的溶解度与温度和分压的关系为：为：143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910910发生发生-Fe-Fe向向-Fe-Fe转变，转变，1400 1400 时发生时发生-Fe-Fe 向向-Fe-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。144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 145第十节第十节 铬、钒、铌的氧化铬、钒、铌的氧化 铬的氧化铬的氧化 铬是不锈钢的主要元素，其氧化还原的影响因素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、温度和炉渣氧化性有炉渣碱度、温度和炉渣氧化性。 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。 146 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：147148 当上述反应达到平衡时，这样可以计算出转化温度。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，转化温度也随之变化。很显然，铁水成分、炉渣成分改变，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加而增加；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，转化温度随含碳量的降低而增加。转在相同的含铬量下，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好地控制冶炼操作。在一般情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，为了达到况下，为了达到脱铬保碳脱铬保碳的目的，熔池温度不超过的目的，熔池温度不超过14001400。149 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Cr18%Cr18%，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。 150 3 3、炉渣中（、炉渣中（%FeO%FeO）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，但随着炉渣氧化性的，但随着炉渣氧化性的增加。增加。%Cr/%C%Cr/%C降低，降低，CrCr的氧化增多，表明的氧化增多，表明炉炉渣氧化性也是实现脱碳保铬目的所必须控制的因素渣氧化性也是实现脱碳保铬目的所必须控制的因素。 总之，炉渣碱度高，有利于渣中铬的还总之，炉渣碱度高，有利于渣中铬的还原，炉渣氧化性强，促进钢水中钢水铬的氧原，炉渣氧化性强，促进钢水中钢水铬的氧化。温度高、化。温度高、COCO分压低，可达到脱碳保铬的分压低，可达到脱碳保铬的目的。目的。151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(FeV)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VV、CC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：152 V V2 2O O3 3的熔点为的熔点为19671967，V V2 2O O5 5的熔点为的熔点为670670。153影响钒氧化的因素影响钒氧化的因素 v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。v炉炉渣渣中中(FeO)(FeO)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。v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。v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。 154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问含铌铁水提铌炼钢，也存在铌和碳的选择氧化问题。题。NbNb、CC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CC、NbNb氧化的转化温度，一氧化的转化温度，一般为般为14001400。当温度高于。当温度高于14001400时，时，CC优化氧化。优化氧化。当温度低于当温度低于14001400时，时，NbNb优化氧化。优化氧化。 155 根据热力学的计算，当金属液中含硅量为根据热力学的计算，当金属液中含硅量为0.07%0.07%时，时，SiSi对对0.01%Nb0.01%Nb的氧化，仍有抑的氧化，仍有抑制作用。因此，要提铌首先应彻底完成硅的制作用。因此，要提铌首先应彻底完成硅的氧化。氧化。156