炼钢的基础理论.ppt

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1、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 3，15501550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。铁类

2、似。钢液密度随温度的变化钢液密度随温度的变化：=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：1600=01600-210%C-164%Al-60%Si-550%Cr-7.5%Mn +43%W+6%Ni C（%）密度密度150015501600165017000.000.100.200.300.400.600.801.001.201.607.466.987.067.147.146.976.866.786.726.677.046.967.017.067.056.896.786.706.646.577.036.956.977.017.016.846.736.656.

3、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15381538，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

4、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=%iK=%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

5、%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

6、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 表示；单位为表示；单位为Pas Pas(Ns/m(Ns/m2 2，1 1泊泊=0.1Pas)=0.1Pas)；运动运动黏黏度度，常用符号，常用符号表示，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，16001600时时其值在其值在0.00

7、20.0020.003Pas;0.003Pas;纯铁液纯铁液16001600时时黏黏度为度为0.0005Pas0.0005Pas。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

8、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。见下图。温度高于液相线温度高于液相线5050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%C0.15%C0.15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%C0.15%C0.400.40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-Fe-Fe和和-Fe-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

9、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%C0.40%C0.40时时，钢钢液液的的结结构构近近似似于于-Fe-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

10、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。降。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

11、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

12、力力，用用符符号号表表示示，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

13、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。15501550时时，纯纯铁铁液液的的表表面面张张力力约约为为1.71.71.9N/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

14、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5050，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

15、量以以及及钢钢中中晶晶粒粒的的细细化化程程度度等。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

16、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，800800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，800800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

17、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

18、。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

19、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

20、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 14 450505050C,Si,MnC,Si,Mn氧化缓慢氧化缓慢

21、不能脱不能脱P P、脱、脱S S；钢水中钢水中OO较低较低 碱性氧化渣碱性氧化渣CaO/SiOCaO/SiO2 2CaOCaOFeOFeOMnOMnOMgOMgO3.03.04.54.5353555557 730302 28 82 212122.52.53.53.540-5040-5010-2510-255-105-105-105-10C,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OO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 3FeO

22、FeOMgOMgOCaCCaC2 22.0-3.52.0-3.550-5550-555-85-82-32-30.50.5101011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HH增加增加钢水中钢水中NN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。

23、磷、脱硫、去气等产生影响。炉料中炉料中w wPP0.30%0.30%时时 0.30%w0.30%wPP0.60%0.60%时时 熔渣熔渣R1.0R1.0R1.0为为碱性渣碱性渣，称之，称之短渣短渣。炼钢熔渣炼钢熔渣R3.0R3.0。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：CaOCaOMnOMnOFeOFeOMgOMgOCaFCaF2 2FeFe2 2O O3 3AlAl2 2O O3 3TiOTiO2 2SiOSiO2 2P P2 2O O5 5 碱性碱性 中性中性 酸性酸性 可

24、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 NCaOCaON NMgOMgON NMnOMnO2N2NSiO2SiO23N3NP2O5P2O5 N NFe2O3Fe2O3N 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

25、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

26、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(FeO)(FeO)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)、(MgO)(MgO)、(CaO)(CaO)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(%FeO)(%FeO)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

27、：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。误差。(*)在在16001600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

28、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。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

29、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%O00，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%O01.41.4），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(%FeO)(%FeO)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（F

30、eOFeO）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

31、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OO，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

32、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50-20050-200。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

33、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.

34、MnO.SiO217002CaO.SiO221303CaO.P2O518003CaO.SiO22065CaO.Fe 2O312203CaO.2SiO214852CaO.Fe 2O31420CaO.FeO.SiO21205CaO.2Fe 2O31240Fe2O3.SiO21217CaO.2FeO.SiO21205MgO.Al2O32135CaO.CaF214001 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。

35、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CaO CaO 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%4

36、0-50%后，黏度随后，黏度随CaOCaO增加。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2CaO2CaOSiOSiO2 2时，则使熔渣变稠，原因是时，则使熔渣变稠，原因是2CaO2CaOSiOSiO2 2的熔点高达的熔点高达21302130。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

37、很大，当在碱性渣中对黏度影响很大，当MgO MgO 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，MgO MgO 质质颗颗粒粒，熔熔渣渣自自身身析析出出的的2CaO2CaO SiO

38、SiO2 2、3CaO3CaOP 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Si-OSi-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

39、，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。16001600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 PaPas 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（PaPas 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

40、熔渣159515950.200.20FeOFeO140014000.0300.030CaOCaO接近熔点接近熔点0.0501.01.0，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；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(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

41、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。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

42、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。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

43、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(FeO)(FeO)反应反应，生成，生成COC

44、O。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%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%

45、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+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 。将炼钢熔池中将炼钢熔池中实际的

46、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

47、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。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：(%FeO)-(%FeO)-渣中氧化铁的质量百分数

48、；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。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

49、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: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）fFeOLFeO 则则将将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 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

50、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。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