炼钢的基础理论课件.ppt

1、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 单位体积钢液所具有的质量，常用符号单位体积钢液所具有的质量，常用符号表示，表示，单位通常用单位通常用kg/mkg/m3 3。影响钢液密度的因素主要有温。影响钢液密度的因素主要有温度和钢

2、液的化学成分。度和钢液的化学成分。总的来讲，温度升高，钢液密度降低，原因总的来讲，温度升高，钢液密度降低，原因在于原子间距增大。固体纯在于原子间距增大。固体纯铁密度为铁密度为7880kg/m7880kg/m3 3，15501550时液态的密度为时液态的密度为7040kg/m7040kg/m3 3，钢的变化与纯，钢的变化与纯铁类似。铁类似。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150015

3、501600165017000.000.100.200.300.400.600.801.001.201.607.466.987.067.147.146.976.866.786.726.677.046.967.017.067.056.896.786.706.646.577.036.956.977.017.016.846.736.656.616.547.006.896.936.986.976.806.676.596.556.526.936.816.816.826.836.706.576.506.476.43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 指钢完全转

4、变成均一液体状态时的温度，或是冷凝时指钢完全转变成均一液体状态时的温度，或是冷凝时开始析出固体的温度。钢的熔点是确定冶炼和浇铸温度的开始析出固体的温度。钢的熔点是确定冶炼和浇铸温度的重要参数，重要参数，纯铁的熔点约为纯铁的熔点约为15381538，当某元素溶入后，纯，当某元素溶入后，纯铁原子之间的作用力减弱，铁的熔点就降低。降低的程度铁原子之间的作用力减弱，铁的熔点就降低。降低的程度取决于加入元素的浓度、原子量和凝固时该元素在熔体与取决于加入元素的浓度、原子量和凝固时该元素在熔体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 M

5、i 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。液%)1(1020iMi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

6、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 黏度是钢液的一个重要性质，它对冶炼温度参数的制黏度是钢液的一个重要性质，它对冶炼温度参数的制定、元素的扩散、非金属夹杂物的上浮和气体的去除以及定、元素的扩散、非金属夹杂物的上浮和气体的去除以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。黏度是指各种不同速度运动的液体各层之间所产生的黏度是指各种不同速度运动的液体各层之间所产生的内摩擦力。通常将内摩擦系数或黏度系数称为黏度。内摩擦力。通常将

7、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PaPas s(N(Ns/ms/m2 2，1 1泊泊=0.1Pa=0.1Pas)s)；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0.0020.0020.003Pa0.003Pas;s;纯铁液纯铁液16001600时时黏黏度为度为0.0005Pa0.0005Pas s。影响钢液影响钢液黏黏度因素主要是度因素主要是温度温度和和成分成分。温度温度升高，升高，黏

8、黏度降低度降低。钢液中的碳对。钢液中的碳对黏黏度的影响非常大，度的影响非常大，这主要是因为这主要是因为碳含量使钢的密度和熔点发生变化碳含量使钢的密度和熔点发生变化，从而引起从而引起黏黏度的变化。度的变化。生产实践也表明，同一温度下，生产实践也表明，同一温度下，高碳钢的流动高碳钢的流动性比低碳钢钢液的好性比低碳钢钢液的好。因此，一般在冶炼低碳钢中，。因此，一般在冶炼低碳钢中，温度要控制得略高一些。碳含量对钢液温度要控制得略高一些。碳含量对钢液黏黏度的影响度的影响见下图。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

9、，黏度随着碳含量的增加而大幅度下降，时，黏度随着碳含量的增加而大幅度下降，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，黏度随碳含量的增加而增加，时，黏度随碳含量的增加而增加，原因是此时钢液中同时存在原因是此时钢液中同时存在-Fe-Fe和和-Fe-Fe两种结构，密两种结构，密度是随碳含量的增加而增加，而且钢液中生成的度是随碳含量的增加而增加，而且钢液中生成的FeFe3 3C C体积体积较大；较大；当当%C0.40%C0.40时，钢液的结构近似于时，钢液的结构近似于-Fe-Fe排列，钢液密排列，钢液密度下降，钢的熔

10、点也下降，故钢液的黏度随着碳含量的度下降，钢的熔点也下降，故钢液的黏度随着碳含量的增加继续下降。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。钢液钢液中非金属夹杂物含量中非金属夹杂物含量增加，钢液增加，钢液黏黏度增加，度增加，流动性变差流动性变差。初期

11、脱氧产物生成，夹杂物含量高，初期脱氧产物生成，夹杂物含量高，黏黏度增大，度增大，夹杂物不断上浮或形成低熔点夹杂物，黏度又夹杂物不断上浮或形成低熔点夹杂物，黏度又下降。脱氧不良，钢液流动性一般不好。下降。脱氧不良，钢液流动性一般不好。常用流动性来表示钢液的常用流动性来表示钢液的黏黏稠状况，稠状况，黏黏度的倒度的倒数即为流体的流动性数即为流体的流动性。四、钢液的表面张力四、钢液的表面张力 钢液因原子或分子间距非常小，其间的吸引力较强，钢液因原子或分子间距非常小，其间的吸引力较强，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。的。内部每一质点

12、所受到的吸引力的合力等于零，质点保内部每一质点所受到的吸引力的合力等于零，质点保持平衡状态；持平衡状态；而而表面层质点受内部质点的吸引力大于气体分子对表表面层质点受内部质点的吸引力大于气体分子对表面层质点的吸引力面层质点的吸引力，这样表面层质点所受的吸引力不等于，这样表面层质点所受的吸引力不等于零，且方向指向钢液内部。零，且方向指向钢液内部。这种使钢液表面产生自发缩小倾向的力称为钢这种使钢液表面产生自发缩小倾向的力称为钢液的表面张力液的表面张力，用符号，用符号表示，单位为表示，单位为N/mN/m。实际上，钢液的表面张力就是指实际上，钢液的表面张力就是指钢液和它的饱钢液和它的饱和蒸气或空气界面之

13、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 对对新相的生成新相的生成如如COCO气泡的产生，气泡的产生，钢液凝固过程钢液凝固过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;对对相间反应相间反应，如脱氧产物的、夹杂物和气体从钢，如脱氧产物的、夹杂物和气体从钢液中排除，渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影液中排除，渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影响。响。影响钢液表面张力的因素很多，但主要有影响钢液表面张力的因素很多，但主要有温度、钢温度、钢液成分及钢液的接触物液成分及钢液的接触物。钢液的钢液的表面张力是随着温度的升高而增大表面张力是随着温度的升高而增大，原因

14、，原因之一是温度升高时表面活性物质如之一是温度升高时表面活性物质如C C、O O等热运动等热运动增强，使钢液表面过剩浓度减少或浓度均匀化，增强，使钢液表面过剩浓度减少或浓度均匀化，从而引起表面张力增大。从而引起表面张力增大。15501550时，时，纯铁液的表面张力纯铁液的表面张力约为约为1.71.71.9N/m1.9N/m。溶质元素对纯铁液表面张力的影响程度取决于它溶质元素对纯铁液表面张力的影响程度取决于它的性质与铁的差别的大小。的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5050，

15、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、钢的导热能力钢的导热能力可用导热系数来表示，即当体系内钢的导热能力可用导热系数来表示，即当体系内维持单位温度梯度时，在单位时间内流经单位面维持单位温度梯度时，在单位时间内流经单位面积的热量。钢的导热系数用符号积的热量。钢的导热系数用符号表示，单位为表示，单位为W/W/（m m）。影响钢导热系数的因素主要有影响钢导热系数的因素主要有钢液的成分、组织、钢液的成分、组织、温度、非金属夹杂物含量以及钢中晶粒的细化程温度、非金属夹杂物含量以及钢中晶粒的细化程度度等。等。通常通常钢中合金元素越多，钢的导热能力就越低钢中合金元素越多

16、，钢的导热能力就越低。各种合。各种合金元素对钢的导热能力影响的次序为：金元素对钢的导热能力影响的次序为：C C、NiNi、CrCr最大，最大，AlAl、SiSi、MnMn、W W次之，次之，ZrZr最小。最小。合金钢的导热能力一般比碳钢差合金钢的导热能力一般比碳钢差，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。具有具有珠光体、铁素体和马氏体组织的钢，珠光体、铁素体和马氏体组织的钢，导热能力加热导热能力加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。各种钢的导热系数随温度变化规律不一样，各种钢的导热系数随温度变化规律不一样，800800以下碳以下碳

17、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 炼好钢首先要炼好渣炼好钢首先要炼好渣，所有炼钢任务的完成几，所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理乎都与熔渣有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理化学性质，而化学性质，而熔渣的物理化学性质又影响着炼钢熔渣的物理化学性质又影响着炼钢的化学反应平衡及反应速率的化学反应平衡及反应速率。因此，在炼钢过程。因此，在炼钢过程中必须控制和调整好炉内熔渣的物理化学性质。

18、中必须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；将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、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；减少有益元素烧损；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

19、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、温温度适当度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，发挥其的炉渣，发挥其积极作用，抑制其不利作用积极作用，抑制其不利作用。熔渣的来源熔渣的来源 炼钢过程有目的炼钢过程有目的加入的造渣材料加入的造渣材料，如石灰、，如石灰、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块。石灰石、萤石、硅石、铁

20、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 不同炼钢方法采用不同的渣系进行冶炼，不同炼钢方法采用不同的渣系进行冶炼，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。转炉炼钢造碱性氧化渣，而电炉炼钢造碱转炉炼钢造碱性氧化渣，而电炉炼钢造碱性还原渣性还原渣，它们在物理化学性质和冶金反应特，它们在物理化学性质和冶金反应特点上有明显的差别。点上有明显的差别。碱性氧化渣碱性氧化渣因碱性氧化物因碱性氧化物CaOCaO和和Fe

21、OFeO含量较含量较高，具有脱磷、脱硫能力，高，具有脱磷、脱硫能力，碱性还原渣碱性还原渣因含有因含有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

22、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 3FeOFeOMgOMgOCaCCaC2 22.0-3.52.0-3.55

23、0-5550-555-85-82-32-30.50.5101011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 熔渣中熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比度总和之比称之为熔渣碱度，常用符号称之为熔渣碱度，常用符号R R表示。熔表示。熔渣碱度的大小直接对渣钢间的物理化学反应如脱渣碱度的大小直接对渣钢间的物理化学反应如脱磷、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 wPP 0.30%0

24、.30%时时 0.30%w0.30%wPP0.60%0.60%时时 2SiOCaOwwR)(522OPSiOCaOwwwR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 可用可用

25、过剩碱过剩碱的概念来表示熔渣的碱度，即碱性氧化的概念来表示熔渣的碱度，即碱性氧化物全都是等价地确定出酸性氧化物对碱性氧化物的强度，物全都是等价地确定出酸性氧化物对碱性氧化物的强度，并假定两者是按比例结合，结合以外的碱性氧化物的量并假定两者是按比例结合，结合以外的碱性氧化物的量为过剩碱，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 实际上上式是用实际上上式是用O O2-2-的摩尔数来表示熔渣的碱度的摩尔数来表示熔渣的碱度 ，碱性氧化物离

26、解产生碱性氧化物离解产生O O2-2-，酸性氧化物则消耗酸性氧化物则消耗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 熔渣的氧化性熔渣的氧化性也称熔渣的氧化能力也称熔渣的氧化能力，它是熔渣的一个重，它是熔渣的一个重要的化学性质。要的化学性质。熔渣的氧化性熔渣的氧化性是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量钢液供氧的数量。在其他一定的情况下，熔渣的氧化性在其他一定的情况下，熔渣的氧化性

27、决定了脱磷、脱碳决定了脱磷、脱碳以及夹杂物的去除等以及夹杂物的去除等。由于氧化物分解后不同，。由于氧化物分解后不同，只有只有(FeO(FeO)和和(Fe(Fe2 2O O3 3)才能向钢中传氧，而才能向钢中传氧，而(Al(Al2 2O O3 3)、(SiO(SiO2 2)、(MgO(MgO)、(CaO(CaO)等不能传氧。等不能传氧。熔渣的氧化性通常是用熔渣的氧化性通常是用(%FeO(%FeO)表示表示，包括（包括（FeOFeO）本身和）本身和FeFe2 2O O3 3折合成（折合成（FeOFeO）两部分。）两部分。将将FeFe2 2O O3 3折合成折合成FeOFeO有两种方法有两种方法：全

28、氧折合法全氧折合法：全铁折合法全铁折合法：32%35.1%)(%OFeFeOFeO32%90.0%)(%OFeFeOFeO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，即被空气氧化成高价铁，即FeOFeO氧化成氧化成FeFe3 3O O4 4，因而使，因而使分析得出的分析得出的FeFe2 2O O3 3量偏高，用全铁法折算，可抵消量偏高，用全铁法折算，可抵消此误差。此误差。(*)在在16001600下，由实验测定在纯下，由实验测

29、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：饱和%OOaFeO23.0%饱和OTO6320734.2%lg饱和 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显得更精确更精确。部分氧化铁会以复杂分子形式存在，。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不能直接参与反应，氧化铁的浓度反映不出实际参加反应的有效浓度。际参加反应的有效浓度。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。在一定温度下，熔渣中定温度下，熔渣中 aFeO升

30、高，铁液中升高，铁液中%O%O含量也相应增高含量也相应增高;当当aFeO一定时，一定时，铁液中铁液中%O%O也是随着温度升高而提高也是随着温度升高而提高。%10OaOLFeO饱和734.26320lg0TL 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%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）

31、，），aFeO随温度的升高而减随温度的升高而减少少;从反应动力学看，从反应动力学看，当熔渣碱度和当熔渣碱度和(%FeO(%FeO)浓度一定时浓度一定时，温温度越高，则熔渣的流动性越好，熔渣中（度越高，则熔渣的流动性越好，熔渣中（FeOFeO）反应能力）反应能力增强，熔渣的氧化性增强增强，熔渣的氧化性增强。熔渣氧化性在炼钢过程中的作用体现熔渣氧化性在炼钢过程中的作用体现在对熔渣在对熔渣自身、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。影响化渣速度影响化渣速度，渣中，渣中FeOFeO能促进石灰溶解，加速化能促进石灰溶解，加速化渣，改善炼钢反应动力学条件，加速传质过程

32、；渣，改善炼钢反应动力学条件，加速传质过程；影响熔渣粘度影响熔渣粘度，渣中，渣中FeFe2 2O O3 3和碱性氧化物反应生成和碱性氧化物反应生成铁酸盐，降低熔渣熔点和粘度，避免炼钢渣铁酸盐，降低熔渣熔点和粘度，避免炼钢渣“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

33、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 炼钢过程要求炼钢过程要求熔渣的熔点熔渣的熔点低于所低于所炼钢的熔点炼钢的熔点50-20050-200。除。除FeOFeO和和CaFCaF2 2外，其他简单氧化物外，其他简单氧化物的熔点都很高，它们在炼钢温度下难以单独形成的熔点都很高，它们在炼钢温度下难以单独形成熔渣，实际上它们是形成多种低熔点的复杂化合熔渣，实际上它们是形成多种

34、低熔点的复杂化合物。物。熔渣的熔化温度熔渣的熔化温度是固态渣完全转化为均匀液是固态渣完全转化为均匀液态时的温度态时的温度；同理，；同理，液态熔渣开始析出固体成分液态熔渣开始析出固体成分时的温度为时的温度为熔渣的凝固温度熔渣的凝固温度。熔渣的熔化温度与。熔渣的熔化温度与熔渣的成分有关，一般说来，熔渣的成分有关，一般说来，熔渣中高熔点组元熔渣中高熔点组元越多，熔化温度越高越多，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.SiO

35、21390FeO13703CaO.MgO.2SiO21550Fe2O314572CaO.MgO.2SiO21450MnO17832FeO.SiO21205Al2O32050MnO.SiO21285CaF214182MnO.SiO21345CaO.SiO21550CaO.MnO.SiO217002CaO.SiO221303CaO.P2O518003CaO.SiO22065CaO.Fe 2O312203CaO.2SiO214852CaO.Fe 2O31420CaO.FeO.SiO21205CaO.2Fe 2O31240Fe2O3.SiO21217CaO.2FeO.SiO21205MgO.Al2O3

36、2135CaO.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。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

37、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。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

38、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，

39、它能降低熔渣的黏度。炼钢过程中，希望造渣材料完全溶解，形成均匀炼钢过程中，希望造渣材料完全溶解，形成均匀相的熔渣。但实际上炉渣中往往悬浮着相的熔渣。但实际上炉渣中往往悬浮着石灰颗粒石灰颗粒，MgOMgO 质颗粒质颗粒，熔渣自身析出的熔渣自身析出的2CaO2CaO SiO SiO2 2、3CaO3CaOP P2 2O O5 5固体颗粒以及固体颗粒以及CrCr2 2O O3 3等。这些固体颗粒等。这些固体颗粒的状态对熔渣的黏度产生不同影响。少量尺寸大的状态对熔渣的黏度产生不同影响。少量尺寸大的颗粒（直径达几毫米），对熔渣黏度影响不大，的颗粒（直径达几毫米），对熔渣黏度影响不大，尺寸较小（尺寸较小（

40、1010-3-3-10-10-2-2mmmm）数量多的固体颗粒呈乳）数量多的固体颗粒呈乳浊液状态，使熔渣黏度增加浊液状态，使熔渣黏度增加。对对酸性渣酸性渣，温度升高温度升高，聚合的，聚合的SiSi-O-O离子键离子键易破坏，易破坏，黏度下降黏度下降；对；对碱性渣碱性渣而言，而言，温度温度升高升高，有利于消除没有熔化的固体颗粒，有利于消除没有熔化的固体颗粒，因而因而黏度下降黏度下降，总之，总之，温度升高，熔渣的温度升高，熔渣的黏度降低。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

41、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

42、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。)()2()(2)(22MnOSiOCaOCaOSiOMnO在碱性转炉炼钢过程中，当脱碳反应激烈进行时，炉在碱性转炉炼钢过程中，当脱碳反应激烈进行时，炉渣中渣中(FeO(FeO)大量减少，温度升高，这样使钢液中大量减少，温度升高，这样使钢液中MnMn 回回升，这就是产生所谓的升，这就是产生所谓的锰还原锰还原。在酸性渣中，锰的氧。在酸性渣中，锰的氧化较为完全。化较为完全。锰的氧化也是吹氧炼钢热源之一，但不是主要的。在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

43、成转炉吹炼初期，锰氧化生成MnOMnO可帮助化渣，并减轻初可帮助化渣，并减轻初期渣中期渣中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，发挥尽量控制锰的氧化，以提高钢水残（余）锰量，发挥残锰的作用残锰的作用。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（Mn

44、OMnO）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

45、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COCO。COOC221)(,274.411393940molJTGCOOC)(,386.38221860molJTGCOFeFeOC)(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 ,

46、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.PKm/1.OCCOPwwPK%11OCffwwKocOCP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%C=1时，时，m=0.0036=0.0

47、036，%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 于 在 炼 钢 过 程 中 存 在 着由 于 在 炼 钢 过 程 中 存 在 着Fe+O=FeOFe+O=FeO，钢中实际氧含量比碳氧平钢中实际氧含量比碳氧平衡时氧含量高。衡时氧含量高。如果与（如果与（FeOFeO）平衡的氧含量记作）平衡的氧含量记作wO,FeO，则钢中氧含量高于则钢中氧含量高于C-OC-O平衡的氧，但低于平衡的氧，但低于wO,FeO 。将炼钢熔池中将炼钢熔池中实际的含氧量与碳氧

48、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。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

49、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=COC+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：%CmPOCO平COr2980669806698066101325渣渣金金hhPCO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

50、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时时为为0.230.23。FeOFeOFeOFeOLfFeOLaO)(%渣平TOLFeO63202.734lg%lg饱和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：平均平均渣平衡渣钢%OLaOOOFeOFeO脱碳速率的确定脱碳速率的确定 根据单位