第3章 基本理論

1、河北聯(lián)合大學(xué)鋼鐵冶金學(xué)煉鋼部分第三章 基本理論n脫碳反應(yīng)脫碳反應(yīng)n脫磷反應(yīng)脫磷反應(yīng)n脫硫反應(yīng)脫硫反應(yīng)n鋼液中的氣體鋼液中的氣體n夾雜物去除夾雜物去除3.1脫碳反應(yīng)n煉鋼熔池主要元素的氧化次序 SiMnCrCFePS（Si、Mn含量祥差不多或%Si%Mn時(shí)）碳焰上升的溫度決定于Si-C轉(zhuǎn)化溫度Tsi，TTsi，C氧化的產(chǎn)物CO將被Si還原，發(fā)生下面反應(yīng)：Si+2CO=（SiO2）+2CTTsi時(shí)，生成的CO才能穩(wěn)定存在而不被還原。C C在溶鐵中的溶解在溶鐵中的溶解溶解性溶解性高溫下不熔化：3500升華在鋼水中溶解：Cs C G 0 (13001800，1%C)溶解度溶解度Fe-C二元系：1500

2、，5.15%多元系：其它元素的影響Si、 S、 P 降低C的溶解度：FeSi不含C P25表表2-16Cr、Mn、V 提高C的溶解度：FeMn 6%C FeCr 7%C熱效應(yīng)熱效應(yīng) 碳溶解吸熱：Cs C G = 5400 10.1T calmol-1理論計(jì)算：0.10% 2.8 經(jīng)驗(yàn)值：0.10% 510三脫碳反應(yīng)熱力學(xué)三脫碳反應(yīng)熱力學(xué) n碳與氣體氧：C+1/2O=CO （一）G= -139394-41.274T J/mol G1873= -216697 J/moln碳與溶解氧：C+O=CO （二）G= -22186-38.386T J/mol G1873= -94082 J/mol nC+2

3、O=CO2（三）n熔池含碳量高，CO2也是碳的氧化劑C+ CO2=2CO（四）G= -144758-129.577 G1873= -97909 J/mol n在煉鋼溫度下，只有當(dāng)碳低于0.1時(shí)，氣相中CO2方能達(dá)到1%以上，所以推斷在煉鋼熔池中碳的氧化產(chǎn)物絕大多數(shù)為CO。平衡常數(shù) C + O = CO溫度 150016001700K454419390lgKC=1160/T+2.003 (1) lgKC=811/T+2.205 (2) lgKC=1860/T+1.643 (3) K隨溫度變化較小 脫碳是弱放熱反應(yīng)碳氧積碳氧積 K = PCO / (acao) = PCO / (%C%O) fC

4、、 fO1 PCO1 atm ，K 隨溫度變化小 碳氧積碳氧積：m %C%O 1/K 常數(shù) 一般來(lái)講，m值也具有化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的性質(zhì)，在一定溫度和壓力下應(yīng)是一個(gè)常數(shù)，而與反應(yīng)物和生成物的濃度無(wú)關(guān)系。如上所述因C+O=CO反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度變化不大，所以在煉鋼過(guò)程中的溫度范圍內(nèi)，熔池中%O和%C之間具有等邊雙曲線函數(shù)的關(guān)系。定義：定義：在平衡條件下，鋼液中C和O的乘積 在實(shí)際熔池中在實(shí)際熔池中，C、O未達(dá)到平衡未達(dá)到平衡 C和O的乘積必定大于必定大于碳氧積 m 唐鋼實(shí)測(cè)唐鋼實(shí)測(cè)：低碳區(qū) 0.00320.0035 （平衡值 m = 0.0025）碳氧積應(yīng)用碳氧積應(yīng)用 C與O含量的關(guān)系： 實(shí)際生

5、產(chǎn)中基本規(guī)律保持不變 C低O高 C高O低脫碳結(jié)果：鋼水中O含量上升兌鐵噴濺：C + O = CO 鐵水中C含量高過(guò)剩氧過(guò)剩氧定義：與熔池中C平衡的氧含量和熔池內(nèi)實(shí)際氧含量之差 %O = %OO熔池平衡 高碳區(qū)：O擴(kuò)散為反應(yīng)的限制條件，O富集少，過(guò)剩氧少低碳區(qū)：C擴(kuò)散為反應(yīng)的限制條件，O富集多，過(guò)剩氧多唐鋼150t轉(zhuǎn)爐測(cè)量結(jié)果碳含量 %實(shí)測(cè)氧含量 ppm平衡氧含量ppm過(guò)剩氧ppm0.080.04400800300600100200過(guò)剩氧n過(guò)剩氧%O的大小與脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有關(guān)。脫碳速度大，則反應(yīng)接近平衡，過(guò)剩氧值較小，反之，過(guò)剩氧就更大。且爐渣中的aFeO越高，實(shí)際%O也越高。n過(guò)剩氧%O隨含碳

6、量而有不同，碳越低，%O越靠近平衡線。底吹轉(zhuǎn)爐在C0.03%時(shí)接近Pco=1atm的平衡曲線。底吹轉(zhuǎn)爐熔池氣泡中會(huì)有冷卻劑分解產(chǎn)物。按Pco=0.4atm考慮，而實(shí)際%O和平衡曲線更近，這是由于底吹法對(duì)熔池?cái)嚢韪鼮閺?qiáng)烈的緣故。n正因?yàn)槿鄢刂?C和%O基本上保持著平衡的關(guān)系。%C高時(shí)，%O低。在%C高時(shí)增加供氧量只能提高脫碳速度，而不會(huì)增加熔池的%O；但是要使%C降低到很低的數(shù)值（0.150.20）必須維持熔池中高的%O。%C低時(shí)，%O還與渣中aFeO，熔池溫度等有關(guān)。壓力對(duì)脫碳反應(yīng)的影響CO=mPco O=Pco/C 一定C下，Pco越高，O越低。因CO反應(yīng)產(chǎn)物為氣體CO和CO2，所以當(dāng)溫度一

7、定時(shí)，CO平衡關(guān)系還要受Pco或總壓的影響。當(dāng)Pco1時(shí)，CO平衡關(guān)系如圖所示n綜上所述，從熱力學(xué)條件考慮，影響脫碳反應(yīng)的因素是：n（）大fc有利于脫碳；n（）增大fo和%O有利于脫碳；n（）降低氣相中CO的分壓能使脫碳反應(yīng)順利進(jìn)行；n（）溫度對(duì)脫碳反應(yīng)的影響不大。三、Mn的氧化% MnOMnOw MnOKfMn fO% %MnOMnOKffOw MnOMn(%)MnLC FeOMn的氧化與渣中FeO的關(guān)系nMn的氧化特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)系？n操作好，終點(diǎn)Mn剩的多，加入的MnFe礦就少nC、O關(guān)系：終點(diǎn)C高O低nFeO多，利于化渣第二節(jié) 脫磷反應(yīng)一冶煉脫磷的必要性一冶煉脫磷的必要性P是有害元素：

8、冷脆、塑性差 鋼種有P含量要求降低含量是消除其危害的唯一方式：Mn能控制S精煉不能脫磷：精煉為還原氣氛，無(wú)法脫磷出鋼及精煉回磷導(dǎo)致磷超標(biāo)：要求進(jìn)一步降低終點(diǎn)磷含量二脫磷方式二脫磷方式氧化脫磷：轉(zhuǎn)爐、電爐、鐵水預(yù)處理的主要方式還原脫磷：成本太高，處于研究階段 （P110自學(xué)）三造渣在脫磷中的必要性三造渣在脫磷中的必要性鐵水中鐵水中P無(wú)法氧化成無(wú)法氧化成P2O5 2525gPOPO176950 127.95GT 2525lPOPO168350 133.65GT 1600，平衡常數(shù): 4.410-8 和 2.810-10 即使aO=0.23（飽和），在P2O5活度為1時(shí)，aP=3.6106在常見(jiàn)P含

9、量（0.100%）情況下，不會(huì)產(chǎn)生上述反應(yīng)脫磷唯一方法：降低脫磷唯一方法：降低P2O5活度活度四脫磷熱力學(xué)四脫磷熱力學(xué)兩種理論兩種理論離子理論 反映了脫磷實(shí)質(zhì)：鋼中O使P氧化，渣中(O-2)降低P2O5活度生產(chǎn)應(yīng)用不方便：不太直觀分子理論 2342532POOPO 2525335PFeOCaOCaO POFe 2525445PFeOCaOCaO POFe應(yīng)用較多：方便直觀磷在鋼中是以磷在鋼中是以FeFe3 3PP或或FeFe2 2PP形式存在，為形式存在，為方便起見(jiàn)，均用方便起見(jiàn)，均用PP表示。煉鋼過(guò)程的脫磷表示。煉鋼過(guò)程的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行的，首先反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行的

10、，首先是是PP被氧化成（被氧化成（P P2 2O O5 5），而后與（），而后與（CaOCaO）結(jié)）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為：合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為： 2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP P2 2O O5 5)+5Fe )+5Fe 2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP P2 2O O5 5)+5Fe)+5Fe 從從CaO-PCaO-P2 2O O5 5相圖中可以看出相圖中可以看出3CaO3CaOP P2 2O O5 5為最穩(wěn)定，為最穩(wěn)定，4CaO4CaOP P2

11、 2O O5 5次之?？梢哉J(rèn)為存在于堿性渣中的應(yīng)是次之?？梢哉J(rèn)為存在于堿性渣中的應(yīng)是3CaO3CaOP P2 2O O5 5 。 由于由于3CaO3CaOP P2 2O O5 5和和4CaO4CaOP P2 2O O5 5的反應(yīng)生成自由能值的反應(yīng)生成自由能值很相近，在熱力學(xué)分析時(shí)，有兩種磷酸鹽得出的結(jié)很相近，在熱力學(xué)分析時(shí)，有兩種磷酸鹽得出的結(jié)論基本上是一致的。在實(shí)驗(yàn)室條件下，達(dá)到平衡時(shí)論基本上是一致的。在實(shí)驗(yàn)室條件下，達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)產(chǎn)物通常是的反應(yīng)產(chǎn)物通常是4CaO4CaOP P2 2O O5 5 。脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)可表示為可表示為: 4455225.45.4.).(.).

12、(.%).(22CaOCaOFeOFeOPOPCaOOPCaONNfPN552.4.52CaOFeOPOPCaOPaaaaK脫磷熱力學(xué)條件脫磷熱力學(xué)條件 溫度：低溫有利于脫磷 脫磷是放熱反應(yīng)堿度：高堿度有利于脫磷增加渣中CaO含量堿度過(guò)高，導(dǎo)致?tīng)t渣變粘，不利于脫P(yáng)控制范圍控制范圍：2.54.0%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系數(shù)Lp的試驗(yàn)測(cè)定值 2525445PFeOCaOCaO POFe影響脫磷反應(yīng)的因素影響脫磷反應(yīng)的因素 n煉鋼溫度的影響煉鋼溫度的影響。脫磷反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，。脫磷反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，如熔池溫度降低，脫磷反應(yīng)的平衡常數(shù)如熔池溫度

13、降低，脫磷反應(yīng)的平衡常數(shù)KP增增大，大，LP增大，因此，從熱力學(xué)觀點(diǎn)，低溫脫增大，因此，從熱力學(xué)觀點(diǎn)，低溫脫磷比較有利。但是，低溫不利于獲得流動(dòng)性磷比較有利。但是，低溫不利于獲得流動(dòng)性良好的高堿度爐渣良好的高堿度爐渣 。n爐渣成分的影響爐渣成分的影響。主要表現(xiàn)為。主要表現(xiàn)為爐渣堿爐渣堿度度和和爐渣氧化性爐渣氧化性的影響。的影響。P P2 2O O5 5屬于酸性屬于酸性氧化物，氧化物，CaOCaO、MgOMgO等堿性氧化物能降等堿性氧化物能降低它的活度，堿度越高，渣中低它的活度，堿度越高，渣中CaOCaO的有的有效濃度越高，效濃度越高，LP越大，脫磷越完全。越大，脫磷越完全。但是，堿度并非越高越

14、好，加入過(guò)多但是，堿度并非越高越好，加入過(guò)多的石灰，化渣不好，爐渣變粘，影響的石灰，化渣不好，爐渣變粘，影響流動(dòng)性，對(duì)脫磷反而不利。流動(dòng)性，對(duì)脫磷反而不利。 終點(diǎn)熔渣堿度與終點(diǎn)熔渣堿度與PP的關(guān)系的關(guān)系 熔渣中熔渣中(FeO)(FeO)含量對(duì)脫磷反應(yīng)含量對(duì)脫磷反應(yīng)具有重要作具有重要作用，用，渣中渣中(FeO)(FeO)是脫磷的首要因素是脫磷的首要因素。因?yàn)榱资紫?。因?yàn)榱资紫妊趸裳趸蒔 P2 2O O5 5，然后再與，然后再與CaOCaO作用生成作用生成3CaO3CaOP P2 2O O5 5或或4CaO4CaOP P2 2O O5 5。 作為磷的氧化劑，作為磷的氧化劑，(FeO)(Fe

15、O)可增大可增大aFeO，而作，而作為堿性氧化物可降低為堿性氧化物可降低P2O5，因此，因此，隨著爐渣隨著爐渣(FeO)(FeO)含量增加，含量增加，LP增大，促進(jìn)了脫磷增大，促進(jìn)了脫磷，但作為，但作為爐渣中的堿性氧化物爐渣中的堿性氧化物(FeO)(FeO)脫磷能力遠(yuǎn)不及脫磷能力遠(yuǎn)不及(CaO)(CaO)，當(dāng)爐渣中的當(dāng)爐渣中的(FeO)(FeO)含量高到一定程度后，相當(dāng)于含量高到一定程度后，相當(dāng)于稀釋了爐渣中稀釋了爐渣中(CaO)(CaO)的濃度，這樣會(huì)使?fàn)t渣的脫的濃度，這樣會(huì)使?fàn)t渣的脫磷能力下降。磷能力下降。 終點(diǎn)熔渣（終點(diǎn)熔渣（TFeTFe）和）和PP的關(guān)系的關(guān)系 n金屬成分的影響金屬成分

16、的影響。首先鋼液中應(yīng)有較高的。首先鋼液中應(yīng)有較高的OO，如，如果鋼液中果鋼液中SiSi、MnMn、CrCr、CC含量高，則不利含量高，則不利于脫磷，因此，只有與氧結(jié)合能力高的元素含量降于脫磷，因此，只有與氧結(jié)合能力高的元素含量降低時(shí)，脫磷才能順利進(jìn)行。此外，鋼液中各元素含低時(shí)，脫磷才能順利進(jìn)行。此外，鋼液中各元素含量對(duì)量對(duì)PP的活度有影響，但通常影響不太大。的活度有影響，但通常影響不太大。 采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，渣中采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，渣中MgOMgO含量較高，要注含量較高，要注意調(diào)整好熔渣流動(dòng)性，否則對(duì)脫磷產(chǎn)生不利影響。意調(diào)整好熔渣流動(dòng)性，否則對(duì)脫磷產(chǎn)生不利影響。 脫磷的條件脫磷的條件：高堿度、高

17、氧化鐵含量（氧化：高堿度、高氧化鐵含量（氧化性）、良好流動(dòng)性熔渣、充分的熔池?cái)噭?dòng)、適當(dāng)?shù)男裕?、良好流?dòng)性熔渣、充分的熔池?cái)噭?dòng)、適當(dāng)?shù)臏囟群痛笤?。溫度和大渣量。脫磷熱力學(xué)條件脫磷熱力學(xué)條件 FeO：存在最佳值 FeO對(duì)脫磷影響比較復(fù)雜FeO是脫磷的必要條件：P必須氧化脫除FeO有利于石灰熔化：促進(jìn)堿度提高FeO稀釋CaO濃度：FeO和CaO都是渣中組成部分綜合考慮綜合考慮：在：在R=2.54.0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)eO 1520%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系數(shù)Lp的試驗(yàn)測(cè)定值 2525445PFeOCaOCaO POFe脫磷熱力學(xué)條件脫磷熱力學(xué)條件 渣

18、量：大渣量有利于脫磷在不降低CaO和FeO的前提下，降低了4CaOP2O5濃度增加渣量措施：提高鐵水提高鐵水Si含量含量強(qiáng)化脫磷措施：多次造渣多次造渣三高一低三高一低： 高堿度（2.54） 高氧化鐵（1520%） 大渣量 低熔池溫度%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系數(shù)Lp的試驗(yàn)測(cè)定值 2525445PFeOCaOCaO POFe冶煉低P鋼注意的問(wèn)題n（1）盡量少下渣：冶煉時(shí)P脫到渣中，鋼包內(nèi)加脫氧劑，鋼包渣中酸性氧化物增多,堿度變了；渣中的氧也必須脫除。 擋渣操作1t鋼3公斤渣n（2）盡量清理上一爐的鋼包鋼包自開(kāi)-鋼包內(nèi)倒入引流砂，在鋼包水口呈二

19、層結(jié)構(gòu)，靠近鋼水為燒結(jié)層，下層原始層。鋼包下有滑動(dòng)水口（通過(guò)上下兩個(gè)滑板，帶動(dòng)流鋼口的開(kāi)閉調(diào)節(jié)鋼水流量），側(cè)面有一個(gè)液壓線，滑板有一定使用壽命，多5、6次，少2、3次。n（3）減少 回Pn引起回P的原因有熔渣堿度或氧化鐵含量降低；石灰化渣不好；溫度過(guò)高都會(huì)引起回P。n出鋼過(guò)程中由于脫氧合金加入不當(dāng)，或出鋼下渣，或合金中P含量較高也會(huì)導(dǎo)致成品鋼P(yáng)含量高。 由于脫氧，爐渣堿度、（由于脫氧，爐渣堿度、（FeOFeO）含量降低，）含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象，反應(yīng)式如下鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象，反應(yīng)式如下： 2(FeO)+Si=(SiO2(FeO)+Si=(SiO2 2)+2Fe)+2Fe (FeO)+Mn=(

20、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)+6Pn避免鋼水回磷的措施避免鋼水回磷的措施：擋渣出鋼，盡量避免下：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當(dāng)提高脫氧前的爐渣堿度；出鋼后向鋼渣；適當(dāng)提高脫氧前的爐渣堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼

21、包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包采取鋼包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包改質(zhì)劑。改質(zhì)劑。n煉鋼過(guò)程的脫磷反應(yīng)是渣煉鋼過(guò)程的脫磷反應(yīng)是渣- -金界面反應(yīng)，對(duì)于脫金界面反應(yīng)，對(duì)于脫磷反應(yīng)的效果而言，除了磷容量、磷分配系數(shù)磷反應(yīng)的效果而言，除了磷容量、磷分配系數(shù)表述外，還有一個(gè)時(shí)間的概念，即表述外，還有一個(gè)時(shí)間的概念，即脫磷速率脫磷速率。脫磷過(guò)程速率主要取決于脫磷過(guò)程速率主要取決于PP向反應(yīng)界面的傳質(zhì)向反應(yīng)界面的傳質(zhì)和產(chǎn)物由界面向渣中的傳質(zhì)。和產(chǎn)物由界面向渣中的傳質(zhì)。 n（4）冶煉一爐高碳（0.65-0.8）低P鋼-硬線鋼：終點(diǎn)鋼一般控制0.01以下。n煉出廢品？定的終點(diǎn)C值較高，渣中FeO氧化C

22、，渣中P回到鋼水中。降低終點(diǎn)C，根據(jù)鋼種要求在鋼包內(nèi)加C粉。n2P+5O=(P2O5) (1)nC+O=(CO) (2)n2P+5(CO)=(P2O5)+5C (3)n由平衡常數(shù)公式得：lg%P=5lg%C+c有關(guān)操作的影響a，操作不當(dāng)：冶煉中期造成爐渣返干冶煉中期是C的氧化期，渣中FeO會(huì)參與反應(yīng)。爐渣返干？已融化的爐渣重新結(jié)塊的現(xiàn)象。如何看出？根據(jù)爐況即爐子跡象看爐口火焰：CO氣泡帶出金屬液，形成帶刺的火焰。b，爐溫不當(dāng).正常情況，溫度應(yīng)平穩(wěn)上升，從脫P(yáng)角度講，爐溫應(yīng)上升的慢些。爐溫如何控制？中期不可能測(cè)溫，通過(guò)觀察爐口火焰判斷爐溫是否正常。冷卻劑：含氧材料，如鐵礦石、燒結(jié)礦或氧化鐵皮；c

23、，石灰條件不好.石灰指標(biāo)一般指石灰的活性，活性要在300以上。影響石灰活性的組織結(jié)構(gòu)包括：體積密度、氣孔率、比表面積和CaO礦石的晶粒尺寸。石灰質(zhì)量怎么看？大塊質(zhì)量不好；冶煉超低P鋼的問(wèn)題n三脫裝置設(shè)備耗資較大n轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法-先在一個(gè)轉(zhuǎn)爐脫P(yáng)，再到另外轉(zhuǎn)爐正常冶煉。第三節(jié) 脫硫反應(yīng)一脫硫方式一脫硫方式元素脫硫意義：向鐵水或鋼液鐵水或鋼液中直接加入脫硫元素，與熔池中的S形成不溶于鐵液的硫化物，從鐵液中排出Mg脫硫：用于鐵水脫S 唐鋼、宣鋼 gSMgSMgS47.07 10K 1550Ca脫硫：用于鋼水脫S使用前必須深脫氧成本高，應(yīng)用不多 普通鋼中加CaSi、BaCaSi用于深脫氧通常用于夾雜物變形

24、，而非脫硫氧化物脫硫氧化物脫硫意義：在鋼水和鐵水中加入堿性氧化物直接脫硫 22ssgNa OSCNa SCO60.968 10K ssgCaOSCCaSCO515K 1550 Na2O應(yīng)用少：污染大；侵蝕耐火材料鋼水脫硫TN噴粉：鋼包內(nèi) 鞍鋼（已經(jīng)淘汰）QBOP：底吹轉(zhuǎn)爐噴吹CaO鐵水預(yù)處理KR法：武鋼、京唐鐵水溝內(nèi)加Na2O氣化脫硫氣化脫硫意義：在爐氣中發(fā)現(xiàn)了S的氧化物SO2 鋼水直接氧化脫硫：不可行 1400、3.0%C、0.07%S、PCO=1atm：平衡PSO2=3.8210-12 atm爐渣氣化脫硫渣中的S2-被氧氣氧化，形成氣態(tài)的硫化物而脫出 (S2-) + 3/2 O2 = (O

25、2-) + SO2 在轉(zhuǎn)爐中，氣化脫硫所占比例10% 爐渣脫硫：冶煉和精煉工序的主要手段 22SOSO 222SCOSOC1660 13.09GT 986033.41GT 二爐渣脫硫二爐渣脫硫能夠反映出脫硫本質(zhì)：脫硫反應(yīng)是電極反應(yīng)能夠解釋純FeO能脫硫的現(xiàn)象：FeO能夠提供O2- LS=0.51.5 FeSCaOCaSFeO SCaOCaSO09847422.82 GTJ mol最早：目前：(FeO)與O達(dá)到平衡時(shí)，兩式意義相同實(shí)際生產(chǎn)中FeO與O并未達(dá)到平衡一般認(rèn)為，O直接參與脫硫反應(yīng) （與離子理論一致）離子理論 22SOSO脫硫理論脫硫理論分子理論脫硫熱力學(xué)條件脫硫熱力學(xué)條件 溫度： 實(shí)際

26、生產(chǎn)中高溫有利于脫硫脫硫反應(yīng)是弱吸熱反應(yīng)：108.2128.0 KJ/mol 高溫改善了S的傳質(zhì)：即動(dòng)力學(xué)作用更顯著堿度：提高爐渣堿度有利于脫硫 高堿度提高了O2-Ca2+降低了S2-的活度 O與(FeO)脫硫必須先脫氧： 鋼水脫氧是脫硫的前提條件鋼水脫氧是脫硫的前提條件從總體來(lái)看，高（%FeO）不利于脫硫 22SOSO6500lg2.625KT FeO對(duì)脫硫的影響取決于其含量對(duì)脫硫的影響取決于其含量FeO含量低：對(duì)脫硫影響顯著 高爐、LF及電爐還原期：FeO 10% FeO對(duì)脫硫具有雙重作用：FeO即能提供O，也能提供O2- 22SOSOFeO含量低：CaO提供O2-，F(xiàn)eO提供O FeO不

27、利于脫硫FeO含量高：FeO同時(shí)提供O2-和 O FeO影響相互抵消渣量：增加渣量有利于脫硫增加渣量，降低S2-的活度合金成分：影響S的活度系數(shù) C、Si提供fs，Mn降低fs鐵水：C、Si含量高， fs5，鐵水脫硫比鋼水脫硫容易 鐵水預(yù)脫硫具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)鐵水預(yù)脫硫具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)：C及Si含量低， fs1，脫硫困難LF處理：高碳鋼容易脫硫 低碳低硅鋼脫硫困難鐵水預(yù)脫硫的意義a，鐵水預(yù)脫硫可達(dá)95%以上，成本低，效率高。b，高爐內(nèi)脫S率較高，因?yàn)樗沁€原性氣氛，經(jīng)濟(jì)上不太合適，高爐內(nèi)堿度在1.1左右，如果提高堿度，焦比提高，生產(chǎn)率下降。c，提高鋼的質(zhì)量d，改善連鑄坯質(zhì)量e，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。

28、鐵水預(yù)脫S方法n（1）噴吹法用噴槍插入鐵水罐噴脫S粉劑。 70%-90%爐次達(dá)標(biāo)。寶鋼缺點(diǎn)：噴吹太多容易噴濺 優(yōu)點(diǎn)：投資少，成本低n粉劑有三類：石灰基-便宜，100/t Mg基-貴，20w/t CaC2基較貴，2000/tn攪拌法用外部包有耐火材料的鋼結(jié)構(gòu)攪拌棒一邊攪拌鐵水，一邊往里撒脫S劑。裝置大，比噴吹法裝置貴效率穩(wěn)定90%以上爐次達(dá)標(biāo)n成本上：設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)，攪拌法貴一些 脫S劑本身的價(jià)格，Mg基比石灰基貴很多 脫S渣中鐵珠的損失這部分成本很大， Ca基比Mg基多很多三項(xiàng)加起來(lái)，Mg基最便宜，推廣的也最多n扒渣裝置蓄渣劑讓渣體積膨脹發(fā)泡劑正在研究 轉(zhuǎn)爐：轉(zhuǎn)爐：氧化渣，LS=310，最

29、高脫硫率40%，通常值25% 轉(zhuǎn)爐脫硫能力很差轉(zhuǎn)爐脫硫能力很差高爐：高爐：還原渣， LS=3080，通常值90%電爐：電爐：還原渣， LS=3050，通常值70%LF ：還原渣， LS=3050，通常值70%三爐渣脫硫計(jì)算三爐渣脫硫計(jì)算 （P118自學(xué)） 脫硫過(guò)程是屬于化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散混合控制過(guò)程n在煉鋼過(guò)程中，脫硫反應(yīng)和脫磷反應(yīng)相同，都是渣、鋼界面反應(yīng)，脫硫反應(yīng)的速率方程可表示為：1）當(dāng)鋼水中硫的傳質(zhì)系數(shù) km 很大， ，此時(shí)硫的傳質(zhì)阻力集中于爐渣: 0)(mmSkLssmmSsmkkLSSLWAdtSd/1/)(%)(%SSLkWAdtSdsSSm四脫硫動(dòng)力學(xué)四脫硫動(dòng)力學(xué)2）如Ls一定，ks

30、 很大，即硫的傳質(zhì)阻力集中于鋼水時(shí)，即 ，則脫硫速率方程為：硫在金屬液中的擴(kuò)散為限制環(huán)節(jié)。0)(1sskSmmmLSSkWAdtSd)(%ssmmSsmkkLSSLWAdtSd/1/)(%提高脫硫速率的措施提高脫硫速率的措施 n反應(yīng)界面積越大，脫硫速率就越快。熔池沸騰程度，渣鋼間的乳化狀況，噴吹攪拌的程度等均對(duì)渣、鋼界面的大小產(chǎn)生影響。n爐渣粘度低、熔池活躍、鋼水和爐渣的含硫量差值大時(shí)，km、ks 大，脫硫速率快。（提高熔池溫度將降低熔渣和鋼液粘度，增加S的擴(kuò)散系數(shù)）n爐渣堿度、爐渣氧化性和熔池溫度等操作工藝條件均對(duì)Ls產(chǎn)生影響，一切旨在提高Ls的措施均可促進(jìn)脫硫反應(yīng)。（高溫、高堿度、低氧化性

31、）n脫氧良好的鋼渣，使Ls增加，有利于改善脫硫。實(shí)際上，必須在深脫氧的基礎(chǔ)上，才能達(dá)到脫硫。生產(chǎn)中，鋼水的脫硫和脫氧是同時(shí)進(jìn)行的，只是脫硫是界面反應(yīng)，其速度比脫氧速度低一些。 第四節(jié) 鋼液中的氣體一氣體對(duì)鋼質(zhì)量影響一氣體對(duì)鋼質(zhì)量影響 （自學(xué)）（自學(xué)）鋼中氣體：N、H存在形式：原子溶解二N在鋼中溶解在鋼中溶解 溶解熱力學(xué)溶解熱力學(xué)熱效應(yīng)：吸熱反應(yīng)高溫促進(jìn)N溶解 122%NN1 0 8 0 0 2 0 .9 7GT 溶解度：服從西華特定律 122%NN2%NNNKP( )564lg1.095lKT 溶解度與N2及溫度分壓有關(guān) 1600、N2分壓1atm，溶解度400ppm西華特定律忽略了合金元素的

32、影響合金元素的影響 P91公式描述了各元素的影響與N親和力強(qiáng)的元素增加N溶解度：V、Nb、Cr、Zr、Ti間隙原子及與鋼液親和力強(qiáng)的元素降低N溶解度：C、Si、O、S 生產(chǎn)應(yīng)用：生產(chǎn)應(yīng)用： 鐵水中N含量?jī)H為40ppm 高碳鋼、硅鋼含N較低：低碳鋼失效嚴(yán)重 轉(zhuǎn)爐中前期底吹N2 LF處理脫硫和脫氧后，鋼水容易吸氮三三H在鋼中溶解在鋼中溶解122%HH3198032.17GT溶解熱力學(xué)溶解熱力學(xué)熱效應(yīng)：吸熱反應(yīng)高溫促進(jìn)H溶解溶解度：服從西華特定律 122HH2%HHHKP59. 11905lg)(TKl 1600、H2分壓1atm，溶解度27ppm合金元素影響 P91公式描述了各元素的影響容易形成氫

33、化物的元素，提高H溶解度：Ti、Ni、Zr、稀土與鐵結(jié)合力強(qiáng)的元素，降低H溶解度：C、Si、Al與鐵性質(zhì)相近的元素，影響不大：Cr、Mn、MoN、H來(lái)源及對(duì)鋼性能的影響n鋼中的氫主要來(lái)源于煉鋼用原材料，爐襯和澆注設(shè)備（如未烘干的爐襯，鋼包等）也是氫的來(lái)源之一。n鋼中氫危害性極大，隨鋼中氫含量的增加，鋼的強(qiáng)度，特別是塑性和韌性顯著下降，使鋼變脆，稱為“氫脆”。n氫還是鋼中“白點(diǎn)”產(chǎn)生的根本原因。所謂“白點(diǎn)”是存在于熱軋鋼坯和大鍛件內(nèi)部的小裂縫。因其在鋼試樣的縱向斷口上多呈圓形的銀白色粗晶斑上，故稱“白點(diǎn)”，但其在酸浸后的橫向切片上，卻呈細(xì)小裂縫，故又名“發(fā)裂”。“白點(diǎn)”對(duì)鋼的性能有極不利的影響，

34、主要表現(xiàn)在降低鋼的機(jī)械性能，零件淬火使會(huì)開(kāi)裂?；蚴褂脮r(shí)裂紋發(fā)展造成嚴(yán)重事故，故白點(diǎn)是鋼材不允許存在的缺陷。n鋼中的氮主要來(lái)源于氧氣、爐氣和所有加入金屬爐料（主要是含Cr、V、Ti等與氮有較強(qiáng)親和力的元素的廢鋼和鐵合金）。氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼，其含氮量主要受氧氣純度的影響。n鋼中的氮能增加鋼的實(shí)效硬化性，即含氮高的鋼，在室溫下長(zhǎng)期放置，性能不斷變化，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和沖擊性顯著下降。n鋼中氮還是導(dǎo)致“藍(lán)脆”的主要原因。所謂“藍(lán)脆”是指在250450這個(gè)溫度范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性下降。由于鋼在這個(gè)溫度下加熱時(shí)，表面發(fā)藍(lán)，因而叫“藍(lán)脆”n在一定條件下，氮作為一種重要的合金元素來(lái)應(yīng)用。一般采

35、用中間合金和滲氮方法加入鋼中。如高鉻鋼中加入氮，可提高其強(qiáng)度而不降低塑性；在不銹鋼中氮可增強(qiáng)其抗腐蝕的能力，對(duì)鋼部件進(jìn)行表面滲氮處理。則可提高其耐磨性，抗腐蝕性和疲勞性能。減少鋼中氣體的措施西華特定律指出減少氣體的方向：降低分壓真空可降低壓強(qiáng)、吹A(chǔ)r稀釋氣體a，原料要干燥、無(wú)油污。（石灰、廢鋼干燥，這點(diǎn)特別重要）b，耐火材料要干燥（澆注時(shí)，鋼包、中間包一低昂要干燥）c，減少容易吸氣的合金。（Ti、Ni、Nb、V等） 注意：煉某些特殊鋼，恰恰可以利用合金元素吸氣的特點(diǎn)。d，盡量降低出鋼溫度。e，保護(hù)澆注（出鋼后盡量做到鋼液不與空氣接觸）轉(zhuǎn)爐鋼終點(diǎn)不用檢測(cè)氣體含量:CO氣泡是一個(gè)很好降低分壓的條件

36、要檢測(cè)的是電爐鋼，因電爐的脫C量少出鋼時(shí)鋼液的吸氣量能滿足鋼種要求 nf，強(qiáng)化脫氣：常壓下單純吹氬達(dá)不到要求，有效地脫氣裝置一定是真空+吹氬n轉(zhuǎn)爐吹惰性氣體主要是均勻成分、均勻溫度nH、O能有效控制在需要范圍 可降到1ppmnN還不行，經(jīng)計(jì)算，N由60ppm降到10ppm需Ar13m3,最好技術(shù)在日本，N控制在10-20ppm，我國(guó)25-30ppm。n解決N是一個(gè)前沿問(wèn)題脫氣動(dòng)力學(xué)脫氣動(dòng)力學(xué)脫氣環(huán)節(jié)原子從液相向氣液界面的傳質(zhì) 在氣液界面生產(chǎn)氣體分子氣體由氣液界面向氣相的溢出 控制環(huán)節(jié)：原子在液相中的擴(kuò)散過(guò)程加強(qiáng)攪拌：VD底吹A(chǔ)r增加脫氣面積 第五節(jié) 非金屬夾雜物一概念一概念定義：在鋼中以獨(dú)立相

37、存在的非金屬化合物 簡(jiǎn)稱“夾雜物”潔凈鋼：夾雜物含量很少的鋼 純凈鋼：雜質(zhì)含量很少的鋼 （S、P、O、N、H、夾雜物）危害機(jī)理：破壞了鋼基體的連續(xù)性造成應(yīng)力集中形成裂紋源 危害 危害為主增加脆性：應(yīng)力集中降低韌性：裂紋源惡化疲勞性能：軸承損壞不利于冷加工：冷鐓鋼鐓裂擴(kuò)大各向異性：MnS延長(zhǎng)變形作用： 通過(guò)有效控制，才能達(dá)到易切削鋼：MnS夾雜細(xì)化晶粒：AlN夾雜沉淀強(qiáng)化：VN夾雜促進(jìn)晶粒取向：取向硅鋼夾雜物對(duì)性能影響夾雜物對(duì)性能影響脫氧和脫硫產(chǎn)物：脫氧合金化操作元素相互反應(yīng)產(chǎn)物：澆注和凝固過(guò)程熔渣及耐火材料：卷渣和受侵蝕耐火材料鋼水元素的二次氧化產(chǎn)物：澆注過(guò)程二二夾雜物來(lái)源夾雜物來(lái)源按化學(xué)成分

38、分類按化學(xué)成分分類氧化物 固體鋼中的O以?shī)A雜物形式存在 簡(jiǎn)單氧化物：SiO2、MnO、FeO、Al2O3復(fù)雜氧化物：C2S、C12A7復(fù)合硅酸鹽：lFeOmMnOnAl2O3pSiO2硫化物 固體鋼中的S以?shī)A雜物形式存在 P111FeS、MnS、（MnFe）S固熔體、CaS、稀土硫化物 類硫化物：圓球形，附著在氧化物表面 （脫氧不良時(shí)）類硫化物：鏈狀，存在晶界MnS （凝固時(shí)產(chǎn)生）類硫化物：接近圓球形，單相硫化物CaS （Al脫氧良好）類硫化物：薄膜狀，晶界FeS膜 （Mn含量低時(shí)）三夾雜三夾雜物種類物種類 氮化物 Fe4N、Fe2N、AlN、TiN （N及合金含量高時(shí)）特點(diǎn)：細(xì)小分散，含的絕

39、對(duì)量比硫化物少。有兩方面影響，不完全是有害的，如微合金高強(qiáng)度化，其中一項(xiàng)為釩氮合金，N含量低可彌散于鋼中有助于細(xì)化晶粒。Nb也可細(xì)化晶粒，要求軋鋼裝備水平高。按來(lái)源分類按來(lái)源分類外來(lái)夾雜：來(lái)自鋼水外部的物質(zhì) 來(lái)源： 爐渣 耐火材料 保護(hù)渣特點(diǎn): 成分復(fù)雜：來(lái)源廣 形狀不規(guī)則：容易區(qū)分 顆粒大：危害大，多屬于大型夾雜 含量少：與內(nèi)生夾雜相比 分布無(wú)規(guī)律：隨機(jī) 內(nèi)生夾雜：鋼水內(nèi)部脫氧或澆注產(chǎn)生的夾雜物 一次夾雜：脫氧合金化時(shí)脫氧產(chǎn)物，“原生夾雜”二次夾雜：脫氧合金化后至凝固前的脫氧產(chǎn)物三次夾雜：兩相區(qū)內(nèi)因偏析而形成的夾雜，“凝固夾雜”四次夾雜：凝固后固相相變析出的夾雜特點(diǎn)：顆粒細(xì)小：危害較小 分布

40、均勻 含量多：10100個(gè)/mm2 形狀規(guī)律：與性質(zhì)有關(guān) FeS薄膜、CaS球狀 位置有規(guī)律：凝固夾雜在晶界 n三次夾雜：選份凝固：遵循固相中成分和液相中成分比值是一個(gè)定值，這也叫分配系數(shù)，一般不變。n分配系數(shù)都小于1，偏析指數(shù)是分配系數(shù)倒數(shù)，分配系數(shù)遠(yuǎn)小于1不容易成分均勻，越接近于1越成分均勻。nC的偏析是一個(gè)頭疼問(wèn)題。n一次、三次夾雜多，二次、四次少。n一次量多可控制，三次多較難控制，由凝固條件決定。n降低原始氧含量是減少鋼中夾雜物的有效措施按形態(tài)分類按形態(tài)分類塑性?shī)A雜：熱加工時(shí)沿加工方向延伸成條狀條狀FeS、MnS、硅酸鹽（SiO2含量4060%）脆性?shī)A雜：在熱加工時(shí)不變形，沿加工方向破碎成鏈狀鏈狀A(yù)l2O3、尖晶石MA、氮化物VN不變形夾雜：在熱加工時(shí)保持原狀原狀SiO2、CaS、鋁酸鈣、硅酸鹽（SiO2含量70%）按粒度分類按粒度分類大型夾雜： 直徑 50 m顯微夾雜： 直徑 50 m超顯微夾雜：直徑 1 m 按夾雜物形態(tài)塑性?shī)A雜：加工時(shí)沿加工方向成條帶狀。如球形夾雜，MnSS對(duì)鋼材有害，普通鋼深脫S會(huì)增加成本；鋼材中Mn起固溶強(qiáng)化，可作為一種脫氧元素，還有生成MnS，避免危害。Mn/S大于20或25