煉鋼原理與工藝課件

煉鋼原理與工藝煉鋼原理與工藝第一章煉鋼學(xué)概述第一節(jié)概述

第二節(jié)煉鋼的任務(wù)及鋼的分類

煉鋼原理與工藝第一節(jié)概述

鋼與生鐵的區(qū)別：首先是碳的含量，理論上一般把碳含量＜2.11%稱之鋼，它的熔點(diǎn)一般在1450-1500℃，而生鐵的熔點(diǎn)一般在1150-1250℃。煉鋼原理與工藝

鋼的應(yīng)用前景鋼具有很好的物理化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛；用途不同對(duì)鋼的性能要求也不同，從而對(duì)鋼的生產(chǎn)也提出了不同的要求。煉鋼原理與工藝

石油、化工、航天航空、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等許多重要的領(lǐng)域均需要各種類型的大量鋼材，我們的日常生活更離不開(kāi)鋼。

總之，鋼材仍將是21世紀(jì)用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。煉鋼原理與工藝

新中國(guó)成立后，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展，1980年鋼產(chǎn)量達(dá)到3712萬(wàn)噸，1990年達(dá)到6500萬(wàn)噸，1996年首次突破1億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，2005年產(chǎn)量達(dá)到3.4億噸，占世界產(chǎn)量的1/3。

可以這樣講，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)對(duì)世界產(chǎn)生了重要影響，我國(guó)不僅是產(chǎn)鋼大國(guó)，而且已經(jīng)開(kāi)始邁入鋼鐵強(qiáng)國(guó)的行列。

煉鋼原理與工藝第二節(jié)煉鋼的任務(wù)及鋼的分類

煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫）“二去”（去氣和去夾雜）“二調(diào)整”（成分和溫度）采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。煉鋼原理與工藝一、鋼中的磷

對(duì)于絕大多數(shù)鋼種來(lái)說(shuō)磷是有害元素。鋼中磷的含量高會(huì)引起鋼的“冷脆”，即從高溫降到0℃以下，鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接性能與冷彎性能變差。磷是降低鋼的表面張力的元素，隨著磷含量的增加，鋼液的表面張力降低顯著，從而降低了鋼的抗裂性能。煉鋼原理與工藝

不同用途的鋼對(duì)磷的含量有嚴(yán)格要求：非合金鋼中普通質(zhì)量級(jí)鋼[P]≤0.045%；優(yōu)質(zhì)級(jí)鋼[P]≤0.035%；特殊質(zhì)量級(jí)鋼[P]≤0.025%；有的甚至要求[P]≤0.010%。有些鋼種:炮彈鋼，耐腐蝕鋼需加P元素。煉鋼原理與工藝二、鋼中的硫

硫?qū)︿摰男阅軙?huì)造成不良影響，鋼中硫含量高，會(huì)使鋼的熱加工性能變壞，即造成鋼的“熱脆”性。

煉鋼原理與工藝當(dāng)鋼中的[S]＞0.020%時(shí)，發(fā)生“熱脆”現(xiàn)象。如果鋼中的氧含量較高，更加劇了鋼的“熱脆”現(xiàn)象的發(fā)生。煉鋼原理與工藝

硫還會(huì)明顯降低鋼的焊接性能，引起高溫龜裂，并在焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，從而降低焊縫的強(qiáng)度。硫含量超過(guò)0.06%時(shí)，會(huì)顯著惡化鋼的耐蝕性。煉鋼原理與工藝不同鋼種對(duì)硫含量有嚴(yán)格的規(guī)定：非合金鋼中普通質(zhì)量級(jí)鋼[S]≤0.045%

優(yōu)質(zhì)級(jí)鋼[S]≤0.035%，特殊質(zhì)量級(jí)鋼

[S]≤0.025%

煉鋼原理與工藝三、鋼中的氧在吹煉過(guò)程中，向熔池供入了大量的氧氣，到吹煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水中含有過(guò)量的氧，即鋼中實(shí)際氧含量高于平均值。如不脫氧，在出鋼、澆鑄中，溫度降低，氧溶解度降低，促使碳氧反應(yīng)，鋼液劇烈沸騰，使?jié)茶T困難，得不到正確凝固組織結(jié)構(gòu)的連鑄坯。

煉鋼原理與工藝鋼中氧含量高，還會(huì)產(chǎn)生皮下氣泡，疏松等缺陷，并加劇硫的熱脆作用。在鋼的凝固過(guò)程中，氧將會(huì)以氧化物的形式大量析出，會(huì)降低鋼的塑性，沖擊韌性等加工性能。煉鋼原理與工藝

四、鋼中的氣體

鋼液中的氣體會(huì)顯著降低鋼的性能，而且容易造成鋼的許多缺陷。鋼中氣體主要是指氫與氮，它們可以溶解于液態(tài)和固態(tài)純鐵和鋼中。氫在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過(guò)程中，氫會(huì)和CO、N2等氣體一起析出，形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點(diǎn)和發(fā)紋。

煉鋼原理與工藝鋼熱加工過(guò)程中，鋼中含有氫氣的氣孔會(huì)沿加工方向被拉長(zhǎng)形成發(fā)裂，進(jìn)而引起鋼材的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象。在鋼材的縱向斷面上，呈現(xiàn)出圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)稱之為“白點(diǎn)”，實(shí)為交錯(cuò)的細(xì)小裂紋。主要原因是鋼中的氫在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過(guò)了鋼的強(qiáng)度，產(chǎn)生了“白點(diǎn)”。一般白點(diǎn)產(chǎn)生的溫度低于2000C。

煉鋼原理與工藝鋼中的氮是以氮化物的形式存在，它對(duì)鋼質(zhì)量的影響體現(xiàn)出雙重性。氮含量高的鋼種長(zhǎng)時(shí)間放置，將會(huì)變脆，這一現(xiàn)象稱為“老化”或“時(shí)效”。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。低碳鋼產(chǎn)生的脆性比磷還嚴(yán)重。鋼中氮含量高時(shí)，在250-4500C溫度范圍，其表面發(fā)藍(lán)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低，稱之為“藍(lán)脆”。氮含量增加，鋼的焊接性能變壞。煉鋼原理與工藝五、鋼中的成分(碳)從鋼的性質(zhì)可看出碳也是重要的合金元素，它可以增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但對(duì)韌性產(chǎn)生不利影響。碳能顯著改變鋼的液態(tài)和凝固性質(zhì)，在16000C，[C]≤0.8%時(shí)，每增0.1%的碳◆鋼的熔點(diǎn)降低6.50C

◆密度減少4kg/m3

◆黏度降低0.7%煉鋼原理與工藝七、鋼的分類

按化學(xué)成分分類按是否加入合金元素可鋼分為把碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入硅（一般≤0.40%）和錳（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他合金元素的鋼。根據(jù)碳含量的高低又可分成低碳鋼（[C]≤0.25%）中碳鋼(0.25%≤[C]≤0.60%)

高碳鋼([C]>0.60%)。煉鋼原理與工藝

合金鋼是指鋼中除含有硅和錳作為合金元素或脫氧元素外，還含有其他合金元素如鉻、鎳、鉬、鈦、釩、銅、鎢、鋁、鈷、鈮、鋯和稀土元素等，有的還含有某些非金屬元素如硼、氮等的鋼。根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。一般合金元素總含量小于3%的為普通低合金鋼，總含量為3%～5%的為低合金鋼，大于10%的叫高合金鋼，總含量介于5%～10%之間為中合金鋼。煉鋼原理與工藝按冶煉方法和質(zhì)量水平分類按煉鋼爐設(shè)備不同可分為轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼、平爐鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。按脫氧程度不同可分為沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。按質(zhì)量水平不同可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。

煉鋼原理與工藝按用途分類

分為三大類：結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼，特殊性能鋼。

結(jié)構(gòu)鋼是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，它包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造機(jī)器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。煉鋼原理與工藝

工具鋼包括碳素工具鋼和合金工具鋼及高速鋼。碳素工具鋼的硬度主要以含碳量的高低來(lái)調(diào)整（0.65%≤[C]≤1.30%），為了提高鋼的綜合性能，有的鋼中加入0.35%～0.60%的錳。合金工具鋼不僅含有很高碳，有的高達(dá)2.30%，而且含有較高的鉻，鉻的含量可達(dá)到13%、鎢（達(dá)9%）、鉬、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。高速工具鋼除含有較高的碳（1%左右）外，還含有很高的鎢（有的高達(dá)19%）和鉻、釩、鉬等合金元素，具有較好的赤熱硬性。煉鋼原理與工藝

特殊性能鋼指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼等。軸承鋼是指用于制造各種環(huán)境中工作的各類軸承圈和滾動(dòng)體的鋼，這類鋼含碳1%左右，含鉻最高不超過(guò)1.65%，要求具有高而均勻的硬度和耐磨性，內(nèi)部組織和化學(xué)成分均勻，夾雜物和炭化物的數(shù)量及分布要求高。煉鋼原理與工藝不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕介質(zhì)中具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的稱為不銹鋼，耐酸、堿和鹽等強(qiáng)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐腐蝕鋼。不銹鋼具有不銹性，但不一定耐腐蝕，而耐腐蝕鋼則一般都具有較好的不銹性。煉鋼原理與工藝彈簧鋼主要含有硅、錳、鉻合金元素，具有高的彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度以及高的沖擊韌性和塑性，專門用于制造螺旋簧及其他形狀彈簧，對(duì)鋼的表面性能及脫碳性能的要求比一般鋼較為嚴(yán)格。煉鋼原理與工藝作業(yè)題1、煉鋼的基本任務(wù)是什么，通過(guò)哪些手段實(shí)現(xiàn)？2、磷和硫?qū)︿摦a(chǎn)生哪些危害？3、氫和氮對(duì)鋼產(chǎn)生哪些危害？

？煉鋼原理與工藝第二章煉鋼基礎(chǔ)理論第一節(jié)裝料2.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼原料轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是鐵水，其次還配有部分廢鋼。2.1.1.1鐵水鐵水是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的主原料，一般占裝入量的70%以上。鐵水的物理熱和化學(xué)熱是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中的唯一熱源。因此，鐵水的溫度和化學(xué)成分應(yīng)符合一定要求，以簡(jiǎn)化和穩(wěn)定冶煉操作，并獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。2.1.1.1.1對(duì)鐵水溫度的要求鐵水溫度的高低，標(biāo)志這鐵水物理熱的多少。較高的鐵水溫度可以保證轉(zhuǎn)爐吹煉的順利進(jìn)行，同時(shí)還能增加廢鋼的配加量，降低轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)技術(shù)。因此，希望鐵水的溫度盡量高些，另外還需要入爐鐵水溫度相對(duì)穩(wěn)定。煉鋼原理與工藝2.1.1.1.2對(duì)鐵水成分的要求轉(zhuǎn)爐煉鋼的適應(yīng)性較強(qiáng)，可將各種成分的鐵水吹煉成鋼。但是，為了方便轉(zhuǎn)爐煉鋼操作及降低生產(chǎn)成本，鐵水的成分應(yīng)該合適和穩(wěn)定。1、鐵水的含硅量鐵水中的硅是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要發(fā)熱元素之一。根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼的熱平衡計(jì)算，鐵水中的含硅量每增加0.1%，廢鋼比可增加1.3%-1.5%。若含硅量低于0.5%時(shí)，鐵水的化學(xué)熱不足，會(huì)導(dǎo)致廢鋼比下降，小容量轉(zhuǎn)爐甚至不能正常吹煉。另外，鐵水含硅量過(guò)低時(shí)，石灰溶解困難，這不僅不利于硫和磷的去除，同時(shí)還會(huì)因渣量少而對(duì)鋼液的覆蓋效果差，吹煉時(shí)金屬飛濺嚴(yán)重，導(dǎo)致冶煉收得率下降。反之，如果鐵水含硅量高于0.8%，不僅增加造渣材料的消耗，而且使?fàn)t內(nèi)的渣量偏大。理論計(jì)算表明，鐵煉鋼原理與工藝水的含硅量每增加0.1%，吹煉1t鐵水要增加2kg多的二氧化硅，同時(shí)還需要多加6kg的石灰，渣量則增加8kg。過(guò)多的渣量容易引起噴濺，增加金屬損失。另外，鐵水含硅量高時(shí)，初期渣子的堿度低，對(duì)爐襯的侵蝕作用加??；同時(shí)，初期渣中的二氧化硅含量高，會(huì)使渣中的FeO、MnO含量相對(duì)較低，容易在石灰塊表面生成一層熔點(diǎn)為2130℃的2COSO外殼，阻礙石灰熔化，降低成渣速度，不利于早期的去磷。2、鐵水含的錳量鐵水中的錳是一種有益元素，主要體現(xiàn)在錳氧化后生成的氧化錳能促進(jìn)石灰溶解，促進(jìn)初渣形成而減少螢石的用量，有利于提高爐齡和減輕氧槍粘鋼。有資料表明，如果鐵水中的錳含量從0.3%提高到0.9%，螢石的用量可以減少82%。但是當(dāng)錳含量超過(guò)1%時(shí)，爐渣太稀，不利于轉(zhuǎn)爐的吹煉。煉鋼原理與工藝3、鐵水的含磷量磷會(huì)使鋼產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，是鋼中的有害元素之一。轉(zhuǎn)爐單渣法吹煉時(shí)脫磷效率一般為85%-90%，考慮到出鋼后回磷及廢鋼中帶入的磷，希望入爐鐵水的含磷量小于0.15%—0.20%，最高不能超過(guò)0.4%。若鐵水含磷量過(guò)高，轉(zhuǎn)爐吹煉需采用雙渣法操作，這將會(huì)惡化轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

4、鐵水的含硫量硫會(huì)使鋼產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象，也是鋼中的有害原審。LD轉(zhuǎn)爐脫硫效果差，單渣法冶煉時(shí)的脫硫效率僅為30%—35%，而通常要求鋼液含硫量在0.03%以下，因此希望鐵水含硫量低于0.04%—0.05%。2.1.1.2廢鋼廢鋼是轉(zhuǎn)爐煉鋼的另一種原料，不過(guò)在此它是作為冷卻劑使用的。LD煉鋼中，鐵水的物理熱和化學(xué)熱足以把煉鋼原理與工藝熔池的溫度從1250—1300℃加熱到1600℃左右的煉鋼溫度，且有富余熱量，廢鋼就是用來(lái)消耗這些富余熱量，以控制熔池溫度的。2.1.2轉(zhuǎn)爐的裝入制度轉(zhuǎn)爐的裝入制度包括裝入量、廢鋼比及裝料順序三個(gè)問(wèn)題。2.1.2.1裝入量的確定轉(zhuǎn)爐的裝入量是指每爐裝入鐵水和廢鋼兩種金屬爐料的總量。生產(chǎn)時(shí)間表明，對(duì)于不同容積的轉(zhuǎn)爐以及同一轉(zhuǎn)爐在不同冶煉條件下，都有其不同而合理的裝入量。裝入量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致吹煉過(guò)程中的噴濺加劇而被迫降低供氧強(qiáng)度，從而使氧射流對(duì)熔池的攪拌力下降，成渣變慢，爐襯壽命縮短；反之，裝入量過(guò)小，不僅使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮，產(chǎn)量低，而且由于熔池過(guò)淺，使?fàn)t底容易被氧氣射流沖蝕而過(guò)早損壞。目前控制LD轉(zhuǎn)煉鋼原理與工藝爐裝入量的方法有以下三種。1、定量裝入法所謂定量裝入，是指在整個(gè)爐役期內(nèi)，每爐的裝入量保持不變的裝料方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，生產(chǎn)組織簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)吹煉過(guò)程中的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。其問(wèn)題是，容易造成爐役前期的裝入量偏大而熔池較深，爐役后期的裝入量偏小而熔池較淺。轉(zhuǎn)爐容量越小，爐役前后期的這種差別越大。因此，定量裝入法適用于大轉(zhuǎn)爐。

2、定深裝入法所謂定深裝入，是指在一個(gè)爐役期間，隨著爐襯的侵蝕，爐子實(shí)際有效容積不斷擴(kuò)大，從而逐漸增加裝入量，以保證熔池深度不變的裝料方法。該法優(yōu)點(diǎn)是，氧槍操作穩(wěn)定，有利于提高供氧強(qiáng)度并減輕噴濺。其問(wèn)題是，定深裝入法的裝入量和出鋼量變化頻繁，生產(chǎn)組織難度大。

煉鋼原理與工藝3、分階段定量裝入法。該法是根據(jù)爐襯的侵蝕規(guī)律和爐膛的擴(kuò)大程度，將一個(gè)爐役期劃分為3—5個(gè)階段，每個(gè)階段實(shí)行定量裝入，裝入量逐段遞增。分階段定量裝入法大體上保持了適當(dāng)?shù)娜鄢厣疃?，可以滿足吹煉工藝的要求，又保證了裝入量的相對(duì)穩(wěn)定，便于組織生產(chǎn)。中小轉(zhuǎn)爐普遍使用此法。在確定各階段的裝入量時(shí)應(yīng)考慮下列因素：（1）熔池深度要合理。生產(chǎn)實(shí)踐證明，熔池的深度H為氧氣射流對(duì)熔池的最大沖擊深度h的1.5—2.0倍時(shí)較為合理。既能防止氧氣射流沖蝕爐底，同時(shí)又能保證氧氣射流對(duì)熔池有良好的攪拌。（2）爐容比（V/T）要合適。轉(zhuǎn)爐的工作容積，也稱有效容積，以“V”表示，公稱噸位用“T”表示，兩者之比值“V／T”稱之為爐容比，單位為(m3／t)。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率的高低以及吹煉中的噴濺情況都和爐容比的大小密切相關(guān)。煉鋼原理與工藝爐容比過(guò)大，會(huì)增加設(shè)備重量、廠房高度和耐火材料消耗量，因而使整個(gè)車間的費(fèi)用增加，成本提高，對(duì)鋼的質(zhì)量也有不良影響；而爐容比過(guò)小，爐內(nèi)沒(méi)有足夠的反應(yīng)空間，勢(shì)必引起噴濺，對(duì)爐襯的沖刷加劇，操作惡化，導(dǎo)致金屬消耗增高，爐襯壽命降低，不利于提高生產(chǎn)率。目前，國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)爐的爐容比通常為0.8—1.0。一般說(shuō)來(lái)，轉(zhuǎn)爐容量小、鐵水含硅或含磷高、供氧強(qiáng)度大及用氧化鐵皮做冷卻劑時(shí)，爐容比取上限；反之，則取下限。2.1.2.2廢鋼比廢鋼的加入量占金屬料裝入量的百分比稱為廢鋼比。提高廢鋼比，可以減少鐵水的用量，從而有助于降低轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)成本；同時(shí)可減少石灰的用量和渣量，有利于減輕吹煉中的噴濺，提高了金屬收得率；還可以縮短吹煉時(shí)間、減少氧氣消耗和增加產(chǎn)量。

煉鋼原理與工藝2.1.2.3裝料順序

LD轉(zhuǎn)爐的裝料順序，一般情況下是先加廢鋼后兌鐵水，以避免廢鋼表面有水或爐內(nèi)渣未倒凈裝料時(shí)引起爆炸。爐役后期，為使其免受廢鋼的直接沖擊，在確認(rèn)廢鋼干燥及渣已倒凈或已加石灰稠化的條件下，可先兌鐵水后加廢鋼。

煉鋼原理與工藝第二節(jié)供氧

煉鋼的基本任務(wù)是靠向熔池供氧，造堿性渣，去除原料中的雜質(zhì)，得到成分和溫度合格的鋼水。因此可以說(shuō)供氧是煉鋼過(guò)程進(jìn)行的中心環(huán)節(jié)。

2.2.1熔池中氧的來(lái)源熔池內(nèi)氧的主要來(lái)源于直接吹氧、加礦分解和爐氣供氧三個(gè)方面。

2.2.1.1直接吹氧直接吹入氧氣是煉鋼生產(chǎn)中向熔池供氧的最主要方法。目前煉鋼所用的氧都是由工業(yè)制氧機(jī)分離空氣所得。通常要求氧氣的含氧量不低于98.5%，水分不能超過(guò)3g/m3，而且具有一定的壓力。

LD轉(zhuǎn)爐為了獲得較高的脫碳速度，縮短冶煉時(shí)間，采煉鋼原理與工藝用高壓氧氣經(jīng)水冷氧槍從熔池上方垂直向下吹入的方式供氧，而且氧槍的噴頭是拉瓦爾型的，工作氧壓0.5—1.1Mpa，氧氣流股的出口速度高達(dá)450—500m/s，即屬于超音速射流。超音速氧流有足夠的動(dòng)能去沖擊、攪拌熔池，改善脫碳反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，加速反應(yīng)的進(jìn)行。在轉(zhuǎn)爐內(nèi)超音速射流向前流動(dòng)，與周圍介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，其流速逐漸變慢，斷面積逐漸增大，溫度逐漸升高。2.2.1.2加入鐵礦石和氧化鐵皮

鐵礦石和氧化鐵皮是作為冷卻劑加入的，因?yàn)樗鼈冎饕际且澡F的氧化物形式存在的，加入熔池后，隨著升溫、熔化并溶解，可提高渣中（FeO）的含量，從而會(huì)向熔池中供氧。

2.2.1.3爐氣傳氧如果煉鋼爐內(nèi)爐氣中氧的分壓大于渣中氧化亞鐵的分解壓，同時(shí)又大于鋼液中氧化亞鐵的分解壓時(shí)，氣相中的煉鋼原理與工藝氧就會(huì)不斷地傳入熔池。有研究表明，在煉鋼溫度下，氧化性熔渣中（FeO）的分解壓約為10-2Pa，鋼液中〔FeO〕分解壓約為10-4—10-5Pa，而LD轉(zhuǎn)爐爐氣中氧的分壓接近于1atm。可見(jiàn)，在氧化精煉過(guò)程中，煉鋼爐內(nèi)具備了爐氣向熔池傳氧的條件，氣相中的氧會(huì)不斷地傳入熔渣和鋼液。2.2.2轉(zhuǎn)爐的供氧制度如何合理的向熔池供氧以便得到最佳的冶煉條件，在生產(chǎn)上也稱供氧制度。包括兩個(gè)方面：根據(jù)原料，爐子噸位，設(shè)計(jì)好的氧槍；制定合理的氧槍操作制度。因此，選定氧槍后，要確定供氧制度，只需要制定合理的氧槍操作制度，它包括：確定恰當(dāng)?shù)墓┭鯊?qiáng)度，確定供氧壓力，確定合理的槍位及在吹煉過(guò)程中如何調(diào)節(jié)槍位。煉鋼原理與工藝2.2.2.1供氧強(qiáng)度所謂供氧強(qiáng)度，是指單位時(shí)間內(nèi)向每噸金屬供給的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氧氣量的多少，即：供氧強(qiáng)度（m3/（t·min））=每噸金屬需氧量（m3/t）/供養(yǎng)時(shí)間（min）。生產(chǎn)實(shí)踐表明，容量為30—50噸的轉(zhuǎn)爐，供氧強(qiáng)度為2.8—4.0m3/（t·min）,120—150噸的轉(zhuǎn)爐，供氧強(qiáng)度為2.5—3.5m3/（t·min）。國(guó)外大型轉(zhuǎn)爐的供氧強(qiáng)度一般為2.5—4.0m3/（t·min）。2.2.2.2供氧壓力氧氣的壓力是轉(zhuǎn)爐煉鋼中供氧操作的一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)于同一氧槍來(lái)說(shuō)，提高氧氣壓力可以增加供氧強(qiáng)度而縮短冶煉時(shí)間。但是槍位一定時(shí)，過(guò)分增大氧壓會(huì)引起嚴(yán)重噴濺，同時(shí)氧氣射流對(duì)熔池的沖擊深度也會(huì)增加，從而有沖蝕爐底的危險(xiǎn)。合適的供氧壓力，一般是先經(jīng)驗(yàn)選定，然后在使用中修正。轉(zhuǎn)爐中涉及的氧氣壓力主要是噴頭前的絕對(duì)壓力p0和使用壓力p用（表壓）。煉鋼原理與工藝

噴頭前的氧壓p0是設(shè)計(jì)噴頭和確定吹煉制度時(shí)的原始參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，小型轉(zhuǎn)爐的p0一般為0.4—0.7Mpa，大型轉(zhuǎn)爐的p0則為0.8—1.1Mpa。通常所說(shuō)的供氧壓力，是指轉(zhuǎn)爐車間內(nèi)氧氣壓力測(cè)定點(diǎn)的表壓值，又稱使用壓力，常以p用表示。使用壓力p用與噴頭前壓力p0間的關(guān)系為：

p用=p0-0.1+（0.15—0.25）MPa

實(shí)際供氧壓力允許有約45%的正偏差，特別是在采用分階段定量裝入法時(shí)，隨著裝入量的遞增，要相應(yīng)提高供氧壓力，以增大供氧量。2.2.2.3槍位及其控制轉(zhuǎn)爐煉鋼中的槍位，通常定義為氧槍噴頭至平靜熔池液面的距離。這一距離較大時(shí)，稱高槍位，反之稱低槍位。槍位高低是轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，它不僅與熔池內(nèi)鋼液環(huán)流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱有直接關(guān)系，而且對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的傳氧情況有重大影響。

煉鋼原理與工藝一、槍位與熔池內(nèi)鋼液環(huán)流的關(guān)系轉(zhuǎn)爐煉鋼中，氧氣流股不斷沖擊熔池，在熔池中央沖出一個(gè)“凹”坑，該坑的深度常被叫做氧氣射流的沖擊深度，坑口的面積被稱為氧氣射流的沖擊面積；與此同時(shí)，到達(dá)坑底后的氧氣射流形成反射流股，通過(guò)與鋼液的摩擦力引起熔池內(nèi)的鋼液進(jìn)行環(huán)流運(yùn)動(dòng)，改善了爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，對(duì)加速冶煉有重要意義。在吹煉過(guò)程中，采用低槍位或高氧壓的吹氧操作稱為“硬吹”。（如圖2-1）硬吹時(shí)，氧氣射流與熔池接觸時(shí)的速度較快，斷面積較小，因而熔池中央唄沖出一個(gè)面積較小而深度較大的作用區(qū)。該區(qū)內(nèi)溫度高達(dá)2200—2700℃，而且鋼液被粉碎成細(xì)小的液滴，從坑的內(nèi)壁的切線方向?yàn)R出，形成很強(qiáng)的反射流股，從而帶動(dòng)鋼液進(jìn)行劇烈的循環(huán)流動(dòng)，幾乎使整個(gè)熔池都得到了強(qiáng)有力的攪拌。

煉鋼原理與工藝煉鋼原理與工藝

采用高槍位或低氧壓的吹氧操作稱為“軟吹”。（如圖2-1）軟吹時(shí)，與熔池接觸的氧氣射流速度較慢、斷面積較大，因而其沖擊深度較小而沖擊面積較大，同時(shí)產(chǎn)生的反射流股也較弱，鋼液因此而形成的環(huán)流也就相對(duì)較弱，氧氣對(duì)熔池的攪拌效果較差。轉(zhuǎn)爐的吹氧操作有三種類型，即恒氧壓變槍位操作、恒槍位變氧壓操作和變槍位變氧壓操作。所謂恒氧壓變槍位操作，是指在一爐鋼的吹煉過(guò)程中的氧氣的壓力保持不變，而通過(guò)變槍位來(lái)調(diào)節(jié)氧氣射流對(duì)熔池的沖擊深度和沖擊面積，以控制冶煉過(guò)程順利進(jìn)行的吹氧方法。生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種方法能根據(jù)一爐鋼冶煉過(guò)程中各階段的特點(diǎn)靈活地控制爐內(nèi)的反應(yīng)，吹煉平穩(wěn)、金屬損失少，去磷硫效果好，國(guó)內(nèi)外各廠普遍采用這種方法。恒槍位變氧壓的操作比較簡(jiǎn)單，但是吹煉效果不太理想，而且要求鐵水成分和溫度波動(dòng)范圍較小。變槍位變氧壓操作，不但可以化渣迅速，而且可以提高吹煉前期和后期的供氧強(qiáng)度，縮短冶煉鋼原理與工藝煉時(shí)間。但是這種方法要求技術(shù)水平高，不容易掌握。如今，國(guó)內(nèi)外煉鋼廠普遍采用的是分階段恒氧壓變槍位操作。二、槍位對(duì)爐內(nèi)傳氧的影響

LD轉(zhuǎn)爐的傳氧方式有兩種：直接傳氧和間接傳氧。它們分別發(fā)生在不同的冶煉條件即槍位下。1、直接傳氧

所謂直接傳氧，是指吹入熔池的氧氣被鋼液直接吸收的傳氧方式。硬吹時(shí)，轉(zhuǎn)爐內(nèi)的傳氧方式主要是直接傳氧。其傳氧途徑主要有一下兩個(gè)：（1）通過(guò)金屬液滴直接傳氧硬吹時(shí)，氧氣射流強(qiáng)烈沖擊熔池而濺起來(lái)的那些金屬液滴被氣相中的氧氣氧化，其表面形成一層富氧的FeO渣膜。這種帶有FeO渣膜的金屬液滴很快落入熔池，并隨其中的鋼液一起進(jìn)行環(huán)流而成為氧的主要傳遞者。其傳氧過(guò)程如下：煉鋼原理與工藝a、吹入的氧與濺起的金屬液滴接觸，氣態(tài)的氧唄金屬液滴表面吸附并分解成原子態(tài)的氧。

b、被吸附的原子態(tài)的氧使金屬液滴表面氧化，產(chǎn)生FeO渣膜；同時(shí)，有一部分原子態(tài)的氧進(jìn)入金屬液滴中。

c、進(jìn)行環(huán)流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，金屬液滴表面的FeO渣膜大量消耗于沿途的雜質(zhì)元素的間接氧化，余者則進(jìn)入渣中；與此同時(shí)，溶于金屬液滴內(nèi)的氧也將周圍的雜質(zhì)元素氧化。（2）通過(guò)乳濁液直接傳氧高壓氧氣射流自上而下吹入熔池，將熔池沖出一個(gè)凹坑的同時(shí)，射流末端也被碎裂成許多小氣泡。這些小氧氣泡與氧氣射流擊碎的金屬液和熔渣一起形成了三相乳濁液，其中的金屬液滴可將小氣泡中的氧直接吸收。熔池的乳化極大地增加了鋼液、熔渣、氧氣三者之間的接觸面積，一般情況可達(dá)0.6～1.5㎡/㎏，從而大大加快爐內(nèi)的傳氧速度。這也是氧氣轉(zhuǎn)爐比電弧爐的冶煉速度快許多的主要原因。煉鋼原理與工藝煉鋼原理與工藝(2)間接傳氧

所謂間接傳氧，是指吹入爐內(nèi)的氧氣經(jīng)熔渣傳入鋼液的傳氧方式。軟吹時(shí)，因?yàn)檠鯕馍淞鲗?duì)金屬熔池的沖擊相對(duì)較弱而沖擊深度較小，因而生成的金屬液滴和小氣泡數(shù)量較少，熔池的乳化程度也較低，直接傳氧作用大為減弱。但是，此時(shí)氧氣射流與熔池的作用面積相對(duì)較大，因此，“熔渣先被氧氣射流氧化，繼而再將氧傳給鋼液”的間接傳氧作用則會(huì)明顯加強(qiáng)。具體傳氧過(guò)程如下：a、爐渣中的低價(jià)氧化鐵被氧氣射流氧化成高價(jià)氧化鐵。b、含有高價(jià)氧化鐵的熔渣被吹離作用區(qū)，在與別處的鋼液接觸時(shí)被還原成低價(jià)氧化物。c、當(dāng)渣中的（FeO）含量較高時(shí)，按分配定律部分地轉(zhuǎn)入鋼液。軟吹時(shí)間接傳氧作用強(qiáng)，渣中（FeO）含量較高，化渣能力較強(qiáng)；但由于直接傳氧作用很弱，雜質(zhì)元素的氧化速度較慢。煉鋼原理與工藝三、槍位控制轉(zhuǎn)爐煉鋼中槍位控制的基本原則是，根據(jù)吹煉中出現(xiàn)的具體情況及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，力爭(zhēng)做到既不出現(xiàn)“噴濺”，又不產(chǎn)生“返干”，使冶煉過(guò)程順利到達(dá)終點(diǎn)。1一爐鋼吹煉過(guò)程中槍位的變化一爐鋼吹煉的不同階段，轉(zhuǎn)爐內(nèi)的熔渣組成、鋼液成分、熔池溫度及所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)等均不相同，因此向爐內(nèi)供氧的條件也不同。在目前的供氧壓力0.5～1.1MPa情況下，三孔拉瓦爾噴頭氧槍的槍位（H，mm）在吹煉中的變化范圍與噴頭喉口直徑（d，mm）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：H=（35～55）d而槍位的變化規(guī)律通常是：高→低→高→低。吹煉前期，爐內(nèi)反應(yīng)的主要特點(diǎn)是，鐵水的硅迅速氧化，渣中的酸性氧化物（SiO2）快速增加，同時(shí)熔池溫度尚低。此時(shí)要加入大量石灰盡快形成堿度不低于1.5～1.7煉鋼原理與工藝的熔渣，縮短酸性渣的過(guò)度時(shí)間，以減輕爐襯損失和增加前期的去磷量。所以，吹煉前期應(yīng)采用較高的槍位，使渣中的氧化鐵穩(wěn)定在25%左右，迅速在所加入的石灰表面形成熔點(diǎn)僅為1205℃的CaO·FeO·SiO2，加速石灰的溶解。若槍位過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致渣中的（FeO）不足而在石灰塊的表面生成熔點(diǎn)高達(dá)2130℃的2CaO·SiO2，阻礙石灰的熔化.但槍位也不可過(guò)高，否則渣中（FeO）過(guò)多引起爐渣嚴(yán)重泡沫化而產(chǎn)生噴濺。最佳的槍位應(yīng)控制在使?fàn)t內(nèi)熔渣適當(dāng)泡沫化又不產(chǎn)生噴濺。吹煉中期，爐內(nèi)渣子已化好，硅、錳的氧化已近結(jié)束，熔池溫度也較高，碳氧反應(yīng)開(kāi)始加速。此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低槍位，以防噴濺，同時(shí)配合脫碳反應(yīng)所需的供氧條件。激烈的碳氧反應(yīng)也會(huì)消耗大量渣中（FeO）。如果渣中（∑FeO）降低過(guò)多，會(huì)使?fàn)t渣熔點(diǎn)升高甚至出現(xiàn)高熔點(diǎn)的硅酸鈣固態(tài)顆粒使?fàn)t渣黏度增大，這種現(xiàn)象稱為爐渣“返干”；同時(shí)也會(huì)因鋼液表面裸露出現(xiàn)金屬飛濺的情況。為此，中期的槍位也不宜過(guò)低，應(yīng)使渣中（∑FeO）保持在10%～15%的范圍內(nèi)。煉鋼原理與工藝

吹煉后期，爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)已較弱，因爐渣嚴(yán)重泡沫化而產(chǎn)生噴濺的可能性較小，此時(shí)主要任務(wù)是調(diào)整好爐渣的氧化性和流動(dòng)性，繼續(xù)去磷；同時(shí)，通過(guò)高溫、高堿度的爐渣去除鋼液中的硫；準(zhǔn)確控制終點(diǎn)。所以此階段應(yīng)先提槍化渣，接近終點(diǎn)時(shí)再適當(dāng)降槍，以加強(qiáng)對(duì)熔池的攪拌，均勻鋼液成分和溫度，同時(shí)降低終渣中（∑FeO）含量，提高金屬和合金的收得率，并減輕熔渣對(duì)爐襯的侵蝕。2生產(chǎn)條件改變時(shí)調(diào)節(jié)氧槍的基本原則影響槍位的因素主要是熔池深度、鐵水溫度和成分、石灰的質(zhì)量及用量和供氧壓力等。渣量一定時(shí)，熔池越深，渣層就越厚，也越難化渣，同時(shí)吹煉中熔池液面上漲也越多。因此在不引起噴濺前提下槍位應(yīng)高些，以免化渣困難。生產(chǎn)中，凡是影響熔池深度的因素發(fā)生變化時(shí)，均需相應(yīng)調(diào)整槍位。例如，鐵水配比高時(shí)，冶煉中渣量大，熔池深度增加，槍位應(yīng)相應(yīng)提高；爐役后期，熔池變淺，槍位應(yīng)相應(yīng)低些。煉鋼原理與工藝

鐵水溫度低時(shí)，開(kāi)吹后應(yīng)先低槍提溫，再提槍化渣；鐵水含硅量高時(shí)，渣量大，吹煉前期槍位不宜過(guò)高，以免發(fā)生嚴(yán)重噴濺。石灰的質(zhì)量低劣或因鐵水含磷高而加入量較大時(shí)，冶煉中化渣較困難，槍位應(yīng)相應(yīng)提高；反之，化渣的槍位可降低些。就氧氣射流對(duì)熔池的作用而言，提高氧壓與降低槍位的效果相同。因此在供氧壓力不足時(shí)，槍位應(yīng)相應(yīng)低些，反之高些。另外，氧槍噴頭的結(jié)構(gòu)有單孔和多孔之分。單孔噴頭的化渣能力差，槍位應(yīng)控制的高些；而采用多孔噴頭時(shí)，槍位應(yīng)相對(duì)低些。生產(chǎn)中噴頭已確定，不必考慮。2.2.2.4復(fù)吹轉(zhuǎn)爐原理及工藝一、簡(jiǎn)介二、原理及工藝三、冶金效果煉鋼原理與工藝思考題1、煉鋼熔池內(nèi)氧的來(lái)源？2、何謂供氧強(qiáng)度？熔渣“返干”？3、轉(zhuǎn)爐吹氧操作有哪幾種？各有何特點(diǎn)？4、何謂直接傳氧？間接傳氧？5、簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)爐吹煉前、中、后期爐內(nèi)的冶煉環(huán)境及槍位的控制？6、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中影響氧槍槍位的因素有哪些？煉鋼原理與工藝第三節(jié)造渣2.3.1造氧化渣的目的及要求目前的煉鋼渣主要有氧化渣和還原渣兩種，為了強(qiáng)化去磷和去硫過(guò)程，兩者均為堿性渣，不同的是，它們對(duì)渣中（FeO）的含量要求不同。

LD轉(zhuǎn)爐的爐渣均為氧化渣。造氧化渣的主要目的是為了去除鋼中的磷，并通過(guò)氧化渣向熔池傳氧。造氧化渣就是要使熔渣具有適于脫磷反應(yīng)的理化性質(zhì)，同時(shí)精心控制造渣過(guò)程，以充分去除鋼中的磷，并減少對(duì)爐襯的侵蝕。煉鋼過(guò)程對(duì)氧化渣的要求是：較高的堿度、較強(qiáng)的氧化性、適量的渣量、良好的流動(dòng)性及適當(dāng)?shù)呐菽?、堿度的控制。堿度是爐渣酸堿性的衡量指標(biāo)，是有效去磷的必須條件，常用二元堿度表示，即R=ω（CaO）/ω（SiO2）。理論研究表明，渣中（∑FeO）含量相同的條件下，R=1.87時(shí)其活度最大，爐渣氧化性最強(qiáng)。LD轉(zhuǎn)煉鋼原理與工藝爐煉鋼中，通常堿度控制在2.4～2.8的范圍內(nèi)；對(duì)于含磷較高或冶煉低硫鋼種的情況，堿度則控制在3.0以上。2、渣中的（∑FeO）含量。渣中（∑FeO）含量的高低，標(biāo)志著爐渣氧化性的強(qiáng)弱及去磷能力的大小。堿度一定時(shí)，爐渣的氧化性隨著渣中（∑FeO）含量的增加而增強(qiáng)。但過(guò)高的（∑FeO）含量使得爐渣過(guò)稀易產(chǎn)生噴濺，同時(shí)會(huì)加速爐襯的侵蝕及鐵的損耗。生產(chǎn)中通常將渣中（∑FeO）含量控制在10%～20%之間，有時(shí)高達(dá)30%，但要求終渣中的（∑FeO）在滿足石灰完全溶解的條件下盡量低。3、渣量的控制。其他條件不變的情況下，增大渣量可增加冶煉過(guò)程中的去磷量。但增大渣量會(huì)增加造渣材料的消耗和鐵損，還會(huì)給冶煉帶來(lái)諸多不便，如噴濺、粘槍等。因此，生產(chǎn)中控制渣量的原則是，在保證完成脫磷、脫硫條件下，采用最小渣量操作。LD轉(zhuǎn)爐一般情況下適宜的渣量約為鋼液量的10%～12%。煉鋼原理與工藝4、爐渣的流動(dòng)性。對(duì)于去磷、去硫這些雙相界面反應(yīng)來(lái)說(shuō)，物質(zhì)的擴(kuò)散是限制性環(huán)節(jié)，保證熔渣具有良好的流動(dòng)性十分重要。影響爐渣流動(dòng)性的主要因素是溫度和成分。但去磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，不希望溫度太高，因此生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)增加渣中（FeO）和（CaF2）等稀渣成分的含量，使堿性氧化渣在溫度不高的情況下也具有良好的流動(dòng)性。5、爐渣的泡沫化。泡沫化的爐渣，使鋼-渣兩相界面積大為增加，改善了去磷、去硫等兩相反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)的條件。但應(yīng)避免爐渣嚴(yán)重的泡沫化，以防噴濺。2.3.2造渣材料及其用量2.3.2.1造渣材料煉鋼用造渣材料，主要有石灰、螢石及其代用品、合成渣料和白云石等。1、石灰石灰主要成分為CaO，是由主要成分為CaCO3的石灰煉鋼原理與工藝石煅燒而成。對(duì)煉鋼石灰的基本要求是：CaO含量盡量高、SiO2及S等雜質(zhì)盡量少、活性要好、新鮮干燥、塊度合適。（1）石灰的有效熔劑性。所謂石灰的有效熔劑性，是指根據(jù)爐渣堿度要求，除去自身酸性氧化物（SiO2）造渣消耗的CaO，剩余CaO的含量，即:

ω（CaO）有效=ω（CaO）石灰－R×ω（SiO2）石灰（2）石灰的活性。所謂“活性”，是指石灰與熔渣的反應(yīng)能力，它是衡量石灰在渣中溶解速度的指標(biāo)。石灰的“活性”與生產(chǎn)石灰時(shí)的煅燒溫度有關(guān)。石灰石的分解溫度為880～910℃，如果煅燒溫度控制在1050～1150℃，燒成的石灰晶粒細(xì)小（1μm左右）、氣孔率高（可達(dá)40%以上），呈海綿狀，活性很好，稱為軟燒石灰或輕燒石灰。這種石灰加入熔池成渣快，利于前期脫磷，而且冶煉過(guò)程順利。如果煅燒溫度遠(yuǎn)高于石灰石的分解溫度，燒成的石灰晶粒粗大（10μm左右）、氣孔率低（僅20%左右），甚至表面還包有一層熔融物，稱為硬燒石灰或過(guò)燒石灰。

煉鋼原理與工藝這種石灰加入熔池后，化渣慢，不利于冶煉和前期脫磷。如果煅燒溫度低于900℃，由于燒成溫度低，石灰燒不透，稱為生燒石灰。這種石灰入爐后，內(nèi)部殘留的石灰石要繼續(xù)分解而吸熱，不僅成渣慢，對(duì)熔池升溫也不利。（3）石灰的塊度。轉(zhuǎn)爐煉鋼一般要求石灰的塊度為5～40㎜。塊度過(guò)大，熔化慢，成渣晚；塊度過(guò)小，尤其是含有粉末的，說(shuō)明吸收了大量水分，應(yīng)禁止使用。2、螢石及其代用品螢石在煉鋼中是作為熔劑加入的，目的是化渣和稀渣。其主要成分是CaF2

，熔點(diǎn)僅1400℃左右，并能與CaO及2CaO·SiO2結(jié)合成低熔點(diǎn)化合物，因而可以加速石灰熔化和消除爐渣“返干”，且作用迅速。此外，螢石能與硫反應(yīng)生成揮發(fā)性的化合物，因而還具有一定的脫硫作用。對(duì)煉鋼螢石要求CaF2不低于85%，SiO2不超過(guò)4%，CaO不超過(guò)5%，S小于0.2%，塊度10～80㎜，且保持清潔、干燥、不混雜。

煉鋼原理與工藝3、合成渣料合成渣料是轉(zhuǎn)爐煉鋼中新型造渣材料。它是將石灰和熔劑按一定比例混合制成的低熔點(diǎn)、高堿度的復(fù)合造渣材料，即把爐內(nèi)的造渣過(guò)程部分地，甚至全部移到爐外進(jìn)行。顯然，這是一個(gè)提高成渣速度、改善冶煉效果的有效措施。目前國(guó)內(nèi)使用較多的合成渣料是冷固結(jié)球團(tuán)。它是用主要成分為FeO（67%左右）和Fe2O3（16%左右）的轉(zhuǎn)爐爐塵配加一定的石灰粉、生白云石粉和氧化鐵皮，在造球盤上造球，爾后在200～250℃下烘干固結(jié)而成。該合成渣成分均勻、堿度高（5～13）、熔點(diǎn)低（1180～1360℃），且遇高溫自動(dòng)暴裂，因而加入后極易熔化，能很快形成高堿度、強(qiáng)氧化性和良好流動(dòng)性的熔渣。國(guó)外有種黑皮石灰（煅燒石灰時(shí)配加氧化鐵皮），成渣快，去磷效果好。4、白云石白云石是CaCO3和MgCO3的復(fù)合礦物，高溫下分解后的主要成分是氧化鈣CaO和MgO氧化鎂，還有一些SiO2、煉鋼原理與工藝Al2O3和Fe2O3。采用白云石造渣工藝主要是延長(zhǎng)爐襯壽命，其基本原理是根據(jù)氧化鎂在渣中有一定溶解度的特點(diǎn)，向爐內(nèi)加入一定量的白云石，使渣中（MgO）將近飽和，從而減弱熔渣對(duì)鎂質(zhì)爐襯的侵蝕；另一方面，冶煉中隨著爐渣堿度的提高，渣中（MgO）達(dá)到過(guò)飽和而有少量固態(tài)MgO析出，使后期爐渣黏度升高，出鋼后利用濺渣護(hù)爐技術(shù)將爐渣掛在爐襯表面，形成保護(hù)層，可減輕冶煉前期低堿度渣對(duì)爐襯的侵蝕。對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼用白云石，一般要求其MgO含量在20%以上，CaO含量不低于30%，硫、磷雜質(zhì)元素含量要低，塊度以5～40㎜為宜。白云石入爐會(huì)分解吸熱，因此采用輕燒白云石較好。2.3.2.2各種渣料的用量——石灰計(jì)算石灰加入量的基本方法是，先根據(jù)金屬爐料的含硅量計(jì)算出渣中（SiO2）的質(zhì)量，再根據(jù)爐渣的堿度求得石灰的質(zhì)量。電爐及轉(zhuǎn)爐吹煉含磷量小于0.3%的低磷鐵水時(shí)，爐渣堿度R用（CaO/SiO2）二元堿度表示，石灰加入量公式如下：煉鋼原理與工藝石灰加入量（㎏/t）=（1000×ω〔Si〕×X×60/28×R）/ω（CaO）有效式中ω〔Si〕-爐料（鐵水）中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；X-爐料中硅被氧化的百分?jǐn)?shù)，轉(zhuǎn)爐吹煉取100%，電爐煉鋼取90%；60/28-1千克硅氧化可生成60/28的二氧化硅。例1電爐冶煉45鋼，爐料含硅量為0.5%，爐渣堿度按2.0控制，所用石灰主要成分為CaO-90%,SiO2-2.0%。計(jì)算1000㎏爐料應(yīng)加多少千克的石灰？解：石灰加入量=（1000×0.5%×90%×60/28×2.0）÷（90%－2.0×2.0%）=22.4㎏例2轉(zhuǎn)爐吹煉20鋼，鐵水含硅0.7%，含磷0.25%，終渣堿度要求3.0，石灰的有效熔劑性為80%。試求1000㎏鐵水需加石灰多少千克？解：石灰加入量=（1000×0.7%×100%×60/28×3.0）÷80%=56.25㎏煉鋼原理與工藝轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用部分礦石作冷卻劑時(shí)，由于鐵礦石中含有一定數(shù)量的二氧化硅，為保證爐渣的堿度不變應(yīng)補(bǔ)加適量的石灰。每千克礦石的石灰補(bǔ)加量可按下式計(jì)算：補(bǔ)加石灰量=ω（SiO2）礦石×R/ω（CaO）石灰例3鐵礦石中SiO含量為8%，堿度按3.0控制，石灰的有效熔劑性為80%。試計(jì)算每加入1㎏的礦石應(yīng)補(bǔ)加石灰多少千克？解：補(bǔ)加石灰量=8%×3.0÷80%=0.3（㎏）2.3.2.3爐渣組成對(duì)石灰溶解的影響影響石灰在熔渣中的溶解速度的因素主要是石灰的質(zhì)量、熔池溫度及熔渣的組成。1、（CaO）和（SiO2）渣中（CaO）的含量小于30%～35%時(shí)，石灰的溶解速度隨其增大而增大，這是因?yàn)槭胰芙膺^(guò)程的限制性因素是物質(zhì)的擴(kuò)散，當(dāng)（CaO）含量小于30%時(shí)，渣中煉鋼原理與工藝存在大量的復(fù)合陰離子，增加（CaO）的含量會(huì)使這些復(fù)合陰離子解體，引起爐渣黏度下降，從而改善石灰溶解的動(dòng)力學(xué)條件，加速石灰的溶解。當(dāng)渣中（CaO）含量大于35%時(shí)，隨著（CaO）的進(jìn)一步增加，會(huì)使?fàn)t渣的平均熔點(diǎn)不斷升高，黏度不斷上升，從而影響石灰的溶解速度。渣中（SiO2）低時(shí)，隨著其含量的增加，石灰的溶解速度增加，這是因?yàn)樵摋l件下增加（SiO2）會(huì)使?fàn)t渣熔點(diǎn)降低，黏度下降。同時(shí)它可與（FeO）一起促進(jìn)石灰的溶解，反應(yīng)產(chǎn)物是熔點(diǎn)只有1205℃的CaO·FeO·SiO2

。隨著（SiO2）大于25%時(shí)，進(jìn)一步增加其含量，不僅在石灰表面形成2CaO·SiO2硬殼，而且會(huì)增加渣中復(fù)合陰離子的數(shù)量，導(dǎo)致?tīng)t渣黏度上升。2、（FeO）和（MnO）隨著（FeO）含量增加，石灰溶解速度直線增大。其原因有三，一是（FeO）可與渣中其他組元生成低熔點(diǎn)的煉鋼原理與工藝化合物，有效降低爐渣黏度；二是因（FeO）是爐渣的表面活性物質(zhì)，可以增強(qiáng)爐渣對(duì)石灰的潤(rùn)濕和滲透；三是（FeO）可與CaO及2CaO·SiO2作用生成低熔點(diǎn)化合物而使它們?nèi)刍?。（MnO）對(duì)石灰熔化速度與（FeO）類似，但不如其作用大。3、（MgO）少量的（MgO）含量，可以降低爐渣的黏度；當(dāng)含量超過(guò)6%時(shí)，渣中的（MgO）處于過(guò)飽和狀態(tài)，會(huì)析出固態(tài)的氧化鎂顆粒，使?fàn)t渣黏度增大。2.3.2.4轉(zhuǎn)爐的造渣制度一、轉(zhuǎn)爐的造渣方法及選用目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼的造渣方法有四種：?jiǎn)卧?、雙渣法、雙渣留渣法及噴吹石灰粉法，選擇的依據(jù)是原材料的成分和所煉鋼中。煉鋼原理與工藝1、單渣法。在冶煉中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到終點(diǎn)出鋼的造渣方法稱為單渣法。單渣法操作的工藝簡(jiǎn)單，冶煉時(shí)間短，生產(chǎn)率高。但其去硫、磷效率低，一般情況下去硫率為30%-40%，去磷率為90%左右。2、雙渣法。是指在吹煉中途倒出部分爐渣，然后補(bǔ)加渣料再次造渣的操作方法。雙渣操作的特點(diǎn)是，爐內(nèi)始終保持較小的渣量，吹煉中可以避免因渣量大造成的噴濺，且渣少易化，同時(shí)又能獲得較高的脫硫、脫磷效率。雙渣法去硫率可達(dá)50%-60%，去磷率達(dá)92%-95%。該法的倒渣時(shí)機(jī)不易掌握。3、雙渣留渣法。是指上一爐的高堿度、高溫度和較高（FeO）含量的終渣部分地留在爐內(nèi)，以便加速下一爐鋼初渣的形成并在吹煉中途倒出部分爐渣再造新渣的操作方法。由于留渣，初渣早成，去硫率達(dá)60%-70%，總?cè)チ茁矢哌_(dá)95%左右。采用雙渣留渣法時(shí)，對(duì)鐵水前應(yīng)先加一批石灰稠化所留爐渣，而且對(duì)鐵水時(shí)要緩慢進(jìn)行，以防發(fā)煉鋼原理與工藝生爆發(fā)式碳氧反應(yīng)而引起嚴(yán)重噴濺，若上一爐終點(diǎn)碳過(guò)低，一般不宜留渣。4、噴吹石灰粉法。是指在冶煉的中后期以氧氣為載體，用氧槍將粒度為1㎜以下的石灰粉噴入熔池且在中途倒渣一次的操作方法。該法成渣速度快，前期去硫磷率高，但該法需要破碎設(shè)備，且粉塵量大，石灰粉又容易吸收空氣中的水分，制備運(yùn)輸較困難。單渣法生產(chǎn)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。因此，對(duì)于含硅、硫及磷較高的鐵水，入爐前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理使之達(dá)到單渣法操作的要求，合理又經(jīng)濟(jì)。單渣法操作時(shí)，渣料應(yīng)分兩批加入，否則會(huì)造成熔池溫度下降過(guò)多，導(dǎo)致渣料結(jié)團(tuán)且石灰塊表面形成一層金屬凝殼而推遲成渣，加速爐襯侵蝕并影響去硫和去磷。正常情況下，第一批料應(yīng)在開(kāi)吹的同時(shí)加入，其組成是：石灰為全部的1/2～2/3，螢石為全部的1/3～?。其余為第二批渣料,一般在硅錳氧化基本結(jié)束，頭批渣料已經(jīng)化好。反之如果加煉鋼原理與工藝入過(guò)晚，正值碳的激烈氧化期，渣中（FeO）較低，二批料難化，容易產(chǎn)生金屬飛濺；同時(shí)，由于渣料的加入使?fàn)t溫降低，碳氧反應(yīng)將被抑制，導(dǎo)致渣中的氧化鐵積聚，一旦溫度上升，必會(huì)發(fā)生爆發(fā)式碳氧反應(yīng)而引起嚴(yán)重噴濺。二次渣料可視爐內(nèi)情況一次加入或小批多次加入，但是，最后一小批料必須在終點(diǎn)前3-4分鐘加入，否則所加渣料尚未熔化就出鋼了。二、轉(zhuǎn)爐煉鋼的渣況判斷爐內(nèi)渣況良好有兩個(gè)基本條件，一是不出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象，二是不發(fā)生噴濺，尤其是嚴(yán)重噴濺。一旦出現(xiàn)均會(huì)嚴(yán)重影響爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)，甚至釀成事故。預(yù)測(cè)判斷的方法有兩種：

1、經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)。通常情況，渣料化好、渣況正常的標(biāo)志是：爐口的火焰比較柔軟，爐內(nèi)傳出的聲音也比較柔和、均勻。如果爐口的火焰由柔軟逐漸向硬直方向發(fā)展，爐內(nèi)煉鋼原理與工藝傳出的聲音也由柔和逐漸變得刺耳，說(shuō)明爐渣將要出現(xiàn)“返干”。如果爐內(nèi)傳出的聲音漸漸變悶，爐口處的火焰也逐漸轉(zhuǎn)暗且飄忽無(wú)力，同時(shí)，還不時(shí)地從爐口濺出片狀泡沫渣，說(shuō)明爐渣正在被嚴(yán)重泡沫化。一般二批料加入過(guò)晚易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

2、聲納控渣儀預(yù)測(cè)。其基本原理是：在爐口附近安裝定向取聲裝置和聲納儀采集爐口噪音，為其進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、選頻、濾波、放大、整形后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在顯示器上的音強(qiáng)化渣圖中繪制冶煉過(guò)程中的噪聲強(qiáng)度曲線，間接地反映渣層厚度或渣面的高低，同時(shí)對(duì)吹煉過(guò)程中可能發(fā)生的噴濺或“返干”進(jìn)行預(yù)報(bào)，并由報(bào)警裝置發(fā)出聲、光信號(hào)。（兩線一區(qū)）煉鋼原理與工藝

第四節(jié)硅、錳的氧化

一、硅的氧化[Si]+2[O]=(SiO2)，

煉鋼原理與工藝

上式的反應(yīng)式表明，硅的氧化的影響因素有溫度、爐渣成分、金屬液成分和爐氣氧分壓。

◆溫度低有利于硅的氧化；

◆爐渣中降低SiO2的成分含量如增加CaO、FeO含量，有利于硅的氧化，爐渣氧化能力越強(qiáng)，越有利硅的氧化；

◆金屬液中增加硅元素含量，有利于硅的氧化；

◆爐氣氧分壓越高，越有利于硅的氧化。煉鋼原理與工藝硅氧化是用氧煉鋼的主要熱源之一。在轉(zhuǎn)爐吹煉初期，由于硅大量氧化，熔池溫度升高，進(jìn)入碳氧化期。在鋼液脫氧過(guò)程中，由于含硅脫氧劑的氧化，可補(bǔ)償一些鋼包的散熱損失?？傊?，硅的氧化有利于保持或提高鋼液的溫度。

硅氧化反應(yīng)受爐渣成分影響，同樣硅氧化反應(yīng)產(chǎn)物影響爐渣成分，如SiO2降低爐渣堿度，不利于鋼液脫磷、脫硫，侵蝕爐襯耐火材料，降低爐渣氧化性，增加造渣消耗。

煉鋼原理與工藝二、錳的氧化

[Mn]+[O]=(MnO)[Mn]+（FeO）=(MnO)+[Fe]

煉鋼原理與工藝與硅的氧化和還原一樣，影響錳的氧化和還原反應(yīng)的因素有

◆溫度

◆爐渣成分

◆金屬液成分

◆爐氣氧分壓。煉鋼原理與工藝溫度低有利于錳的氧化；爐渣堿度高，使(MnO)的活度提高，在大多數(shù)情況下，（MnO）基本以游離態(tài)存在；如果a(MnO)>1.0，則不利于錳的氧化。爐渣氧化性強(qiáng)，則有利于錳的氧化；能增加Mn元素活度的元素，其含量增加，有利于錳的氧化；爐氣氧分壓越高，越有利于錳的氧化。煉鋼原理與工藝在堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，當(dāng)脫碳反應(yīng)激烈進(jìn)行時(shí)，爐渣中(FeO)大量減少，溫度升高，這樣使鋼液中[Mn]回升，這就是產(chǎn)生所謂的錳還原。在酸性渣中，錳的氧化較為完全。錳的氧化也是吹氧煉鋼熱源之一，但不是主要的。在轉(zhuǎn)爐吹煉初期，錳氧化生成MnO可幫助化渣，并減輕初期渣中SiO2對(duì)爐襯耐火材料的侵蝕。在煉鋼過(guò)程中，應(yīng)盡量控制錳的氧化，以提高鋼水殘（余）錳量，發(fā)揮殘錳的作用。

煉鋼原理與工藝鋼液中殘[Mn]的作用:

◆防止鋼水的過(guò)氧化，或避免鋼水中含過(guò)多的過(guò)剩氧，以提高脫氧合金的收得率，降低鋼中氧化物夾雜；◆可作為鋼液溫度高低的標(biāo)態(tài)，爐溫高有利于（MnO）的還原，殘錳含量高；◆能確定脫氧后鋼水的含錳量達(dá)到所煉鋼種的規(guī)格，并節(jié)約Fe-Mn用量。煉鋼原理與工藝第五節(jié)碳的氧化反應(yīng)

碳氧化反應(yīng)是煉鋼過(guò)程中極其重要的反應(yīng)，煉鋼過(guò)程中的碳氧反應(yīng)不僅完成脫碳任務(wù)，而且還具有以下作用：

◆加大鋼—渣界面，加速反應(yīng)的進(jìn)行；

◆均勻熔池中成分和溫度；

◆有利于熔渣的形成；

◆有利于非金屬夾雜的上浮和有害氣體的排出；

◆放熱升溫。煉鋼原理與工藝碳氧反應(yīng)的三種基本形式:

在吹氧煉鋼過(guò)程中，金屬液中的一部分碳在反應(yīng)區(qū)被氣體氧化，一部分碳與溶解在金屬液中氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，還有一部分碳與爐渣中(FeO)反應(yīng)，生成CO。煉鋼原理與工藝

溫度一定，KP是定值，若令m=[%C]·[%O]，fC.fO=1，則,1600℃時(shí)，KP=400，m=0.0025，m

即為碳氧濃度積。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，m為一常數(shù).

煉鋼原理與工藝常壓下碳氧濃度之間的關(guān)系

煉鋼原理與工藝

實(shí)際上m不是真正的平衡，因?yàn)樘己脱醯臐舛炔⒉坏扔谒鼈兊幕疃?。只有?dāng)[%C]→0時(shí)，fC.fO=1，此時(shí)m才接近平衡態(tài)。

[%C]提高時(shí)，因fC.fO減小，m值增加：

[%C]=1時(shí)，m=0.0036，

[%C]=2時(shí)，m=0.0064。

煉鋼原理與工藝

由于碳氧反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此，隨溫度升高，m值升高，曲線向右角移動(dòng)。由于在煉鋼過(guò)程中存在著[Fe]+[O]=[FeO]，鋼中實(shí)際氧含量比碳氧平衡時(shí)氧含量高。如果與（FeO）平衡的氧含量記作w[O],FeO，則鋼中氧含量高于C-O平衡的氧，但低于w[O],FeO

。煉鋼原理與工藝

將煉鋼熔池中實(shí)際的含氧量與碳氧平衡的理論含氧量之間的差距，稱之為過(guò)剩氧。出現(xiàn)過(guò)剩氧,m值高于理論值的原因：

◆與脫碳速度有關(guān)，脫碳速度大，過(guò)剩氧小;◆理論含氧量的條件為Pco=1atm，而實(shí)際爐中Pco大于或小于1atm。如LD爐Pco約為1.2atm，而頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中Pco約為0.7atm。◆含碳量處于低碳時(shí)，[%O]實(shí)還受aFeO和溫度的影響。當(dāng)鋼水中含碳量一定時(shí)，含氧量隨溫度的增加而略有增加。煉鋼原理與工藝如果熔池中脫碳反應(yīng)是[C]+[O]=CO，用下式計(jì)算熔池中的氧，即與CO氣泡相平衡的濃度：氣泡中CO分壓后可近似等于外界壓力，可用下式計(jì)算：煉鋼原理與工藝熔體和爐渣相平衡時(shí)，[%O]取決于爐渣中的aFeO和分配常數(shù)LFeO，可表示為：

(%FeO)-渣中氧化鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；

fFeO-渣中氧化鐵的活度系數(shù)；

LFeO-分配系數(shù)，

[%O]飽和-純氧化鐵渣在鐵中的最大溶解度，1600℃時(shí)為0.23。煉鋼原理與工藝若熔體中氧的平衡濃度為已知，則可以用下式來(lái)計(jì)算渣與鋼間的濃度差：煉鋼原理與工藝脫碳速率的確定

根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)氧的消耗來(lái)確立脫碳速率的計(jì)算式。單位時(shí)間內(nèi)氧的消耗與供氧速度vO2、碳含量[%C]、氧含量[%O]以及渣中的氧量（%O）存在著以下關(guān)系：

忽略過(guò)剩氧△[O]的變化，熔體中氧含量的變化值可確定:煉鋼原理與工藝

在dt時(shí)間內(nèi)渣中氧的變化值與(FeO)、QS之間存在以下關(guān)系式：

Qs為渣量與金屬質(zhì)量之比；而[%O]=（%FeO）·fFeO·LFeO

則煉鋼原理與工藝

在dt時(shí)間內(nèi)渣中氧的變化值與(FeO)、QS之間存在以下關(guān)系式：

Qs為渣量與金屬質(zhì)量之比；而[%O]=（%FeO）·fFeO·LFeO

則煉鋼原理與工藝將d[%O]和d(%O)的表達(dá)式帶入氧量平衡式可得

煉鋼原理與工藝

上述的脫碳速率方程只適用含碳比較高的情形，氧向熔池中的傳輸速度是控制性環(huán)節(jié)，但隨著脫碳進(jìn)行，機(jī)理將逐漸發(fā)生改變，當(dāng)碳降到0.2%-0.4%時(shí)，脫碳速率受[C]由鋼液內(nèi)到達(dá)反應(yīng)界面的傳質(zhì)所控制：式中kc為碳的傳質(zhì)系數(shù)，頂吹氧時(shí)約為0.015s-1，底吹氧時(shí)為0.017s-1。煉鋼原理與工藝第六節(jié)鋼液的脫硫

鋼液的脫硫主要是通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，即爐渣脫硫和氣化脫硫。在一般煉鋼操作條件下，爐渣脫硫占主導(dǎo)。從氧氣轉(zhuǎn)爐硫的衡算可以得出，氧化渣脫硫占總脫硫量的90%，氣化脫硫占10%左右。煉鋼原理與工藝1、渣鋼間的脫硫反應(yīng)[S]+(CaO)=(CaS)+[O]△G0=98474-22.82T[S]+(MnO)=(MnS)+[O]△G0=133224-33.49T[S]+(MgO)=(MgS)+[O]△G0=191462-32.70T

硫在金屬液中存在三種形式:即[FeS]、[S]和S2-。FeS它既溶于鋼液，也溶于熔渣。渣鋼間的脫硫反應(yīng)：首先鋼液中硫擴(kuò)散至熔渣中即[FeS]→(FeS)，進(jìn)入熔渣中的（FeS）與游離的CaO(或MnO)結(jié)合成穩(wěn)定的CaS或MnS。煉鋼原理與工藝

根據(jù)熔渣的離子理論，脫硫反應(yīng)為：

[S]+（O2-）=（S2-）+[O]

在酸性渣中幾乎沒(méi)有自由的O2-，因此酸性渣脫硫作用很小，而堿性渣則不同，具有較強(qiáng)的脫硫能力。上式反應(yīng)的平衡常數(shù)可寫為：煉鋼原理與工藝?yán)锊樯≧ichardson)定義硫容

表達(dá)了爐渣容納硫的能力。將硫分配比定義為：煉鋼原理與工藝影響鋼渣間脫硫反應(yīng)的因素?zé)掍摐囟鹊挠绊憽ｄ撛g的脫硫反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，吸熱在108.2-128kJ/mol之間，因此，高溫有利于脫硫反應(yīng)進(jìn)行。溫度的重要影響主要體現(xiàn)在高溫能促進(jìn)石灰溶解和提高爐渣流動(dòng)性。爐渣堿度的影響。爐渣堿度高，游離CaO多，或（O2-）增大，有利于脫硫。但過(guò)高的堿度，常出現(xiàn)爐渣粘度增加，反而降低脫硫效果。煉鋼原理與工藝爐渣中(FeO)的影響。從熱力學(xué)角度可以看出，(FeO)高不利于脫硫。當(dāng)爐渣堿度高時(shí)、流動(dòng)性差時(shí)，爐渣中有一定量的(FeO)，可助熔化渣。金屬液成分的影響。金屬液中[C]、[Si]能增加硫的活度系數(shù)f[S]，降低氧活度，有利于脫硫。

脫硫的有利條件：高溫，高堿度，低（FeO），好流動(dòng)性。煉鋼原理與工藝2、氣化脫硫

氣化脫硫是指金屬液中[S]以氣態(tài)SO2的方式被去除，反應(yīng)式可表示為

在煉鋼溫度下，從熱力學(xué)角度上述反應(yīng)理應(yīng)能進(jìn)行。但在鋼水中含有[C]、[Si]、[Mn]的條件下，則要直接氣化脫硫是不可能實(shí)現(xiàn)。鋼水氣化脫硫的最大可能是鋼水中[S]進(jìn)入爐渣后，再被氣化去除.

煉鋼原理與工藝

在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐熔池的氧流沖擊區(qū)，由于溫度很高，硫以S、S2、SO和COS的形態(tài)揮發(fā)是可能的。在電弧爐爐氣中已證明有COS存在，所以發(fā)生下列的脫硫反應(yīng)是可能的，即

S2+2CO=2COSSO2+3CO=2CO2+COS

煉鋼原理與工藝3、脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

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：當(dāng)鋼水中硫的傳質(zhì)系數(shù)km很大時(shí)，此時(shí)硫的傳質(zhì)阻力集中于爐渣:煉鋼原理與工藝如Ls一定，ks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：煉鋼原理與工藝4、提高脫硫速率的措施

反應(yīng)界面積A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。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。爐渣堿度、爐渣氧化性和熔池溫度等操作工藝條件均在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)。煉鋼原理與工藝第七節(jié)鋼液的脫磷

磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]形式存在，為方便起見(jiàn)，均用[P]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，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe]

煉鋼原理與工藝

從CaO-P2O5相圖中可以看出3CaO·P2O5為最穩(wěn)定，4CaO·P2O5次之。可以認(rèn)為存在于堿性渣中的應(yīng)是3CaO·P2O5

。由于3CaO·P2O5和4CaO·P2O5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)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4CaO·P2O5

。煉鋼原理與工藝脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)可表示為:

煉鋼原理與工藝煉鋼原理與工藝

表示的是爐渣中某成分的摩爾分?jǐn)?shù)。將[%P]，[%O]分別代替、,可得煉鋼原理與工藝磷的分配系數(shù)

LP主要取決于熔渣成分和溫度。不管LP采用何種表達(dá)，均表明了熔渣的脫磷能力，LP越大說(shuō)明脫磷能力越強(qiáng)，脫磷越完全。煉鋼原理與工藝Wagner的爐渣磷容

2[P]+5[O]+3(O2-)=2(PO43-)煉鋼原理與工藝

取樣分析爐渣和鋼水中的含磷量，可得到LP，應(yīng)用氧濃度電池直接測(cè)定a[O]，再根據(jù)鋼水成分和相互作用系數(shù)，可求出f[P]，從而最終得到CP，這樣就簡(jiǎn)化了熱力學(xué)的計(jì)算，用CP進(jìn)行定量討論。因此，CP也可以理解為爐渣容納磷的能力。煉鋼原理與工藝影響脫磷反應(yīng)的因素

煉鋼溫度的影響。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)KP增大，LP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)性良好的高堿度爐渣。煉鋼原理與工藝爐渣成分的影響。主要表現(xiàn)為爐渣堿度和爐渣氧化性的影響。P2O5屬于酸性氧化物，CaO、MgO等堿性氧化物能降低它的活度，堿度越高，渣中CaO的有效濃度越高，LP越大，脫磷越完全。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，影響流動(dòng)性，對(duì)脫磷反而不利。

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終點(diǎn)熔渣堿度與[P]的關(guān)系

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熔渣中(FeO)含量對(duì)脫磷反應(yīng)具有重要作用，渣中(FeO)是脫磷的首要因素。因?yàn)榱资紫妊趸蒔2O5，然后再與CaO作用生成3CaO·P2O5或4CaO·P2O5。作為磷的氧化劑，(FeO)可增大aFeO，而作為堿性氧化物可降低γP2O5，因此，隨著爐渣(FeO)含量增加，LP增大，促進(jìn)了脫磷，但作為爐渣中的堿性氧化物(FeO)脫磷能力遠(yuǎn)不及(CaO)，當(dāng)爐渣中的(FeO)含量高到一定程度后，相當(dāng)于稀釋了爐渣中(CaO)的濃度，這樣會(huì)使?fàn)t渣的脫磷能力下降。煉鋼原理與工藝終點(diǎn)熔渣（TFe）和[P]的關(guān)系

煉鋼原理與工藝金屬成分的影響。首先鋼液中應(yīng)有較高的[O]，如果鋼液中[Si]、[Mn]、[Cr]、[C]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低時(shí)，脫磷才能順利進(jìn)行。此外，鋼液中各元素含量對(duì)[P]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MgO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。

脫磷的條件：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)臏囟群痛笤?。煉鋼原理與工藝回磷現(xiàn)象

要保證鋼水脫磷效果，必須防止回磷現(xiàn)象。回磷現(xiàn)象就是磷從熔渣中又返回到鋼中。成品鋼中磷含量高于終點(diǎn)磷含量也屬回磷現(xiàn)象。熔渣的堿度或氧化鐵含量降低，或石灰化渣不好，或溫度過(guò)高等均會(huì)引起回磷現(xiàn)象。出鋼過(guò)程中由于脫氧合金加入不當(dāng)，或出鋼下渣，或合金中磷含量較高等因素，也會(huì)導(dǎo)致成品鋼中磷高于終點(diǎn)[P]含量。

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由于脫氧，爐渣堿度、（FeO）含量降低，鋼包內(nèi)有回磷現(xiàn)象，反應(yīng)式如下：

2(FeO)+[Si]=(SiO2)+2[Fe](FeO)+[Mn]=(MnO)+[Fe]2(P2O5)+5[Si]=5(SiO2)+4[P](P2O5)+5[Mn]=5(MnO)+2[P]3(P2O5)+10[Al]=5(Al2O3)+6[P]煉鋼原理與工藝避免鋼水回磷的措施：擋渣出鋼，盡量避免下渣；適當(dāng)提高脫氧前的爐渣堿度；出鋼后向鋼包渣面加一定量石灰，增加爐渣堿度；盡可能采取鋼包脫氧，而不采取爐內(nèi)脫氧；加入鋼包改質(zhì)劑。煉鋼過(guò)程的脫磷反應(yīng)是渣-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)表述外，還有一個(gè)時(shí)間的概念，即脫磷速率。脫磷過(guò)程速率主要取決于[P]向反應(yīng)界面的傳質(zhì)和產(chǎn)物由界面向渣中的傳質(zhì)。

煉鋼原理與工藝雙膜傳質(zhì)理論表示脫磷速率方程

km和ks分別是磷在金屬和熔渣中的傳質(zhì)系數(shù)，Oeter計(jì)算出km=3.90×10-5m.s-1，ks=1.15×10-5m.s-1;A是反應(yīng)界面積;Vm為鋼液體積;K以物質(zhì)的量濃度表示的磷分配比;LP以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示的磷分配比。

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若取K=300，則，則上式可簡(jiǎn)化為：在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼初期，用統(tǒng)計(jì)方法分析脫磷過(guò)程得到的脫磷速率方程:煉鋼原理與工藝還原脫磷要實(shí)現(xiàn)還原脫磷，必須加入比鋁更強(qiáng)的脫氧劑，使鋼液達(dá)到深度還原。通常加入Ca，Ba或CaC2等強(qiáng)還原劑。

3[Ca]+2[P]=3（Ca2+）+2（P3-）

3[Ba]+2[P]=3(Ba2+)+2(P3-)3CaC2(s)+2[P]=3(Ca2+)+2(P3-)+6[C]

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還原脫磷加入強(qiáng)還原劑的同時(shí)，還需加入CaF2，CaO等熔劑造渣。還原脫磷一般是在金屬不宜用氧化脫磷的情況下才使用，如含鉻高的不銹鋼，采用氧化脫磷會(huì)引起鉻的大量氧化。還原脫磷后的渣應(yīng)立即去除，否則渣中的P3-又會(huì)重新氧化成PO43-而造成回磷。煉鋼原理與工藝第八節(jié)鋼液的脫氧

不管是哪種煉鋼方法，都需要在熔池中供氧去除C、Si、Mn、P等雜質(zhì)元素，氧化精煉結(jié)束后，鋼液達(dá)到了一定成分和溫度，其含量一般超過(guò)C-O平衡線。如果鋼水不進(jìn)行脫氧，連鑄坯就得不到正確的凝固組織結(jié)構(gòu)。鋼中氧含量高，還會(huì)產(chǎn)生皮下氣泡、疏松等缺陷，并加劇硫的危害作用。而且還會(huì)生成過(guò)多的氧化物夾雜，降低鋼的塑性、沖擊韌性等力學(xué)性能。因此，必須除去鋼中的過(guò)剩氧。在出鋼或澆鑄過(guò)程中，加脫氧劑適當(dāng)減少鋼液含氧量的操作稱之為脫氧。煉鋼原理與工藝頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)中碳和氧的關(guān)系

煉鋼原理與工藝一、脫氧的方式

按脫氧原理