炼钢用新型复合脱氧剂等辅料有效成分检测技术研究项目立项建议书

1、计划类别：技术创新 编号： 钢铁（集团）有限责任公司技术创新项目立项建议书项目名称： 炼钢用新型复合脱氧剂等辅料 有效成分检测技术研究 申报单位： （公章） 主持单位： 二一三年一月三十日 钢铁（集团）有限责任公司技术创新项目承包领导小组制炼钢用新型复合脱氧剂等辅料有效成分检测技术研究一、概述炼钢过程中，利用对氧的亲和力比fe大的元素，如mn、si、al等，把钢液中的氧夺走，形成不残留在钢液中的脱氧产物如mno、sio2、al2o3等，并从钢水中上浮进入渣中，钢中氧含量达到所炼钢种的要求，这种工艺操作叫做钢液的脱氧。能用来是钢液脱氧的元素或合金叫脱氧剂。1.1氧的危害各种炼钢方法中，都是利用氧

2、化法来除去钢中的大部分杂质元素和有害物质。这就是氧化后期钢中溶入了过量的氧。例如氧气转炉终点cosimn3。1.4 脱氧剂种类及脱氧机理脱氧剂可分为单元素脱氧剂和复合脱氧剂。元素单独脱氧是指在脱氧过程中向钢水中只加单一脱氧元素；而复合脱氧剂指向钢水中同时加入两种或两种以上的脱氧元素。复合脱氧可以提高脱氧元素的脱氧能力；若各种元素用量比例适当，可以生成低熔点脱氧产物，易于从钢水中排出；能提高易挥发性钙、镁等元素在钢水中的溶解度。1.4.1 锰 锰是最常用的脱氧元素，它的脱氧反应为mn+o=(mno) g=-244.53+0.109t 千焦摩尔-1(或g=-58360+26.01t 千焦摩尔-1)

3、lgkmn=lg a(mno)/%mn%o=12760/t-5.68锰的脱氧能力随温度的降低而增大。但是，即使在低温下，锰的脱氧能力还是微弱的。例如，在1600，与0.5%mn平衡的钢中氧含量还高达0.06%。它的脱氧能力较低，但几乎所有的钢都用mn来脱氧，因为它可以增加si和a1的脱氧作用。此外(mno)可以与其他的脱氧产物如sio2等形成低熔点化合物，有利于从钢液中排出。冶炼沸腾钢时，只用锰脱氧。1.4.2 硅 硅是一种强脱氧元素，也是一切镇静钢必不可少的脱氧元素。其脱氧反应如下：si+2o=sio2 g=-593.84+0.233t 千焦摩尔-1(或g=-141830+55.59t 卡摩

4、尔-1)lgksi=lg a(sio2)/%si%o2=31000/t-12.15与硅平衡的钢中氧含量是很低的。例如，在1600，与0.1%si相平衡的钢液氧含量为0.017%，与0.3%si相平衡的钢液氧含量为0.01%，而与1.0%si相平衡的钢液氧含量低至0.007%。与锰相同的是硅的脱氧能力随温度的降低而增强；和锰不同的是硅的脱氧能力在碱性操作中可以得到充分的发挥。这是因为，渣中大量(cao)可以与sio2结合成极稳定的2caosio2，从而大大地降低了sio2的活度，促使si充分氧化。随着%si的增加，脱氧产物组成将循下列顺序而变化：feo+2 feosio2feosio2feosi

5、o2+sio2(s) sio2(s)可见，单独用硅脱氧时，很容易生成固态sio2，对脱氧产物的除去是不利的。1.4.3 铝 铝是炼钢中常用的极强的脱氧元素，气脱氧反应如下：2al+3o=al2o3(s) g=-1200.82+0.395t 千焦摩尔-1(或g=-291360+94.27t 卡摩尔-1)lgkal=lg a(al2o3)/%al2%o3=63685/t-20.59与0.01%al平衡存在的钢中氧含量为0.00044%，与0.1%al平衡存在的钢中氧含量为0.0001%，可见铝的脱氧能力之强。由于铝的脱氧能力几乎强于所有脱氧元素的脱氧能力，所以它常被用为终脱氧剂，以便达到彻底脱氧的

6、目的。当钢液中铝的化学当量超过氧时，产物即为纯al2o3(s)。所以铝不单独使用。钢中加入适量的铝除了做脱氧剂外，还会起到下列作用：（1）铝能与氮形成稳定的aln，因而可以防止氮化铁的生成，降低钢的时效倾向性；（2）用铝脱氧在钢中生成细小而高度弥散的aln和al2o3，它们作为结晶核心，可使晶粒细化。在其后钢的加热过程中，这些细小颗粒又可以防止奥氏体晶粒长大，从而获得细粒钢，提高钢的屈服强度和冲击韧性。为了获得细粒钢，根据钢中碳含量的不同，铝的加入量为0.06%0.12%。1.4.4 钛 钛是一种强脱氧元素，脱氧能力强于硅而和铝相当。钛加入钢中主要是做为合金元素使用，其加入量一般 0.2%。钛

7、的脱氧反应如下：ti+2o=tio2(s) lgkti=lg%ti%o=-30700/t+10.33用钛氧化时，所得脱氧产物因%ti含量而异，随着%ti的增大，脱氧产物循以下顺序而变化： feotio2feotio2 + tio2tio2tio3tio3 + tiotio复合脱氧剂脱氧时不会产生脱氧铝漂浮和裹渣现象，在反应区域内同时存在着几种脱氧产物，它们彼此接近，容易相互熔合成颗粒半径大的硅酸盐，具有较大的上浮速度，易于从钢水中排出。同时，这些半径大的颗粒易吸收周围小颗粒夹杂，使钢水纯净。因此，复合脱氧剂脱氧既能充分发挥强脱氧剂的脱氧作用，又能通过改变脱氧产物组成为夹杂物析出创造更有利的上浮

8、条件，从而改善钢水流动性和提高钢水的纯净度。复合脱氧剂与单元脱氧剂相比，具有下述更好的脱氧效果：（1）增强脱氧元素的作用能力。2个或2个以上脱氧元素的存在，会提高它们单独存在时的脱氧能力。而用三元脱氧剂(如硅锰钙、硅铝钡等)比用二元脱氧剂(如硅钙、硅铝、硅锰等)具有更强的脱氧能力；（2）复合脱氧剂熔点降低，更易均匀分散且同时参加反应，缩短选择性扩散过程，从而促进元素吸收，提高合金元素的收得率；（3）脱氧产物颗粒半径大，易吸收周围小颗粒夹杂，有利于快速上浮排出，使钢液更纯净；（4）脱氧效果更稳定，有利于铸件品质的稳定和提高7。1.4.5 锰铁（fe-mn）在炼钢中，用作脱氧剂锰铁是用量最多的铁合

9、金。锰铁合金的含锰量在50%80%之间。根据含碳量不同，可分为高碳锰铁（又称碳素锰铁，含碳7.0%7.5%）、中碳锰铁（含碳1.0%2.0%）和低碳锰铁（含碳0.2%0.7%）三种。一般来讲，含碳量越高，生产成本越低，锰铁的价格也越低。高碳锰铁通常作为脱氧剂被用于氧气转炉炼钢的脱氧和电弧炉炼钢的预脱氧，而中碳锰铁则主要作为合金剂用于调整钢液成分。锰铁的块度以3050mm为宜，块度过大时熔化时间长；块度太小时则难以下沉。使用前应该在500800的高温下烘烤2小时以上，以免增加钢的氢含量。1.5.6 硅铁（fe-si）在炼钢工业中用作脱氧剂和合金剂。为了获得化学成分合格的钢和保证钢的质量，在炼钢的

10、最后阶段必须进行脱氧，硅和氧之间的化学亲和力很大，因而硅铁是炼钢较强的脱氧剂用于沉淀和扩散脱氧。钢中添加一定数量的硅，能显著提高钢的强度、硬度和弹性，提高钢的磁导率，降低变压器钢的磁滞损耗。一般钢中含硅0.15%-0.35%，结构钢中含硅0.40%1.75%，工具钢中含硅0.30%1.80%，弹簧钢中含硅0.40%2.80%，不锈耐酸钢中含硅3.40%4.00%，耐热钢中含硅1.00%3.00%，硅钢中含硅2%3%或更高。在炼钢工业中，每生产一吨钢大约消耗35kg75%硅铁。根据硅含量不同，硅铁有三个牌号，即fesi45、fesi75、fesi90。随着硅含量的增加，硅铁的密度下降，因此沉淀脱

11、氧常用fesi45或fesi75。fesi45通常含硅40%47%，而fesi75的含硅量一般在72%80%之间。含硅量在50%60%的硅铁极易吸收空气中的水分而粉化，并放出有害气体，所以一般禁止生产这种中间成分的硅铁。fesi75的块度通常为50100mm。硅铁很容易吸收空气中的水分，而且本身含氢量高，因此，应在500800的高温下烤红后使用。1.4.7 硅钙合金（ca-si）硅钙合金是由元素硅、钙和铁组成的复合合金，是一种较为理想的复合脱氧剂、脱硫剂。硅钙合金通常含硅55%65%、含钙24%以上。硅钙合金的脱氧产物为球状，且能均匀分布在钢中。此外，还可减少钢中硫化物夹杂和提高钢的冲击韧性等

12、，因此，在冶炼不锈钢、高级优质结构钢和某些特殊合金时，硅钙合金获得广泛的应用。硅钙合金在潮湿空气中易吸水粉化，运输及储存时应注意防潮。硅钙合金的块度应为200250mm.，使用前应在100150的温度下干燥4小时以上。钙和硅与氧都有很强的亲和力。特别是钙，不仅与氧有极强的亲和力，而且与硫、氮都有很强的亲和力。所以硅钙合金是一种较理想的复合胶氧剂、脱硫剂。硅合金不仅脱氧能力强，脱氧产物易于上浮，易于排出，而且还能改善钢的性能，提高钢的塑性、冲击韧性和流动性。目前硅钙合金可以代替铝进行终脱氧。被应用于优质钢。特殊钢和特殊合金生产中。例如钢轨钢、低碳钢、不锈钢等钢种和镍基合金、钛基合金等特殊合金,均

13、可用硅钙合金作脱氧剂。硅钙合金也适合作转炉练钢车间用的增温剂，硅钙合金还可用作铸铁的孕育剂和球墨铸铁生产中的添加剂。1.4.8 sicaba复合脱氧剂 由si、ca、ba组成的复合脱氧剂不仅与氧有很强的结合力，而且对夹杂物也有很强的变性作用。sicaba复合脱氧剂对夹杂物的去除和变性作用主要表现在降低夹杂物的熔点，改善夹杂物的形状和尺寸，使夹杂物弥散而均匀8。 sicaba复合脱氧剂具有以下优点：（1）当sicaba复合脱氧剂合金中钙的质量分数不变时，随着合金中钡的增加，脱氧终点钢液中的全氧明显降低，说明钡积极参与了钢液脱氧反应并降低了钙的蒸汽压，提高了钙的溶解度和脱氧利用率；（2）当sica

14、ba复合脱氧剂合金中钡不变时，随着合金中钙的增加，终点钢液中全氧呈下降趋势，但高钡合金脱氧终点全氧仅比中钡合金低0.00020.0003 ，这说明即使继续增加合金中的钡，也只能产生很有限的脱氧效果。因此，在实际生产过程中没有必要过多追求合金中的钡；（3）合金中的钡钙比对于降低钢液中夹杂物的尺寸至关重要，当sicaba复合脱氧剂合金中baca约为2.73.5时，夹杂物的尺寸取得最小值9。1.4.9 aicacaicac比重较小，属于扩散脱氧，有利于洁净钢水，其脱氧生成物为还原渣，经钢水冲击和搅拌将多数o、氧化物夹杂进行还原和同化吸收，形成稳定浸润性好的钢包保护渣层，实现了对钢水脱氧、洁净、保温、

15、细化的功能，保证钢水有较好的流动性和连铸生产的顺行。 aicac复合脱氧剂具有以下优点：（1）a1cac复合脱氧剂具有脱氧能力强，脱氧产物易于排除的优点，能有效降低钢中全氧含量，提高钢水纯净度，同时能够提高合金回收率，降低其它合金消耗；（2）采用a1cac复合脱氧剂进行脱氧后，钢水流动性较好，减少了因水口结瘤引起的回炉，铸坯内部组织致密，钢材各项力学性能较好，具有较好的使用效果；（3）用a1cac复合脱氧剂后，钢包渣中tfe含量降低，渣碱度提高，有利于防止二次氧化和出钢回磷。由于出钢过程渣洗，还具备一定的脱硫作用；（4）由于a1cac复合脱氧剂脱氧能力较强，使用成本较低，具有良好的经济效益10

16、。因为脱氧反应是在渣中进行的，因此炉渣脱氧的最大优点是钢液不会被脱氧产物所玷污。但是，其脱氧过程依靠原子的扩散进行，速度极为缓慢，甚至有的研究者指出，实际生产条件下扩散脱氧几乎不可能进行11。然而造还原渣，即向渣中撒加脱氧剂降低其氧化铁含量仍然是有意义的，因为还原性炉渣具有很强的脱硫能力；而且渣中氧化铁含量低时有助于提高和稳定合金元素的收得率，使钢的成分波动范围缩小，合金消耗下降。在钢液的二次精炼中，应用还原渣是很重要的操作手段。复合脱氧剂的脱氧潜力可用复合脱氧剂中主脱氧元素与氧化合总量的大小表示，这种表示可避免忽视元素摩尔质量大脱氧量少，对正确估计元素的脱氧价值是有益的。复合脱氧剂中si可防

17、止易挥发元素ca、mg、ba、sr的蒸发损失，钢液出钢初期采用fesi、mn-si等脱氧和调整成分，si已经有一定的含量，所以不计入si与氧化合量。总化合氧量可用下式表示：总化合氧量=0.4ca +0.888a1 +0.658btg +0.183sr +0.1165ba kgokg复式中，ca、mg、ba一复合脱氧剂中元素含量的百分数(质)，10代人0.1(计算得出的每千克复合脱氧剂结合的总氧量)；0.4、0.1165为系数，即单位质量结合的氧数，ca为momca=1640=0.4，ba为momba=0.1165，ba与氧的化合量最少。推荐复合脱氧剂序号1-8计算的脱氧潜力(kgokg复)为：

18、10.1625 20.1547 30.1513 40.149250.1518 60.1504 70.144 80.1376脱氧潜力在0.140.16okg复之间，即每吨钢液加入1 kg复合脱氧剂时，化合总氧为0.0140.01 6，实际脱氧量与加人量及元素的溶解量有关；但复合脱氧剂能明显地减少元素的溶解量(即消耗量)，有效地提高元素的脱氧利用率12。1.5 脱氧剂的应用展望各种系列脱氧剂均有自身上的优势及不足之处。近年来国内外许多研究者成功地研制出复合型脱氧剂，使其脱氧效果更加先进13。随着脱氧剂研究的深人和使用的推广以及在钢铁企业成功的应用，越来越多的脱氧剂将被研制并发挥更为广泛的用途。而脱

19、氧剂良好的脱氧作用吸引人们将各种脱氧剂用于医药、精密仪器、古玩物品以及其他特种物品的保存。另外作为和脱氧剂配套的脱氧指示剂、各种脱氧包装也会得到人们广泛的注意。作为一种有效的良好的物品保存方法也会得到更为广泛的关注和应用14。值得一提的是脱氧剂在使用中存在一些必须注意的问题，如果不注意则无法达到预期的脱氧的效果。首先必须根据不同的钢种选择合适的脱氧剂种类和型号，另外还必须注意炼钢工艺因素对钢液氧化性的影响。二、立项的必要性复合脱氧剂脱氧时不会产生脱氧铝漂浮和裹渣现象，在反应区域内同时存在着几种脱氧产物，它们彼此接近，容易相互熔合成颗粒半径大的硅酸盐，具有较大的上浮速度，易于从钢水中排出。同时，

20、这些半径大的颗粒易吸收周围小颗粒夹杂，使钢水纯净。因此，复合脱氧剂脱氧既能充分发挥强脱氧剂的脱氧作用，又能通过改变脱氧产物组成为夹杂物析出创造更有利的上浮条件，从而改善钢水流动性和提高钢水的纯净度。复合脱氧剂与单元脱氧剂相比，具有下述更好的脱氧效果：（1）增强脱氧元素的作用能力。2个或2个以上脱氧元素的存在，会提高它们单独存在时的脱氧能力。而用三元脱氧剂（如硅锰钙、硅铝钡等）比用二元脱氧剂（如硅钙、硅铝、硅锰等）具有更强的脱氧能力。（2）复合脱氧剂熔点降低，更易均匀分散且同时参加反应，缩短选择性扩散过程，从而促进元素吸收，提高合金元素的收得率。（3）脱氧产物颗粒半径大，易吸收周围小颗粒夹杂，有

21、利于快速上浮排出，使钢液更纯净。 （4）脱氧效果更稳定，有利于铸件品质的稳定和提高。三、可行性分析1、理论分析2、实验条件（1）实验条件 重庆科技学院化学化工学院的工业分析专业有50多年的办学历史，从办学初期到现在，对各种元素分析已经拥有一支技术力量雄厚的科研团队和资源丰富的实验条件，现有icp-ms、元素分析仪、氧氮分析仪等价值上千万的分析检测设备。为加快学院发展，办出专业特色，学校及学院领导非常重视各种科研活动及科研项目，因此，该项目如果申报成功，能够保障项目有充足的技术资源和实验场地。（2）技术支持 课题组成员长期从事冶金分析检测方面的教学与研究工作，对各种元素的分析检测有丰富的理论知识

22、和较强的实践能力，对特殊样品的制备及处理方面有丰富的经验，为课题的开展提供了可靠保证。（3）课题研究过程中所用试验材料都比较容易得到，学校试验条件比较好，只需要添加部分设备就能够满足项目研究的硬件条件。因此，无论从理论分析，还是从实验条件来看，对开展该项目研究都是比较成熟的。四、项目的研究目标及内容1、项目研究目标针对水钢炼钢生产所需要的增碳剂种类开展分析研究，建立测定不同增碳剂中氮含量的测定方法。2、项目主要研究内容1、炼钢用辅料碳化硅、复合脱氧剂定性分析，首先了解碳化硅、复合脱氧剂由哪些元素组成；2、系统研究碳化硅、复合脱氧剂的分析方法；3、形成炼钢用复合脱氧剂分析方法的技术操作规范；4、

23、跟踪2013年炼钢用不同成分的复合脱氧剂，进行考察、研究和准确分析。3、项目研究方式本项目采用自行研究与开发的方式进行。五、实施方案（含技术、工艺路线等）1、技术路线先了解不同种类的增碳剂，对不同的增碳剂进行研磨粉碎混匀，然后采取仪器分析（元素分析仪）和化学分析法（凯氏定氮法），具体路线如下：（1） 仪器分析法（元素分析仪）见图1：图1 元素分析技术路线（2）化学分析法（凯氏定氮法）见图2：图2凯氏定氮法技术路线2、主要仪器设备 元素分析仪器，样品粉碎机，分析天平，锡簿坩埚，铝加热体，锥形瓶，冷凝管，凯氏烧瓶，圆底烧瓶，加热炉，微量滴定管。3、主要试剂 元素分析标准样品（胱氨酸），高纯氦气，高

24、纯氧气，混合催化剂（无水硫酸钠、硫酸汞和硒粉按质量比64：10：1混合研细），硫酸（ar），高锰酸钾（ar），无水碳酸钠，硼酸，甲基橙指示剂，甲基红和亚甲基蓝混合指示剂。4、实验方案（1）样品处理 先将样品烘干，计算含水量，再将样品研磨粉碎，然后按四分法将样品混匀放干燥器保存备用。（2）元素分析测定增碳剂中氮含量 称取不同量的标准样品，在仪器的工作条件下进行仪器校正，然后再称取一定量的增碳剂样品于锡簿坩埚中打包团圆，将样品包放入样品盘上，设置好仪器的最佳分析条件，点击执行，元素分析仪器自动进行分析检测，分析完成后关闭氧气，待仪器冷却到规定的温度后关闭仪器，将数据进行积分处理，软件自动计算样品中

25、氮的含量。（3）化学分析法（凯氏定氮法）测定增碳剂中氮含量 （i） 在簿纸上称取一定量（粒度小于0.2mm）的干燥样品，将样品包好，放入凯氏烧瓶中，加入催化剂和浓硫酸，然后将凯氏烧瓶放入铝加热体的孔中，并在瓶口插入一短颈玻璃漏斗，打开电源，缓缓加热到350左右，保持此温度直到溶液清澈透明，漂浮的黑色颗粒完全消失为止。如遇到分解不完全的样品，可将样品研磨至0.1mm 以下，加入高锰酸钾，再按上述方法消解完全。（ii）将溶液冷却，用少量蒸馏水稀释后，移至250ml凯氏烧瓶中，用蒸馏水洗净原凯氏烧瓶中的剩余物，并合并在250ml凯氏烧瓶中（体积约为100ml），再往250ml凯氏烧瓶中加入25ml混

26、合碱，按图2的装置接好仪器进行蒸馏。蒸馏液用装有硼酸溶液和混合指示剂的锥形瓶吸收，当锥形瓶的馏出液达到80ml左右时停止加热，此时硼酸溶液有紫色变为绿色。（iii）取下锥形瓶，用洗瓶冲洗干净，然后用硫酸标准溶液滴定吸收液由绿色变为灰色即为终点，由硫酸的消耗量就可以计算出增碳剂中氮的含量，随同做空白实验。六、主要研究人员和承担单位：本项目的主要承担单位为重庆科技学院化学化工学院、水钢技术处中心理化测试室，炉前化验室等辅助完成。主要研究人员：技术处中心： 重庆科技学院： 七、项目期限：研究开发时间：2013年1月2013年12月。2013.032013.05 收集相关资料、调研、确定详细实验方案；

27、2013.062013.07 考察炼钢用辅料的生产厂家的生产工艺和辅料的主要成分、配比。2013.082013.11 碳化硅、复合脱氧剂等辅料成分分析技术规范的研究2013.12 分析、总结、撰写论文和结题报告准备结题。八、项目费用：本项目预计总费用29万，具体如表2：表2 项目预计费用序号内容数量及单位金额（元）备注1特种反应坩锅一批100002助熔剂等试剂一批待添加的隐藏文字内容330000优级纯、标准物质3高纯氦气5瓶10000纯度99.999%4高纯氧5瓶5000纯度99.999%5研究费120000含技术服务、咨询6设备改进费20000含研究、设计、加工7测试化验加工费40000含外

28、检测试等8管理费200009其他费用35000考察、调研费等合计290000九、经济效益计算说明：本项目主要体现为间接经济效益。项目实施不仅可提高自身分析研究和控制分析的水平，制定增碳剂中氮含量的分析方法，而且通过产品质量检测方法的使用，使生产中增碳剂中氮的含量得以准确测定，避免了企业购买伪劣产品对炼钢生产造成的巨大损失，并且提高钢铁产品性能和质量，产生重大的经济效益和社会效益。附件3 钢铁（集团）有限责任公司技术创新项目经费预算书项目名称：增碳剂中氮含量的分析方法研究经费总额（万元）：29.0承担单位（公章）： 编制日期：2010年12月7日技术创新项目经费预算表金额单位：万元序号内容数量及

29、单位金额（万元）备注1特种反应坩锅一批1.02助熔剂等试剂一批3.0优级纯、标准物质3高纯氦气5瓶0.5纯度99.999%4高纯氧5瓶1.0纯度99.999%5研究费12.0含技术服务、咨询6设备改进费2.0含研究、设计、加工7测试化验加工费4.0含外检测试等8管理费2.09其他费用3.5考察、调研费等合计29.0用作脱氧剂的碳化硅制品中sic的分析-金刚石与磨料磨具工程.碳化硅脱氧剂中sic含量分析方法初探-金刚石与磨料磨具工程.碳化硅 新型脱氧剂 含量分析 产品 方法初探 钢铁工业 脱硫效果 分析方法 反应式 测定方法 2012-11-15 - 百度快照碳化硅脱氧剂中sic含量分析方法初探-磨料磨具与磨削1989年06.碳化硅脱氧剂中sic含量分析方法初探,麻金凤-磨料磨具与磨削1989年第06期杂志在线阅读、文章下载。碳化硅脱氧荆是近代发展起来的一种新型脱氧剂.碳化硅脱氧时. 2012-8-3 - 百度快照碳化硅脱氧剂中sic含量分析方法初探-【维普网】-仓储式在线作品.碳化硅脱氧剂中sic含量分析方法初探麻金凤 不详 放入购物车 | 收藏 | 分享 摘要: 【分类】【工