炼钢中氧化钙的作用教学内容

1、炼钢中氧化钙的作用精品资料炼钢中氧化钙（生石灰）的作用炼钢的原理是把生铁炼成钢，它是一个氧化-还原过程。在炼钢过程中要加 入熔剂使生铁的硫、磷等形成炉渣而除去。现在炼钢过程没有使用石灰石的，而是使用活性石灰。由于煨烧石灰的原 料通常含有以SiO2为主的杂质，使煨烧后石灰的组成中有游离氧化钙和结合 氧化钙，游离氧化钙中又分活性氧化钙和非活性氧化钙。非活性氧化钙在普通 溶解条件下，不能同水发生反应，但有可能转化为活性氧化钙；活性氧化钙则 是在普通溶解条件下能同水发生反应的那部分游离氧化钙。一般定义活性氧化 钙含量高的石灰为活性石灰；而把活性氧化钙含量低的石灰称为非活性石灰或 硬石灰。CaO含量越高

2、越好，而有害成分 SiO2及S越低越好，不同的炼钢厂考虑 到当地石灰的质量问题，对石灰成分的具体要求不尽相同。一般来说，石灰的 有效碱应不低于80%-85% , SiO2不超过2.5%。 S低于0.2%。反应式：3CaO+5Fe3（PO4） 高温-P2O5+5FeFeS+C aM 高温-CaS+FeO地壳所含的金属中，铁是含量仅次于铝的第二大金属材料。存在于地壳里 的铁都以化合物的状态分布在各种矿物中。地壳里含铁的矿物约有300多种,但可用于炼铁的矿石却只有少量的几种。磁铁矿（成分是四氧化三铁）的含铁 量最高，为50%65%;赤铁矿（成分是三氧化二铁）的含铁量稍低；菱铁矿 （成分是碳酸铁）和褐

3、铁矿（成分是三氧化二铁的水合物）中铁的含量更少一 些，但仍可用于炼铁。铁矿石怎样炼成铁呢？要使氧化铁变为金属铁，必须要有适当的还原剂。 炼铁的还原剂主要是一氧化碳，它在炼铁过程中担负着从氧化铁矿石中夺取氧 的任务。那么，一氧化碳又是从哪里来的呢？在炼铁过程中，焦炭先跟热空气 中的氧发生反应，生成二氧化碳。二氧化碳再与炽热的焦炭反应，生成一氧化 碳。在铁矿石中，除了氧化铁以外，还含有大量的废石。这种废石称为脉 石，主要成分是二氧化硅，还有少量氧化铝。脉石夹杂在炼出的铁中，影响铁 的质量，必须除掉。石灰石在高温下会分解成氧化钙和二氧化碳。氧化钙能与 二氧化硅结合，生成熔点比较低的硅酸钙。硅酸钙的密

4、度较铁小，在高炉的下 部成为炉渣，漂浮在铁水的上面而与铁水分开。炼铁的过程包括两个主要作用：第一是还原作用，用一氧化碳第二是造渣 作用，使矿石中无用的脉石变成炉渣除去。这两个过程是在被称为高炉的炼铁 炉中进行的，炼铁炉高达几十米，因此称为高炉。它炼出的铁称为生铁，一般 含2%4.5%的碳，所以生铁实际上是一种铁碳含金。生铁可分为两种：一种用于炼钢，它是碳和铁形成的化合物。如果把这种 生铁砸开，它的断面是白色的，因此叫做白口铁。白口铁的性质硬而脆，不适 宜铸造成机械部件，也不适合用机床切削加工。另外一种生铁可用来铸造机器的底座、农具等。在这种生铁中，有些碳以 游离状态存在，如果把它砸成两半，它的

5、断面是灰色的，因此叫做灰口铁。灰 口铁的熔点低，熔化以后流动性好，适宜铸造。它的质地也比较软，便于用机 床切削加工。有一种生铁中所含的游离状态的碳是球形的。如果用这种生铁进行铸造， 就叫做球墨铸铁。球墨铸铁的机械强度高，容易用机床切削加工，在某些地方 可用来代替钢材，但价格却比钢材便宜得多。我们经常用的铁铲、铁勺等生活用品则是用熟铁制成的。熟铁和生铁的不 同点主要在于铁中碳含量的高低，熟铁中碳的含量远比生铁低，一般在 0.1% 以下。熟铁是在反射炉中用生铁和氧化铁在高温下搅拌熔炼，得到一种半熔融 状态的渣铁混合物。再把这种混合物锻打，挤掉里面的渣子，去掉杂质，最后 得到熟铁。它的韧性和延展性都

6、比较好，很容易锻打成形，古代人用来制造兵 器。要想根本上改善生铁的性质，就要将铁炼成钢。生铁的性质硬而脆，这和 它的含碳量比较高有关。生铁中还有一些有害的杂质，如硫和磷，钮和硅的含 量也多了一些。所以炼钢的过程就是，第一降低碳的含量；第二除去硫和磷； 第三调整钮和硅的含量。含磷较多的钢，在室温或更低的温度下使用时，容易脆裂，称为“冷脆”。 钢中含碳越高，磷引起的脆性越严重。一般普通钢中规定含磷量不超过 0.045%,优质钢要求含磷更少。生铁中的磷，主要来自铁矿石中的磷酸盐。氧 化磷和氧化铁的热力学稳定性相近。在高炉的还原条件下，炉料中的磷几乎全 部被还原并溶入铁水。如选矿不能除去磷的化合物，脱

7、磷就只能在（高）炉外 或碱性炼钢炉中进行。1879年托马斯（S.Thomas）发明了能处理高磷铁水的碱性转炉炼钢法， 碱性炉渣的脱磷原理接着被推广到平炉炼钢中去，使大量含磷铁矿石得以用于 生产钢铁，对现代钢铁工业的发展作出了重大的贡献。碱性渣的脱磷作用脱磷反应是在炉渣与含磷铁水的界面上进行的。钢液中的磷kg2Pkg2 和氧kg2Okg2 结合成气态PO的反应：2P+5O -> PO1451(1)1600 时的平衡常数非常小(=4.4 Xl0),kg2要靠生成PO气体逸出而使钢液脱磷，显然是不行的。但如果钢液和碱性渣接触，PO就会与渣中的氧化钙(CaO)结合成稳定的3CaOPO£

8、4CaOPO总反应是：2P+5O+3(CaO) ->(3CaOPO)(2)1600 时,=1.7 X 10 或 2P+5O+4(CaO) ->(4CaOPO)(3)1600时，=3.5X10平衡常数如此大，说明碱性渣的脱磷能力是很强的。熔渣离子理论认为：碱性渣中含有自由的氧离子0,它能与PO结合成稳定的P0离子，脱磷反应是：2P+5O+3(O) ->2(P0) (4)不管是分子理论或离子理论，但是有一个重要的事实是：3Ca0P04Ca0P0P0ffi有很高的热力学稳定性。根据熔渣阴 离子聚合模型(见马松模型)，P0还能与渣中的硅-氧链结构形成SiP。SiPO SiP0等稳定的

9、复合阴离子。渣量、Fe0含量、温度对脱磷的影响增大谓量，或将含磷多的炉渣放出，另造新的碱性渣，都是使钢液有效脱磷的措施。渣中含有足够量的Fe0不仅可以向钢液传送氧，还能使加入炉内的固体石灰更快地溶入渣中，使法中自由的0离子增多，从而提高熔渣的脱磷能力。脱磷是放热反应，温度较低有利 于反应的进行。各种炼钢方法脱磷的特点在平炉炼钢及电弧炉炼钢氧化期中，渣中含有足够数量的FeQ在氧气顶吹转炉炼钢中，调节氧枪位置高低也可保持渣中含 有一定量的FeQ在脱碳的同时也可以脱磷。但在空气底吹转炉炼钢（托马斯 法）时，脱磷与脱碳不能同步进行。其主要原因是：空气穿过钢水时，其中的 氧被硅、钻、碳的氧化所消耗殆尽，渣中缺乏足够量的FeO,加入的固体石灰也很少溶入渣内，渣的脱磷能力很差。只有待吹炼后期，钢中碳降到很低时，渣中FeO含量增大，使固体石灰迅速溶解入渣后，才能有效地脱磷。这称为 “后 吹”去磷。氧气底吹转炉炼钢也有类似的情况，主要靠后吹去磷。为避免后 吹，可用吹入石灰粉或人造合成法的办法以加速石灰的溶解，提早去磷。回磷及防止方法脱磷反应速度甚快，容易接近平衡。在钢水脱氧时，温度较高，如果渣中CaO含量不够高，加入脱氧剂后，钢中溶解的氧减少，这些不 利于脱磷的条件凑在一起，会使去磷反应的平衡向反方向