炼钢基本原理

1、钢铁冶金概论计算中心计算中心王丽丽王丽丽6.6. 炼钢基本原理炼钢基本原理铁合金铁合金生铁生铁钢钢成分成分含碳量含碳量2%4.3%0.60%)(C0.60%)。B B、合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元、合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有某些非金属元素如硼、氮等的钢。金属元素如硼、氮等的钢。2 2）按用途分类，分为三大类：结构钢，工具钢，特殊）按用途分类，分为三大类：结构钢，工具钢，

2、特殊性能钢。性能钢。A A、结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括、结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结构等。碳素结构钢是指用来零件及建筑工程用的金属结构等。碳素结构钢是指用来制造工程结构件和机械零件用的钢，其硫、磷等杂质含制造工程结构件和机械零件用的钢，其硫、磷等杂质含量比优质钢高些，一般量比优质钢高些，一般S0.055%S0.055%，P0.045%P0.045%，优，优质碳素钢质碳素钢SS和和PP均均0.040%0.040%。碳素结构钢的价格最低，。碳素结

3、构钢的价格最低，工艺性能良好，产量最大，用途最广。合金结构钢是在工艺性能良好，产量最大，用途最广。合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上，适当地加入一种或数种合金优质碳素结构钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性。元素，用来提高钢的强度、韧性和淬透性。B B、工具钢，包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。、工具钢，包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整（0.65%C1.30%0.65%C1.30%），为了提高钢的综合性能，有），为了提高钢的综合性能，有的钢中加入的钢中加入0.35%0.3

4、5%0.60%0.60%的锰。的锰。合金工具钢不仅含有很高碳，有的高达合金工具钢不仅含有很高碳，有的高达2%2%，而且含有较，而且含有较高的铬（达高的铬（达13%13%）、钨（达）、钨（达9%9%）、钼、钒等合金元素，）、钼、钒等合金元素，这类钢主要用于各式模具。这类钢主要用于各式模具。高速工具钢除含有较高的碳（高速工具钢除含有较高的碳（1%1%左右）外，还含有很高左右）外，还含有很高的钨（有的高达的钨（有的高达19%19%）和铬、钒、钼等合金元素，具有）和铬、钒、钼等合金元素，具有较好的赤热硬性。较好的赤热硬性。C C、特殊性能钢，指的是具有特殊化学性能或力学性能的、特殊性能钢，指的是具有特

5、殊化学性能或力学性能的钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。轴承钢是指用于制造各种环境中工作的各类轴承圈和滚动轴承钢是指用于制造各种环境中工作的各类轴承圈和滚动体的钢，这类钢含碳体的钢，这类钢含碳1%1%左右，含铬最高不超过左右，含铬最高不超过1.65%1.65%，要，要求具有高而均匀的硬度和耐磨性，内部组织和化学成分均求具有高而均匀的硬度和耐磨性，内部组织和化学成分均匀，夹杂物和碳化物的数量及分布要求高。匀，夹杂物和碳化物的数量及分布要求高。不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液，或其他腐蚀介

6、质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐大气、蒸汽和介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、碱和盐等强介质腐水等弱介质腐蚀的称为不锈钢，耐酸、碱和盐等强介质腐蚀的钢称为耐腐蚀钢。不锈钢具有不锈性，但不一定耐腐蚀的钢称为耐腐蚀钢。不锈钢具有不锈性，但不一定耐腐蚀，而耐腐蚀钢则一般都具有较好的不锈性。蚀，而耐腐蚀钢则一般都具有较好的不锈性。弹簧钢主要含有硅、锰、铬合金元素，具有高的弹性极弹簧钢主要含有硅、锰、铬合金元素，具有高的弹性极限、高的疲劳强度以及高的冲击韧性和塑性，专门用于限、高的疲劳强度以及高的冲击韧性和塑性，专门用于制造螺旋簧及其他形状弹簧，对钢

7、的表面性能及脱碳性制造螺旋簧及其他形状弹簧，对钢的表面性能及脱碳性能的要求比一般钢更为严格。能的要求比一般钢更为严格。高温合金指的是在应力及高温同时作用下，具有长时间高温合金指的是在应力及高温同时作用下，具有长时间抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料，抗蠕变能力与高的持久强度和高的抗蚀性的金属材料，常用的有铁基合金、镍基合金、钴基合金，还有铬基合常用的有铁基合金、镍基合金、钴基合金，还有铬基合金、钼基合金及其他合金等。高温合金主要用于制造燃金、钼基合金及其他合金等。高温合金主要用于制造燃汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件。汽轮机、喷气式发动机等高温下工作零部件。6.2 6.2 炼

8、钢用原料炼钢用原料炼钢原料分为金属料和非金属料两大类。炼钢原料分为金属料和非金属料两大类。1 1、金属料、金属料炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、铁合金。炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、铁合金。1 1）铁水）铁水铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%-70%-100%100%，是转炉炼钢的主要热源，铁水物理热占转炉热收，是转炉炼钢的主要热源，铁水物理热占转炉热收入的入的50%50%以上。应努力保证入炉铁水的温度，保证炉内热以上。应努力保证入炉铁水的温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定进入转炉的铁水温度源充足和成渣迅速。我国炼钢规定进入

9、转炉的铁水温度应大于应大于12501250，并且要相对稳定。，并且要相对稳定。铁水成分：铁水成分：Si：铁水：铁水Si含量过高，会因石灰消耗量的增大而使渣含量过高，会因石灰消耗量的增大而使渣量过大，易产生喷溅并加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰量过大，易产生喷溅并加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰熔化，从而影响脱磷、脱硫。如果铁水熔化，从而影响脱磷、脱硫。如果铁水Si含量过低，含量过低，则不易成渣，对脱磷、脱硫也不利，因此通常铁水中则不易成渣，对脱磷、脱硫也不利，因此通常铁水中的硅含量为的硅含量为0.30%-0.70%为宜。为宜。Mn：锰是发热元素，铁水中：锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的氧化后形成的Mn

10、O能能有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。同时铁水含炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而高，终点钢中余锰高，从而可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯净度。净度。但冶炼高锰生铁将使高炉焦比升高，为了降低炼铁焦比但冶炼高锰生铁将使高炉焦比升高，为了降低炼铁焦比目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为0.20%-0.80%0.20%-0.80%。P P：磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，因此：磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害

11、元素，因此要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水P0.20%P0.20%。S S：除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一：除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有30%-40%30%-40%。我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过0.05%0.05%。带渣量：高炉渣中含硫、带渣量：高炉渣中含硫、SiO2SiO2、和、和Al2O3Al2O3量较高，过多的量较高，过多的高炉渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，高炉渣进

12、入转炉内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过带渣量不得超过0.5%0.5%。2 2）废钢）废钢转炉和电炉炼钢均使用废钢，废钢是电弧炉炼钢最主转炉和电炉炼钢均使用废钢，废钢是电弧炉炼钢最主要的金属料，其用量占金属料的要的金属料，其用量占金属料的70%-90%;70%-90%;氧气顶吹转氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的炉用废钢量一般是总装入量的10%-30%,10%-30%,作为调整吹炼作为调整吹炼温度的冷却剂。温度的冷却剂。对废钢的要求：废钢的外形尺寸和块度应保证能从炉对废钢的要求：废

13、钢的外形尺寸和块度应保证能从炉口顺利加入转炉或电炉内。废钢的长度应小于炉口直口顺利加入转炉或电炉内。废钢的长度应小于炉口直径的径的1/21/2，废钢单重一般不应超过，废钢单重一般不应超过300kg300kg。国标要求废。国标要求废钢的长度不大于钢的长度不大于1000mm1000mm，最大单件重量不大于，最大单件重量不大于800kg800kg。废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，爆炸废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品等。废钢的硫、磷含量均物和易燃易爆品以及有毒物品等。废钢的硫、磷含量均不大于不大于0.050%。不同性质的废钢分类存放。不同性质的废钢

14、分类存放。3）铁合金）铁合金铁合金是脱氧及合金化材料。用于钢夜脱氧的铁合金叫铁合金是脱氧及合金化材料。用于钢夜脱氧的铁合金叫做脱氧剂，常用的有：做脱氧剂，常用的有：简单合金：简单合金：Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V， Fe-Ti，Fe-Mo，Fe-W等等复合脱氧剂：复合脱氧剂：Ca-Si合金，合金，Al-Mn-Si合金，合金，Mn-Si合金，合金，Cr-Si合金，合金，Ba-Ca-Si合金，合金，Ba-Al-Si合金等。合金等。对铁合金的要求：块度要合适，加入钢包中的尺寸为对铁合金的要求：块度要合适，加入钢包中的尺寸为5-50mm，加入炉中的尺寸为，加入炉中的尺寸为30-200m

15、m；铁合金使用前；铁合金使用前应烘烤，锰铁、铬铁、硅铁应应烘烤，锰铁、铬铁、硅铁应800，烘烤时间应，烘烤时间应2小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近200 ，时间大于，时间大于1小小时。时。2 2、非金属料、非金属料炼钢用的非金属料主要有造渣材料和氧化剂。炼钢用的非金属料主要有造渣材料和氧化剂。1 1）造渣材料：主要有石灰、萤石和白云石。）造渣材料：主要有石灰、萤石和白云石。石灰：石灰是炼钢主要的造渣材料，由石灰石煅烧而成。石灰：石灰是炼钢主要的造渣材料，由石灰石煅烧而成。主要成分为主要成分为CaOCaO，是脱，是脱P P、脱、脱S S不可缺少的材料。不可缺少的材料。其质

16、量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要影响。因此，石灰影响。因此，石灰CaOCaO含量高，含量高，SiO2SiO2和和S S 含量低，活性度含量低，活性度高，块度适中（对转炉石灰块度为高，块度适中（对转炉石灰块度为20-50mm20-50mm，电炉为，电炉为20-20-60mm60mm），过烧率低，此外，石灰还应保持干燥和新鲜。），过烧率低，此外，石灰还应保持干燥和新鲜。萤石：萤石的主要成分是萤石：萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约，焙烧约930。萤石能。萤石能使使CaO和阻碍石灰溶解的和阻碍石灰溶解的2CaOSiO2外壳的熔点显著降外

17、壳的熔点显著降低，生成低熔点低，生成低熔点3CaOCaF22SiO2（熔点（熔点1362），加），加速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。转炉用萤石要求加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。转炉用萤石要求:块块度在度在5-50mm，且要干燥，清洁。，且要干燥，清洁。白云石：白云石的主要成分白云石：白云石的主要成分CaCO3MgCO3。配加部分。配加部分白云石造渣可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命具有白云石造渣可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿

18、命具有明显效果。明显效果。2 2）氧化剂：主要有氧气、铁矿石和氧化铁皮）氧化剂：主要有氧气、铁矿石和氧化铁皮氧气：氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超氧气：氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过过99.5%99.5%，氧气压力要稳定，并脱除水分。，氧气压力要稳定，并脱除水分。铁矿石：铁矿石中铁的氧化物存在形式是铁矿石：铁矿石中铁的氧化物存在形式是Fe2O3Fe2O3、Fe3O4Fe3O4和和FeOFeO其氧含量分别是其氧含量分别是30.06%30.06%，27.64%27.64%和和22.28%22.28%。在炼钢。在炼钢温度下，温度下， Fe3O4Fe3O4和和FeOFeO 是稳

19、定的，是稳定的，Fe2O3Fe2O3不稳定，在转炉不稳定，在转炉中较少使用。中较少使用。铁矿石是电炉炼钢常用的氧化剂。铁矿石是电炉炼钢常用的氧化剂。铁矿石铁矿石作为氧化剂使用要求含铁量高（全铁作为氧化剂使用要求含铁量高（全铁56%56%），杂质量少，），杂质量少，块度合适。块度合适。氧化铁皮：氧化铁皮亦称铁磷，是钢坯加热，轧制和连氧化铁皮：氧化铁皮亦称铁磷，是钢坯加热，轧制和连铸过程中产生的。有助于化渣和冷却作用，使用时应加铸过程中产生的。有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。热烘烤，保持干燥。6.3 6.3 炼钢基本原理炼钢基本原理由于各元素与氧的亲和力不同，元素氧化的顺序不同。

20、由于各元素与氧的亲和力不同，元素氧化的顺序不同。1 1、当温度、当温度T T14001400时，元素的氧化顺序是：时，元素的氧化顺序是： SiSi MnMn C P Fe C P Fe2 2、当、当14001400T T15301530时元素的氧化顺序是：时元素的氧化顺序是： SiSi C C MnMn P Fe P Fe3 3、当、当T T15301530时，元素的氧化顺序是：时，元素的氧化顺序是： C C SiSi MnMn P Fe P Fe变化规律变化规律氧化图解氧化图解氧化特点氧化特点变化规律变化规律铁和氧的亲和力小于铁和氧的亲和力小于Si、Mn、P与氧的亲和力，但由与氧的亲和力，但

21、由于金属液中铁的浓度最大，质量分数为于金属液中铁的浓度最大，质量分数为90以上，所以上，所以以铁最先被氧化铁最先被氧化，生成大量的，生成大量的Fe0，并通过，并通过Fe0使其使其与氧亲和力大的与氧亲和力大的Si、Mn、P等被迅速氧化。等被迅速氧化。Fe的氧化图解的氧化图解 Fe1/2O2FeO （直接氧化）（直接氧化） FeO FeO （间接氧化）（间接氧化）FeO= （FeO） Fe氧化氧化特点特点放热反应放热反应金属液金属液熔渣之间建立动态平衡熔渣之间建立动态平衡 FeO= （FeO）低温有利于低温有利于Fe的氧化的氧化 FeFe氧化反应特点氧化反应特点变化规律变化规律氧化图解氧化图解氧化

22、特点氧化特点 在吹炼初期就大量氧化在吹炼初期就大量氧化。在吹炼初期，一在吹炼初期，一般在般在3-5分钟后分钟后Si基本上全部被氧化，一直到吹基本上全部被氧化，一直到吹炼终点，也不发生硅的还原。炼终点，也不发生硅的还原。变化规律变化规律 2(CaO)(2FeO.SiO2)(2CaO.SiO2)2(FeO)熔渣熔渣 2(FeO)（SiO2）(2FeO.SiO2) （产物不稳定，随熔（产物不稳定，随熔 渣碱度提高而转变）渣碱度提高而转变）界面界面 Si(2FeO)（SiO2）2Fe Si2O（SiO2） （熔池内反应）（熔池内反应）钢水钢水 SiO2（SiO2） （氧气直接氧化）（氧气直接氧化）Si

23、的氧化图解的氧化图解Si氧化氧化特点特点放热反应放热反应碱性渣中氧化很彻底碱性渣中氧化很彻底Si02 主要与主要与CaO结合成结合成稳定的稳定的2CaO.SiO2低温有利于低温有利于Si的氧化的氧化 SiSi氧化反应特点氧化反应特点变化规律变化规律氧化图解氧化图解氧化特点氧化特点 Mn在吹炼初期迅速氧化在吹炼初期迅速氧化，但不如，但不如Si氧化得快。氧化得快。在开吹时，铁水中在开吹时，铁水中Mn高，同时高，同时Mn和氧的亲和氧的亲和力大和力大 ， Mn被氧化，随着吹炼进行钢中的被氧化，随着吹炼进行钢中的Mn逐步逐步回升。回升。变化规律变化规律 C（MnO ）Mn CO (吹炼后期，炉温升高，吹

24、炼后期，炉温升高， （MnO ） 被还原被还原熔渣熔渣 2( CaO)(MnO.SiO2) （MnO ）(2CaO.SiO2) （在碱性渣中大部分（在碱性渣中大部分呈游离呈游离MnO ） （SiO2）（）（MnO ）(MnO.SiO2) （吹炼前期）（吹炼前期）界面界面 Mn(FeO)（MnO ）2Fe Mn2O（MnO） （熔池内反应）（熔池内反应）钢水钢水 MnO2（MnO） （氧气直接氧化反应）（氧气直接氧化反应）Mn的氧化图解的氧化图解Mn氧化氧化特点特点放热反应放热反应碱性渣中不利于碱性渣中不利于Mn的氧化的氧化Mn0是碱性氧化物，呈自是碱性氧化物，呈自由状态存在，随着冶炼进由状态存

25、在，随着冶炼进行，会发生行，会发生Mn的还原，产的还原，产生生“回锰回锰”低温有利于低温有利于Mn的氧化的氧化 MnMn氧化反应特点氧化反应特点4、 PP变化规律变化规律脱磷原理脱磷原理实际生产中怎样脱磷实际生产中怎样脱磷回磷回磷变化规律变化规律 P在吹炼前期快速降低，在吹炼前期快速降低，进入吹炼中后期略有回升。进入吹炼中后期略有回升。 冶炼的中、后期若炉温过冶炼的中、后期若炉温过高，会发生回磷，出钢脱氧合高，会发生回磷，出钢脱氧合金操作不当也会发生回磷。金操作不当也会发生回磷。 脱磷的原理脱磷的原理P在金属液中存在形态在金属液中存在形态: 磷在钢中以磷化铁（磷在钢中以磷化铁（Fe2P或或Fe

26、3P）的形式存在，一般用的形式存在，一般用P表示表示脱磷反应脱磷反应: n(CaO) ( 3FeO. P2O5)(nCaO.P2O5) 3(FeO) （吹炼中后期，（吹炼中后期， n为为3或或4）熔渣熔渣 3(FeO)（P2O5）( 3FeO. P2O5) （吹炼前期）（吹炼前期）界面界面 2P5(FeO) （P2O5） +5Fe钢水钢水 2P+5O(P2O5) （可能性小）（可能性小） 2P+O2(P2O5) （可能性小）（可能性小）2P+ 5(FeO) n(CaO) (nCaO.P2O5) 5Fe 总的反应式总的反应式放热反应放热反应利于脱磷的热力学条件：利于脱磷的热力学条件：条件条件炉渣

27、的碱度（炉渣的碱度（B）要适当高，）要适当高，B控制在控制在253适当提高炉渣的氧化性，即渣中的氧化铁要高适当提高炉渣的氧化性，即渣中的氧化铁要高适当的低温适当的低温适当的大渣量适当的大渣量回磷回磷回磷回磷定义定义原因原因 回磷回磷是指冶炼后期钢液中是指冶炼后期钢液中磷含量有所回升，以及成品磷含量有所回升，以及成品钢中的含磷量比冶炼终点钢钢中的含磷量比冶炼终点钢水含磷量高的现象。水含磷量高的现象。炉温过高炉温过高出钢、脱氧合金化操作不当出钢、脱氧合金化操作不当合金带入一定数量的合金带入一定数量的P 实际生产中为了去磷，吹炼过程中应根据去磷反应实际生产中为了去磷，吹炼过程中应根据去磷反应的热力学

28、条件，的热力学条件，首先搞好前期化渣首先搞好前期化渣（尽可能采用软吹；尽可能采用软吹；使用活性石灰；使用合成渣料），尽快形成高氧化性使用活性石灰；使用合成渣料），尽快形成高氧化性炉渣，以利在吹炼前期低温去磷。若铁水磷含量高，炉渣，以利在吹炼前期低温去磷。若铁水磷含量高，还可在化好渣的情况下倒掉部分高磷炉渣，以提高脱还可在化好渣的情况下倒掉部分高磷炉渣，以提高脱磷效率。而在磷效率。而在吹炼中、后期吹炼中、后期，则要控制好炉渣碱度和，则要控制好炉渣碱度和渣中渣中 （FeO），保证磷稳定在炉渣中，而），保证磷稳定在炉渣中，而不发生回磷不发生回磷现象现象。实际生产中为了脱磷怎样操作实际生产中为了脱磷怎

29、样操作变化规律变化规律氧化图解氧化图解氧化特点氧化特点 金属液中金属液中C的氧化规律表的氧化规律表现在碳的氧化速度（脱碳速度）现在碳的氧化速度（脱碳速度）上，脱碳速度的变化在整个吹上，脱碳速度的变化在整个吹炼过程分为三个阶段：吹炼前炼过程分为三个阶段：吹炼前期，以期，以Si、Mn氧化为主，脱碳氧化为主，脱碳速度由于温度升高而逐步加快；速度由于温度升高而逐步加快；吹炼中期以碳的氧化为主，脱吹炼中期以碳的氧化为主，脱碳速度达到最大，几乎为常数；碳速度达到最大，几乎为常数；吹炼后期，随着金属熔池中的吹炼后期，随着金属熔池中的碳含量的减少，脱碳速度逐步碳含量的减少，脱碳速度逐步降低。由此可见，整个冶炼

30、过降低。由此可见，整个冶炼过程中程中脱碳速度脱碳速度的变化近似于梯的变化近似于梯形。如图所示形。如图所示变化规律变化规律脱碳速度和吹炼时间关系的模拟图脱碳速度和吹炼时间关系的模拟图C的氧化图解的氧化图解熔渣熔渣 C(FeO)FeCO （乳浊液内反应）（乳浊液内反应）界面界面 C(FeO)FeCO C FeO CO Fe钢水钢水 C2O CO2才反应才反应 ） C1/2O2 CO （氧气射流冲击区，直接氧化反应氧气射流冲击区，直接氧化反应）CO反应主要发生在反应主要发生在气泡和金属的界面上。气泡和金属的界面上。C氧化氧化特点特点反应热效应反应热效应反应地点反应地点在在CO反应中除了与反应中除了与

31、渣中渣中(FeO)的反应是吸的反应是吸热外，都是放热反应热外，都是放热反应C氧化氧化特点特点反应热效应反应热效应反应地点反应地点在在CO反应中除了与反应中除了与渣中渣中(FeO)的反应是吸的反应是吸热外，都是放热反应热外，都是放热反应 C氧化反应特点氧化反应特点5、SSS对钢性能的影响对钢性能的影响硫的变化规律硫的变化规律实际生产中怎样脱硫实际生产中怎样脱硫脱硫脱硫影响影响使钢产生热脆现象使钢产生热脆现象对钢的力学性能产生不利影响对钢的力学性能产生不利影响使钢的焊接性能降低使钢的焊接性能降低使钢的耐腐蚀性能降低使钢的耐腐蚀性能降低能改善易切削钢的切削性能能改善易切削钢的切削性能 硫对钢性能的影

32、响硫对钢性能的影响总结：硫对绝大多数钢种而言是总结：硫对绝大多数钢种而言是有害的，应严格限制钢中的含硫有害的，应严格限制钢中的含硫量，所以脱硫是炼钢的主要任务量，所以脱硫是炼钢的主要任务之一之一 普通碳素钢普通碳素钢 0.050优质碳素钢优质碳素钢0.040高级优质钢高级优质钢0.030一般钢种允许的为一般钢种允许的为0.0150.045，炼钢生铁，炼钢生铁0.030.07不同钢种对硫的要求：不同钢种对硫的要求：变化规律变化规律 S在开吹后下降不明显，在吹炼中、后期，高在开吹后下降不明显，在吹炼中、后期，高碱度活性渣形成后，温度升高才得以脱除。碱度活性渣形成后，温度升高才得以脱除。脱硫脱硫途径

33、途径炉渣脱硫炉渣脱硫汽化脱硫汽化脱硫 脱硫途径脱硫途径 硫的存在形式：硫在金属液中存在三种形式，即硫的存在形式：硫在金属液中存在三种形式，即FeSFeS、S S和和S S2 2，FeSFeS既溶于钢液，也溶于熔渣既溶于钢液，也溶于熔渣炉渣脱硫炉渣脱硫碱性氧化渣脱硫反应：碱性氧化渣脱硫反应： 熔渣熔渣 （CaO） （CaS） 界面界面 FeS（CaO）（）（CaS）(FeO) 钢水钢水 FeS脱硫反应图解脱硫反应图解（MnO）、（）、（MgO）也可发生脱硫反应也可发生脱硫反应利于脱硫的热力学条件：利于脱硫的热力学条件：条件条件炉渣的碱度（炉渣的碱度（B）要适当高，）要适当高，B控制在控制在3.0

34、3.5炉渣的氧化性要适当低，即炉渣的氧化性要适当低，即(FeO)要适当低要适当低高温高温适当增大渣量适当增大渣量实际生产中为了脱硫怎样操作实际生产中为了脱硫怎样操作 在吹炼过程中，为了去硫，就要充分应用在吹炼过程中，为了去硫，就要充分应用脱硫的热力学条件，实现高温状况下化好渣，脱硫的热力学条件，实现高温状况下化好渣，利用吹炼过程的中、后期高温、高碱度、低氧利用吹炼过程的中、后期高温、高碱度、低氧化性的有利条件去硫化性的有利条件去硫 去硫量一般占总去硫量的去硫量一般占总去硫量的1040。有文献中有文献中指出，在氧气顶吹转炉内，直接气化脱硫是不可能实现的；指出，在氧气顶吹转炉内，直接气化脱硫是不可

35、能实现的；只有在钢液中没有只有在钢液中没有Si、Mn、C或含或含C很少很少时，在氧化性气流强烈流动并能顺利排出的条件下，才有可时，在氧化性气流强烈流动并能顺利排出的条件下，才有可能直接气化脱硫。因此，钢液气化脱硫的最大可能是钢液中能直接气化脱硫。因此，钢液气化脱硫的最大可能是钢液中S进入炉渣后，再被气化去除，即：进入炉渣后，再被气化去除，即： 气化去硫气化去硫 从反应式可以看出：从反应式可以看出：硫必硫必须首先从钢液中进入熔渣，才须首先从钢液中进入熔渣，才有可能气化去除。所以钢有可能气化去除。所以钢渣渣间的去硫反应是气化去硫的基间的去硫反应是气化去硫的基础。另外还可以看出：高碱度础。另外还可以

36、看出：高碱度渣对气化去硫不利。渣对气化去硫不利。 6、熔渣成分、熔渣成分的变化规律的变化规律熔渣成分熔渣成分元素的氧化元素的氧化元素的脱除元素的脱除（FeO）、）、 （CaO） （MnO） 、 （MgO） （SiO2） 、（、（P2O5） 铁水中的铁水中的Si、P、Mn、Fe的氧化产物的氧化产物 加入的石灰溶解而生成、少量的其它渣料加入的石灰溶解而生成、少量的其它渣料（白云石、萤石等）（白云石、萤石等） 带入转炉内的高炉渣、侵蚀的炉衬带入转炉内的高炉渣、侵蚀的炉衬 7、 成渣过程成渣过程 开吹后，铁水中开吹后，铁水中Si、Mn、Fe、P等元素氧化生成等元素氧化生成FeO、SiO2、MnO、P2

37、O5等氧化物进入渣中。等氧化物进入渣中。 吹炼初期渣中主要矿物组成为各类橄榄石（吹炼初期渣中主要矿物组成为各类橄榄石（Fe、Mn、Mg、Ca）SiO4和玻璃体和玻璃体SiO2 随着炉渣中石灰溶解，随碱度增加而形成随着炉渣中石灰溶解，随碱度增加而形成CaOSiO2，3CaO2SiO2，2CaOSiO2，3CaOSiO2，其中最稳定的，其中最稳定的是是2CaOSiO2 到吹炼后期，到吹炼后期，C一一O反应减弱，（反应减弱，（FeO）有所提高，石）有所提高，石灰进一步溶解，渣中可能产生铁酸钙灰进一步溶解，渣中可能产生铁酸钙炉渣形成过程炉渣形成过程炉渣中的化合物及其熔点炉渣中的化合物及其熔点化合物化合

38、物矿物名称矿物名称熔点，熔点，化合物化合物矿物名称矿物名称熔点，熔点，CaO SiO2硅酸钙硅酸钙1550CaO Mg O SiO2钙镁橄榄石钙镁橄榄石1390MnO SiO2硅酸锰硅酸锰1285CaO Fe O SiO2钙铁橄榄石钙铁橄榄石1205MgO SiO2硅酸镁硅酸镁15572CaO Mg O 2 2SiO2镁黄长石镁黄长石14502CaO SiO2硅酸二钙硅酸二钙21303CaO Mg O SiO2镁蔷薇灰石镁蔷薇灰石1550FeO SiO2铁橄榄石铁橄榄石12052CaO P2O5磷酸二钙磷酸二钙13202MnO SiO2锰橄榄石锰橄榄石1345CaO Fe2O3铁酸钙铁酸钙12

39、302Mg O SiO2MgOMgO. Al. Al2 2O O3 3 镁橄榄石镁橄榄石铝酸镁铝酸镁189021302CaO Fe2O3CaOCaO. CaF. CaF2 2 正铁酸钙正铁酸钙氟酸钙氟酸钙142014008、石灰的溶解、石灰的溶解 由图可见，在由图可见，在25的吹的吹炼时间内，渣主要靠元素炼时间内，渣主要靠元素Si、Mn、P和和Fe的氧化形的氧化形成。在此以后的时间里，成。在此以后的时间里，成渣主要是石灰的溶解，成渣主要是石灰的溶解，特别是吹炼时间的特别是吹炼时间的60以以后，由于炉温升高，石灰后，由于炉温升高，石灰溶解加快使渣大量形成溶解加快使渣大量形成 图图 吹炼过程中渣量

40、吹炼过程中渣量q1和和石灰溶解量石灰溶解量q2的变化的变化矿石冷却；矿石冷却；b废钢冷却废钢冷却石灰在炉渣中的溶解过程：石灰在炉渣中的溶解过程： 分为三步分为三步 第一步，液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁第一步，液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁移，并沿气孔向石灰块内部迁移移，并沿气孔向石灰块内部迁移第二步，炉渣与石灰在反应区进行化学反应，形成新第二步，炉渣与石灰在反应区进行化学反应，形成新相。反应不仅在石灰块外表面进行。而且在内部气孔相。反应不仅在石灰块外表面进行。而且在内部气孔表面上进行表面上进行2（FeO）+（SiO2）+ CaO （FeOX）+（CaO FeO SiO

41、2） 熔点熔点1205 （Fe2O3）+2 CaO （2 CaO Fe2O3） 熔点熔点 1420（CaO FeO SiO2）+ CaO（2CaOSiO2）+（FeO）(SiO2)（MnO） CaO （CaO. MnO. SiO2 ） 熔点熔点1355第三步第三步, 反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。影响石灰溶解的主要因素影响石灰溶解的主要因素 （1） 炉渣成分炉渣成分 实践证明，炉渣成分对石灰溶解实践证明，炉渣成分对石灰溶解速度有很大影响。有研究表明，石灰溶解与炉渣成速度有很大影响。有研究表明，石灰溶解与炉渣成分之间的统计关系为：分之间的统计关系为： （

42、FeO）：（）：（FeO）对石灰溶解速度影响最大，它是石灰溶对石灰溶解速度影响最大，它是石灰溶解的基本熔剂。其原因是：解的基本熔剂。其原因是： 1）它能显著降低炉渣粘度，加速石灰溶解过程的传质。）它能显著降低炉渣粘度，加速石灰溶解过程的传质。 2）它能改善炉渣对石灰的润湿和向石灰孔隙中的渗透。）它能改善炉渣对石灰的润湿和向石灰孔隙中的渗透。 3）它的离子半径不大）它的离子半径不大 4）它能减少石灰块表面）它能减少石灰块表面2CaOSiO2的生成，并使生成的的生成，并使生成的2CaOSiO2变疏松，有利石灰溶解变疏松，有利石灰溶解（CaO）：）：对石灰溶解速度的影响具有极值性，石灰的对石灰溶解速

43、度的影响具有极值性，石灰的溶解速度随着渣中溶解速度随着渣中CaO的增高先是增大，在的增高先是增大，在CaO达到某达到某一值时，石灰的溶解速度达到最大，再继续增加，石灰一值时，石灰的溶解速度达到最大，再继续增加，石灰的溶解速度反而减少的溶解速度反而减少（SiO2）：）：对石灰溶解速度的影响具有极值性作用，当对石灰溶解速度的影响具有极值性作用，当（SiO2）20%，随着随着SiO2的增加，熔点降低，粘度值的增加，熔点降低，粘度值降低，石灰溶解速度增加。当（降低，石灰溶解速度增加。当（SiO2）20%，生成生成2CaO.SiO2，阻碍渗透。当（阻碍渗透。当（SiO2）30%，大量的复大量的复合硅氧阴

44、离子而使炉渣的粘度数值大大增加合硅氧阴离子而使炉渣的粘度数值大大增加 （MnO）：）：渣中（渣中（MnO）对石灰溶解速度的影响仅次于对石灰溶解速度的影响仅次于 （FeO），），故在生产中可在渣料中配加锰矿，仅在（故在生产中可在渣料中配加锰矿，仅在（FeO） 足够的情况下，足够的情况下，MnO才能有效地帮助石灰熔解，而当才能有效地帮助石灰熔解，而当MnO超过超过26%后，如果（后，如果（FeO）不足，反而会误滞石灰的溶解不足，反而会误滞石灰的溶解（MgO）：（）：（MgO）=6%，对于石灰的溶解是有利的。对于石灰的溶解是有利的。因为因为CaOMgOSiO2系化合物的熔点都比系化合物的熔点都比2C

45、aO.SiO2低低（2）温度）温度 熔池温度高，使石灰的溶解加速进行。熔池温度高，使石灰的溶解加速进行。（3 3）熔池的搅拌）熔池的搅拌 加快熔池的搅拌，可以显著改善石灰加快熔池的搅拌，可以显著改善石灰溶解的传质过程，增加反应界面，提高石灰溶解速度。复吹溶解的传质过程，增加反应界面，提高石灰溶解速度。复吹转炉的生产实践也已证明，由于熔池搅拌加强，使石灰溶解转炉的生产实践也已证明，由于熔池搅拌加强，使石灰溶解和成渣速度都比顶吹转炉提高和成渣速度都比顶吹转炉提高（4）石灰质量）石灰质量 表面疏松，气孔率高，反应能力强的活表面疏松，气孔率高，反应能力强的活性石灰，能够有利于炉渣向石灰块内渗透，也扩大

46、了反应性石灰，能够有利于炉渣向石灰块内渗透，也扩大了反应界面，加速了石灰溶解过程界面，加速了石灰溶解过程（5）铁水成分）铁水成分 铁水中铁水中Mn高（为高（为0.61.0）时，）时，初期渣形成快，中期渣返干现象减轻。铁水中初期渣形成快，中期渣返干现象减轻。铁水中Si过低，过低，不利于石灰溶解不利于石灰溶解（6）助熔剂）助熔剂 萤石（萤石（CaF2）：）：CaF2与与CaO、SiO2形成形成1362的低熔点共晶体，能加速石灰溶解，其反应式如下：的低熔点共晶体，能加速石灰溶解，其反应式如下：2（CaF2）3（SiO2）SiF42(CaOSiO2) 熔点熔点15503（CaO）（）（SiO2）（）（

47、CaF2） （3CaOCaF2 2SiO2）熔点熔点1362 铁矿或铁皮：铁矿或铁皮：能增加渣中能增加渣中FeOFeO和和FeFe2 2O O3 3含量，加速石灰溶解含量，加速石灰溶解（7）渣料的加入方法）渣料的加入方法 应根据炉内温度和化渣情况，正确应根据炉内温度和化渣情况，正确地确定渣料的批量和加入时间，渣料加得过早或批量过大，地确定渣料的批量和加入时间，渣料加得过早或批量过大，都影响炉温，不利于化渣都影响炉温，不利于化渣 改进石灰质量（采用活性石灰）改进石灰质量（采用活性石灰） 适当改变助溶剂成分。增加氧化锰、萤石和少量适当改变助溶剂成分。增加氧化锰、萤石和少量的氧化镁，以便组成低熔点的

48、矿物，都有利于石的氧化镁，以便组成低熔点的矿物，都有利于石灰的渣化灰的渣化 提高开吹温度（前期可以进行适当低枪位操作，提高开吹温度（前期可以进行适当低枪位操作，有条件的话可以用矿石代替废钢作冷却剂）有条件的话可以用矿石代替废钢作冷却剂） 采用合适的枪位既能促进石灰的渣化，又可避免采用合适的枪位既能促进石灰的渣化，又可避免发生喷溅，还可在碳的激烈氧化期保持熔渣不返发生喷溅，还可在碳的激烈氧化期保持熔渣不返干干 采用合成渣可以促进熔渣的快速形成采用合成渣可以促进熔渣的快速形成 加快石灰熔化的途径加快石灰熔化的途径熔渣中（熔渣中（FeO）的变化规律）的变化规律（FeO）（FeO）含量）含量变化影响因素变化影响因素（FeO）变化规律）变化规律熔渣中（熔渣中（FeO）变化的影响因）变化的影响因素素（FeO）含量变化含量变化影响因素影响因素枪位枪位：枪位低，（枪位低，（FeO）降低；否则，相反。）降低；否则，相反。 矿石矿石：渣料中加的矿石多，则（渣料中加的矿石多，则（FeO） 增加增加 脱碳速度脱碳速度 ：脱碳速度快，渣中（脱碳速度快，渣中（FeO）低）低 （FeO）变化规律）变化规律 前、后期高，中期低前、后期高，中期低熔渣中（熔