第3章 基本理论

1、河北联合大学钢铁冶金学炼钢部分第三章 基本理论n脱碳反应脱碳反应n脱磷反应脱磷反应n脱硫反应脱硫反应n钢液中的气体钢液中的气体n夹杂物去除夹杂物去除3.1脱碳反应n炼钢熔池主要元素的氧化次序 SiMnCrCFePS（Si、Mn含量祥差不多或%Si%Mn时）碳焰上升的温度决定于Si-C转化温度Tsi，TTsi，C氧化的产物CO将被Si还原，发生下面反应：Si+2CO=（SiO2）+2CTTsi时，生成的CO才能稳定存在而不被还原。C C在溶铁中的溶解在溶铁中的溶解溶解性溶解性高温下不熔化：3500升华在钢水中溶解：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：其它元素的影响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热效应热效应 碳溶解吸热：Cs C G = 5400 10.1T calmol-1理论计算：0.10% 2.8 经验值：0.10% 510三脱碳反应热力学三脱碳反应热力学 n碳与气体氧：C+1/2O=CO （一）G= -139394-41.274T J/mol G1873= -216697 J/moln碳与溶解氧：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也是碳的氧化剂C+ CO2=2CO（四）G= -144758-129.577 G1873= -97909 J/mol n在炼钢温度下，只有当碳低于0.1时，气相中CO2方能达到1%以上，所以推断在炼钢熔池中碳的氧化产物绝大多数为CO。平衡常数 C + O = CO温度 150016001700K454419390lgKC=1160/T+2.003 (1) lgKC=811/T+2.205 (2) lgKC=1860/T+1.643 (3) K随温度变化较小 脱碳是弱放热反应碳氧积碳氧积 K = PCO / (acao) = PCO / (%C%O) fC

4、、 fO1 PCO1 atm ，K 随温度变化小 碳氧积碳氧积：m %C%O 1/K 常数 一般来讲，m值也具有化学反应平衡常数的性质，在一定温度和压力下应是一个常数，而与反应物和生成物的浓度无关系。如上所述因C+O=CO反应的平衡常数随温度变化不大，所以在炼钢过程中的温度范围内，熔池中%O和%C之间具有等边双曲线函数的关系。定义：定义：在平衡条件下，钢液中C和O的乘积 在实际熔池中在实际熔池中，C、O未达到平衡未达到平衡 C和O的乘积必定大于必定大于碳氧积 m 唐钢实测唐钢实测：低碳区 0.00320.0035 （平衡值 m = 0.0025）碳氧积应用碳氧积应用 C与O含量的关系： 实际生

5、产中基本规律保持不变 C低O高 C高O低脱碳结果：钢水中O含量上升兑铁喷溅：C + O = CO 铁水中C含量高过剩氧过剩氧定义：与熔池中C平衡的氧含量和熔池内实际氧含量之差 %O = %OO熔池平衡 高碳区：O扩散为反应的限制条件，O富集少，过剩氧少低碳区：C扩散为反应的限制条件，O富集多，过剩氧多唐钢150t转炉测量结果碳含量 %实测氧含量 ppm平衡氧含量ppm过剩氧ppm0.080.04400800300600100200过剩氧n过剩氧%O的大小与脱碳反应动力学有关。脱碳速度大，则反应接近平衡，过剩氧值较小，反之，过剩氧就更大。且炉渣中的aFeO越高，实际%O也越高。n过剩氧%O随含碳

6、量而有不同，碳越低，%O越靠近平衡线。底吹转炉在C0.03%时接近Pco=1atm的平衡曲线。底吹转炉熔池气泡中会有冷却剂分解产物。按Pco=0.4atm考虑，而实际%O和平衡曲线更近，这是由于底吹法对熔池搅拌更为强烈的缘故。n正因为熔池中%C和%O基本上保持着平衡的关系。%C高时，%O低。在%C高时增加供氧量只能提高脱碳速度，而不会增加熔池的%O；但是要使%C降低到很低的数值（0.150.20）必须维持熔池中高的%O。%C低时，%O还与渣中aFeO，熔池温度等有关。压力对脱碳反应的影响CO=mPco O=Pco/C 一定C下，Pco越高，O越低。因CO反应产物为气体CO和CO2，所以当温度一

7、定时，CO平衡关系还要受Pco或总压的影响。当Pco1时，CO平衡关系如图所示n综上所述，从热力学条件考虑，影响脱碳反应的因素是：n（）大fc有利于脱碳；n（）增大fo和%O有利于脱碳；n（）降低气相中CO的分压能使脱碳反应顺利进行；n（）温度对脱碳反应的影响不大。三、Mn的氧化% MnOMnOw MnOKfMn fO% %MnOMnOKffOw MnOMn(%)MnLC FeOMn的氧化与渣中FeO的关系nMn的氧化特点和经济指标关系？n操作好，终点Mn剩的多，加入的MnFe矿就少nC、O关系：终点C高O低nFeO多，利于化渣第二节 脱磷反应一冶炼脱磷的必要性一冶炼脱磷的必要性P是有害元素：

8、冷脆、塑性差 钢种有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精炼不能脱磷：精炼为还原气氛，无法脱磷出钢及精炼回磷导致磷超标：要求进一步降低终点磷含量二脱磷方式二脱磷方式氧化脱磷：转炉、电炉、铁水预处理的主要方式还原脱磷：成本太高，处于研究阶段 （P110自学）三造渣在脱磷中的必要性三造渣在脱磷中的必要性铁水中铁水中P无法氧化成无法氧化成P2O5 2525gPOPO176950 127.95GT 2525lPOPO168350 133.65GT 1600，平衡常数: 4.410-8 和 2.810-10 即使aO=0.23（饱和），在P2O5活度为1时，aP=3.6106在常见P含

9、量（0.100%）情况下，不会产生上述反应脱磷唯一方法：降低脱磷唯一方法：降低P2O5活度活度四脱磷热力学四脱磷热力学两种理论两种理论离子理论 反映了脱磷实质：钢中O使P氧化，渣中(O-2)降低P2O5活度生产应用不方便：不太直观分子理论 2342532POOPO 2525335PFeOCaOCaO POFe 2525445PFeOCaOCaO POFe应用较多：方便直观磷在钢中是以磷在钢中是以FeFe3 3PP或或FeFe2 2PP形式存在，为形式存在，为方便起见，均用方便起见，均用PP表示。炼钢过程的脱磷表示。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的，首先反应是在金属液与熔渣界面进行的

10、，首先是是PP被氧化成（被氧化成（P P2 2O O5 5），而后与（），而后与（CaOCaO）结）结合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为：合成稳定的磷酸钙，其反应式可表示为： 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 从从CaO-PCaO-P2 2O O5 5相图中可以看出相图中可以看出3CaO3CaOP P2 2O O5 5为最稳定，为最稳定，4CaO4CaOP P2

11、 2O O5 5次之。可以认为存在于碱性渣中的应是次之。可以认为存在于碱性渣中的应是3CaO3CaOP P2 2O O5 5 。 由于由于3CaO3CaOP P2 2O O5 5和和4CaO4CaOP P2 2O O5 5的反应生成自由能值的反应生成自由能值很相近，在热力学分析时，有两种磷酸盐得出的结很相近，在热力学分析时，有两种磷酸盐得出的结论基本上是一致的。在实验室条件下，达到平衡时论基本上是一致的。在实验室条件下，达到平衡时的反应产物通常是的反应产物通常是4CaO4CaOP P2 2O O5 5 。脱磷反应平衡常数脱磷反应平衡常数可表示为可表示为: 4455225.45.4.).(.).

12、(.%).(22CaOCaOFeOFeOPOPCaOOPCaONNfPN552.4.52CaOFeOPOPCaOPaaaaK脱磷热力学条件脱磷热力学条件 温度：低温有利于脱磷 脱磷是放热反应碱度：高碱度有利于脱磷增加渣中CaO含量碱度过高，导致炉渣变粘，不利于脱P控制范围控制范围：2.54.0%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系数Lp的试验测定值 2525445PFeOCaOCaO POFe影响脱磷反应的因素影响脱磷反应的因素 n炼钢温度的影响炼钢温度的影响。脱磷反应是强放热反应，。脱磷反应是强放热反应，如熔池温度降低，脱磷反应的平衡常数如熔池温度

13、降低，脱磷反应的平衡常数KP增增大，大，LP增大，因此，从热力学观点，低温脱增大，因此，从热力学观点，低温脱磷比较有利。但是，低温不利于获得流动性磷比较有利。但是，低温不利于获得流动性良好的高碱度炉渣良好的高碱度炉渣 。n炉渣成分的影响炉渣成分的影响。主要表现为。主要表现为炉渣碱炉渣碱度度和和炉渣氧化性炉渣氧化性的影响。的影响。P P2 2O O5 5属于酸性属于酸性氧化物，氧化物，CaOCaO、MgOMgO等碱性氧化物能降等碱性氧化物能降低它的活度，碱度越高，渣中低它的活度，碱度越高，渣中CaOCaO的有的有效浓度越高，效浓度越高，LP越大，脱磷越完全。越大，脱磷越完全。但是，碱度并非越高越

14、好，加入过多但是，碱度并非越高越好，加入过多的石灰，化渣不好，炉渣变粘，影响的石灰，化渣不好，炉渣变粘，影响流动性，对脱磷反而不利。流动性，对脱磷反而不利。 终点熔渣碱度与终点熔渣碱度与PP的关系的关系 熔渣中熔渣中(FeO)(FeO)含量对脱磷反应含量对脱磷反应具有重要作具有重要作用，用，渣中渣中(FeO)(FeO)是脱磷的首要因素是脱磷的首要因素。因为磷首先。因为磷首先氧化生成氧化生成P P2 2O O5 5，然后再与，然后再与CaOCaO作用生成作用生成3CaO3CaOP P2 2O O5 5或或4CaO4CaOP P2 2O O5 5。 作为磷的氧化剂，作为磷的氧化剂，(FeO)(Fe

15、O)可增大可增大aFeO，而作，而作为碱性氧化物可降低为碱性氧化物可降低P2O5，因此，因此，随着炉渣随着炉渣(FeO)(FeO)含量增加，含量增加，LP增大，促进了脱磷增大，促进了脱磷，但作为，但作为炉渣中的碱性氧化物炉渣中的碱性氧化物(FeO)(FeO)脱磷能力远不及脱磷能力远不及(CaO)(CaO)，当炉渣中的当炉渣中的(FeO)(FeO)含量高到一定程度后，相当于含量高到一定程度后，相当于稀释了炉渣中稀释了炉渣中(CaO)(CaO)的浓度，这样会使炉渣的脱的浓度，这样会使炉渣的脱磷能力下降。磷能力下降。 终点熔渣（终点熔渣（TFeTFe）和）和PP的关系的关系 n金属成分的影响金属成分

16、的影响。首先钢液中应有较高的。首先钢液中应有较高的OO，如，如果钢液中果钢液中SiSi、MnMn、CrCr、CC含量高，则不利含量高，则不利于脱磷，因此，只有与氧结合能力高的元素含量降于脱磷，因此，只有与氧结合能力高的元素含量降低时，脱磷才能顺利进行。此外，钢液中各元素含低时，脱磷才能顺利进行。此外，钢液中各元素含量对量对PP的活度有影响，但通常影响不太大。的活度有影响，但通常影响不太大。 采用溅渣护炉技术，渣中采用溅渣护炉技术，渣中MgOMgO含量较高，要注含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷产生不利影响。意调整好熔渣流动性，否则对脱磷产生不利影响。 脱磷的条件脱磷的条件：高碱度、高

17、氧化铁含量（氧化：高碱度、高氧化铁含量（氧化性）、良好流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的性）、良好流动性熔渣、充分的熔池搅动、适当的温度和大渣量。温度和大渣量。脱磷热力学条件脱磷热力学条件 FeO：存在最佳值 FeO对脱磷影响比较复杂FeO是脱磷的必要条件：P必须氧化脱除FeO有利于石灰熔化：促进碱度提高FeO稀释CaO浓度：FeO和CaO都是渣中组成部分综合考虑综合考虑：在：在R=2.54.0时，时，FeO 1520%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系数Lp的试验测定值 2525445PFeOCaOCaO POFe脱磷热力学条件脱磷热力学条件 渣

18、量：大渣量有利于脱磷在不降低CaO和FeO的前提下，降低了4CaOP2O5浓度增加渣量措施：提高铁水提高铁水Si含量含量强化脱磷措施：多次造渣多次造渣三高一低三高一低： 高碱度（2.54） 高氧化铁（1520%） 大渣量 低熔池温度%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系数Lp的试验测定值 2525445PFeOCaOCaO POFe冶炼低P钢注意的问题n（1）尽量少下渣：冶炼时P脱到渣中，钢包内加脱氧剂，钢包渣中酸性氧化物增多,碱度变了；渣中的氧也必须脱除。 挡渣操作1t钢3公斤渣n（2）尽量清理上一炉的钢包钢包自开-钢包内倒入引流砂，在钢包水口呈二

19、层结构，靠近钢水为烧结层，下层原始层。钢包下有滑动水口（通过上下两个滑板，带动流钢口的开闭调节钢水流量），侧面有一个液压线，滑板有一定使用寿命，多5、6次，少2、3次。n（3）减少 回Pn引起回P的原因有熔渣碱度或氧化铁含量降低；石灰化渣不好；温度过高都会引起回P。n出钢过程中由于脱氧合金加入不当，或出钢下渣，或合金中P含量较高也会导致成品钢P含量高。 由于脱氧，炉渣碱度、（由于脱氧，炉渣碱度、（FeOFeO）含量降低，）含量降低，钢包内有回磷现象，反应式如下钢包内有回磷现象，反应式如下： 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避免钢水回磷的措施避免钢水回磷的措施：挡渣出钢，尽量避免下：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前的炉渣碱度；出钢后向钢渣；适当提高脱氧前的炉渣碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢

21、包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。改质剂。n炼钢过程的脱磷反应是渣炼钢过程的脱磷反应是渣- -金界面反应，对于脱金界面反应，对于脱磷反应的效果而言，除了磷容量、磷分配系数磷反应的效果而言，除了磷容量、磷分配系数表述外，还有一个时间的概念，即表述外，还有一个时间的概念，即脱磷速率脱磷速率。脱磷过程速率主要取决于脱磷过程速率主要取决于PP向反应界面的传质向反应界面的传质和产物由界面向渣中的传质。和产物由界面向渣中的传质。 n（4）冶炼一炉高碳（0.65-0.8）低P钢-硬线钢：终点钢一般控制0.01以下。n炼出废品？定的终点C值较高，渣中FeO氧化C

22、，渣中P回到钢水中。降低终点C，根据钢种要求在钢包内加C粉。n2P+5O=(P2O5) (1)nC+O=(CO) (2)n2P+5(CO)=(P2O5)+5C (3)n由平衡常数公式得：lg%P=5lg%C+c有关操作的影响a，操作不当：冶炼中期造成炉渣返干冶炼中期是C的氧化期，渣中FeO会参与反应。炉渣返干？已融化的炉渣重新结块的现象。如何看出？根据炉况即炉子迹象看炉口火焰：CO气泡带出金属液，形成带刺的火焰。b，炉温不当.正常情况，温度应平稳上升，从脱P角度讲，炉温应上升的慢些。炉温如何控制？中期不可能测温，通过观察炉口火焰判断炉温是否正常。冷却剂：含氧材料，如铁矿石、烧结矿或氧化铁皮；c

23、，石灰条件不好.石灰指标一般指石灰的活性，活性要在300以上。影响石灰活性的组织结构包括：体积密度、气孔率、比表面积和CaO矿石的晶粒尺寸。石灰质量怎么看？大块质量不好；冶炼超低P钢的问题n三脱装置设备耗资较大n转炉双联法-先在一个转炉脱P，再到另外转炉正常冶炼。第三节 脱硫反应一脱硫方式一脱硫方式元素脱硫意义：向铁水或钢液铁水或钢液中直接加入脱硫元素，与熔池中的S形成不溶于铁液的硫化物，从铁液中排出Mg脱硫：用于铁水脱S 唐钢、宣钢 gSMgSMgS47.07 10K 1550Ca脱硫：用于钢水脱S使用前必须深脱氧成本高，应用不多 普通钢中加CaSi、BaCaSi用于深脱氧通常用于夹杂物变形

24、，而非脱硫氧化物脱硫氧化物脱硫意义：在钢水和铁水中加入碱性氧化物直接脱硫 22ssgNa OSCNa SCO60.968 10K ssgCaOSCCaSCO515K 1550 Na2O应用少：污染大；侵蚀耐火材料钢水脱硫TN喷粉：钢包内 鞍钢（已经淘汰）QBOP：底吹转炉喷吹CaO铁水预处理KR法：武钢、京唐铁水沟内加Na2O气化脱硫气化脱硫意义：在炉气中发现了S的氧化物SO2 钢水直接氧化脱硫：不可行 1400、3.0%C、0.07%S、PCO=1atm：平衡PSO2=3.8210-12 atm炉渣气化脱硫渣中的S2-被氧气氧化，形成气态的硫化物而脱出 (S2-) + 3/2 O2 = (O

25、2-) + SO2 在转炉中，气化脱硫所占比例10% 炉渣脱硫：冶炼和精炼工序的主要手段 22SOSO 222SCOSOC1660 13.09GT 986033.41GT 二炉渣脱硫二炉渣脱硫能够反映出脱硫本质：脱硫反应是电极反应能够解释纯FeO能脱硫的现象：FeO能够提供O2- LS=0.51.5 FeSCaOCaSFeO SCaOCaSO09847422.82 GTJ mol最早：目前：(FeO)与O达到平衡时，两式意义相同实际生产中FeO与O并未达到平衡一般认为，O直接参与脱硫反应 （与离子理论一致）离子理论 22SOSO脱硫理论脱硫理论分子理论脱硫热力学条件脱硫热力学条件 温度： 实际

26、生产中高温有利于脱硫脱硫反应是弱吸热反应：108.2128.0 KJ/mol 高温改善了S的传质：即动力学作用更显著碱度：提高炉渣碱度有利于脱硫 高碱度提高了O2-Ca2+降低了S2-的活度 O与(FeO)脱硫必须先脱氧： 钢水脱氧是脱硫的前提条件钢水脱氧是脱硫的前提条件从总体来看，高（%FeO）不利于脱硫 22SOSO6500lg2.625KT FeO对脱硫的影响取决于其含量对脱硫的影响取决于其含量FeO含量低：对脱硫影响显著 高炉、LF及电炉还原期：FeO 10% FeO对脱硫具有双重作用：FeO即能提供O，也能提供O2- 22SOSOFeO含量低：CaO提供O2-，FeO提供O FeO不

27、利于脱硫FeO含量高：FeO同时提供O2-和 O FeO影响相互抵消渣量：增加渣量有利于脱硫增加渣量，降低S2-的活度合金成分：影响S的活度系数 C、Si提供fs，Mn降低fs铁水：C、Si含量高， fs5，铁水脱硫比钢水脱硫容易 铁水预脱硫具有较强的优势铁水预脱硫具有较强的优势转炉终点：C及Si含量低， fs1，脱硫困难LF处理：高碳钢容易脱硫 低碳低硅钢脱硫困难铁水预脱硫的意义a，铁水预脱硫可达95%以上，成本低，效率高。b，高炉内脱S率较高，因为它是还原性气氛，经济上不太合适，高炉内碱度在1.1左右，如果提高碱度，焦比提高，生产率下降。c，提高钢的质量d，改善连铸坯质量e，稳定转炉生产。

28、铁水预脱S方法n（1）喷吹法用喷枪插入铁水罐喷脱S粉剂。 70%-90%炉次达标。宝钢缺点：喷吹太多容易喷溅 优点：投资少，成本低n粉剂有三类：石灰基-便宜，100/t Mg基-贵，20w/t CaC2基较贵，2000/tn搅拌法用外部包有耐火材料的钢结构搅拌棒一边搅拌铁水，一边往里撒脱S剂。装置大，比喷吹法装置贵效率稳定90%以上炉次达标n成本上：设备的运转和维修费，搅拌法贵一些 脱S剂本身的价格，Mg基比石灰基贵很多 脱S渣中铁珠的损失这部分成本很大， Ca基比Mg基多很多三项加起来，Mg基最便宜，推广的也最多n扒渣装置蓄渣剂让渣体积膨胀发泡剂正在研究 转炉：转炉：氧化渣，LS=310，最

29、高脱硫率40%，通常值25% 转炉脱硫能力很差转炉脱硫能力很差高炉：高炉：还原渣， LS=3080，通常值90%电炉：电炉：还原渣， LS=3050，通常值70%LF ：还原渣， LS=3050，通常值70%三炉渣脱硫计算三炉渣脱硫计算 （P118自学） 脱硫过程是属于化学反应和扩散混合控制过程n在炼钢过程中，脱硫反应和脱磷反应相同，都是渣、钢界面反应，脱硫反应的速率方程可表示为：1）当钢水中硫的传质系数 km 很大， ，此时硫的传质阻力集中于炉渣: 0)(mmSkLssmmSsmkkLSSLWAdtSd/1/)(%)(%SSLkWAdtSdsSSm四脱硫动力学四脱硫动力学2）如Ls一定，ks

30、 很大，即硫的传质阻力集中于钢水时，即 ，则脱硫速率方程为：硫在金属液中的扩散为限制环节。0)(1sskSmmmLSSkWAdtSd)(%ssmmSsmkkLSSLWAdtSd/1/)(%提高脱硫速率的措施提高脱硫速率的措施 n反应界面积越大，脱硫速率就越快。熔池沸腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度等均对渣、钢界面的大小产生影响。n炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差值大时，km、ks 大，脱硫速率快。（提高熔池温度将降低熔渣和钢液粘度，增加S的扩散系数）n炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条件均对Ls产生影响，一切旨在提高Ls的措施均可促进脱硫反应。（高温、高碱度、低氧化性

31、）n脱氧良好的钢渣，使Ls增加，有利于改善脱硫。实际上，必须在深脱氧的基础上，才能达到脱硫。生产中，钢水的脱硫和脱氧是同时进行的，只是脱硫是界面反应，其速度比脱氧速度低一些。 第四节 钢液中的气体一气体对钢质量影响一气体对钢质量影响 （自学）（自学）钢中气体：N、H存在形式：原子溶解二N在钢中溶解在钢中溶解 溶解热力学溶解热力学热效应：吸热反应高温促进N溶解 122%NN1 0 8 0 0 2 0 .9 7GT 溶解度：服从西华特定律 122%NN2%NNNKP( )564lg1.095lKT 溶解度与N2及温度分压有关 1600、N2分压1atm，溶解度400ppm西华特定律忽略了合金元素的

32、影响合金元素的影响 P91公式描述了各元素的影响与N亲和力强的元素增加N溶解度：V、Nb、Cr、Zr、Ti间隙原子及与钢液亲和力强的元素降低N溶解度：C、Si、O、S 生产应用：生产应用： 铁水中N含量仅为40ppm 高碳钢、硅钢含N较低：低碳钢失效严重 转炉中前期底吹N2 LF处理脱硫和脱氧后，钢水容易吸氮三三H在钢中溶解在钢中溶解122%HH3198032.17GT溶解热力学溶解热力学热效应：吸热反应高温促进H溶解溶解度：服从西华特定律 122HH2%HHHKP59. 11905lg)(TKl 1600、H2分压1atm，溶解度27ppm合金元素影响 P91公式描述了各元素的影响容易形成氢

33、化物的元素，提高H溶解度：Ti、Ni、Zr、稀土与铁结合力强的元素，降低H溶解度：C、Si、Al与铁性质相近的元素，影响不大：Cr、Mn、MoN、H来源及对钢性能的影响n钢中的氢主要来源于炼钢用原材料，炉衬和浇注设备（如未烘干的炉衬，钢包等）也是氢的来源之一。n钢中氢危害性极大，随钢中氢含量的增加，钢的强度，特别是塑性和韧性显著下降，使钢变脆，称为“氢脆”。n氢还是钢中“白点”产生的根本原因。所谓“白点”是存在于热轧钢坯和大锻件内部的小裂缝。因其在钢试样的纵向断口上多呈圆形的银白色粗晶斑上，故称“白点”，但其在酸浸后的横向切片上，却呈细小裂缝，故又名“发裂”。“白点”对钢的性能有极不利的影响，

34、主要表现在降低钢的机械性能，零件淬火使会开裂。或使用时裂纹发展造成严重事故，故白点是钢材不允许存在的缺陷。n钢中的氮主要来源于氧气、炉气和所有加入金属炉料（主要是含Cr、V、Ti等与氮有较强亲和力的元素的废钢和铁合金）。氧气转炉冶炼的钢，其含氮量主要受氧气纯度的影响。n钢中的氮能增加钢的实效硬化性，即含氮高的钢，在室温下长期放置，性能不断变化，钢的强度和硬度升高，塑性和冲击性显著下降。n钢中氮还是导致“蓝脆”的主要原因。所谓“蓝脆”是指在250450这个温度范围内钢的强度升高，冲击韧性下降。由于钢在这个温度下加热时，表面发蓝，因而叫“蓝脆”n在一定条件下，氮作为一种重要的合金元素来应用。一般采

35、用中间合金和渗氮方法加入钢中。如高铬钢中加入氮，可提高其强度而不降低塑性；在不锈钢中氮可增强其抗腐蚀的能力，对钢部件进行表面渗氮处理。则可提高其耐磨性，抗腐蚀性和疲劳性能。减少钢中气体的措施西华特定律指出减少气体的方向：降低分压真空可降低压强、吹Ar稀释气体a，原料要干燥、无油污。（石灰、废钢干燥，这点特别重要）b，耐火材料要干燥（浇注时，钢包、中间包一低昂要干燥）c，减少容易吸气的合金。（Ti、Ni、Nb、V等） 注意：炼某些特殊钢，恰恰可以利用合金元素吸气的特点。d，尽量降低出钢温度。e，保护浇注（出钢后尽量做到钢液不与空气接触）转炉钢终点不用检测气体含量:CO气泡是一个很好降低分压的条件

36、要检测的是电炉钢，因电炉的脱C量少出钢时钢液的吸气量能满足钢种要求 nf，强化脱气：常压下单纯吹氩达不到要求，有效地脱气装置一定是真空+吹氩n转炉吹惰性气体主要是均匀成分、均匀温度nH、O能有效控制在需要范围 可降到1ppmnN还不行，经计算，N由60ppm降到10ppm需Ar13m3,最好技术在日本，N控制在10-20ppm，我国25-30ppm。n解决N是一个前沿问题脱气动力学脱气动力学脱气环节原子从液相向气液界面的传质 在气液界面生产气体分子气体由气液界面向气相的溢出 控制环节：原子在液相中的扩散过程加强搅拌：VD底吹Ar增加脱气面积 第五节 非金属夹杂物一概念一概念定义：在钢中以独立相

37、存在的非金属化合物 简称“夹杂物”洁净钢：夹杂物含量很少的钢 纯净钢：杂质含量很少的钢 （S、P、O、N、H、夹杂物）危害机理：破坏了钢基体的连续性造成应力集中形成裂纹源 危害 危害为主增加脆性：应力集中降低韧性：裂纹源恶化疲劳性能：轴承损坏不利于冷加工：冷镦钢镦裂扩大各向异性：MnS延长变形作用： 通过有效控制，才能达到易切削钢：MnS夹杂细化晶粒：AlN夹杂沉淀强化：VN夹杂促进晶粒取向：取向硅钢夹杂物对性能影响夹杂物对性能影响脱氧和脱硫产物：脱氧合金化操作元素相互反应产物：浇注和凝固过程熔渣及耐火材料：卷渣和受侵蚀耐火材料钢水元素的二次氧化产物：浇注过程二二夹杂物来源夹杂物来源按化学成分

38、分类按化学成分分类氧化物 固体钢中的O以夹杂物形式存在 简单氧化物：SiO2、MnO、FeO、Al2O3复杂氧化物：C2S、C12A7复合硅酸盐：lFeOmMnOnAl2O3pSiO2硫化物 固体钢中的S以夹杂物形式存在 P111FeS、MnS、（MnFe）S固熔体、CaS、稀土硫化物 类硫化物：圆球形，附着在氧化物表面 （脱氧不良时）类硫化物：链状，存在晶界MnS （凝固时产生）类硫化物：接近圆球形，单相硫化物CaS （Al脱氧良好）类硫化物：薄膜状，晶界FeS膜 （Mn含量低时）三夹杂三夹杂物种类物种类 氮化物 Fe4N、Fe2N、AlN、TiN （N及合金含量高时）特点：细小分散，含的绝

39、对量比硫化物少。有两方面影响，不完全是有害的，如微合金高强度化，其中一项为钒氮合金，N含量低可弥散于钢中有助于细化晶粒。Nb也可细化晶粒，要求轧钢装备水平高。按来源分类按来源分类外来夹杂：来自钢水外部的物质 来源： 炉渣 耐火材料 保护渣特点: 成分复杂：来源广 形状不规则：容易区分 颗粒大：危害大，多属于大型夹杂 含量少：与内生夹杂相比 分布无规律：随机 内生夹杂：钢水内部脱氧或浇注产生的夹杂物 一次夹杂：脱氧合金化时脱氧产物，“原生夹杂”二次夹杂：脱氧合金化后至凝固前的脱氧产物三次夹杂：两相区内因偏析而形成的夹杂，“凝固夹杂”四次夹杂：凝固后固相相变析出的夹杂特点：颗粒细小：危害较小 分布

40、均匀 含量多：10100个/mm2 形状规律：与性质有关 FeS薄膜、CaS球状 位置有规律：凝固夹杂在晶界 n三次夹杂：选份凝固：遵循固相中成分和液相中成分比值是一个定值，这也叫分配系数，一般不变。n分配系数都小于1，偏析指数是分配系数倒数，分配系数远小于1不容易成分均匀，越接近于1越成分均匀。nC的偏析是一个头疼问题。n一次、三次夹杂多，二次、四次少。n一次量多可控制，三次多较难控制，由凝固条件决定。n降低原始氧含量是减少钢中夹杂物的有效措施按形态分类按形态分类塑性夹杂：热加工时沿加工方向延伸成条状条状FeS、MnS、硅酸盐（SiO2含量4060%）脆性夹杂：在热加工时不变形，沿加工方向破碎成链状链状Al2O3、尖晶石MA、氮化物VN不变形夹杂：在热加工时保持原状原状SiO2、CaS、铝酸钙、硅酸盐（SiO2含量70%）按粒度分类按粒度分类大型夹杂： 直径 50 m显微夹杂： 直径 50 m超显微夹杂：直径 1 m 按夹杂物形态塑性夹杂：加工时沿加工方向成条带状。如球形夹杂，MnSS对钢材有害，普通钢深脱S会增加成本；钢材中Mn起固溶强化，可作为一种脱氧元素，还有生成MnS，避免危害。Mn/S大于20或25