氧化熔炼反应

第七章氧化熔炼反应氧化熔炼反应的物理化学原理

前言锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应

脱碳反应

脱硫反应脱磷反应

脱氧反应

1234506吸气及脱气反应

71前言铁水炼钢过程的任务：

●降碳：使碳降低到钢种所需的碳量，但碳氧化之前，硅锰都大量氧化。●脱S、P：高炉炉料中P全部进入铁水中，S部分进入。●脱氧：以免造成浇注时二次沸腾及钢锭疏松、皮下气泡等缺陷。●脱气：[H]、[N]●合金化：加入合金元素。●去除夹杂：去除各类氧化物。●去除有害元素：Cu、Cd、As、Sb、Bi。021.1元素氧化的类型●[M]被吹入金属液中气态氧直接氧化。●[M]在钢渣界面被(FeO)氧化。●[M]被溶解于金属液的[O]所氧化。1氧化熔炼反应的物理化学原理31.2熔池中元素氧化的ΔGO－T图1.2.1ΔGO－T图的作法由以下反应组合：41.2.2ΔGO－T图的应用●比较铁液中元素在标准状态下氧化的顺序。●以2[Fe]+2[O]=2FeO(l)的ΔGO－T为分界线，可将铁液中元素的氧化分为两类：aΔGO－T线之上的元素在炼钢过程中不会氧化bΔGO－T线之下的元素在炼钢过程中全部或大部分氧化●炼钢过程中，合金元素加入的时间及有害元素去除的办法：a．在炼钢过程中不被氧化的有害元素，应在选择时加以剔除，如Pb、Sn、Cu。b．在炼钢过程中不被氧化的、是炼钢过程所需的元素，可在入炉原料中加入，如W、Mo、Ni。c．Cr、Mn、Nb、V等在电炉中部分氧化，还原期加入。d．Si、Ti、Al等基本上能完全氧化，脱氧时引入，出钢时加。51.2.3铁熔体中氧的氧势61.3熔体中元素氧化的热力学条件－由等温方程判断7例题：(P193)元素氧化的热力学条件及影响因素：

●温度大多数元素的氧化程度均减少，但碳是例外。●熔渣组成：a碱性渣的氧化性大于酸性渣的氧化性。

b熔渣碱度及元素氧化物的性质。形成碱性氧化物的元素在酸性渣下易氧化。●多中元素同时存在时，出现了选择性氧化。ΔG最小的元素最先氧化。82.1Mn主要在钢渣界面上反应：———————锰硅铬钒铌钨的氧化反应29影响LMn的因素：

●温度炼钢后期温度高，碳强烈氧化，(FeO)降低，出现回锰现象。●熔渣组成aFeO-MnO二元渣系，理想氧化物熔体。b酸性渣中c实际的碱性渣,R>2

102.2Si主要在钢渣界面上反应：———————11影响LSi的因素：

●温度强放热反应,出现回硅现象。●熔渣组成122.3Cr铬氧化形成氧化铬的组成与铬含量有关。13用控制温度及体系压力的方法，控制金属熔体中元素的氧化，达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的，这种方法称为选择性氧化。2.3.1炼钢熔池中元素的选择性氧化选择性氧化的定义注意点：●目的：保留、富集●方法：控制温度、压力★142.3.2以去碳保铬分析选择性氧化的温度条件●标准状态下选择性氧化转换(化)温度的计算————————————共轭反应15已知条件：●非标准态下选择性氧化的转换温度的计算————————————★计算要点：金属熔池中元素活度的计算16●转换(化)温度与反应各物质的化学计量数无关

●转换(化)温度与钢液元素氧化的方式无关例：吹氧

元素的氧化反应是吹氧进行，共轭反应不变，转换温度不变。但是，元素氧化反应的热效应不一样，反应速度不同。

●选择性氧化转换(化)温度T转的注意事项————————17●当形成的氧化物溶解于熔渣时，需要计算熔渣中氧化物的活度。

计算要点：▲反应的标准吉布斯自由能计算▲金属熔池中元素活度的计算▲熔渣中组元活度的计算182.3.3选择性氧化的压力条件的计算温度T一定时(通常是冶炼所能达到的温度条件)，可以计算出所需要的压力条件，即CO的分压：PCO计算要点：▲反应的标准吉布斯自由能计算▲金属熔池中元素活度的计算▲熔渣中组元活度的计算192.3.4选择性氧化在冶金中的应用●去碳保铬（Cr）●去碳保锰(Mn)●去钒（V）保碳（铁水提钒）●去(Nb)保碳2.4V2.5Nb20脱碳反应3.1碳氧化反应对炼钢的作用●熔池传热，均匀成分。强烈的搅拌作用，促进热量及物质传递。●去除[H]、[N]有害气体，去除夹杂。●扩大渣金反应面积。3.2碳氧化的反应及碳氧积3.2.1碳氧化反应分类3213.2.2碳氧积223.3碳氧化的热效应●氧气直接氧化碳●溶解氧间接氧化碳●冷矿石氧化碳●熔渣中的(FeO)氧化碳233.4脱氧过程中钢液的含氧量●与熔渣层平衡的[%O]

●与炉底处CO气泡及[C]平衡的[%O]

●熔池实际的[%O]

24脱磷反应4.1脱磷的原理4.1.1磷在钢中的危害危害：冷脆。铁中含磷量要求：低磷生铁：P<0.3%

中磷生铁：P<0.3~1.0%

高磷生铁：P<1.0~2.0%钢中最大允许的磷量是0.02~0.05%某些特殊钢要求：0.008~0.0015%4.1.2脱磷原理P2O5的ΔG－T线在FeO之上。

P2O5能与渣中其他氧化物生成复杂化合物而稳定存在。4254.2分子假说的脱磷反应———————————●温度影响因素：

强放热反应，中温（1400～1500℃）脱磷。

●熔渣组成

碱度：FeO：高FeO有助于石灰的熔化。

264.3离子理论的脱磷反应———————————影响因素：

●温度●熔渣组成

碱度：FeO：274.4炼钢过程中磷与碳氧化的关系●平炉、电炉前期，利用加铁矿石，造FeO高的渣，以3FeO.P2O5形式脱磷达90%。●氧气顶吹转炉，前期形成高FeO高R渣，磷大部分脱去，后期FeO降低，炉渣返干，温度升高，出现回磷现象。

284.5.3尚未推广的原因●操作上较麻烦。处理前、处理后、氧化吹炼后需出渣。●需很低的氧势或很高的真空度，生成中难以达到。●存在有害反应4.5还原脱磷4.5.1原理4.5.2共轭反应29脱硫反应5.1炉渣脱硫5.1.1硫在钢中的危害结晶时生成FeS，在晶界析出，产生热脆。

5.1.2脱硫反应及条件530影响因素：

●温度●熔渣组成

高温下可造高碱度，流动性好的渣。碱度：FeO：促进CaO溶解●金属熔体组成

31脱氧反应

7.1脱氧的目的使[O]实降低到[O]C之下一定程度，使钢液在浇注及凝固过程中[C]+[O]=CO不再进行或有限进行，保证钢锭组织及结构的紧密。结晶时，晶界上不行成FeO-FeS共熔体，避免热脆。

7.2沉淀脱氧7.2.1方法及原理将MnFe、SiFe、Al等加入钢水中，生成在钢中不溶解的氧化物，上浮至渣中，从而达到脱氧的目的。

7327.2.2脱氧常数33（1）图中曲线位置愈低的元素，脱氧产物愈稳定，而该元素的脱氧能力愈强，与相同量的各元素平衡的氧浓度就愈低，或为了达到同样的氧浓度，强脱氧元素的平衡浓度就愈低。（2）脱氧产物的组成与温度及脱氧元素的平衡浓度有关（3）脱氧反应是强放热的，随着温度的降低，脱氧入素的脱氧能力增强，所以在钢液冷却及凝固过程中，就不断有脱氧反应继续进行。347.2.4复合脱氧●定义：用脱氧元素的合金进行沉淀脱氧，如SiCa、SiMn、CaAl。●脱氧产物：两种氧化物同时产生，生成氧化物的液熔体。●优点：a降低了单一氧化物活度，脱氧反应更易进行，[O]平更低。b生成氧化物熔体一般是液态，可以和并为直径更大的夹杂上浮进入渣中。7.2.6脱氧剂用量的计算7.2.5沉淀脱氧的优缺点●优点：脱氧速度快，成本较低，操作简便。●缺点：易产生氧化物夹杂。

例题：357.3扩散脱氧7.3.1方法及原理只适用于电炉。电炉还原期将C粉、CaC2粉、SiFe粉、SiCa粉等加入炉内，置于熔渣上部，将熔渣中的(FeO)还原，使钢液中氧向渣中扩散，降低钢液中的含氧量。

7.3.1扩散脱氧的优缺点●优点：不产生氧化物夹杂。

●缺点：a

脱氧不完全，出钢时还需要沉淀脱氧。

b

造渣之后，要封闭炉门，只有电炉采用。

367.4真空脱氧7.4.1方法及原理将盛钢桶置于真空室，抽真空，降低PCO，使反应[C]+[O]=CO继续向右进行，从而降低钢液的含氧量。7.4.2真空脱氧的优缺点●优点：a不需加其他脱氧剂；

b不产生夹杂；

c同时除去[H]、[N]

d使沉淀脱氧的夹杂上浮的速度