第二章炼钢基础理论6学时

钢铁冶金学（炼钢部分 1铁和钢的区别（分界点化、升温2第二章炼钢理论2.12.22.32.42.52.62.73第二章炼钢理论态纯铁的密度为7880kg/m3，1550℃时液态纯铁的密度为7040kg/m3，钢的变化与纯铁类似。4第二章炼钢理论ρ85230.8358(T 210%C164%Al 550%Cr7.5%Mn43%W5第二章炼钢理论1相的温度。钢 纯铁的为1538℃，当溶入某种元素后，会降低，6第二章炼钢理论各元素与纯 降低的关Mi为溶质元素i的原子量[%i]为元素i在液态铁中的质量Tm153778%C7.6%Si4.9%Mn34%P30%S5.0%Cu3.1%Ni

可查《炼钢》获取7

第二章炼钢理论Pas（Ns/m1600℃，铁液的动力黏度为0.0005Pa·s，熔渣的黏度为0.02~0.125℃，水的动力黏度为0.00018

第二章炼钢理论基础钢液黏度的影响因素：温度、成温度：温度升高，黏度降碳影响最大，相同温度下，高碳钢流动性比低碳钢好，冶炼碳钢需要更高的温度Si、Mn、 ↓，黏度Ti、W、V、Mo、Cr↑，生成 、体积大的碳化物，黏度非金属夹杂物含量↑，黏度↑，流动性变差9第二章炼钢理论由于分子间的作用力，钢液表面产生自发收缩倾向，这种力就表面张力，用符号σ表示，单位为N/m1550℃，纯铁液的表面张力约为1.7~1.9N/m钢液表面张力在炼钢中的作用促进CO气泡形成钢凝固过程中结 的形成脱氧产物、夹杂物、气体从钢液排除钢液对耐火材料的润湿

自然界的露熔渣中的铁2.1.4钢液的表面张力

第二章炼钢理论 第二章炼钢

第二章炼钢理论富集有用金属氧化物，如、Ti、

第二章炼钢理论侵蚀耐火材料，降低使

第二章炼钢理论人为加入的造渣材料。如石灰（CaO）、石灰石、硅石（SiO2）被侵蚀掉的炉衬耐火材料物理性化学性

第二章炼钢

第二章炼钢理论（熔化温度炉渣

第二章炼钢加热时态渣完全转变为均匀液相或冷却时液态渣开始析出固相的温度炉渣中常见氧化物

第二章炼钢理论第二章炼钢冶金炉渣的密度为2.8~3.2×103ρsρi为各化合物的密度，wi第二章炼钢第二章炼钢ηBexpEη 黏度小可以有效降低炉渣黏度的物质：CaF2、FeO、B2O3、Li2O

第二章炼钢第二章炼钢高炉 转炉 第二章炼钢 CaF2本 第二章炼钢图CaO-MgO-SiO2-Al2O3渣系第二章炼钢炉渣的表面张熔渣的表面 要影响钢-渣间的物理化学反应及熔渣对夹杂的吸附等影响熔渣表面张力的因素：温度和成分温度↑，熔渣表面张力↓，高温时不明显SiO2和P2O5具有降低FeO熔体表面张力的功能Al2O3具有增大FeO熔体表面张力的功CaO和MnO含量低时，降低熔渣表面张力，含量高时增加渣表面张第二章炼钢第二章炼钢理论碱碱度定义：炉渣中所有酸性氧化物与碱性氧化物的浓度比，用R酸性氧化物：凡是能吸收O2-转变为络合离子的氧化物，如SiO2、P2O5V2O5、Fe2O3碱性氧化物：凡能离解出O2-的氧化物，如CaO、MgO、FeO、BaO两性氧化物：在某些时候显酸性，某些时候显碱性，如Al2O3、Cr2O3TiO2第二章炼钢ω(%SiO2

多元碱

高炉 ω(%SiO2)ω(%Al2O3ω(%SiO2)ω(%P2O5

多元碱

炼钢 ω(%SiO2)ω(%Al2O5

多元碱光学碱度（）的知。

第二章炼钢炉渣中，Fe2+的标准电极电势的负值最小（稳定 (FeO(Fe2O2化[Fe[O]故炉渣氧化-还原性可用渣中(FeO)活度间接表第二章炼钢((FeO)[Fe][OLO[%O]/a(FeOlglg lg[%O]63202.734OT如 减少转炉下区分 第二章炼钢理论基氧势图(Ellingham图)，给出了元研究炼钢反应的基础2xMO2MOyy GRTln

图铁液中元素氧化的氧势2[Fe]2[O]如Cu、Ni、Pb、As、Sn、Mo化程度有差异。C、P可大量氧Si、Ti、Al基本全部氧化

第二章炼钢理论硅钢硅钢碳钢中每增加0.1%Si,热轧钢材加7.8～8.8MPa。第二章炼钢理论2.2.22.2.2SiK a[Si]a[O反应向正方向有利于Si氧化的因素低温T增加G越小提高铁水中[Si]含提高炉渣碱第二章炼钢理论[Si]2[O](SiO2

吹炼初期，生成大量(2FeOSiO2)2(CaO)(2CaOSiO2)中后期，大量石灰熔化，渣碱度升[Si]的氧化反应也可写[Si]2(FeO)2(CaO)(2CaOSiO2)a2KSi a a2 2.2.2Si

第二章炼钢理论[[Si]2[O](SiO2G593560Si的氧化是强放热反应kJ/mol≈29176kJ/kg渣比热为1250J/kg/℃钢水、炉渣每升温127176/965.0=30.2

第二章炼钢理论Si的氧化极为迅速，转炉吹氧3~4min，Si即可完全氧化

第二章炼钢理论[Mn]1/2{O2}[Mn]O

第二章炼钢理论G361495G244316[Mn](FeO)(MnO)[Fe] G123307有利于Mn氧化有利于Mn氧化的因素低温T增加G越小提高铁水中[Mn]含提高渣中(FeO)活a

a(MnO[ (FeO因此，低枪位有利于锰的氧化2.2.3Mn[Mn]O

第二章炼钢理论G244316Mn的氧化也是强放热反应（ΔH≈-6593kJ/kg/钢水、炉渣每升温16593/965.0=6.62.2.3Mn温度曲[Mn2.2.3Mn温度曲[Mn](FeO)(MnO)G123307有利于Mn氧化的因素提高铁水中[Mn]含初期温度低，渣中MnO活度低，大量Mn中后期温度升高，渣中FeO降低，碱度提高，炉渣部分MnO被还原末期炉渣FeO含量增高，Mn重新被氧

第二章炼钢Fe[O]2/3Fe[O]1/3/4Fe[O]

G112442G152988G177232FeOFeOFeFe2O3 FeFe 产物都 第二章炼钢FeO

G11244258702.431T

(FeO

T

重重

第二章炼钢吹枪 FeO枪位

好处坏处

促进石灰熔化，快速成防止炉渣“返干提高脱磷效增加铁损钢水过氧化，增加脱氧剂用下渣危害性炉渣太稀，溅渣护第二章炼钢反应之一。其主要作重重

第二章炼钢理论[%C]＝1.30＋2.57×10-※

第二章炼钢理论①[C]①[C]1/2O2G136900②③[C]O2CO[O]G418936G162366④[C]④[C]CO2G140156⑤⑥⑤⑥[C][O][C]2[O]G22364G184118铁液内或液滴 [C]( [C](FeO)CO G98799[C][O]

第二章炼钢理论重G22364重GRTlnKRT

a[C]a[ RT

fC[%C]fO当钢中C、O含量较低时 fCfO1,于2236439.63T8.314T当温度为1873K时

[%C[%C[%C][%O]0.0024[%[%C][%O]m当pco=1.0时，T=1873图炼钢过程中碳含量变化转炉不能将碳脱得太低，否则会导水“过氧化”，一般转炉终点

第二章炼钢理论问题：问题：当温度为1873K时[%C][%O]0.0024若将当温度为1873K时[%C][%O]0.0024若将PCO从1.0atm降低至

第二章炼钢理论生成CO的反应自由能ΔG°即使生成了CO2温度[C]CO2 G

第二章炼钢理论[C][O] G22364

促进GRTlnKRT

a[C]a[O]RT增大f增大f[C]有利于脱碳增加[O]有利于脱碳降低气相PCO有利于脱碳提高温度有利于脱碳

fC[%C]fO脱碳反应的

第二章炼钢[[C]1/2O2H11637kJ/[C]O2 G34830kJ/第二章炼钢ⅢⅠⅡⅢⅠⅡ第第一阶段（Ⅰ）：吹炼初期的氧化为主，脱碳速度较小第二阶段（Ⅱ）：吹炼脱碳速度几乎为定第二章炼钢2.3.7脱碳反应

d%Ck

d%C

d%Ck[%C

第一阶第一阶段第二阶段第三阶段0.018 0.34 0.2[C]，Time，

％％第二章炼钢

选择性氧化 选择性氧化理论举例 G G令ΔG°=0，则T=1564

C不氧

C氧 2[P]5CO5[C](P2O5G642832讨讨论低于此温度，[P]优先于[C]氧化15( )5[O]5[Fe2[P]5[O](P2O5(P2O5)4( )(4

第二章炼钢P2O52[P]5( )4( )(4 P2O5)5[FelgK

a(4CaOPO

400672[%P]2 a 2 LLPxP2O5%PKa( a脱磷有利条件：低温、高氧化性、高碱度、大渣

第二章炼钢a(a( ( aL

xP2O5 K%P2离子理论脱磷[P]5[O]

第二章炼钢32(PO3 (

[%P]a5/2a3/

[%P]a5/

a3/ [O

(O2

[O

(O2Phosphatea3/(O2

温度

4 f(T, 44CPO4

KP

44

渣中a(O2，渣碱

(O2第二章炼钢磷容：磷容：a3/ 4P4磷容与炉渣组成密切相关，选择炼钢渣系对脱磷有重要BaO渣系具有很高的磷容第二章炼钢

L

xP2O5温度温度

K( ( K第二章炼钢5[O3O2PO3 吹炼中期，高枪位操

“返干”，导致“回磷渣中FeO含量降转炉下渣量大，进入钢

炉渣碱度降低，

4PO34钢水强脱氧，降低了

第二章炼钢分子理论式：[S](CaO)(CaS) G89036离子理论式：[S(O2(S2 (%S)KS

(S2a[S]

[O](O2

(S2fS[%S]

[O(O2 S SfS S( 第二章炼钢(%S)a[(%S)a[O]f(S2fS[%Sa(O2 ( [O] [S (O2重

S (%S)SfS[%S

KS

f(S2第二章炼钢(%S)

K KL

S( (

铁水预处理

喷吹

第二章炼钢二次精炼

机械搅拌合成真空喷

[S]脱除至

第二章炼钢理论基扩散脱氧：加铝≥0.8kg石灰：15kg/t(两批拌钢 拌出钢加入铝(0.8kg/t)、石灰(5kg/t)

xP2O5

a a

%P

( ( 4 f(T, 4

(%S)

K KSf(S2)a[OS

(O2

CSKS

f(S21N在液态铁溶解反

第二章炼钢Ng lgKN518/TG99162 2

f

2N2N%NKN%NKN2

第二章炼钢lg[%lg[%N]518/T1.063lg[%N]1520/T1.04lg[%N]450/T1.995lg[%N]1520/TδFeγFeαFeN溶解度大小顺序为1873K，N在纯铁液中的最大溶解度为

图氮在钢不同凝固组织中的溶解温度降低，N将从钢中析出，形成气泡，导致钢制品缺

第二章炼钢1Ng

%NKN2N 2N提高氮溶解度的方法提高氮溶解度的方法升高温度加压冶金（提 2降低N的活度系数如：Mo、Cr、Mn、V22%N1N2

第二章炼钢降低至13.3~66.6Pa0.1~0.5Torr)，与之平衡的[N]含量约为5~12ppm。T=1873T=1873热力学可行，动力学未必保

图真空处理前后钢中的

第二章炼钢脱氮速度方程氧、硫自由表面，阻碍了[N]因此，要脱N必须深脱氧、硫自