炼钢理论基础(炼钢工艺)

第二章炼钢的基本反应一、钢与生铁的区别

C<2.11%的Fe-C

合金为钢；

C>1.2%的钢很少实用；

还含Si、Mn等合金元素及杂质。11)脱碳；2)脱磷；3)脱硫。炼钢任务：2伴随脱碳反应，钢的熔点提高。炼钢任务：4)升温1200℃1700℃3伴随脱碳反应，钢液[O]含量增加。C(石墨)+1/2O2=COG＝－116204－83.62T[1]C(石墨)=[C]G＝21318－41.8T[2]1/2O2=[O]G＝－117040－2.88T[2]

[C]+[O]=COG＝－20482－38.94T4炼钢任务：5)脱氧0.3%0.0003%5炼钢任务：6)合金化伴随脱碳反应，钢液[Si]和部分[Mn]被氧化。6C：

控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]

可增加抗拉强度约980MPa。Si：也是增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa。Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等。Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等。V：

细化钢材组织，增加强度、韧性等。Cr：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。7炼钢任务：7)去除[N]、[H]等气体杂质元素陈家祥，炼钢常用图表数据手册，冶金工业出版社，19848炼钢任务：8)去除非金属夹杂物9氧化物系非金属夹杂物脱氧产物二次氧化生成物外来性夹杂物渣卷入耐火材料融损及卷入炉渣造成的氧化空气造成的氧化炉衬造成的氧化钢水包衬中间包衬炉渣中间包覆盖渣结晶器保护渣钢中非金属夹杂物来源10炼钢任务：9)凝固成型11炼钢的基本任务：1、脱碳；2、脱磷；3、脱硫；4、脱氧；5、脱氮、氢等；6、去除非金属夹杂物；7、合金化；8、升温；9、凝固成型。12主要炼钢工艺：

铁水预处理；转炉或电弧炉炼钢；炉外精炼（二次精炼）；连铸。1314铁水预处理

脱硫预处理；三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理。铁水脱硫预处理：[S]＋{Mg}＝(MgS)脱硫剂：CaC2,

CaO、Mg等脱硫率：40-80％[S]可脱除到90～30ppm。KR法脱硫喷粉脱硫[S]＋(CaO)＋[C]＝(CaS)＋CO15三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理16脱硅反应：[Si]＋2/3Fe2O3＝(SiO2)＋4/3Fe2[P]＋3(CaO)＋5/3Fe2O3＝(3CaOP2O5)＋5/3Fe脱磷反应：17氧气转炉炼钢18主原料： 铁水、废钢辅助原料： 石灰、萤石、铁矿石等吨位：

25～300t顶吹O2：

3～3.5m3/min.t吹炼时间：

15～25min炉龄：

2000～20000次19铁水温度： 1200～1300℃钢水温度： 1640～1720℃主要化学反应：[C]＋1/2O2＝CO[C]＋O2＝CO2[Si]＋O2＝(SiO2)[Mn]＋1/2O2＝(MnO)2[P]＋5/2O2＋3(CaO)＝(3CaOP2O5)Fe＋1/2O2＝(FeO)[S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O]不需外供热源2021电弧炉炼钢22主原料： 废钢、DRI、

HBI辅助原料： 石灰、萤石、铁矿石等吨位： 25～150t功率： 500～1500kVA/t冶炼时间： 45min～1.5h供热： 电弧加热类型： 交流、直流23主要化学反应：[C]＋1/2O2＝CO[C]＋O2＝CO2[Si]＋O2＝(SiO2)[Mn]＋1/2O2＝(MnO)2[P]＋5/2O2＋3(CaO)＝(3CaOP2O5)Fe＋1/2O2＝(FeO)[S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O]24炼钢工序功能的演变1)脱碳；2)升温；3)脱磷；4)脱硫；4)脱氧、氮、氢等；5)合金化。基本任务}}炉外精炼{25炉外精炼26作业：1、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？27第二章炼钢的基本反应第一节、铁的氧化和熔池传氧方式1、氧流对金属熔池的作用

顶吹氧枪O2出口速度通常可达300～350m/s；

氧流与熔池作用，将动量传递给金属液；金属熔池产生循环运动。28

作用区温度2200

～2700℃；光亮较强的中心

(区域I)；

光亮较弱的外围

(区域II)。氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区(火点区)29氧气炼钢中还存在乳化和泡沫现象在氧流强冲击和熔池沸腾作用下，部分金属微小液滴弥散在熔渣中；乳化的程度与熔渣粘度、表面张力等性质有关；乳化可以极大地增加渣－铁间接触面积，因而可以加快渣－铁间反应。乳化造成的渣－铁间接触面积可达0.6～1.5m2/kg。30熔池在氧流作用下形成的强烈运动和高度弥散的气体－熔渣－金属乳化相，是吹氧炼钢的特点。1－氧枪2－乳化相3－CO气泡4－金属熔池5－火点6－金属液滴7－作用区释放出的

CO气泡8－溅出的金属液滴9－烟尘312、铁的氧化和还原向熔池吹氧时第二步，吸附的氧溶解于铁液中：t[Fe]＋[O]＝FetO第一步，气体氧分子分解并吸附在铁的表面：1/2{O2}＝[O]吸附第三步，由于氧势高，Fe与[O]反应，生成铁氧化物。[O]吸附＝[O]32炼钢条件下铁氧化物稳定性比较Fe＋[O]＝FeO

G＝－112442＋46.56T[1,2]2/3Fe+[O]=1/3Fe2O3

G＝－152988＋87.94T[1,2]3/4Fe+[O]=Fe3O4

G＝－177232＋92.96T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley196333

Fe3O4可以看作为FeOFe2O3；

FeO最稳定；

Fe2O3/FeO平均为0.8。34炉渣的氧化作用

炉渣中FeO与氧化性气氛接触，被氧化成高价氧化物Fe2O3；

渣－铁界面，高价Fe2O3被还原成低价FeO；

气相中的氧因此被传递给金属熔池。35当传氧过程达到平衡时，铁液中[O]达到饱和，[O]饱和含量由炉渣的氧化性所确定。Fe＋[O]＝FeO

G＝－112442＋46.56T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963361650℃下钢液中最高[O]含量aFeO＝1，温度 1500℃1550℃1600℃1700℃[%O]饱和

0.13%0.16%0.20%0.29%37杂质的氧化方式－直接氧化和间接氧化间接氧化：气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。直接氧化：气体氧优先同铁发生反应，待生成FetO以后再同其它杂质进行反应。38直接氧化在氧流－金属表面处进行：氧流同熔池作用区的表面；

悬浮于作用区的金属液滴的表面；

作用区周围的氧气泡的表面上；

凡是氧气能直接同金属液接触的表面。{O2}＋2[Fe]＝2(FeO){O2}＋2[Mn]＝2(MnO){O2}＋[Si]＝(SiO2)5{O2}＋4[P]＝2(P2O5){O2}＋2[C]＝2{CO}{O2}＋[C]＝{CO2}39间接氧化方式

－在氧气泡直接同铁液接触的表面上，氧首先同铁结合，然后FeO扩散到熔池内部并溶于金属液中。(FeO)＝[O]＋[Fe]C、Si、Mn、P等同[O]反应[O]＋[Mn]＝(MnO)2[O]＋[Si]＝(SiO2)5[O]＋2[P]＝(P2O5)[O]＋[C]＝{CO}2[O]＋[C]＝{CO2}40(FeO)＋[Mn]＝(MnO)＋(Fe)2(FeO)＋[Si]＝(SiO2)＋2(Fe)5(FeO)＋2[P]＝(P2O5)＋5(Fe)(FeO)＋[C]＝{CO}＋(Fe)2(FeO)＋[C]＝{CO2}＋2(Fe)也可以表示为：41多数意见认为氧气转炉炼钢以间接氧化为主氧流是集中于作用区附近而不是高度分散在熔池中；氧流直接作用区附近温度高，Si和Mn对氧的亲和力减弱从反应动力学角度来看，C向氧气泡表面传质的速度比反应速度慢，在氧气同熔池接触的表面上大量存在的是铁原子，所以首先应当同Fe

结合成FeO。42第二节、脱碳反应铁液中碳的饱和溶解度：[%C]＝1.30＋2.57×10-3

×(T－273)

Si、P、S降低碳的溶解度；

Mn、V、Cr增加碳溶解度；碳增加钢材强度、硬度；碳降低钢材焊接、耐腐蚀、冷加工性能。43脱碳反应是贯穿于炼钢过程始终的一个主要反应。反应热升温钢水；影响生产率；影响炉渣氧化性；影响钢中[O]含量。44脱碳反应的产物－CO在炼钢过程中也具有多方面的作用。

从熔池排出CO气体产生沸腾现象，使熔池受到激烈地搅动，起到均匀熔池成分和温度的作用；大量的CO气体通过渣层是产生泡沫渣和气一渣一金属三相乳化的重要原因；上浮的CO气体有利于清除钢中气体和夹杂物；在氧气转炉中，排出CO气体的不均匀性和由它造成的熔池上涨往往是产生喷溅的主要原因。45一、脱碳反应的热力学条件{O2}＋2[C]＝2{CO}{O2}＋[C]＝{CO2}G＝－416328＋41.8T[1,2]直接氧化：G＝－275044－83.64T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley196346间接氧化：2[O]＋2[C]＝2{CO}2[O]＋[C]＝{CO2}G＝－182248＋47.56T[1,2]G＝－40964－77.88T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley196347[C]的氧化产物绝大多数是CO而不是CO2。[C]含量高时，CO2也是脱碳反应的氧化剂:[C]＋{CO2}＝2{CO}48与Fe-O-C熔体平衡气相中CO2，％PCO+CO2＝1atm

[C]含量愈高，CO愈稳定；温度愈高，CO愈稳定。49[C][O]乘积：[C]+[O]={CO}G＝－20482－38.94T[1,2]取PCO＝1atm,[1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley19635051实际炼钢过程熔池[O]高于理论[O]含量52实际熔池的[O]含量与碳－氧化学平衡的[O]含量之差称为过剩氧

[O]:

[O]＝[O]实际－[O]平衡

脱碳速度快，

[O]低；熔池搅拌强，

[O]低；底吹、顶底复吹转炉炼钢

[O]低。过剩氧

[O]的大小与脱碳反应动力学有关53[C]+[O]={CO}G＝－20482－38.94T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963气相压力对脱碳反应的影响5455通过减少PCO促进脱碳反应56脱碳反应的热力学条件增大fC有利于脱碳；2)增加[O]有利于脱碳；3)降低气相PCO有利于脱碳；4)提高温度有利于脱碳。57脱碳反应的热效应1/2{O2}＝[O](1)[C]＋[O]＝{CO}(2)[C]+{O2}＝{CO2}(4)H＝－34830kJ/kg[C][C]+1/2{O2}＝{CO}(3)H＝－11637kJ/kg[C]58例题：氧化1％[C]可使钢水升温多少℃？取：90％碳氧化为CO，10％氧化为CO2，渣量为10kg/t，钢水比热为840J/kg/℃，炉渣比热为1250J/kg/℃，炉气比热为1140J/kg/℃。碳氧化为CO放热：1000×0.01×0.9×11637＝104580kJ碳氧化为CO2放热：1000×0.01×0.1×34830＝34830kJ每氧化1％[C]可使钢水升温：(104580＋34780)/880.601＝158℃1000×0.01×0.9×28.01/12.01＋1000×0.01×0.1×44.01/12.01＝24.65kg氧化1％碳生成反应气体量为：钢水、炉渣、炉气每升温1℃所需要热量为：1000×840＋10×1250＋24.65×1140＝880.601kJ59二、脱碳反应的动力学条件1．脱碳反应的环节1)反应物[C]和[O]向反应区扩散;2)[C]和[O]进行化学反应;3)反应界面气泡生成；4)反应产物CO或CO2离开反应区域。碳的氧化反应是一个复杂的多相反应，包括扩散、化学反应和气泡生成等几个环节。60第三节、硅的氧化

液态无限互溶；常温下固态钢中溶解度很高；增加钢的强度。碳钢中每增加0.1%Si,热轧钢材

s大约增加3.9～4.9MPa，b增加7.8～8.8MPa。61[Si]的氧化反应[Si]＋{O2}＝(SiO2)G＝－827640＋224.4T[1,2][Si]＋2[O]＝(SiO2)G＝－593560＋230.2T[1,2][Si]＋2(FeO)＝(SiO2)＋2[Fe]G＝－368676＋137.06T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley196362当有过量(FeO)存在时，[Si]的氧化产物与(FeO)结合：[Si]＋2(FeO)＋2(CaO)＝(Ca2SiO4)＋2[Fe]随着炉渣中(CaO)含量增加，(2FeOSiO2)逐渐向(2CaOSiO2)转化：(SiO2)＋(FeO)＝(2FeOSiO2)[Si]的氧化反应也可表示为：2(CaO)＋(SiO2)＝(Ca2SiO4)63[Si]的氧化反应可以更方便地表示为：[Si]＋2[O]＝SiO2(l)G＝－593560＋230.2T[1,2]有利于[Si]氧化反应因素：

提高[Si]的活度；降低渣中(SiO2)的活度；较低温度。64脱硅反应的热效应[Si]+{O2}＝(SiO2)H＝－29176kJ/kg例题：氧化0.1％[Si]可使钢水升温多少℃？取：渣量为10kg/t，钢水比热为840J/kg/℃，炉渣比热为

1250J/kg/℃。[Si]氧化放热：1000×0.001×29176＝29176kJ钢水、炉渣每升温1℃所需要热量为：1000×840＋10×1250＝852.5kJ每氧化0.1％[Si]可使钢水升温：29176/852.5＝34.2℃65[Si]的氧化在炼钢吹炼初期即可完成66国内某钢厂300吨BOF转炉吹炼过程熔池成分变化第一炉第二炉67[Si]的氧化反应对炼钢过程的影响

热效应；影响脱碳、脱磷反应；影响渣量。现代化炼钢厂采用了铁水脱硅预处理工艺68作业：1、氧气射流对熔池的物理作用？2、比较炼钢条件下铁氧化物的稳定性。3、炉渣是如何发挥传氧作用的？4、什么是直接氧化和间接氧化？5、脱碳反应的产物－CO在炼钢过程中具有什么作用？6、什么是过剩氧

[O]？其主要影响因素是什么？7、有利于[Si]氧化反应因素是什么？[Si]的氧化反应对炼钢过程有何影响？69

液态无限互溶；常温下钢中溶解度很高；提高钢的强度。碳钢中每增加0.1%Mn,热轧钢材

s大约增加7.8～9.8MPa，b增加7.8～12.7MPa。第四节、锰的氧化与还原70[Mn]的氧化反应[Mn]＋1/2{O2}＝(MnO)G＝－402065＋83.62T[1,2][Mn]＋[O]＝(MnO)G＝－285025＋86.5T[1,2][Mn]＋(FeO)＝(MnO)＋[Fe]G＝－172583＋39.94T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley196371如以下式代表锰的氧化反应：有利于[Mn]氧化反应因素：

提高[Mn]的活度；提高渣中(FeO)的活度；降低渣中(MnO)的活度；较低温度。[Mn]＋(FeO)＝(MnO)＋[Fe]G＝－172583＋39.94T[1,2]72锰氧化反应的热效应[Mn]+1/2{O2}＝(MnO)H＝－6593kJ/kg例题：氧化0.1％[Mn]可使钢水升温多少℃？取：渣量为10kg/t，钢水比热为840J/kg/℃，炉渣比热为

1250J/kg/℃。[Mn]氧化放热：1000×0.001×6593＝6593kJ钢水、炉渣每升温1℃所需要热量为：1000×840＋10×1250＝852.5kJ每氧化0.1％[Mn]可使钢水升温：6593/852.5＝7.7℃73[Mn]＋(FeO)＝(MnO)＋[Fe]G＝－172583＋39.94T炼钢过程Mn的氧化与还原

初期温度低，渣中MnO

活度低，大量Mn氧化；中后期温度升高、渣中

FeO含量降低，碱度提高，炉渣中部分MnO被还原；末期炉渣FeO含量增高，

Mn重新被氧化。74第五节、脱磷反应对绝大多数钢种，磷是有害的杂质。■冷脆；■调质钢的回火脆性；■热加工性；■焊接性能等。

某些钢种，例如高Ni合金钢、低温液态气体储罐、奥氏体不锈钢等，要求尽量降低[P]含量。[P]对9％Ni钢低温韧性的影响75一、铁水中[P]的氧化反应2[P]＋5/2{O2}＝(P2O5)G＝－938080＋258.7T[1,2]2[P]＋5[O]＝(P2O5)G＝－352880＋273.1T[1,2]2[P]＋5(FeO)＝(P2O5)＋5[Fe]G＝－209327＋40.3T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963762[P]＋5[O]＝(P2O5)G＝－352880＋273.1T计算：1650℃时脱磷反应所需P2O5活度1650℃时钢液最高[O]为0.28%，目标[P]含量为0.01%，即：炉渣中P2O5活度必须低于3.62×10-12，脱磷反应才能进行。77P2O5的稳定性—造渣的必要性2[P]＋5[O]＝(P2O5)G＝－352880＋273.1T1650℃时钢液最高[O]为0.28%，目标[P]含量为0.01%，取渣中NP2O5＝0.015(相当于3.5%)，78通过造碱性炉渣降低P2O5的活度系数。Turkdogan经验公式[1]：降低P2O5活度系数的措施：

提高炉渣碱度CaO/SiO2；

提高炉渣MgO、MnO、FeO含量；降低温度。[1]JournalofIronandSteelInstitute,1953,Vol.175,p.39879炼钢炉渣成分范围：MnOP2O5

FetOCaO/SiO245～55%12～20%4～13％2~4％CaOSiO2MgOAl2O3

2～6%1~5%12～28%3~4.580二、脱磷反应的热力学条件脱磷反应的反应式：2[P]＋5[O]＝(P2O5)(1)2[P]＋5(FeO)＋3(CaO)＝(Ca3P2O8)＋5[Fe](2)2[P]＋5(FeO)＋4(CaO)＝(Ca4P2O9)＋5[Fe](3)按照炉渣离子模型2[P]＋5[O]＋3(O2-)＝2(PO43-)(5)2[P]＋5(Fe2+)＋8(O2-)＝2(PO43-)＋5[Fe](4)81脱磷反应平衡的研究Healy等研究2[P]＋5[O]＝(P2O5)松下幸雄等研究82有利于脱磷的工艺条件

降低温度有利于脱磷反应；提高炉渣碱度有利于脱磷反应；增加炉渣氧化铁活度有利于脱磷反应；增加渣量有利于脱磷反应；增加[P]活度系数有利于脱磷反应。83渣量对脱磷反应的影响例题：对金属和炉渣做磷的衡算。84回磷：300吨BOF转炉吹炼过程金属成分变化炼钢过程回磷；脱氧过程回磷。炼钢过程回磷原因：

吹炼中期炉渣返干，

FetO含量减少；温度偏高。85脱氧过程回磷原因：

出钢带渣量多；炉渣碱度降低；

[O]含量降低。3(P2O5)＋10[Al]＝6[P]＋5(Al2O3)2(P2O5)＋5[Si]＝4[P]＋5(SiO2)2[Al]＋3(FeO)＝(Al2O3)＋3[Fe][Si]＋2(FeO)＝(SiO2)＋2[Fe]86低磷钢生产1、低磷钢生产(铁水预处理、氧气炼钢)；2、超低磷钢(P<20ppm)生产(铁水预处理

＋二次精炼脱磷)铁水脱磷预处理1、铁水运送容器中喷粉脱磷；2、利用转炉脱磷预处理(SRP、LD－ORP)。脱磷剂：CaO－CaF2－Fe2O3(O2)87铁水鱼雷罐中喷粉脱磷新日铁君津厂脱磷工序流程示意图88铁水罐中喷粉脱磷NKK福山厂铁水罐喷粉脱磷示意图89利用转炉作为容器进行铁水脱磷处理新日铁名古屋厂转炉脱磷处理流程图90各种铁水脱磷方法的比较91对于[P]<20ppm超低磷钢，必须采用二次精炼脱磷方法NKK福山厂生产9％Ni超低磷钢工艺流程图92还原脱磷

在还原条件下，磷可还原，生成P3-：

1/2P2(g)+3/2(O2-)=(P3-)+3/4O2

实现还原脱磷，需要很低的氧势或很高真空度，生产中很难实现。目前采用Ca-CaF2，CaC2-CaF2渣系进行还原脱磷。

3CaC2+2[P]=Ca3P2+6[C]还原脱磷存在的问题:1）CaP2渣的处理很复杂，与水汽作用，产生PH3剧毒气体；2）[C]=0.5-1.8%，脱P率↑；[C]<0.5%，CaC2分解速度快，Ca损增加；3）[C]>1.8%，CaC2分解困难，钢液有“增C”的可能。P5+P3-lgPO2lgP3-,lgP5+,%93作业：1、有利于[Mn]氧化反应因素是什么？2、有利于脱磷的工艺条件有哪些？3、炼钢炉渣成分范围是怎样的？4、什么是回磷？造成炼钢过程和脱氧过程回磷的原因是什么？5、如何生产低磷钢？6、有利于脱硫的因素有哪些？94第六节、脱硫反应硫对钢材性能的影响：

■热加工性(红脆);■降低低温韧性；

■焊接性能；

■抗氢致裂纹性能；

■各向异性959697

钢中[S]含量范围：0.0002～0.040%；铁液中S能无限溶解；固态钢中[S]的溶解度降低，绝大多数以硫化物形式存在于钢的奥氏体晶界处。球状MnS夹杂网状硫化物夹杂

98一、脱硫反应[S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O]G＝89036－18.46T[1,2][S]＋(MnO)＝(MnS)＋[O]G＝119222－33.95T[1,2][S]＋(MgO)＝(MgS)＋[O]G＝167524－14.9T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963[S]＋(O2+)＝[O]＋(S2+)99碱性氧化渣与钢液间的脱硫反应[S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O]G＝89036－18.46T[1,2]离子反应式[S]＋(O2-)＝(S2-)＋[O]logK＝－4650/T＋0.964100有利于脱硫的因素：

提高温度；提高[S]的活度系数；提高炉渣(O2-)活度；降低炉渣(S2-)活度系数；降低[O]活度。[S]＋(O2-)＝(S2-)＋[O]101硫容量(SulfideCapacity)[S]＋(O2-)＝(S2-)＋[O]硫容量代表炉渣脱硫能力，温度一定时，只与炉渣组成有关。102高碱度炉渣有利于脱硫103炉渣高的FeO含量不利于脱硫1041550℃105气相脱硫(S2-)＋3/2{O2}＝(O2-)＋{SO2}6(Fe3+)＋(S2-)＋2(O2-)＝6(Fe2+)＋{SO2}[S]＋[O]＝{SO}G＝146594－24.40T[1,2][S]＋2[O]＝{SO2}G＝3851＋55.72T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963气相脱硫约占总脱硫量的10％。106金属的脱硫反应[Mn]+[S]=(MnS)G＝－131357＋80.95T[1,2]{Ca}+[S]=(CaS)G＝－572980＋169.4T[1,2]{Mg}+[S]=(MgS)G＝－430028＋181.8T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963107108低硫钢生产技术■低硫钢(S<100ppm)，采用铁水预处理■超低硫钢(S<50ppm)，铁水预处理＋二次精炼脱硫铁水脱硫预处理：KR法脱硫喷粉脱硫脱硫剂：CaC2,CaO、

CaF2等脱硫率：40-80％[S]可脱除到90－50ppm。109经脱硫处理过的铁水(S<90ppm)在氧气转炉炼钢过程基本不能够脱硫，由于废钢、残渣、耐火材料等带入硫，炼钢过程回硫可达10～30ppm。仅具有铁水脱硫预处理很难经济地生产超低硫钢，炼钢后的二次精炼脱硫对于生产超低硫钢是不可缺少的工序。110国内某转炉钢厂低硫铁水炼钢过程回硫分析

铁水： [S]：0.005%废钢： [S]：0.04%生铁块： [S]：0.03%石灰： [S]：0.011%轻烧白云石： [S]：0.025%生白云石： [S]：0.015%铁水渣： [S]：1.0～2.2%铁水带渣量： 0.5～1.0吨111吹炼开始后回硫进行得很快，在开吹后10min里，[S]几乎呈直线上升第一炉第二炉112炉渣碱度对回硫有重要的影响第一炉第二炉113带入硫量分析：炼钢炉料中的硫主要来自废钢、铁水渣和铁水，石灰等带入的硫很少。114由此可知：1)回硫主要发生在吹炼的前半期；2)吹炼前半期炉渣碱度低是促使回硫的重要原因，如能在吹炼前期快速将碱度提高到2.3以上，将能够减轻回硫；3)炉料中的硫主要来自废钢和脱硫渣，减少带渣对抑制回硫十分重要。4)冶炼超低硫钢时应采用减少废钢用量或使用低硫优质废钢、尽可能减少铁水带渣方法。115二次精炼钢液脱硫技术1、钢包喷粉脱硫(TN、KIP等)TN法脱硫示意图喷吹CaO-CaF2-Al2O3、CaSi等进行脱硫,脱硫效率60～90％，处理后钢液[S]可脱除至10ppm以下。优点：反应速度快、效率高；缺点：钢水翻腾大，氧化和吸氮较严重。116钢包炉(LF)钢水脱硫技术LF炉精炼非常适合于低硫、超低硫钢生产：■高碱度还原渣，渣量可达25kg/t；

■电弧加热，炉渣温度高；■可以较强烈搅拌钢水；■过程稳定，易于控制。117新日铁八幡厂60tLF炉生产低硫钢工艺11880kg级优质高强度钢生产工艺流程

119NKK福山厂250吨LF炉生产极低硫钢([S]<5ppm)工艺3(CaO)+2[Al]+3[S]=3(CaS)+(Al2O3)（1）120因为，（2）代入（2）式，得到（3）定义：121要获得高的(S)/[S]由（3）式得到：

[Al]含量要高；温度要高；炉渣(S.P.)值要低。122在60％CaO－10％SiO2－30％Al2O3处，炉渣的(S.P.)值最低(0.1左右)。123124第七节、钢液的脱氧反应脱氧的必要性在氧气炼钢过程均采用向金属熔池供氧以氧化去除铁液中碳、硅、磷等杂质；

为获得高的反应效率，必须供入充足的氧；

在冶炼临近结束时，钢液实际上处于“过度氧化”状态。1650C时，[O]饱和＝0.238％125实际炼钢生产中钢液的溶解氧含量[O]低于[O]饱和；

钢液[O]含量除与温度有关外，还与钢液其它组元含量、炉渣氧化性、氧气炼钢供氧参数等有关；冶炼结束时[O]含量存在一波动范围；以氧气底吹转炉为例，当终点[C]含量在0.02％～

0.10％之间时，[O]含量在

0.08％～0.1％之间。126固体钢中氧的溶解度变化铁凝固后氧在固体铁中的溶解度显著降低；

铁中氧的溶解度最大约为80ppm；

铁中氧的溶解度最多为25ppm；

铁中氧的溶解度仅约为3～4ppm。这意味着在凝固以及随后的冷却过程，铁液中的溶解氧几乎全部均要由Fe中析出。127氧对钢性能的影响氧是在钢的凝固过程偏析倾向最严重的元素之一，氧的偏析系数（1－[O]固体钢/[O]钢液）为0.98。在钢凝固和随后的冷却过程，由于溶解度急剧降低，钢中原溶解的绝大部分氧以铁氧化物、氧硫化物等微细夹杂物形式在奥氏体或铁素体晶界处富集存在；氧化物、氧硫化物等微细夹杂物会造成晶界脆化，在钢的加工和使用过程容易成为晶界开裂的起点，导致钢材发生脆性破坏；钢中氧含量增加会降低钢材的延性、冲击韧性和抗疲劳破坏性能，提高钢材的韧－脆转换温度，降低钢材的耐腐蚀性能等。128钢液的脱氧在氧化冶炼完成后，必须对钢液进行脱氧，将钢液的氧含量降低到较低的水平。对钢液进行脱氧目前主要有三种方法：（1）直接（沉淀）脱氧法；（2）扩散脱氧法；（3）真空脱氧法。129直接（沉淀）脱氧是用与氧亲和力较铁与氧亲和力强的元素作脱氧剂，脱氧剂与钢液中的氧直接作用，发生脱氧反应，反应产物由钢液上浮排除，从而达到脱氧目的。其中，[M]：脱氧元素；

[O]：钢液氧含量。沉淀脱氧是目前广为采用的脱氧方法。脱氧时将脱氧剂以铁合金形式直接加入到钢液中，某些比重较轻或较易气化的脱氧剂（例如铝、钙、镁等）则多采用向钢液喂丝或喂包芯线方法加入至钢液中。沉淀脱氧反应速度快，操作简便，成本较低，但由于部分脱氧产物会滞留在钢中。130扩散脱氧是向炉渣中加入碳粉、硅铁粉、铝粉等脱氧剂，降低炉渣的FeO含量。由氧在渣－钢之间的分配平衡关系式可知，当渣中FeO含量不断降低时，钢中的氧即会向炉渣中扩散，以维持氧在渣－钢间的分配平衡，从而达到钢液脱氧的目的。扩散脱氧方法目前主要应用于钢水炉外精炼。扩散脱氧的优点是脱氧产物不玷污钢液，缺点是脱氧速度较慢。131真空脱氧是指将钢液至于真空条件下，通过降低CO气体分压，促使钢液内[C]－[O]反应继续进行，利用[C]－[O]反应达到脱氧的目的。真空脱氧方法的最大特点是脱氧产物CO几乎全部可有钢液排除，不玷污钢液。缺点是钢液温度损失较大，且投资和生产成本较高。

[C]＋[O]＝CO132133元素的脱氧能力脱氧反应式：平衡常数式：当脱氧产物为纯氧化物或呈饱和态时，aMxOy＝1，钢液中[M]、[O]活度系数取为1，134取Km的倒数，K称为脱氧常数，用以判断元素的脱氧能力。元素的脱氧能力：一定温度下与一定浓度的脱氧元素相平衡的氧含量的高低。135

脱氧常数K值愈大，与一定浓度脱氧元素[M]相平衡的钢液[O]含量愈高，元素的脱氧能力愈弱。

反之，脱氧常数K值愈低，则元素的脱氧能力愈强。136137G＝A＋B×T(KJ/mol)138139单独元素的脱氧脱氧产物活度为1的条件下，元素脱氧能力：Ca>Al>Ti>C>Si>V>Cr>Mn140脱氧产物与脱氧元素含量的关系在脱氧元素含量低，[O]含量高时，发生以下反应：脱氧产物有：FeOMnO、FeOAl2O3、FeOSiO2、FeOV2O3、FeOCr2O3等。141脱氧元素不同含量下的脱氧产物组成142三次脱氧产物：钢液凝固时，在固－液两相区仍可以继续进行脱氧反应，由此生成的脱氧产物。一次脱氧产物：加入脱氧元素，立即发生脱氧反应生成的脱氧产物。二次脱氧产物：随着温度下降，平衡发生移动，脱氧反应得以继续进行，由此生成的脱氧产物。143锰的脱氧[Mn]+[O]=MnO(l)G=－285025＋126.84T脱氧能力很低；局部锰含量高，可局部脱氧；随温度降低，锰脱氧能力增强；

与硅、铝同时使用，增强硅、锰的脱氧能力。144硅的脱氧[Si]+2[O]=SiO2(s)G=－585700＋226.86T具有较强的脱氧能力；随温度降低，脱氧能力增强；

为绝大多数钢种采用。145铝的脱氧2[Al]+3[O]=Al2O3(s)G=－1243660＋394.7T

非常非常强的脱氧能力；随温度降低，脱氧能力增强；

为大多数钢种采用。146复合脱氧剂的脱氧1、硅－锰复合脱氧硅比锰的脱氧能力强，但是用硅－锰同时脱氧，可以降低SiO2的活度，得到更低的残余氧含量。147148149锰同样能提高铝的脱氧能力，锰硅同时存在时可进一步提高铝的脱氧能力。1502、钙－硅复合脱氧[Ca]+[O]=CaO(s)G=－628696＋227.25T非常强的脱氧能力；炼钢温度下Ca的蒸汽压很高(1.6～3.7大气压);Ca在钢液中溶解度很低

(0.15～0.16%)；仅用Ca脱氧损耗很大。151为了提高Ca的脱氧效率，需要同时加入第三元素，提高Ca在钢液中的溶解度。碳、硅、铝能够显著提高Ca的溶解度；每加入1％的C、Si、Al，Ca的溶解度分别增加90％、25％、20％；

硅－钙合金、铝－钙合金被广泛采用。152扩散脱氧钢液中[O]向炉渣扩散传递，与加入到炉渣中脱氧元素进行的脱氧反应称为扩散脱氧。第二步：在渣－钢界面发生脱氧反应。第一步：钢液中[O]向渣－钢界面传递，扩散脱氧产物不会污染钢液，但扩散脱氧的反应速度较低。153[C]+[O]={CO}G＝－20482－38.94T[1,2][1]ReedThomas,FreeEnergyofFormationofBinaryCompounds,MITPress,1971[2]J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley1963真空碳脱氧154155真空精炼工艺156沉淀脱氧的动力学沉淀脱氧包括以下环节：脱氧元素的溶解和均匀化；脱氧化学反应；脱氧产物的形核；脱氧产物的长大；脱氧产物的去除。157Al2O3夹杂物上浮快的原因：与钢液之间界面张力大；生成簇群状夹杂物。158159钢中非金属夹杂物的种类及其形态一、按化学成分分类1、氧化物系夹杂物简单氧化物－FeO、MnO、SiO2、Al2O3、

Cr2O3、TiO2等。2)复杂氧化物－尖晶石类夹杂物和各种硅酸盐、铝酸盐类夹杂物。尖晶石类夹杂物－FeOFe2O3、FeOAl2O3、

MnOAl2O3、FeOCr2O3、

MgOAl2O3等。160硅酸盐类夹杂物－

xFeOyMnOzSiO2铝酸盐类夹杂物－xFeOyMnOzAl2O3脱氧生成的夹杂物多为Al2O3、SiO2、Mn-Al硅酸盐、

Mn-Si铝酸盐等。簇群状Al2O3夹杂物161162块状Al2O3非金属夹杂物163164FeO-MnO-SiO2-Al2O3系夹杂物FeO-MnO-Al2O3系夹杂物165FeO-CaO-Al2O3-SiO2系夹杂物FeO-CaO-Al2O3-SiO2系夹杂物1662、硫化物系夹杂物MnS钙处理钢中复杂硫化物硫化物按照形态通常分为三类第I类硫化物：形状为球形，尺寸可在相当大的范围内变动，可以是单纯的硫化物，也可以是硫化物(MnS)与氧化物(FeO、MnO等)结合形成的硫氧化物167第III类硫化物：晶界处存在的排成链状的球状夹杂或者是在晶界形成的共晶式的薄膜。第II类硫化物：此类夹杂物呈块状、外形不规则，多少呈任意状态分布。168二、按夹杂物形态分类1、塑性夹杂物FeO、MnO、(Fe、Mn)O、部分Fe-Mn硅酸盐、部分Ca-Mn硅酸盐、Ca-Al硅酸盐、MnS等。1691703、不变形夹杂物在热加工时保持原来的球、点状(SiO2、含较高SiO2的硅酸盐、钙的铝酸盐等)。2、脆性夹杂物在热加工时不变形，但沿加工方向破裂成串状(Al2O3、尖晶石类夹杂物)。171内生夹杂物外来夹杂物三、按夹杂物的来源分类172连铸结晶器保护渣卷入生成的非金属夹杂物173174夹杂物对钢材性能的影响

疲劳寿命；

延性、韧性；

焊接性能；

HIC性能；

各向异性(链状Al2O3)；

耐蚀性；

表面质量；

加工性能。175减少钢中非金属夹杂物的途径减少脱氧产物对钢液的污染采用合适的脱氧制度吹氩或电磁搅拌真空脱氧确保足够的镇静时间防止钢液的二次氧化减少外来杂质的污染176第八节、钢液中的气体和去除钢中的气体:

氮气

氢气177气体在钢液中的溶解：空气（N2、H2O）；炉料（石灰、废钢、合金、耐火材料等）。钢中气体的来源：J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley，1963178179[H]的另一来源：水蒸气H2O＋CO＝CO2＋H2∆G

＝－29500＋26.8TH2O＝1/2O2＋H2∆G

＝249570－57.10T空气、炉料中水分均为钢液[H]的重要来源！电弧炉冶炼过程，电弧温度高达4000～7000C，高温加速了H2、N2、H2O的解离和溶解。电弧炉炼钢钢液[N]、[H]含量高于氧气转炉。180钢液的脱氮和脱氢（3）钢水真空精炼脱除[N]、[H]脱碳可以强烈搅拌熔池，加速[N]、[H]向液－气反应界面的传递；脱碳反应生成大量CO气泡，在CO气泡内氮、氢的分压近似为零；

CO气泡可成为N2、H2核心。（1）利用脱碳反应脱除[N]、[H]（2）钢水包内吹氩脱除[N]、[H]181低[N]钢液的脱氮是尚未解决的难题RH处理前后钢中[N]的变化V-KIP处理前后[N]的变化182生产低[N]钢采用：■铁水预处理；■顶底复吹转炉；■不脱氧出钢；■严格保护浇铸。不同工序钢中[N]含量的变化脱氮困难的原因：■钢液中氮的溶解度高；■空气氮分压高；■液态钢温度下很难利用化学反应脱氮；■氧、硫表面活性元素影响。183作业：1、什么是回硫？造成回硫的原因是什么？2、对钢液进行脱氧的方法有哪些？3、沉淀脱氧与扩散脱氧相比有何优缺点？4、1650℃下，元素脱氧能力的强弱顺序如何？5、为何要采用复合脱氧剂？6、非金属夹杂物对钢有什么危害，如何减少钢中非金属夹杂物？7、钢中气体的来源有哪些？通过哪些方法可以脱除？184第九节钢液的物理化学性质一、钢液的密度

单位体积钢液所具有的质量，常用符号ρ表示，单位通常用kg/m3。影响钢液密度的因素主要有温度和钢液的化学成分。总的来讲，温度升高，钢液密度降低，原因在于原子间距增大。固体纯铁密度为7880kg/m3，1550℃时液态的密度为7040kg/m3，钢的变化与纯铁类似。

185钢液密度随温度的变化：

ρ=8523-0.8358(T+273)

成分对钢液密度的影响：

ρ1600℃=ρ01600℃-210[%C]-164[%Al]-60[%Si]-550[%Cr]-7.5[%Mn]+43[%W]+6[%Ni]钢液的密度186

[C]（%）密度1500℃1550℃1600℃1650℃1700℃0.000.100.200.300.400.600.801.001.201.607.466.987.067.147.146.976.866.786.726.677.046.967.017.067.056.896.786.706.646.577.036.956.977.017.016.846.736.656.616.547.006.896.936.986.976.806.676.596.556.526.936.816.816.826.836.706.576.506.476.43铁碳熔体的密度（kg/m3）

187二、钢的熔点指钢完全转变成均一液体状态时的温度，或是冷凝时开始析出固体的温度。钢的熔点是确定冶炼和浇铸温度的重要参数，纯铁的熔点约为1538℃，当某元素溶入后，纯铁原子之间的作用力减弱，铁的熔点就降低。降低的程度取决于加入元素的浓度、原子量和凝固时该元素在熔体与析出的固体之间的分配。第九节钢液的物理化学性质188各元素使纯铁熔点的降低可表示为：

Mi为溶质元素i的原子量；

[%i]液为元素i在液态铁中的质量百分数；

K为分配系数，而K=[%i]固/[%i]液，（1-K）则称为偏析系数。189计算钢的熔点经验式：T熔=1538-90[%C]-28[%P]-40[%S]-17[%Ti]-6.2[%Si]-2.6[%Cu]-1.7[%Mn]-2.9[%Ni]-5.1[%Al]-1.3[%V]-1.5[%Mo]-1.8[%Cr]-1.7[%Co]-1.0[%W]-1300[%H]-90[%N]-100[%B]-65[%O]-5[%Cl]-14[%As]

190或T熔=1536-78[%C]-7.6[%Si]-4.9[%Mn]-34[%P]-30[%S]-5.0[%Cu]-3.1[%Ni]-1.3[%Cr]-3.6[%Al]-2.0[%Mo]-2.0[%V]-18[%Ti]计算钢的熔点经验式：191三、钢液的黏度

黏度是钢液的一个重要性质，它对冶炼温度参数的制定、元素的扩散、非金属夹杂物的上浮和气体的去除以及钢的凝固结晶都有很大影响。黏度是指各种不同速度运动的液体各层之间所产生的内摩擦力。通常将内摩擦系数或黏度系数称为黏度。

第九节钢液的物理化学性质192黏度表示形式

动力黏度，用符号µ表示；单位为Pa•s(N•s/m2，1泊=0.1Pa•s)；

运动黏度，常用符号ν表示，即：

m2/s

钢液的黏度比正常熔渣的要小得多，1600℃时其值在0.002～0.003Pa•s;

纯铁液1600℃时黏度为0.0005Pa•s。

193

影响钢液粘度因素主要是温度和成分。温度升高，粘度降低。钢液中的碳对粘度的影响非常大，这主要是因为碳含量使钢的密度和熔点发生变化，从而引起粘度的变化。生产实践也表明，同一温度下，高碳钢的流动性比低碳钢钢液的好。因此，一般在冶炼低碳钢中，温度要控制得略高一些。碳含量对钢液粘度的影响见下图。钢液的粘度194

温度高于液相线50℃时，碳含量对钢液粘度的影响

当[%C]<0.15时，粘度随着碳含量的增加而大幅度下降，主要原因是钢的密度随碳含量的增加而降低当0.15≤[%C]＜0.40时，粘度随碳含量的增加而增加，原因是此时钢液中同时存在δ-Fe和γ-Fe两种结构，密度是随碳含量的增加而增加，而且钢液中生成的Fe3C体积较大；当[%C]≥0.40时，钢液的结构近似于γ-Fe排列，钢液密度下降，钢的熔点也下降，故钢液的粘度随着碳含量的增加继续下降。195Si、Mn、Ni使钢的熔点降低，Si、Mn、Ni含量增加，钢液粘度降低，尤其含量很高时，降低更显著。但Ti、W、V、Mo、Cr含量增加则使钢液的粘度增加，这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物。钢液中非金属夹杂物含量增加，钢液粘度增加，流动性变差。初期脱氧产物生成，夹杂物含量高，粘度增大，夹杂物不断上浮或形成低熔点夹杂物，粘度又下降。脱氧不良，钢液流动性一般也不好。常用流动性来表示钢液的粘稠状况，粘度的倒数即为流体的流动性。钢液粘度的影响因素196四、钢液的表面张力

钢液因原子或分子间距非常小，其间的吸引力较强，而且钢液表面层和内部所引起的这种吸引力的变化是不同的。内部每一质点所受到的吸引力的合力等于零，质点保持平衡状态；而表面层质点受内部质点的吸引力大于气体分子对表面层质点的吸引力，这样表面层质点所受的吸引力不等于零，且方向指向钢液内部。

这种使钢液表面产生自发缩小倾向的力称为钢液的表面张力，用符号σ表示，单位为N/m。实际上，钢液的表面张力就是指钢液和它的饱和蒸气或空气界面之间的一种力。第九节钢液的物理化学性质197对新相的生成如CO气泡的产生，钢液凝固过程中结晶核心的形成等有影响;对相间反应，如脱氧产物的、夹杂物和气体从钢液中排除，渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影响。影响钢液表面张力的因素很多，但主要有温度、钢液成分及钢液的接触物。凡能降低表面张力的元素，便会自发地移到溶液表面，使表面浓度大于内部浓度，这时称为正吸附，该元素称为表面活性物质；反之，为表面非活性物质。钢液表面张力的作用198钢液的表面张力是随着温度的升高而增大，原因之一是温度升高时表面活性物质如C、O等热运动增强，使钢液表面过剩浓度减少或浓度均匀化，从而引起表面张力增大。1550℃时，纯铁液的表面张力约为1.7～1.9N/m。溶质元素对纯铁液表面张力的影响程度取决于它的性质与铁的差别的大小。

影响钢液表面张力的因素199合金元素对熔铁表面张力的影响

200硫和氧对铁液表面张力的影响

201液相线以上50℃，碳对铁碳熔体表面张力的影响

202五、钢的导热能力钢的导热能力可用导热系数来表示，即当体系内维持单位温度梯度时，在单位时间内流经单位面积的热量。钢的导热系数用符号λ表示，单位为W/（m·℃）。影响钢导热系数的因素主要有钢液的成分、组织、温度、非金属夹杂物含量以及钢中晶粒的细化程度等。

第九节钢液的物理化学性质203钢中合金元素越多，钢的导热能力就越低。各种合金元素对钢的导热能力影响的次序为：C、Ni、Cr最大，Al、Si、Mn、W次之，Zr最小。合金钢的导热能力一般比碳钢差，高碳钢的导热能力比低碳钢差。具有珠光体、铁素体和马氏体组织的钢，导热能力加热时都降低，但在临界点AC3以上加热将增加。各种钢的导热系数随温度变化规律不一样，800℃以下碳钢随温度的升高而下降，800℃以上则略有升高。

影响钢导热能力的因素204导热系数与碳含量的关系

205温度对钢导热系数的影响206第十节熔渣的物理化学性质

炼好钢首先要炼好渣，所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理化学性质，而熔渣的物理化学性质又影响着炼钢的化学反应平衡及反应速率。因此，在炼钢过程中必须控制和调整好炉内熔渣的物理化学性质。造出成分合适、温度适当并具有适宜于某种精炼目的的炉渣是炼钢的重要条件，发挥其积极作用，抑制其不利作用。

207熔渣的作用去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素，同时能将铁和其他有用元素的损失控制最低；保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损；防止热量散失，以保证钢的冶炼温度；吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物。熔渣的不利作用侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重；熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的回收率。208熔渣的来源

炼钢过程有目的加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块。钢铁材料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物。冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料。209熔渣的分类与组成

不同炼钢方法采用不同的渣系进行冶炼，造不同成分的炉渣，可达到不同的冶炼目的。转炉炼钢造碱性氧化渣，而电炉炼钢造碱性还原渣，它们在物理化学性质和冶金反应特点上有明显的差别。

碱性氧化渣因碱性氧化物CaO和FeO含量较高，具有脱磷、脱硫能力，碱性还原渣因含有CaC2，不仅具有脱硫能力，而且有脱氧能力。

210转炉和电炉炉渣的成分和性质

类别化学成分转炉中组成%电炉中组成%冶金反应特点酸性氧化渣CaO+FeO+MnOSiO2P2O550501－450500.0[C],[Si],[Mn]氧化缓慢不能脱P、脱S；钢水中[O]较低碱性氧化渣CaO/SiO2CaOFeOMnOMgO3.0－4.535－557－302－82－122.5－3.540-5010-255-105-10[C],[Si],[Mn]迅速氧化能较好脱P；能脱去50%的S；钢水中[O]较高。碱性还原渣（白渣）CaO/SiO2CaOCaF2Al2O3FeOMgOCaC22.0-3.550-555-82-3＜0.5＜10＜1脱S能力强；脱氧能力强；钢水易增碳钢水易回磷钢水中[H]增加钢水中[N]增加211熔渣的化学性质熔渣的碱度

熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称之为熔渣碱度，常用符号R表示。熔渣碱度的大小直接对渣钢间的物理化学反应如脱磷、脱硫、去气等产生影响。

炉料中w[P]

＜

0.30%时0.30%≤w[P]＜0.60%时212熔渣R＜1.0时为酸性渣，由于SiO2含量高，高温下可拉成细丝，称为长渣，冷却后呈黑亮色玻璃状。R＞1.0为碱性渣，称之短渣。炼钢熔渣R≥3.0。炼钢熔渣中含有不同数量的碱性、中性和酸性氧化物，它们酸、碱性的强弱可排列如下：CaO＞MnO＞FeO＞MgO＞CaF2＞Fe2O3＞Al2O3＞TiO2＞SiO2＞P2O5

碱性