(三)炼钢的基本原理
炼钢基本原理
9
9
3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式
氧的来源： 直接向熔池中吹入工业纯氧（>98％）； 向熔池中加入富铁矿； 炉气中的氧传入熔池。
铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化和间 接氧化。
2013-11-12/09:25:07
10
[Si]氧化产生大量的化学热，是转炉炼钢的主 要热量来源之一，它可使吹炼初期熔池温度能 够较快升高，有利于转炉废钢加入量增加和初 期渣熔化成渣。
[Si]氧化反应产物SiO2是酸性很强的氧化物， 它影响到炼钢的炉渣碱度和石灰加入量。
炉渣中的SiO2易侵蚀碱性炉衬，降低炼钢炉的 炉龄。
2013-11-12/09:25:07
2013-11-12/09:25:07
13
13
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。
14
14
3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序
溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与 1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能变化 来判断。 在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该元素 被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量 氧化。 铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能 变化与温度的关系绘制成图。
2013-11-12/09:25:07
8
8
3.3 炼钢过程的基本反应
3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序 3.3.3 脱碳反应 3.3.4 硅的氧化 3.3.5 锰的氧化与还原 3.3.6 脱磷反应 3.3.7 脱硫反应 3.3.8 钢的脱氧 3.3.9 脱气 3.3.10 去除钢中夹杂物
炼钢的基本原理
炼钢的基本原理
炼钢是利用高温条件下对矿石进行加热、还原和熔化的过程，以提取出其中的铁质，并通过添加适量的合金元素控制组织和性能的处理方法。
炼钢的基本原理包括：
1. 还原：将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。
在高温下，将富氧化铁的矿石与还原剂（如焦炭、煤粉等）一同放入高炉或电弧炉中，通过氧化铁与还原剂的反应，将氧还原为金属铁。
2. 熔化：将还原后的金属铁熔化成流动的铁水。
通过高温下的加热，金属铁达到熔点后转变为液态，在高炉或电弧炉中形成铁水。
3. 脱硫：将铁水中的硫含量降至合理范围。
通过向铁水中加入足量的脱硫剂（如氧化钙、氧化镁等），以及通过炉内搅拌、吹气等方式，将铁水中的硫元素与脱硫剂反应，从而降低硫含量。
4. 添加合金元素：根据需要，向炼钢炉中添加合金元素，如锰、铬、镍等，以改善钢的性能和组织。
这些合金元素可以提高钢的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。
5. 出钢：将经过处理后的铁水浇铸成钢坯。
通过连铸机或浇注工艺，将熔融的铁水倒入铸型中，并经过冷却和凝固，形成钢坯。
总之，炼钢的基本原理是通过还原、熔化、脱硫、添加合金元素等步骤，将铁矿石转变为具有特定性能和组织的钢材。
炼钢需要氧气的原因
炼钢需要氧气的原因1.氧化铁炼钢的基本原理是利用氧与生铁中的杂质进行化学反应，以降低生铁中杂质的含量，最终炼出钢。
在这个过程中，氧气与铁的主要反应是氧化铁的氧化反应，即铁与氧气结合形成氧化铁。
这种反应在炼钢过程中起着至关重要的作用，因为它有助于去除生铁中的杂质。
2.去除杂质炼钢过程中，氧气与生铁中的杂质（如碳、硅、锰等）发生反应，将这些杂质转化为更易于去除的气体（如二氧化碳或二氧化硫），从而降低生铁中杂质的含量。
这种反应过程有助于提高钢的纯度和质量。
3.提高反应效率在高温条件下，氧气能够迅速地与生铁中的杂质发生反应，提高了炼钢过程的反应效率。
这种高效反应能够减少炼钢所需的时间和能源消耗，从而降低生产成本。
4.氧气炼钢工艺的优势相较于传统的炼钢方法，如平炉和电弧炉炼钢，氧气炼钢具有显著的优势。
氧气炼钢能够提供更高的炉温均匀性和更大的热能利用效率，同时缩短了冶炼周期，降低了能耗和生产成本。
此外，由于反应速度快，生成的杂质气体能够迅速逸出，使得钢的纯度更高。
这些优势使得氧气炼钢成为现代钢铁工业的主流技术。
5.需要注意的问题虽然氧气炼钢具有许多优势，但在实际操作中仍需要注意一些问题。
首先，由于氧气具有强烈的氧化性，它可能会与炉衬材料发生反应，导致炉衬材料的损耗。
因此，需要选择耐氧化的炉衬材料或采取其他措施来保护炉衬。
其次，高炉温可能引起金属的氧化和侵蚀，这需要在设计高炉时考虑耐火材料的选取和炉衬的维护。
此外，杂质气体的处理也是需要注意的问题。
在氧气炼钢过程中产生的气体可能含有有害成分，如硫化物和氮化物，这些气体需要经过处理后才能排放到大气中，以防止环境污染。
因此，钢铁企业需要采取有效的环保措施来解决这一问题。
综上所述，炼钢需要氧气的原因主要包括氧化铁反应、去除杂质、提高反应效率以及氧气炼钢工艺的优势。
虽然在实际操作中需要注意一些问题，但这些可以通过选用适当的炉衬材料、合理设计高炉和维护炉衬来解决。
随着钢铁工业的不断发展，未来将继续优化氧气炼钢工艺和保护环境措施，以实现钢铁生产的可持续发展。
炼钢的工艺原理
炼钢的工艺原理
炼钢的工艺原理是一种通过控制炉温、炉压、炉内气氛、炉料成分等参数的热处理方法，以实现将生铁或废钢中的杂质和不合金元素去除，同时加入适量的合金元素，以调整钢的化学成分和组织结构的过程。
具体来说，炼钢的工艺原理包括以下几个方面：
1. 去除杂质：在炼钢过程中，通过冶炼反应和物理操作，去除生铁或废钢中的硫、磷、锰、铜等杂质。
其中，硫通过石灰石吸附并生成硫化物，磷通过磷酸盐与化学草酸钠反应生成磷酸盐沉淀，锰和铜通过氧化剂进行氧化并排除。
2. 调整化学成分：根据所需的钢种和用途，可以通过添加合金元素来调整钢的化学成分。
常用的合金元素有铬、镍、钒、钛等。
这些合金元素可以提高钢的强度、硬度、耐腐蚀性等性能。
3. 改善组织结构：通过调整炉温和炉内气氛，可以控制钢的晶粒度和晶粒形状，从而改善钢的力学性能和加工性能。
此外，使用特定的冷却方法，如水淬、油淬或空气冷却，也可以控制钢的组织结构。
总的来说，炼钢的工艺原理就是通过合理的控制金属熔炼过程中的各种参数和操作，去除杂质，调整化学成分，改善组织结构，以获得符合要求的优质钢材。
炼钢过程的物理化学基础
炼钢过程的物理化学基础
炼钢是将生铁或生铁合金通过冶炼、熔炼和精炼等过程，去除杂质和调整合金元素含量，制得具有一定化学成分和性能的钢材。
这个过程涉及多种物理和化学原理，其中一些重要的物理化学基础包括：
1.熔炼原理：
熔融与溶解：高温条件下金属原料被熔化，形成熔体。
在熔体中，不同金属元素能够相互溶解，形成合金体系。
相平衡与相图：钢铁冶炼中考虑不同金属之间的相平衡关系，例如铁碳相图，用于预测在不同温度下金属间的相变情况，指导生产实践。
2.去除杂质与精炼原理：
氧化还原反应：在炼钢过程中，通过氧化还原反应去除杂质。
例如，将氧气通过熔融金属，氧气与不纯净金属反应生成氧化物，再被去除，使金属中杂质减少。
渗碳原理：通过加入碳源（如石墨、焦炭等）来调整钢铁的碳含量，使其满足特定的技术要求。
3.结晶与晶体生长：
凝固过程：当熔体冷却至凝固温度以下时，金属开始凝固成晶体结构。
晶体的形成和排列方式直接影响钢材的力学性能。
晶粒粗化与细化：控制熔体冷却速率，可以影响晶粒的尺寸和形态，从而调节钢材的组织结构和性能。
4.热力学与动力学：
热力学平衡：针对炼钢过程中的温度、压力和化学反应等参数，
进行热力学平衡分析，确保炉内反应能够朝着预期的方向进行。
动力学控制：炼钢过程中，不仅需要考虑热力学平衡，还需考虑动力学控制，即控制熔体的流动和传热，以便有效地去除杂质、调整合金成分。
炼钢过程是一个复杂的物理化学过程，其中涉及多种物质相互作用和反应过程。
理解这些物理化学基础是确保钢铁冶炼过程高效、稳定和品质可控的关键。
炼钢的基本原理
炼钢的基本原理：生铁，矿石或加工处理后的废钢氧气等为主要原料炼钢的方法，一般可分为转炉炼钢、平炉炼钢和电炉炼钢三种方法。
现分别介绍如下：1.转炉炼钢法这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。
把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。
在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。
因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。
转炉炼钢是在转炉里进行。
转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。
开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。
这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化(FeO,SiO2,MnO,)生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。
几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。
炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。
最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。
磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。
当磷于硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。
这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。
整个过程只需15分钟左右。
如果空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉。
随着制氧技术的发展，现在已普遍使用氧气顶吹转炉（也有侧吹转炉）。
这种转炉吹如的是高压工业纯氧，反应更为剧烈，能进一步提高生产效率和钢的质量。
2.平炉炼钢法（平炉炼钢法也叫马丁法）平炉炼钢使用的氧化剂通入的空气和炉料里的氧化物，（废铁，废钢，铁矿石）。
反应所需的热量是由燃烧气体燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。
平炉的炉膛是一个耐火砖砌成的槽，上面有耐火砖制成的炉顶盖住。
平炉的前墙上有装料口，装料机就从这里把炉料装进去。
炼钢的基本原理
炼钢的基本原理
炼钢是炼钢厂的一种炼铁工序，其基本原理是利用高温金属熔液中的氧、氮等气体与熔融金属发生化学反应，生成新的合金。
钢是用生铁炼钢的。
生铁含碳量高，熔点低，易于熔化和锻造。
生铁中加入适量的废钢（约占生铁含量的70%），可降低钢中含碳量，从而提高钢的质量。
炼钢前将废钢放入转炉内加热到1200-1400℃（见铁水脱硫），然后将废钢中的碳还原成氧化亚铁。
当氧气吹入炉膛时，氧气与废钢中的碳发生反应生成二氧化碳和一氧化碳等气体。
这些气体随氧气进入铁水中，与铁水中的氧和氮反应生成新的合金元素——碳化物、氮化物和碳氮化物（见脱碳反应）。
同时，这些气体也随氧气进入铁水中与金属蒸汽相结合，生成新的合金。
钢水温度越高，形成碳化物和氮化物越多。
为了使钢材达到优质产品所要求的性能指标，必须控制钢中的碳含量（C）在0.05%-0.12%之间；控制钢中氮含量（N）在0.06%-0.10%之间；控制钢中磷含量（P）在0.015%-0.12%之间。
—— 1 —1 —。
炼钢基本原理及原材料
炼钢炉渣的主要性质
炉渣的碱度 炉渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总 和之比称之为炉渣碱度，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 R wCaO wSiO 2
0.30%≤w[P]＜0.60%时
R w CaO (wSiO 2 wP2O5 )
– 转炉炼钢的主要原料，占70－85％ – 转炉炼钢对铁水的要求：
• 铁水成分直接影响转炉内的炉内温度、化渣和钢水质量 – Si、Mn、Ｐ、S
• 铁水温度（要求>1250 ℃ ）
➢ 废钢
– 转炉冶炼加入一定废钢（15％－30％左右） – 电炉冶炼的主要原料
➢ 直接还原铁 ➢ 铁合金－作为脱氧剂和合金剂，调整钢水成分
炼钢原理及原材料
一、炼钢的基本任务
钢和铁都是以铁元素为基本成分的铁碳合金。生铁 和钢以在性能上有较大的差异，主要原因是由于含 碳量的不同。
生铁含碳高，硬而脆，冷热加工性能差；而钢则具 有较好的韧性，强度高，热加工性能和焊接性能比生 铁好，才能加工成各种类型的钢材而使用。生铁除含 有较高的碳外，还含有一定量的其他杂质。
直接氧化
直接向金属液吹入氧气，氧气与金属液直接接触
气体分子分解并吸附在铁液上 O2＝2[O]吸附
[O]吸附＝[O] 溶解到铁液中 [O]吸附＋[Me]=MeO 与金属反应
O2＋2[Me]＝2MeO
条件：[O]能与金属接触，高度分散在熔池中
间接氧化
O2＋Fe＝（FeO）－－在氧流区，Fe多
在熔池中， （FeO）＝Fe＋[O] [O]+[Fe]=[FeO] (FeO) 2[O]+[Si]=(SiO2) 5[O]+2[P]=(P2O5) [O]+[C]=CO
炼钢原理与工艺
炼钢的原理是利用氧化的方法使生铁中的各种杂质转
变为气体或炉渣，从而达到除去杂质的目的。
炼钢工艺主要包括以下步骤：铁原材料：主要来源于地表或地下金属矿床，通过机械、大功率设备将矿石开采，并转移至选矿厂的过程。
高炉冶炼：将铁矿石还原成生铁的连续生产过程，铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按照比例送入高炉，经高温还原过程，将矿石中铁元素还原出来，此时出来含碳比较高的生铁水，通常叫做铁水。
预处理：对铁水进行预处理，以调整其化学成分和温度。
吹炼：将铁水通过吹氧、造渣等氧化、还原过程，将铁水中杂质元素转换成气体或炉渣去除，达到一定成分要求的钢水。
精炼：一般在真空精炼炉中进行，主要目的是调整钢水化学成分来保证钢的级别或特殊要求。
连铸：将钢水铸造成不同类型、不同规格的钢坯。
冷轧：将热轧出来的原料板轧制成用户需要的尺寸、形状，同时满足性能和表面质量要求，是深加工工序，要求较高。
此外，炼钢过程中还有一些重要的环节需要注意，如脱碳、脱氧、脱磷、脱硫等步骤。
具体炼钢工艺和技术可以根据实际情况和需要进行选择和应用。
炼钢基本原理
炼钢基本原理
炼钢是指将生铁或钢水中的杂质和合金元素逐步除去，以获得符合规定化学成分和质量的金属材料的过程。
炼钢的基本原理是通过控制熔炼过程中的温度、氧化还原条件和流体动力学等因素，使金属中的杂质和合金元素发生物理化学变化，从而实现炼钢的目的。
首先，炼钢的原理是基于金属的化学性质。
在炼钢的过程中，通过控制熔炼温度和氧化还原条件，使金属中的氧化物、硫化物和氮化物等杂质得以去除。
同时，通过添加适量的合金元素，调整金属的化学成分，以满足不同用途的要求。
其次，炼钢的原理还涉及金属的物理性质。
在炼钢的过程中，通过控制金属的温度和流体动力学条件，使金属中的夹杂物和气体得以去除。
同时，通过合理的浇注和凝固工艺，调整金属的晶粒结构，提高金属的力学性能和加工性能。
此外，炼钢的原理还包括金属的热力学性质。
在炼钢的过程中，通过控制金属的熔化温度和熔化热量，实现金属的熔化和凝固。
同时，通过控制金属的过冷度和过热度，避免金属的结晶缺陷和组织偏析。
总之，炼钢的基本原理是通过控制金属的化学、物理和热力学性质，实现金属的净化和调整，从而获得符合规定化学成分和质量的金属材料。
在实际生产中，炼钢的原理是与炼钢的工艺、设备和操作密切相关的，需要综合考虑金属的成分、温度、流体动力学和热力学等因素，以实现炼钢的高效、节能和环保。
总的来说，炼钢基本原理是一个复杂而又精密的过程，需要工程师们在实际操作中不断积累经验和改进技术，以满足不同行业对金属材料的需求。
希望通过对炼钢基本原理的深入理解，能够为炼钢工艺的发展和提高提供一定的参考和帮助。
炼钢的原理化
炼钢的原理化炼钢是指通过一系列的冶金工艺将铁矿石中的杂质去除，以达到提高钢的质量和性能的目的。
在炼钢过程中，主要涉及到矿石的还原和熔炼、炼铁、炼钢和铸造等多个步骤。
下面我将详细介绍炼钢的原理和工艺过程。
1. 炼钢的主要原理炼钢的主要原理是利用高温将含铁矿石和其他原料还原成钢铁，并通过配料、熔化和冶炼过程去除杂质，最终得到所需的纯净钢材。
2. 炼钢工艺过程2.1 配料炼钢的第一步是将铁矿石和其他原料按一定比例混合，形成合适的配料。
铁矿石中一般含有铁、硅、锰、磷等元素，而其他原料如焦炭、石灰石、矽砂等则起到还原和熔化的作用。
2.2 熔化将配料加入到高温炉内，进行熔化。
常用的炉型包括高炉、电炉和转炉等。
用高温融化的方式可以使矿石的化学反应更加充分，促进原料的还原。
2.3 冶炼在冶炼阶段，还原剂如焦炭通过与矿石中的氧气反应，使铁还原成可熔的铁水。
同时，焦炭中的碳也可与硅、锰等杂质反应，生成易挥发的气体，从而实现对杂质的除去。
在这个过程中，控制温度、还原剂的用量以及矿石的含氧量等参数非常关键。
2.4 出钢经过冶炼后，得到的熔融钢水会通过倾吊、浇铸等方式从炉内排出，并注入成型器中。
这个过程需要谨慎操作，以确保钢水的温度和流动性。
3. 炼钢的分类根据炼钢的不同原理和工艺，可以将其分为几种常见的类型。
3.1 金属硫脱氧炼钢法该方法利用人工合金和钢水中的硫反应生成硫化物，达到除氧和脱硫的目的，同时还可以提高钢的纯度和机械性能。
3.2 电炉炼钢法电炉炼钢法利用电能产生高温，将金属材料熔化并进行冶炼和炼钢过程。
该方法综合利用了高温等特点，可以实现快速炼钢和对钢材进行精炼的目的。
3.3 转炉法炼钢转炉法炼钢是将预先熔融好的铁水和矿石等原料加入转炉中，通过燃料的燃烧、气体的吹吸和机械搅拌等方式，将原料熔融、还原、混合和冶炼，最终得到炼钢的成品。
4. 炼钢的优点和应用炼钢是目前最常见的钢材生产方式，具有如下几个优点：- 可以有效去除钢中的杂质，提高钢的质量和性能；- 生产过程中温度和时间可控，适应性强，能够生产出各种不同材质和用途的钢材；- 可以通过调整工艺参数和原料的配比，实现高效生产。
炼钢的原理化学方程式
炼钢的原理化学方程式炼钢是指将生铁中的杂质和一定量的碳去除，使其成为一种具有一定化学成分和物理性能的合金材料。
炼钢的原理是通过控制炉温和炉内气氛，利用化学反应将生铁中的杂质和碳去除，以达到提高钢的质量和性能的目的。
炼钢的化学方程式主要包括两个过程，即氧化和还原。
在炼钢过程中，首先要进行氧化反应，将生铁中的杂质和碳氧化为氧化物，然后再进行还原反应，将氧化物还原为金属。
下面我们来详细了解一下炼钢的化学方程式。
首先是氧化反应。
生铁中的碳和杂质在高温下与氧气发生化学反应，生成氧化物。
以碳为例，其化学方程式为：Fe + C + O2 → FeO + CO2。
在这个反应中，生铁（Fe）和碳（C）与氧气（O2）发生反应，生成氧化铁（FeO）和二氧化碳（CO2）。
而生铁中的其他杂质也会与氧气发生类似的氧化反应，生成相应的氧化物。
接着是还原反应。
在炼钢过程中，还原剂通常是含碳量较高的物质，如焦炭或木炭。
还原反应的化学方程式可以用还原氧化铁为例来说明：FeO + C → Fe + CO。
在这个反应中，氧化铁（FeO）与碳（C）发生反应，生成铁（Fe）和一氧化碳（CO）。
在炼钢过程中，还原氧化铁的反应会将生铁中的氧化物还原为金属，从而去除生铁中的氧化物和杂质，提高钢的纯度和质量。
除了氧化和还原反应外，炼钢过程中还会涉及一些其他的化学反应，如碳的溶解和扩散、合金元素的添加等。
这些化学反应都是炼钢过程中不可或缺的环节，它们共同作用，最终使炼钢达到预期的化学成分和物理性能。
总的来说，炼钢的原理化学方程式是一个复杂而严谨的过程，需要严格控制炉温和炉内气氛，合理选择还原剂和添加剂，以确保炼钢过程中的化学反应能够顺利进行。
只有在严格控制各种化学反应的条件下，才能生产出具有一定化学成分和物理性能的优质钢材。
炼钢的原理化学方程式
炼钢的原理化学方程式炼钢是一种重要的冶金工艺，通过炼钢可以将生铁中的杂质去除，从而得到高质量的钢材。
炼钢的原理主要是利用化学反应来去除杂质，下面我们就来详细了解一下炼钢的原理和化学方程式。
首先，炼钢的原理是利用氧气与生铁中的杂质发生氧化还原反应。
在炼钢过程中，首先需要将生铁加热至熔化状态，然后通过吹氧等方法向熔融的生铁中通入氧气。
氧气与生铁中的杂质发生化学反应，将杂质氧化成氧化物，从而使其脱离熔融的金属，最终形成渣浆。
这样就可以将杂质从生铁中去除，得到高质量的钢材。
其次，炼钢的化学方程式主要包括氧化反应和还原反应两种类型。
在氧化反应中，氧气与生铁中的碳、硅、锰等杂质发生氧化反应，生成相应的氧化物。
以碳为例，其氧化反应方程式为：Fe + C + O2 → FeO + CO2。
在这个方程式中，生铁中的碳与氧气发生反应，生成氧化铁和二氧化碳。
通过这样的氧化反应，可以将生铁中的碳氧化成氧化物，从而去除碳的杂质。
另外，还原反应也是炼钢过程中的重要化学反应。
在炼钢过程中，还原剂通常是氧化铁，它可以与生铁中的氧化物反应，将氧化物还原成金属。
以氧化铁为例，其还原反应方程式为：FeO + C → Fe + CO。
在这个方程式中，氧化铁与碳发生反应，生成铁和一氧化碳。
通过这样的还原反应，可以将生铁中的氧化物还原成金属，从而得到高质量的钢材。
总的来说，炼钢的原理化学方程式是通过氧化还原反应去除生铁中的杂质，从而得到高质量的钢材。
通过合理控制炼钢过程中的氧化还原反应，可以有效去除生铁中的杂质，提高钢材的质量。
希望通过本文的介绍，能够对炼钢的原理和化学方程式有更深入的了解。
高等学校教学用书 平炉快速炼钢原理
高等学校教学用书平炉快速炼钢原理
平炉快速炼钢原理
一、炼钢的基本原理
1. 炼钢是将铁水在高温下经过冶炼后获得的含碳量比较高的合金化学物质，可以用来制造机械制品以及建筑材料等。
2. 钢的性能主要取决于其合金组成以及材料中含有的杂质元素，其合金由碳，锰等元素组成。
3. 炼钢过程中，把铁矿石由熔融状态转变为钢的物质流程，称为冶炼工艺。
二、平炉快速炼钢
1. 平炉快速炼钢是一种比较先进的炼钢方法，其基本原理是在低温渗碳的同时增加一定的元素。
2. 平炉快速炼钢的优点在于可以大大减少炼钢时间，比较简便，效率高。
3. 平炉快速炼钢的工艺诀窍在于对炉内环境进行控制：准确地控制炉内温度与碳含量，以及选择合适的碳合金；并且要配合合适的冶金工艺，选择合适的冶金设备。
三、改进措施
1. 加强炉内环境的控制，搭配正确的添加剂，以确保温度恒定，碳渗透性具有一定的稳定性；
2. 提高加碳速度，加快炼钢速度，减少不必要的淬火；
3. 增加制冷量，以加快进料速度，加速熔炼；
4. 适当增加炼钢出钢量，提高炼钢效率；
5. 调整炉温，保证平熔炉内金属及出钢系统的低温炼钢性能。
四、危害
1. 熔化温度过高，会对钢坯结构造成影响，从而影响钢的强度。
2. 如果削渣过程不正确，钢的强度也会受到影响。
3. 熔炉外有电焊丸，容易加剧污染，影响周围环境。
4. 常常无法保持合理的氧气环境，容易形成氧化不均。
5. 温差过大，会导致钢坯失败，影响生产效率。
炼钢的原理
炼钢的原理
炼钢是将较淡的铁矿石加热熔化，然后向熔化的铁液中添加合适的微量元素，从而获得高品质的钢材的过程。
炼钢的流程中，主要包括熔铁、脱氧、精炼等技术部分。
熔铁技术是炼钢原理的第一步，这一步十分关键，以熔炼高炉为主要工艺装置和熔点把炼钢开始。
将高碳铁矿、碳化硅、石灰及有炼钢配方要求的各类微量元素等，加入高炉内，然后通过电耗子或煤焦等熔点燃料，将其加热到十三百摄氏度，使之完全熔化，从而获得熔铁液。
其次是脱氧，熔铁从高炉内经滑槽或水龙头调入清理床内形成熔铁清理液，通过搅拌及风扇向熔铁液施加气流，形成酸碱混合液，对铁水中含氧量进行抑制，同时去掉其气渣和铁水本身的不锈钢、非铁矿物等，形成净铁。
然后是精炼，净铁由清理床内经连接扇、气包管和精炼用炉的出口处进入精炼用炉中.在精炼过程中，将高碳炉内熔铁液再加热，向其中添加铬、硼、锰、钼等元素，使铁水处于高温融合形成混合液，最终形成钢材。
最后是离心环，当精炼取得一定的温度后，将钢液放置在离心环中，并把它装入容器中，然后转动离心环，使钢液向外移动，形成钢毛状结构墙壁，最后冷却固化，即可获得高质量的钢材。
经过以上几步处理，即可获得高品质的钢材。
炼钢原理可以大致分为熔铁、脱氧、精炼和离心环四部分，其中每一步都非常重要，是钢材质量高低极为重要的关键环节。
炼钢基本原理
3
质。 熔池中氧的来源主要有三种形式：一是直接向熔池中吹入工业纯氧(含 O2＞ 98％)；二是向熔池中加入富铁矿；三是炉气中的氧传入熔池。 氧在钢液中存在的形式，目前，常看作为氧原子、氧化亚铁分子 FeO 或氧 离子 O-2。当书写熔池中化学反应时，钢液中的氧常以[O]来表示。 铁液中元素的氧化方式大致有两种，即直接氧化与间接氧化。 其总反应式可写成： O2+2[Me]＝2MeO，可看作是元素 Me 的直接氧化，
图 2 Pco=1.01325×105Pa 时，[%C]与[%O]的关系 在实际炼钢熔池中，[%C]与[%O]的数值与平衡值偏离较大。各种炼钢方法 中实际的熔池含氧量都高于相应的理论含量，即[O]实际＞[O]平衡。这说明熔池中存 在着若干过剩氧，即⊿[O]＝[O]实际一[O]平衡。虽然如此，从图 3 中仍可看出,实际 熔池中的碳、氧含量之间仍保持有近似等边双曲线的关系。由此可知，熔池中实 际含氧量仍主要决定于含碳量，即[C]高，则[O]低，[C]低，则[O]高。
而[O]+2[Me]＝2MeO，可看作是元素 Me 的间接氧化。 由于熔池中 Fe 原子数远大于其它元素的原子数，所以在氧流作用区，氧首先 与铁结合成 FeO，表面生成 FeO 薄膜的金属液滴随氧气射流急违前进，参与熔 他的循环运动，将氧传给金属，并氧化杂质，起到了间接氧化的作用，即： [FeO]＝[Fe] +[O] [Si] +2[O]＝[SiO2] [Mn] +[O]＝[MnO] 2[P] +5[O]＝[P2O5] [C] +[O]＝[CO] [C] +[O]＝[C O2] 从上可知，吹入熔池中的气体氧，一部分溶入金属，一部分与杂质元素反应，一 部分则以 FeO 形式进入炉渣。 实际熔池中的传氧过程， 很难区分是直接氧化还是间接氧化，两者几乎同时 存在，只是随供氧条件不同各自所占比例不同而已。目前，大多数人认为，在氧 气顶吹转炉中，是以间接氧化方式为主。理由是：氧气顶吹转炉供氧速度大，氧 气射流又集中于作用区附近， 而不是高度分散在熔池中，因此当其它元素还未来 得及到达氧气泡表面时，氧巳和接触表面上大量存在的铁原子首先结合成 FeO 了。同时，由于氧气泡表面温度很高(2200℃以上)，使 Si、Mn 对[O]的亲和力减 弱。 另—方面， 当金属液不与炉气中的气态氧直接接触或接触很少时， 如在平炉、 氧气顶吹转炉高枪位操作时的情况。 这时气态氧主要通过炉渣以下列方式传入金 属：
炼钢基本原理
炼钢基本原理
炼钢是利用高温熔化铁矿石和脱除杂质的方法来生产高质量的钢材。
其基本原理包括清洁炼铁、脱硫脱磷、合金化和调质四个步骤。
清洁炼铁阶段主要目的是去除炼铁过程中产生的杂质，如硫、磷、钒、钨等。
通过加入氧化剂，如生铁、氧化亚铁或二氧化碳气体，使铁矿石中的杂质得以氧化，从而更容易被去除。
脱硫脱磷的过程主要依靠高温下的还原反应。
在加入适量的脱硫剂和脱磷剂的情况下，通过高温还原反应使硫和磷元素转移到熔渣中，从而实现脱除杂质的目的。
合金化是为了调整钢材的成分以满足特定要求。
在这一步骤中，需要加入适量的合金元素，如镍、钴、铬、钒等，来改变钢的性能和组织结构。
调质是通过控制冷处理过程中的工艺参数，使钢材达到期望的硬度和韧性。
常见的调质方法包括淬火和回火。
淬火过程中，钢材迅速冷却以产生硬质组织；而回火则是通过加热和保温过程来降低钢材的硬度和增加韧性。
通过这些基本原理，炼钢过程中的铁矿石和其他原料被转化为高质量的钢材。
不同的炼钢工艺会根据需要调整以上步骤的参数和顺序，以得到不同性能和用途的钢材。
炼钢的基本原理
炼钢的基本原理炼钢是将生铁或其他含铁杂质较高的原料经过一系列物理和化学反应，使其净化、脱碳、合金化，最终得到纯净的钢材的过程。
这个过程主要包括高炉冶炼、转炉炼钢和电炉炼钢三个阶段。
下面将详细介绍炼钢的基本原理。
高炉冶炼是炼钢的第一步，也是最重要的一步。
在高炉中，铁矿石和焦炭作为主要原料，经过还原反应生成生铁。
高炉内部温度高达1500℃以上，使得铁矿石中的铁氧化物被还原成金属铁。
同时，焦炭燃烧产生的热量使得反应继续进行，并将生成的生铁熔化。
此外，高炉中还加入一定量的石灰石和焦灰，用于吸附和融化矿石中的杂质，形成炉渣，以便于后续的分离和处理。
高炉产生的生铁含有较多的杂质，比如硫、磷、锰、硅等。
为了净化生铁，需要通过转炉炼钢或电炉炼钢进行进一步的处理。
转炉炼钢是利用大型倾转炉对生铁进行冶炼的过程。
在转炉中，将生铁和废钢等原料放入转炉中，并以高温燃烧的方式进行加热。
在高温条件下，生铁中的杂质会与加入的石灰石和氧化剂发生反应，生成易于脱离金属相的氧化物。
然后，通过吹氧和倾吹这两个阶段，将炉内的氧气吹入转炉中，使得生成的氧化物和炉渣分离。
炉渣中含有大部分的杂质，而金属铁则得到净化。
电炉炼钢是利用电能将生铁进行冶炼的过程。
电炉炼钢的原理与转炉炼钢类似，只是使用的加热方式不同。
电炉中通过电极向炉内通电，使得电流通过生铁，使其加热熔化。
在高温条件下，生铁中的杂质会与加入的石灰石和氧化剂发生反应，生成氧化物。
通过调节电流和电压，可以控制炉内的温度和反应速率。
最后，通过倾炉排出炉渣，得到净化后的钢水。
除了上述基本原理外，炼钢还涉及到一系列辅助工艺和设备，如炼钢渣的处理、合金的加入、温度的控制等。
炼钢渣的处理包括炉渣的收集、冷却、破碎等步骤，以便于回收利用。
合金的加入可以通过向转炉或电炉中加入铁合金的方式，使得最终的钢材具有特定的性能。
温度的控制是通过控制加热工艺和冷却过程中的温度，以保证钢材的质量和性能。
总的来说，炼钢的基本原理是通过高温条件下的物理和化学反应，将含铁原料净化、脱碳、合金化，最终得到纯净的钢材。
炼钢与炼铁的原理和技术特点
炼钢与炼铁的原理和技术特点炼钢与炼铁是现代工业中重要的金属冶炼工艺，它们是从铁矿石中提取铁的过程。
炼铁主要是将铁矿石经过高温还原反应得到金属铁，炼钢则是将炼铁得到的铁水经过除杂、调节成分后制成不同种类的钢。
一、炼铁的原理和技术特点炼铁是将铁矿石通过还原反应转化为铁的工艺过程。
炼铁主要原理是将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁。
这个过程的主要技术特点是高温、高压和大气歧管。
炼铁的工艺流程主要包括炼矿、冶炼、热处理和精炼等几个步骤。
炼矿是炼铁的第一步，是从铁矿石中分离出有用金属铁的过程。
炼矿的主要工艺包括选矿、磨矿、洗矿和烧结。
磨矿是将原矿石进行碎磨，使其达到适合冶炼的粒度。
接着是选矿，在选矿过程中，可以根据矿石中金属铁的质量差异，分离出铁矿石中的富铁矿和贫铁矿。
洗矿是将铁矿石中的泥石等杂质通过水洗和机械方法除去。
烧结则是通过高温热处理使铁矿石粉末相互结合，形成球粒状固体，为进一步的冶炼做好准备。
在冶炼过程中，炉子的温度要高达1500摄氏度左右，铁矿石在这样高温的炉子里面得到还原，通过冶炼反应产生出大量的二氧化碳和一氧化碳等热化学反应，从而将铁矿里的金属铁还原出来。
在这个过程中，炉子中不断加入焦炭和炉渣等各种原材料，来促进反应的进行。
热处理是指对高温冶炼出来的铁水进行加热和保温，以达到改变铁水中包含的物质组成和性质的目的。
精炼则是将上一步中得到的铁水进行进一步处理，去除其中的杂质和控制成分，使得产生的铁块符合要求。
二、炼钢的原理和技术特点炼钢是将炼铁中产生的铁水经过加工处理，制成具有不同特性的钢材。
炼钢的基本原理是通过加入各种化学元素，达到铁水中所需要的化学成分，进而在一定温度条件下进行淬火和调质达到理想的钢的性能。
炼钢在工艺上分为转炉法、电弧炉法、平炉法、新系统和直接减少法等几种类型。
转炉法是中国最主要的炼钢工艺之一，其特点是加入炼钢炉中的各种原料可以很好地搅拌和混合，加热温度也可以根据需要进行调整，所以炼出的钢尺寸比较一致。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
②渣中FeO含量
FeO含量低，有利于脱S
③温度
(CaS) ( FeO) Ks= [ FeS] (CaO)
6024 lgKs=－ +1.79 T
T↑ Ls↑； 高温能促进石灰的渣化和提高炉渣的流动性，Ls↑。 ④渣量 [S]=
二、炉渣组成
（以氧化物为主）
碱性氧化物：CaO、MgO、MnO、FeO、NaO等 酸性氧化物：SiO2、P2O5、TiO2 两性氧化物：Al2O3、Fe2O3 还有CaF2、CaS、 FeO
碱性 CaO MgO MnO
中性 酸性 FeO CaF2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 SiO2 P2O5
炼钢炉的一般温度为1573~1973K，在此温度下相互化合成低 熔点化合物达到熔化的目的。
三、炉渣分类
渣 的 酸 碱 性 碱性渣（都有脱S、P）
酸性渣
渣 的 氧 化 性
氧化性（转炉、平炉） 还原性（电炉还原期）
四、炼钢炉渣的作用
（1）去除有害杂质P、S （2）向钢中传输送氧并氧化钢中C和其他杂质。 （3）保存熔化热量和减浸金属吸收有害气体H2、N2。 （4）洗涤金属，吸附金属中的非金属杂质。 不利作用：侵蚀炉衬、夹带金属、降低金属回收率。 所以炼钢经造渣，在某种意义上讲炼钢就是“造渣”，只有造好渣才能炼好钢。
四、脱碳反应
1、脱C的作用
①将C氧化脱除至钢种的要求（炼钢的基本任务之一） ②脱C反应产物——CO气体，剧烈搅动金属液与炉渣产生“沸腾”现象。加 速了传质和传热的过程，使熔化成分及温度均匀，有利于物理化学反应速率。 ③CO的剧烈搅动、沸腾有利于熔池中有害气体和非金属杂质的剔除。
2、脱C反应式
2[C]+{O2}=2{CO}（直接，少量） …① (FeO)+[C]=CO+[Fe] （间接，主要） …② [C]+[O]={CO}（主要形式，微弱的放热反应）…③
第7章 炼钢的基本原理
炼钢任务 四脱，二去除，合金化和升温。 浇注
§8.1炼钢的基本任务（包括冶炼和浇注两个环节）
脱C：通过氧化脱除原料中多余的炭 脱P、S：通过造渣把有害元素P、S去除到钢料允许的限度以下。
炼 钢 任 务
升温：依靠铁水物理热和化学热源或外加热源不断将钢液温度调整到 合适范围。
脱氧和合金化：加入脱氧剂和合金元素，脱除钢中多余的氧和调整 金属成分。
六、脱硫反应
1、硫对钢性能的影响
使钢出现热脆性（主要）；降低焊接性能、抗腐性能，延展性及韧性； 硫是易偏析元素，富集于钢锭最后凝固部分。
2、钢材对硫含量的要求
普通级：S≤0.055% ；优质级：S≤0.04%；高级优质级≤0.030~0.020% 3、脱S反应及其影响因素
脱S实质：将溶解于金属液中的硫转变为不溶于金属液的物质， 使其进入炉渣或经炉渣再成气相逸出。 主要通过炉渣脱S，气化去硫占的比例很小。
二、炼钢熔池中的氧化次序
1、纯物质的氧化顺序 仅与温度有关
①t<1400℃时 Si→V→ Mn→C→P→ Fe ②1400℃<t<1530℃ Si→C→V→Mn →P→Fe ③t>1530℃时 C→Si→V→Mn→P→Fe
2、炼钢实际熔池中元素氧化顺序
非纯物质：除与温度有关外，还与浓度有关 Fe、Si、Mn大量氧化，Si、Mn基本氧化完了， 温度升高之后，C被大量氧化（P在冶炼前期 被大量氧化，因有FeO，且钢液有一定碱度） 纯氧化物分解压与温度关系
当C<0.05%时，[C]+2[O]={CO2} 3、脱碳反应的条件（碳氧浓度积） [O]炉渣>[O]实际>[O]平衡 （？） …④
po 2 k [%C].[%Ο]
1 m [%C].[%O] k
4、脱C反应速度的决定因素
（1）反应产物CO气泡的形成，长大和排除 转炉：氧流在反应区与金属液直接接触，有大量气泡弥散于金属熔池内， [C]—[O]反应在气泡表面进行，生产CO分子立即进入气相。 平炉与电炉：CO气泡在粗糙的炉底和炉壁的耐火材料表面的形成， 长大、上升、沸腾、熔化、排出。（不利于CO气泡的形成） （2）[C]、[O]向反应区的扩散速度 实践证明：钢液含C量存在一个临界值[%C]临，0.10~0.07% 当[%C]实<[%C]临 由碳的扩散速度决定脱C反应速度 当[%C]实>[%C]临 由氧的扩散速度决定脱C反应速度 而炼钢过程中[%C]实是大于[%C]临， 所以炼钢过程中脱C反应速度，主要由供氧速度决定。
五、脱磷反应
1、脱P反应的意义（P的危害） （1）钢中含P量的增加，钢的脆性断裂倾向增大，塑形和韧性下 降， 特别在低温下更加严重，成为钢的“冷脆” （2）P对钢的焊接性能有不良作用。 （3）P造成钢的偏析（P在铁中偏析小数为0.94） 2、钢对P的要求 普通≤0.045% 优质：<0.030% 非优质≤0.020%
3、脱P反应（P的氧化在炉渣—金属液界面进行） 2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5Fe (P2O5)+3(FeO)=(3FeO· P2O5) （高温下不稳定，分解产生P2O5，而P2O5也易分解） 有效脱P: (3FeO· P2O5)+3(CaO)=(3CaO· P2O5)+3(FeO) 或(3FeO· P2O5)+4(CaO)=(4CaO· P2O5)+3(FeO) 脱P总反应式：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO· P2O5)+5[Fe]+1034139KJ
渣中氧化铁形式：FeO和Fe2O3。将Fe2O3折合成FeO 全氧法：%ΣFeO=%FeO+1.35×%Fe2O3 全铁法：%ΣFeO=%FeO+0.9×%Fe2O3
§8.2 炼钢过程的基本反应
一、供氧及熔池中传氧方式
1、供氧方式 直接供氧（氧气顶吹转炉） 间接供氧（电炉氧化期炉气，转炉） 矿石供氧（平炉、电炉、矿石作冷却剂时） 2、传氧方式 直接和间接 {O2}+2[Me]=2MeO (FeO)=[O]+Fe 间接 FeO参与传氧 2[O]+[Si]=SiO2 2FeO+ Si=2Fe+ SiO2 [O]+[Mn]=MnO FeO + Mn= Fe+ MnO 5[O]+2[P]=[P2O5] [O]+[C]={CO} 2[O]+[C]={CO2 3、氧的分布 ①熔入金属 液 ②与杂质反应 ③FeO形式入炉渣 直接
y ( FeO) x[Me]+ y ( MnO) y ( Fe2O 3) 3
( MexOy ) y[ Fe] → ( MexOy ) y[ Mn] 2 ( MexOy ) y[ Fe] 3
②脱除钢液中的氧：在钢渣界面去除钢液中的氧，x[Me]+y[O]=(MexOy) 此法特点：钢液中不会产生残存的氧化物夹杂，脱氧速度决定于钢渣界面积。 （3）渣中脱氧法（碳粉、硅粉、碳硅粉）直接脱除渣中不稳定氧化物里 的氧，增强还原能力，充分发挥炉渣界面脱氧作用，并有提高合金元素吸 收率等优点用于电炉还原期
三、硅、锰的氧化和还原（冶炼前期Si、Mn，只需3~5分钟）
1、硅、锰的氧化反应
（1）钢、渣界面反应
2(FeO)+[Si]=(SiO2)+2[Fe]+Q
（2）直接氧化 O2+Si=SiO2 O2+Mn=2MnO
[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]+Q
SiO2+2FeO=2FeO· SiO2+Q
2、脱氧的任务
①把钢中含氧量脱除到钢种要求的范围，按脱氧程度钢可以分为镇静钢、 沸腾钢和半镇静钢三种 ②排除脱氧产物，减少钢中非金属夹杂物数量，并改善存在于钢中夹杂物 的分布和形态，保证钢的性能 ③细化钢的晶粒
3、脱氧方法 (沉淀脱氧、扩散脱氧（钢渣界面脱氧）和真空脱氧)
（1）沉淀脱氧（直接脱氧） 特点：直接与溶解于钢中的氧反应生成不溶解于钢锭的脱氧产物大部分上浮 缺点：部分脱氧产物残留在钢液中，成为非金属夹杂物危害钢的质量 x[Me]+y[O]=MexOy（用于转炉和平炉） 脱氧剂：块状的硅铁、锰铁、铝 （2）扩散脱氧（钢渣界面脱氧）（间接脱氧）（渣中脱氧） 脱氧剂：粉状的硅铁、锰铁、铝 ①脱除渣中的氧（在钢渣界面去除渣中不稳定氧化物）
五、炼钢炉渣的主要性质
炼钢炉渣的主要性质：熔化性、碱度、稳定性、表面性，氧化性。
1、碱度
P低时 R= CaO%/ SiO2% (P<30%) P高时 R= CaO%/( SiO2%+ P2O5%) R=1.3~1.5 低碱性渣 R=1.8~2.0 中性碱渣 R≥2.5 高碱性渣
2、炉渣的氧化性
炉渣向金属熔池传氧的能力，以渣中FeO含量表示%ΣFeO
（1）炉渣脱 S 硫在渣中存在的三种形态：CaS、FeS、MnS。 CaS最稳 定 将钢中FeS→渣中稳定存在的CaS达到去硫的目的。 炼钢时的脱硫反应：（FeS)+(CaO)=(FeO)+(CaS)-Q
Ls=(%S)/ [%S]—脱硫指数（硫的分配系数），Ls表示炉渣的脱硫能力。
（2）影响炉渣脱硫的因素 ①碱度
2FeO· SiO2+2CaO=2CaO· SiO2+2FeO
在碱性环境下Si几乎全部被氧化， 而不会再被还原。
2、硅、锰的还原反应
(SiO2)+2[C]=[Si]+2{CO} [Mn]+(FeO)=[Fe]+较
（1）Si、Mn在初期均被大量氧化，Mn氧化程度低于Si （2）Mn在酸性渣中氧化比较完全，Si在碱性渣中氧化比较完全。 （3）升高温度有利于Mn的还原，冶炼后期有余锰。