炼钢讲义21-40

a FeO 5870 log = − 2.431 [O] T
[1]Reed Thomas, Free Energy of Formation of Binary Compounds, MIT Press, 1971 [2]J.F. Elliott, Thermochemistry for Steelmaking, Vol.2, Addison-Wesley 1963
[1]Reed Thomas, Free Energy of Formation of Binary Compounds, MIT Press, 1971 [2]J.F. Elliott, Thermochemistry for Steelmaking, Vol.2, Addison-Wesley 1963
主要化学反应： 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)＝(3CaO P2O5) ＋ ＝ Fe＋1/2O2＝(FeO) ＋ [S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O] ＋ ＝ ＋
1650℃下钢液中最高[O]含量 1650℃下钢液中最高[O]含量 下钢液中最高[O]
a FeO 5870 log = − 2.431 [O] T
aFeO＝1பைடு நூலகம் ，
log[%O]饱和
5870 =− + 2.431 = −0.6213 T
[%O]饱和＝0.239% 239%
温度 [%O]饱和 1500℃ ℃ 0.13% 1550℃ ℃ 0.16% 1600℃ ℃ 0.20% 1700℃ ℃ 0.29%
炼钢工序功能的演变
基本任务
1) 脱碳； 脱碳； 2) 升温； 升温； 3) 脱磷； 脱磷；
}
}
炉外精炼
{ 4) 脱硫； 脱硫；
4) 脱氧、氮、氢等； 脱氧、 氢等； 5) 合金化。 合金化。
炉外精炼
第二章、 第二章、炼钢的基本反应
第一节、铁的氧化和熔池传氧方式 第一节、 1、氧流对金属熔池的作用
不需外供热源
铁水温度： 铁水温度： 1200～1300℃ ～ ℃ 钢水温度： 钢水温度： 1640～1720℃ ～ ℃
电弧炉炼钢
主原料： 主原料：
废钢、 废钢、DRI、 、 HBI
辅助原料： 石灰、萤石、 辅助原料： 石灰、萤石、 铁矿石等 吨位： 吨位： 功率： 功率： 供热： 供热： 类型： 类型： 25～150t ～ 500～1500kVA/t ～ 电弧加热 交流、 交流、直流
当传氧过程达到平衡时，铁液中[O]达到饱和， 当传氧过程达到平衡时，铁液中[O]达到饱和， [O]达到饱和 [O]饱和含量由炉渣的氧化性所确定 饱和含量由炉渣的氧化性所确定。 [O]饱和含量由炉渣的氧化性所确定。 Fe＋[O]＝FeO ＋ ＝ ∆G°＝－112442＋46.56 T [1,2] ° ＋
杂质的氧化方式 － 直接氧化和间接氧化 直接氧化： 直接氧化：
气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。 气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。
间接氧化： 间接氧化：
气体氧优先同铁发生反应，待生成Fe 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。 再同其它杂质进行反应。
直接氧化在氧流－金属表面处进行： 直接氧化在氧流－金属表面处进行：
间接氧化方式 －在氧气泡直接同铁液接触的表面上， 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 氧首先同铁结合，然后FeO扩散到熔 FeO 池内部并溶于金属液中。 池内部并溶于金属液中。 (FeO)＝[O]＋[Fe] ＝ ＋
C、Si、Mn、P等同[O]反应 Si、Mn、 等同[O]反应 [O]
顶吹氧枪O2出口速度通常 顶吹氧枪O 可达300 350m/s； 300～ 可达300～350m/s； 氧流与熔池作用， 氧流与熔池作用，将动量 传递给金属液； 传递给金属液； 金属熔池产生循环运动。 金属熔池产生循环运动。
氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区 火点区) (火点区)
作用区温度2200 作用区温度 ～ 2700℃； ℃ 光亮较强的中心 (区域 ； 区域I)； 区域 光亮较弱的外围 (区域 。 区域II)。 区域
氧流同熔池作用区的表面； 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； 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； 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。 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}
熔池在氧流作用下形成的强烈运动和高度弥散的气 熔渣－金属乳化相，是吹氧炼钢的特点。 体－熔渣－金属乳化相，是吹氧炼钢的特点。
1－氧枪 2－乳化相 CO气泡 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 CO气泡 8－溅出的金属液滴 9－烟尘
2、铁的氧化和还原 向熔池吹氧时
第一步，气体氧分子分解并吸附在铁的表面： 第一步，气体氧分子分解并吸附在铁的表面：
1/2{O2}＝[O]吸附 ＝
第二步，吸附的氧溶解于铁液中： 第二步，吸附的氧溶解于铁液中：
[O]吸附＝[O]
由于氧势高，Fe与[O]反应，生成铁氧化物。 由于氧势高，Fe与[O]反应，生成铁氧化物。 反应
t[Fe]＋[O]＝FetO ＋ ＝
Fe3O4可以看作 为FeO Fe2O3； FeO最稳定； 最稳定； 最稳定 Fe2O3/FeO平均 平均 为0.8。 。
炉渣的氧化作用 炉渣中FeO与氧 炉渣中FeO与氧 FeO 化性气氛接触， 化性气氛接触， 被氧化成高价氧 化物Fe 化物Fe2O3； 铁界面， 渣－铁界面，高 价Fe2O3被还原 成低价FeO FeO； 成低价FeO； 气相中的氧因此 被传递给金属熔 池。
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， 作用下，部分金属微小液 滴弥散在熔渣中； 滴弥散在熔渣中； 乳化的程度与熔渣粘度、 乳化的程度与熔渣粘度、 表面张力等性质有关； 表面张力等性质有关； 乳化可以极大地增加渣－ 乳化可以极大地增加渣－ 铁间接触面积，因而可以 铁间接触面积， 加快渣－铁间反应。 加快渣－铁间反应。 乳化造成的渣－铁间接触面积可 乳化造成的渣－ 0.6～ /kg。 达0.6～1.5 m2/kg。
[O] ＋ [Mn] ＝ (MnO) 2[O] ＋ [Si] ＝ (SiO2) 5[O] ＋ 2[P] ＝ (P2O5) [O] ＋ [C] ＝ {CO} 2[O] ＋ [C] ＝ {CO2}
冶炼时间： 冶炼时间： 45min～1.5h ～
主要化学反应： 主要化学反应：
[C]＋1/2O2＝CO ＋ [C]＋O2＝CO2 ＋ [Si]＋O2＝(SiO2) ＋ [Mn]＋ [Mn]＋1/2O2＝(MnO) 2[P]＋5/2O2＋3(CaO)＝(3CaO P2O5) ＋ ＝ Fe＋1/2O2＝(FeO) ＋ [S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O] ＋ ＝ ＋
炼钢条件下铁氧化物稳定性比较 Fe＋[O]＝FeO ＋ ＝ ∆G°＝－112442＋46.56 T [1,2] ° ＋ 2/3Fe+[O]=1/3Fe2O3 ∆G°＝－152988＋87.94 T [1,2] ° ＋ 3/4Fe+[O]=Fe3O4 ∆G°＝－177232＋92.96 T [1,2] ° ＋