炼钢基本原理
钢铁冶金原理
1、表面张力：垂直作用在液面上任一直线的两侧，沿液体的切面向着两侧的拉力，N/m2、穿透度：它为反应过程中，矿球半径改变的分数，用f 表示，0(1)r r f =-。
它和R 的关系为1/31(1)f R =--。
3、沉淀脱氧：向钢液中加入能与氧形成稳定化合物的元素，形成的氧化物能借自身的浮力或钢液的对流运动而排出。
4、萃取精炼：在一定温度下，在熔盐粗金属中加入附加物，附加物与金属相内杂质生成不溶解于熔盐的化合物而析出，从而达到精炼的目的。
5、二元碱度：渣中的碱性氧化物CaO 含量与酸性氧化物SiO 2含量之比为炉渣的二元碱度。
6、反应度：或称转化率，矿球已反映了的百分数，用R 表示，30(/)1r r R =-。
7、分解压：分解反应的平衡常数等于分解出的气体B 的平衡分压，规定用()B AB P 表示，称为此化合物的分解压。
8、负吸附：溶解组分质点和溶剂质点之间的作用力大于溶剂质点之间的作用力。
溶解组分在表面不出现过剩浓度，称为负吸附。
9、G-D 方程：11220BB n dG n dG ndG ++==∑ 或11220BB x dG x dG xdG ++==∑ 他表示恒温、恒压下，溶液中各组分的偏摩尔吉布斯自由能（或其他偏摩尔量）的改变不是彼此独立的，而是互相制约、互相补偿的。
10、0i γ的物理意义：1）表示溶液中组元i 在浓溶液中服从拉乌尔定律和在稀溶液中服从亨利定律两定律间的差别。
2）是组元i 在在服从亨利定律浓度段内以纯物质i 为标准态的活度系数。
3）是不同标准态的活度及活度系数相互转换的转换系数。
4）是计算元素标准溶解吉布斯能的计算参数。
11、光学碱度：在氧化物中加入显示剂，用光学的方法来测定氧化物施放“电子的能力”以表示出2O -的活度，确定其酸-碱性的光学碱度。
12、过剩碱：用碱的总量减去形成复合化合物的消耗的碱性氧化物，用来表示渣中碱性氧化物。
13、亨利定律：当溶液组分B 的浓度趋近于零（0B x →）的所谓稀溶液中，组分B 的蒸汽压与其浓度B x 成线性关系：()BH x B p K x '=,p '--组分B 在B x 的平衡蒸汽压，()H x K --比例常数。
炼钢基本原理
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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。
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[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。
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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。
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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。
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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
(一)炼钢的基本原理
温度转换
K----开氏（绝对）温度 oF---华氏温度 oC---摄氏温度 oRa---蓝氏温度 oR----列氏温度 0 -459.67 -273.15 0 -218.52
热力学定律
热力学第三定律 不可能用有限个手段和程度使物体冷却到 绝对温度零度。 在绝对温度零度是所有春物体的完美结 晶体的上等于零。 绝对温度不能达到。
内能
系统的内能是它具有的各种形式能量的总和 。它包括系统内分子运动的动能，分子和 分子间相互作用的势能、分子内部原子和 电子运动的能量以及原子核内的能量等。 但内能不包括系统作宏观机械运动的动能 和系统在外力场中的势能。
热力学定律
热力学零定律 如果两个热力学系统与第三个热力学系统 处于平衡，它们也必定处于热平衡。
热力学定律
热力学第二定律 “一切自动过程都是不可逆的”。或者，实际上能够自然发生的过 程都是不可逆的。 dS=dQ/T 不能把热量从低温系统传给高温系统而不 引起其他变化。也就是说，不能使单一热 源取热使之完全转化为有用功而不产生其 他影响。
不可逆过程，熵（△H）的增量大于零。 指出物理现象的方向性。 永动机是不可能的。
物理化学原理概要
五、化学反应热效应和盖斯定律 若以相同的反应物，经过不同的途径得到相同的生成物，则反应的恒 压热效应或恒容热效应是一定的，与过程的途径无关。不难理解，既 已明确过程在恒压或恒容下进行，热效应当然不再和过程有关。
△ H=H生成物-H反应物
六、基尔霍夫定律 过程焓变的温度系数等于由该过程所引起的热容的变化。
表面张力
熔融铁合金的表面张力是阐明钢铁冶炼过程 中各种界面现象所不可缺少的重要性质。 例如钢液内CO气泡的生成和长大，脱氧产物 的生成、凝聚和排出，金属的熔渣和钢液分离， 金属的凝固等等，都与钢液的表面张力有密切的 关系，因此，液体的表面张力与其质点间作用力 大小有密切关系，液体内部质点间的作用力越大， 则对表面层质点的吸引力就越强，所以表面张力 也就越大。 表面张力在一定程度上反映了液体内部质点间 作用力的大小。通常液体的表面张力与液体的化 学键性质有密切的关系。
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
◆
变化规律
铁和氧的亲和力小于Si、Mn、P与氧的亲和力，但由 于金属液中铁的浓度最大，质量分数为90％以上，所 以铁最先被氧化，生成大量的Fe0，并通过Fe0使其 与氧亲和力大的Si、Mn、P等被迅速氧化。
◆
Fe的氧化图解
［Fe］＋1/2｛O2｝＝[FeO] （直接氧化） ［Fe］＋［O］＝ [FeO] [FeO]= （FeO） （间接氧化）
熔渣 界面 n为3或4）
3(FeO)＋（P2O5）＝( 3FeO. P2O5)
－ 2［P］＋5(FeO) ＝ （P2O5） +5［Fe］
（吹炼前期）
钢水
2［P］+5［O］＝(P2O5) 2［P］+｛O2｝＝(P2O5)
（可能性小） （可能性小）
利于脱磷的热力学条件：
炉渣的碱度（B）要适当高，B控制在2．5～3 适当提高炉渣的氧化性，即渣中的氧化铁要高
CaO•Fe O •SiO2 2CaO•Mg O•2SiO2 3CaO•Mg O•SiO2 2CaO•P2O5 CaO•Fe2O3 2CaO•Fe2O3 CaO. CaF2
钙镁橄榄石
钙铁橄榄石 镁黄长石 镁蔷薇灰石 磷酸二钙 铁酸钙 正铁酸钙 氟酸钙
1390
1205 1450 1550 1320 1230 1420 1400
利于脱硫的热力学条件：
炉渣的碱度（B）要适当高，B控制在3.0～3.5 炉渣的氧化性要适当低，即∑(FeO)要适当低
条件
高温 适当增大渣量
◆
实际生产中为了脱硫怎样操作
在吹炼过程中，为了去硫，就要充分应用 脱硫的热力学条件，实现高温状况下化好渣， 利用吹炼过程的中、后期高温、高碱度、低氧 化性的有利条件去硫
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。
炼钢基本原理
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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。
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。
纯铁炼钢的原理和应用
纯铁炼钢的原理和应用1. 纯铁炼钢的原理纯铁炼钢是一种常用的钢铁生产方法，通过对纯铁进行适当的炼化、精炼和合金化处理，可以得到高质量的钢材。
其原理主要包括以下几个方面：•炼化过程：在纯铁炼钢过程中，通过加入适量的氧化剂，如铁矿石、氧化铁等，使纯铁表面的碳和杂质氧化生成气体，从而达到炼化的目的。
同时，还可以通过控制温度和吹氧速度等参数来控制气氛的成分和密度，以达到炼化的效果。
•精炼过程：在炼化后，纯铁中仍然存在一定的杂质和非金属元素，如硫、硅、磷等。
通过加入适量的精炼剂，如钙、铝等，可以使这些杂质和非金属元素与精炼剂发生反应，生成易挥发、易氧化的化合物，从而将其从纯铁中除去。
•合金化处理：通过在炼钢过程中加入适量的合金元素，如铬、钼等，可以改变钢材的化学成分和物理性能，从而获得特殊功能的合金钢。
例如，加入适量的铬可以提高钢材的耐腐蚀性能，加大钼则可提高钢材的硬度和耐磨性。
2. 纯铁炼钢的应用纯铁炼钢作为一种常用的钢铁生产方法，在工业领域有着广泛的应用。
以下是纯铁炼钢的一些主要应用方面：•建筑工程：纯铁炼钢生产出的高质量钢材，具有良好的物理性能和化学成分，因此在建筑工程中得到广泛应用。
例如，用于制作建筑中的钢结构材料，如梁、柱、框架等，能够提供较高的强度和稳定性，同时也可以满足不同的设计要求。
•机械制造：纯铁炼钢生产的钢材具有优异的机械性能和加工性能，因此在机械制造领域得到广泛应用。
例如，用于制造机器设备和工具的钢材，如发动机、轴承、刀具等，能够提供较高的硬度、韧性和耐磨性，从而保证机械设备的可靠性和耐用性。
•汽车制造：纯铁炼钢的钢材具有良好的强度、韧性和塑性，适合用于汽车制造。
例如，用于制造汽车车身和底盘的钢材，能够提供较好的碰撞安全性和稳定性，同时也可以满足汽车制造中对轻量化和节能环保的要求。
•船舶制造：纯铁炼钢生产的钢材具有较高的耐腐蚀性和强度，适合用于船舶制造。
例如，用于制造船体结构和部件的钢材，能够抵御海水的侵蚀和外力的冲击，从而保证船舶的安全性和使用寿命。
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0.25～0.80％ 0.01～6.5％ 碳含量不同是钢与生铁化学成分的主要 0.25～0.60％ 0.12～13.0％ 区别； ～18％ 炼钢基本任务：降低碳含量（脱碳）。 ～10％ ～2％ ～0.2％
5
（1）炼钢基本任务：氧化去除碳 (脱碳)
脱碳反应：
[C] + 1/2O2= CO [C] + O2 = CO2
23940 kJ/kg 5020 kJ/kg C、Si、 Fe的氧化供热，分别占 67%、14%、13%左右。
16
（7）炼钢基本任务：凝固成型
17
炼钢的基本任务
1. 脱碳； 2. 脱磷；
3. 脱硫；
4. 脱氮、氢； 5. 脱氧与去除非金属夹杂物； 6. 合金化； 7. 升温； 8. 凝固成型； 9. 废钢、炉渣返回利用；
20
氧气顶吹转炉炼钢
Linz and Donawitz（1952）
21
氧气转炉炼钢(BOF)
22
炼钢工序功能转变
23
工序功能演变
24
现代炼钢流程
25
13
钢中合金元素的作用
C： 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。
- 对绝大多数钢种，P ～ 18 ％ 、 S 为有害杂质：
; - 磷：降低塑性、低温韧性、回火脆性等 ～10％ - 硫：降低塑性、低温韧性、焊接性能、耐 ～2％ 腐蚀性能等。 ～0.2％
7
脱磷和脱硫反应
脱磷： 化学反应 (氧化、渣-钢间反应)：
2[P]＋5/2O2+ 3(CaO) = (3CaOP2O5)
14
（6）炼钢基本任务：升温
钢熔点：1475~1535℃
生铁熔点：1150℃左右
15
氧化反应热
[C] CO
[C] CO2 [Si] SiO2
11637 kJ/kg
34830 kJ/kg 29176 kJ/kg
[Mn] MnO
[P] 3CaOP2O5 Fe FeO
6593 kJ/kg
钢材：
具有良好塑性，能够进行轧制、锻压、拉拔等塑 性变形加工；
钢制品具有强度高、韧性好、易焊接、耐高温、 耐腐蚀等优良特性，因此被广泛利用。
3
高炉炼铁
铁矿石被还原：
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO
高炉炼铁
4
一、炼钢基本任务
元素 C P S Si Mn Cr Ni Mo Nb，V，Ti 生铁 3.5～5.0％ 0.008～1.50％ 0.015～0.06％ 钢 0.001～1.2％ 0.002～0.04％ 0.0005～0.04％
氢的危害：
炼钢过程去除氮、氢：
12
（5）炼钢基本任务：合金化
元素 C P S Si Mn Cr Ni Mo Nb，V，Ti 生铁 3.5～5.0％ 0.008～1.50％ 0.015～0.06％ 0.25～0.80％ 0.25～0.60％ 钢 0.001～1.2％ 0.002～0.04％ 0.0005～0.04％ 0.01～6.5％ 0.12～13.0％ ～18％ ～10％ ～2％ ～0.2％
第一章、炼钢基本原理 1、炼钢基本任务 钢与铁的区别 炼钢的基本任务 主要的炼钢工序
钢铁生产工艺流程
炼钢是将铁水(生铁)、废钢等加热、 熔化，通过化学反应去除铁液中的 有害杂质，配加合金并浇铸成半成 品－铸坯的生产过程。
2
为什么பைடு நூலகம்炼钢？
生铁：
铸造生铁可用于生产铸管、机床等设备底座等； 硬而脆，几乎没有塑性，不能进行轧制、锻压等 塑性变形加工。
有利于脱磷的工艺因素： 高碱度(CaO/SiO2)、高氧化性炉渣； 增加渣量，降低温度。
脱硫： 化学反应 (还原、渣-钢反应)：
[S] + (CaO) = (CaS) + [O]
有利于脱硫的工艺因素： 高碱度(CaO/SiO2)、低氧化性炉渣； 增加渣量，提高温度。
8
（3）炼钢基本任务：脱氧和去除非金属夹杂物
10
脱氧反应
用与氧亲和力较铁与氧亲和力强的元素作脱氧剂，如铝、 硅、Ca、Ba、Ti等；
脱氧剂与钢液中的氧直接作用，发生脱氧反应：
x[M] + y[O] = MxOy
脱氧反应产物由钢液上浮排除，从而达到脱氧目的。
11
（4）炼钢基本任务：去除氮、氢
氮的危害：
降低塑性、低温韧性、焊接性能等； 增加钢材时效； 铸坯表面裂纹等缺陷。 钢材脆断； 厚板、大型锻件内部裂纹等。 氧气转炉吹炼过程脱除N、H； 钢水真空处理脱除N、H。
炼钢过程采用向金属熔池供 氧以氧化去除铁液中碳、磷 等杂质的方法； 为了获得高的反应效率，必 须向熔池供入充足的氧； 在冶炼临近结束时，钢液实 际上处于“过度氧化”状态， 即钢液中氧含量高于与钢中 碳、锰等元素平衡的氧含量。
9
脱氧和去除非金属夹杂物
固态钢中氧的溶解度仅3~4 ppm，钢液中溶解氧在凝 固及随后的冷却过程几乎全部 要从Fe中析出； 固体钢中析出的氧绝大多数以 氧化物、氧硫化物类夹杂物形 式存在于固态钢晶粒边界处； 氧含量增加降低钢的延性、冲 击韧性、抗疲劳破坏性能、耐 腐蚀性能等。
常规脱碳工艺方法： 氧气转炉； 电弧炉。 超低碳钢（[C]<0.01%）： 真空精炼(RH、VOD等); 氩氧精炼（AOD）。
6
（2）炼钢基本任务：去除P、S (脱磷、脱硫)
元素 C P S Si Mn Cr Ni Mo Nb，V，Ti 生铁 3.5～5.0％ 0.008～1.50％ 0.015～0.06％ 0.25～0.80％ 0.25～0.60％ 钢 0.001～1.2％ 0.002～0.04％ 0.0005～0.04％ 0.01～6.5％ 0.12～13.0％
10.回收煤气、蒸汽等。
18
2、炼钢生产工艺技术的发展
现代炼钢方法起始
在此之前： • 炒钢；
• 坩埚熔炼等。
2[C]＋O2＝2CO 2[P]＋5/2O2＋3CaO＝3CaOP2O5 [S]＋CaO＝CaS＋[O]
H.Bessemer（1856）， W.Kelly（1857）
19
电弧炉炼钢
W. Siemens （1878）