钢铁冶金炼钢学

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钢铁冶金学（炼铁部分）

钢铁冶⾦学（炼铁部分）钢铁冶⾦学(炼铁部分)第⼀章概论1、试述3种钢铁⽣产⼯艺的特点。

答：钢铁冶⾦的任务：把铁矿⽯炼成合格的钢。

⼯艺流程：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿⽯→去脉⽯、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢。

⾼炉炼铁⼯艺流程：对原料要求⾼，⾯临能源和环保等挑战，但产量⾼，⽬前来说仍占有优势，在钢铁联合企业中发挥这重⼤作⽤。

直接还原和熔融还原炼铁⼯艺流程：适应性⼤，但⽣产规模⼩、产量低，⽽且很多技术问题还有待解决和完善。

2、简述⾼炉冶炼过程的特点及三⼤主要过程。

答：特点：①在逆流（炉料下降及煤⽓上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投⼊（装料）及产出（铁、渣、煤⽓）之外，⽆法直接观察炉内反应过程，只能凭借仪器仪表简介观察；③维持⾼炉顺⾏（保证煤⽓流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。

三⼤过程：①还原过程：实现矿⽯中⾦属元素（主要是铁）和氧元素的化学分离；②造渣过程：实现已还原的⾦属与脉⽯的熔融态机械分离；③传热及渣铁反应过程：实现成分与温度均合格的液态铁⽔。

3、画出⾼炉本体图，并在其图上标明四⼤系统。

答：煤⽓系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。

4、归纳⾼炉炼铁对铁矿⽯的质量要求。

答：①⾼的含铁品位。

矿⽯品位基本上决定了矿⽯的价格，即冶炼的经济性。

②矿⽯中脉⽯的成分和分布合适。

脉⽯中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO 含量合适。

③有害元素的含量要少。

S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和⾼炉顺⾏有害。

④有益元素要适当。

Mn、Cr、Ni、V、Ti等和稀⼟元素对提⾼钢产品性能有利。

上述元素多时，⾼炉冶炼会出现⼀定的问题，要考虑冶炼的特殊性。

⑤矿⽯的还原性要好。

矿⽯在炉内被煤⽓还原的难易程度称为还原性。

褐铁矿⼤于⾚铁矿⼤于磁铁矿，⼈造富矿⼤于天然铁矿，疏松结构、微⽓孔多的矿⽯还原性好。

⑥冶⾦性能优良。

冷态、热态强度好，软化熔融温度⾼、区间窄。

钢铁冶金学(炼钢学)

钢铁冶金学(炼钢学)
炼钢方法（6）
• 瑞典人罗伯特·杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。1952 年奥地利的林茨城(Linz)和多纳维兹城 (Donawitz)先后建成了30吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为 LD法。美国称为BOF法（Basic Oxygen Furnace）或BOP法。
钢铁冶金学(炼钢学)
钢 O铁B冶M金学/ Q(炼-钢B学O) P
炼钢方法（8）
• 在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，19781979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水。
钢铁冶金学(炼钢学)
钢铁冶金学(炼钢学)
钢铁冶金学(炼钢学)
LD/ BOF/ BOP
炼钢方法（7）
• 1965年加拿大液化气公司研制成双层管氧气喷嘴，1967年西德马克西米利安钢铁公司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即OBM法(Oxygen Bottom Maxhuette) 。1971年美国钢铁公司引进 OBM法，1972年建设了3座200吨底吹转炉，命名为Q-BO钢铁P冶金(学Q(炼钢u学i)et BOP)。
钢L铁D冶金- 学Q(炼- 钢B学O) P
炼钢方法（9）
•我国首先在 1972-1973 年在沈阳第一炼钢厂成功开发了全氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐钢等企业推广应用。
钢铁冶金学(炼钢学)
总之，炼钢技术经过200多年的发展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，21世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。
1.1 炼钢的发展历程

钢铁冶金学(炼钢部分)

11
耐火材料融损及卷入
炼钢任务：
9)凝固成型
12
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。
13
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。
14
3
伴随脱碳反应，钢的熔点提高。
炼钢任务： 4)升温
1200℃ 1700℃
4
伴随脱碳反应，钢液[O]含量增加。
C(石墨)+1/2O2=CO C(石墨)=[C] 1/2O2=[O]
[C]+[O]=CO
G＝－116204－83.617040－2.88T[2]
G＝－20482－38.94T
[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
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
31
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：
5
0.6
炼钢任务：
¬ wt% [O]£
1650¡ æ 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

钢铁冶金学炼钢部分

炼钢学复习题第二章一．思考题1.炼钢的任务。

1)脱碳：含碳量是决定铁与钢定义的元素，同时也是控制性能最主要的元素，一般来用向钢中供养，利于碳氧反应去除。

2）脱硫脱磷：对绝大多数钢种来说，硫磷为有害元素，硫则引起钢的热脆，而磷将引起钢的冷脆，因此要求炼钢过程尽量去除。

3）脱氧：在炼钢中，用氧去除钢中的杂质后，必然残留大量氧，给钢的生产和性能带来危害，必须脱除，减少钢中含氧量叫做脱氧。

（合金脱氧，真空脱氧）4）去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮，非金属夹杂物包括氧化物，硫化物以及其他化合物，一般采用CO气泡沸腾和真空处理手段。

5）升温：炼钢过程必须在一定高温下才能进行，同时为保证钢水能浇成合格的钢锭，也要求钢水有一定的温度，铁水最温度很低，1300摄氏度左右 Q215钢熔点1515摄氏度6）合金化：为使钢有必要的性能，必须根据钢中要求加适量的合金元素。

7）浇成良锭：液态钢水必须浇铸成一定形状的固体铸坯，采用作为轧材的原料，同时要求质量良好，一般有模铸和连铸两种方式。

2.S的危害原因和控制方式。

（1）产生热脆。

（硫的最大危害）（2）形成夹杂：S在固体钢中基本上是以硫化物夹杂的形式存在。

降低塑性，危害各向同性（采用Mn抑制S的热脆），影响深冲性能和疲劳性能，夹杂物的评级，强度（S对钢的影响不大）（3）改善切削性能（这是硫的唯一有用用途）（2）控制措施有两种方法：（1）提高Mn含量：Mn/S高则晶界处形成的MnS量多、FeS 量生成量少，提高了钢的热塑性，减少了钢裂纹倾向。

（2）降低S含量：过高的S 会产生较多的MnS夹杂，影响钢的性能。

3.Mn控制S的危害的原理，要求值。

Mn影响S的原理：钢中的Mn在凝固过程中同样产生选分结晶，在晶界处与S反应生产MnS。

Mns的熔点高，在轧制和连铸过程中仍处于固态，因此消除了低熔点FeS引起的热脆现象。

Mn\S:Mn对S的控制力，一般用Mn和S的质量百分数的比值表示，称为“锰硫比”。

钢铁冶金学炼铁部分第三版

钢铁冶金学炼铁部分第三版摘要：一、钢铁冶金概述二、炼铁原理与工艺1.高炉炼铁2.直接还原炼铁3.熔融还原炼铁三、炼铁原料与配料四、高炉操作与管理1.炉料准备2.炉内过程控制3.炉况判断与调整4.休风与焖炉五、炼铁环境保护与节能六、炼铁新技术与发展趋势正文：一、钢铁冶金概述钢铁冶金是指通过熔融、氧化还原、凝固等过程，将铁矿石等原料转化为钢铁的过程。

钢铁冶金主要包括炼铁、炼钢和轧制等环节。

其中，炼铁是钢铁冶金的基础，其目的是将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。

二、炼铁原理与工艺1.高炉炼铁高炉炼铁是将铁矿石、焦炭、熔剂等原料经过高温加热，使铁矿石中的铁氧化物被焦炭还原成金属铁的过程。

高炉炼铁具有生产能力大、成本低、金属回收率高等优点。

2.直接还原炼铁直接还原炼铁是将铁矿石等原料在高温下直接还原成金属铁的过程。

与高炉炼铁相比，直接还原炼铁具有能耗低、投资省、占地面积小等优点。

3.熔融还原炼铁熔融还原炼铁是将铁矿石等原料在高温下熔融，然后通过还原剂将铁氧化物还原成金属铁的过程。

熔融还原炼铁具有生产效率高、产品质量好等优点。

三、炼铁原料与配料炼铁原料主要包括铁矿石、焦炭、熔剂等。

铁矿石是炼铁的主要原料，其质量直接影响到炼铁过程和产品质量。

焦炭作为还原剂，在炼铁过程中起到关键作用。

熔剂主要用于调节炉内气氛和矿石的熔化。

四、高炉操作与管理1.炉料准备炉料准备包括铁矿石、焦炭、熔剂等原料的采购、储存、破碎、筛分等环节。

合理的炉料准备有利于保证高炉炼铁的稳定运行。

2.炉内过程控制炉内过程控制是高炉炼铁的关键，主要包括煤气流量、温度、压力等参数的调节。

通过炉内过程控制，可以使高炉达到最佳状态，提高金属回收率。

3.炉况判断与调整炉况判断与调整是根据高炉运行参数，判断高炉内发生的问题，并采取相应措施进行调整。

合理的炉况判断与调整有助于提高高炉炼铁的生产效率。

4.休风与焖炉休风是指高炉在短时间内停止煤气供应，以清理炉内积料和调整炉内气氛。

钢铁冶金学(炼钢部分)教案

1.绪论 (4)1.1 炼钢历史的发展过程 (4)1.２我国钢铁冶金的发展 (5)1.3炼钢的基本任务 (5)2. 炼钢任务、原材料和耐火材料 (7)2.1去除杂质 (7)2.2 调整钢的成分 (8)2.3 浇注成内外部质量好的钢锭和钢坯 (9)3. 炼钢熔池中的基本反应 (10)3.1 脱碳反应 (10)3.1.1 脱碳反应的作用 (10)3.1.2碳在熔铁中的溶解 (11)3.1.3 脱碳反应的热力学条件 (11)3.1.4 脱碳反应的动力学条件 (13)3.2 硅锰的氧化和还原 (16)3.3脱磷反应 (17)3.3.1 磷在钢铁冶炼过程中氧化 (18)3.3.2 脱磷的热力学条件 (20)3.3.3 冶炼低磷钢的几个问题 (22)3.4 脱硫反应 (25)3.4.1 硫在炼钢中表现的热力学性质 (25)3.4.2 碱性氧化渣与金属间的脱硫反应 (26)3.4.3 熔渣脱硫的计算 (29)3.4.4 气相在脱硫中的作用 (30)3.5 钢中气体和非金属夹杂物 (32)3.5.1 钢中气体 (32)3.5.2 钢中的非金属夹杂物 (35)3.5.3 非金属夹杂物的种类 (35)3.5.4 夹杂物的来源及减少其的措施 (37)4 转炉炼钢工艺 (39)4.1 炼钢用原材料 (39)4.1.1 金属料 (39)4.1.2 造渣材料 (40)4.1.3 氧化剂（自学） (41)4.1.4 冷却剂（自学） (42)4.1.5 还原剂和增碳剂（自学） (42)4.2 装料 (42)4.2.1 三种不同的装入制度 (42)4.2.2 确定个阶段装入量应考虑的因素 (43)4.3 铁的氧化和熔池传氧方式 (43)4.3.1 铁的氧化和还原 (43)4.3.2 炉渣的氧化作用 (44)4.3.3 杂质的氧化方式—直接氧化和间接氧化 (44)4.4 供氧 (45)4.4.1氧流对熔池作用 (45)4.4.2 氧化机理 (51)4.4.3 LD的供氧操作 (52)4.5 造渣 (53)4.5.1炉渣碱度的控制 (53)4.5.2炉渣粘度的控制 (56)4.5.3炉渣氧化性的控制 (56)4.5.4放渣及留渣操作 (58)4.6 温度及终点的控制 (58)4.6.1 LD物料平衡和热平衡 (59)4.6.2 出钢温度的确定 (59)4.6.3 吹炼过程的温度控制 (59)4.6.4 终点控制 (60)4.7 脱氧和合金化 (60)4.7.1 吹炼终点的含氧量及脱氧的任务 (60)4.7.2 脱氧剂的选择及加入量的确定 (62)4.7.3 脱氧操作 (64)4.7.4 合金化的一般原理 (65)5 转炉顶底复合吹炼 (67)5.1 转炉顶底复吹的发展及其特点: (67)5.1.1 顶吹底吹转炉炼钢的特点及复合吹工艺的产生 (67)5.1.2 复合吹炼工艺的分类及目前发展状况 (68)5.1.3 复合吹炼的主要冶金特点 (69)5.2复合吹炼的熔池搅拌问题 (70)5.2.1转炉熔池搅拌问题—CO气泡搅拌及气流搅拌 (70)5.2.2 搅拌能与均匀混合时间（混匀时间） (72)5.3 复合吹炼的冶金问题 (73)5.3.1 对成渣及渣中FeO的影响 (73)5.3.2 对各元素化学反应的影响 (74)5.3.3 对钢中气体含量的影响 (75)5.4 底部供气元件 (76)5.4.1 底部供气种类及选择 (76)5.4.2 底部供气元件的种类及特点 (76)5.4.3 底部供气元件的布置对熔池搅拌的影响 (78)6 炼钢常用耐火材料 (79)6.1 炉衬材料 (79)6.2 炉衬破损机理 (80)6.3 延长炉龄的措施（自学） (81)7 预脱硫 (83)8 含钒铁水的吹炼 (87)8.1 提钒 (87)8.2 半钢炼钢 (89)使用说明 (90)参考文献 (91)1.绪论钢铁是现代生产和科学技术中应用最广的金属材料.特别是钢,在金属材料的用量中约占85%以上.这是由于钢的强度高,韧性好,容易加工和焊接,使优良的结构材料.钢的品种由上千种,可以跟据不同要求,得到不同性能的钢.作为钢的基体的铁元素在地壳中的蕴藏量5.10%,在金属元素中仅次于铝8.80%,容易从矿石中提取和加工.近三四十年,钢生产迅速发展,世界上岗的年产量已超过七亿吨.近代钢铁生产的主要方法一直是沿用”二步法”,第一步先用矿石冶炼出生铁,第二不再以生铁和废钢为基本原料炼出不同的钢种.近十几年,虽然有人在”一步法”上作了大量的工作,即直接还原—从矿石直接还原出钢,但目前来看,最起码在近期,其法不会最为生产钢的主要手段;也很难成为发展方向.原因主要是其技术不成熟;成本太高.1.1 炼钢历史的发展过程近代主要的炼钢方法首推1885年在英国获得专利的贝塞麦法,即酸性空气底吹转炉炼钢法.他是在底吹转炉中,将空气直接吹入铁水,利用空气中的氧气氧化铁水中铁、硅、锰、镁等元素，并依靠这些元素氧化释放出的热量将体金属加热到能顺利进行浇铸所需的高温。

钢铁冶金学(炼钢学)

脱氧和脱硫反应的平衡：在炼钢过程中，需要控制脱氧和脱硫反应的平衡，以保证钢的质量和性能。
脱氧和脱硫反应的影响因素：温度、时间、钢的成分等会影响脱氧和脱硫反应的效果。
转炉：用于炼钢的主要设备，具有容量大、生产率高、操作方便等特点。电炉：用于炼钢的辅助设备，具有节能环保、操作简单等特点。炉外精炼设备：用于提高钢的质量和性能，具有高效、节能、环保等特点。连铸设备：用于将钢水连续铸造成钢坯，具有高效、节能、环保等特点。轧钢设备：用于将钢坯轧制成各种钢材，具有高效、节能、环保等特点。
按化学成分分类：碳钢、合金钢、不锈钢等按生产工艺分类：转炉钢、电炉钢、平炉钢等按用途分类：建筑用钢、机械用钢、汽车用钢等性能要求：强度、硬度、韧性、塑性、焊接性能等标准：国家标准、行业标准、企业标准等
碳钢：含碳量在0.25%-2.11%之间，硬度高，耐磨性好，适用于制造机械零件、工具等。
XX,
汇报人：XX
钢铁冶金学：研究钢铁生产工艺、原理和设备的科学
定义：包括炼铁、炼钢、轧钢等过程
重要性：钢铁是现代工业的基础材料，广泛应用于建筑、机械、汽车、船舶等领域
发展历程：从早期的土法炼铁到现代的高炉炼铁、转炉炼钢等技术，不断提高钢铁质量和生产效率
古代冶金：青铜器、铁器等金属制品的出现近代冶金：18世纪末，高炉炼铁、转炉炼钢等技术的出现现代冶金：20世纪初，电炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢等技术的发展现代冶金：21世纪初，绿色冶金、智能制造等技术的兴起和发展
操作技术：包括设备启动、运行、停机等步骤，以及操作注意事项和常见故障处理方法
维护技术：包括设备日常维护、定期检查、维修和更换部件等，以及维护注意事项和常见故障处理方法

钢铁冶金学(炼钢部分).

钢铁冶金学（炼钢部分）第一部分炼钢的基本任务1、钢和生铁的区别？答：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。

生铁硬而脆，冷热加工性能差，必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性；钢的韧性、塑性均优于生铁，硬度小于生铁。

2、炼钢的基本任务？答：钢铁冶金的任务是由生产过程碳、氧位变化决定的。

炼钢的基本任务分为脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，脱氮、氢等，去除非金属夹杂物，合金化，升温（1200°C→1700°C），凝固成型，废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。

3、钢中合金元素的作用？答：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：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。

4、钢中非金属夹杂物来源？答：5、主要炼钢工艺流程？答：炒钢→坩埚熔炼等→平炉炼钢→电弧炉炼钢→氧气顶吹转炉炼钢→氧气底吹转炉和顶底复吹炼钢。

主要生产工艺为转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。

与电炉相比，氧气顶吹转炉炼钢生产率高，对铁水成分适应性强，废钢使用量高，可生产低S、低P、低N的杂质钢，可生产几乎所有主要钢品种。

顶底复吹工艺过氧化程度低，熔池搅拌好，金属-渣反应快，控制灵活，成渣快。

现代炼钢流程：炼铁，炼钢（铁水预处理、炼钢、炉外精炼），连铸，轧钢，主要产品。

第二部分炼钢的基本反应1、铁的氧化和熔池的基本传氧方式？答：火点区：氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区(火点区)。

吹氧炼钢的特点：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。

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。

钢铁冶金学(炼钢学)

02 炼钢原料及预处理
炼钢原料种类及性质
A
铁矿石
主要含铁矿物，分为磁铁矿、赤铁矿等，是炼钢的主要原料之一。
废钢
来自报废的汽车、建筑、机器等，是炼钢的重要原料之一，具有可回收性和环保性。
B
C
熔剂
如石灰石、白云石等，用于造渣和脱硫，保证钢的质量。
合金元素
如铬、镍、钨等，用于提高钢的力学性能和耐腐蚀性。
特点
钢铁冶金学是一门综合性很强的技术科学，它涉及地质、采矿、选矿、冶炼、金属加工和金属材料性能等多方面的知识。
炼钢学发展历史及现状
发展历史
炼钢学的发展经历了漫长的岁月，从古代的铁匠铺到现代的钢铁联合企业，炼钢技术不断得到改进和完善。
现状
目前，炼钢学已经成为一门高度自动化的技术科学，采用了许多先进的工艺和设备，如高炉炼铁、转炉炼钢、电炉炼钢等。
钢铁冶金学(炼钢学)
目录
• 绪论 • 炼钢原料及预处理 • 炼钢工艺过程及设备 • 炉外精炼技术与应用 • 连铸技术与发展趋势 • 节能环保与资源综合利用 • 课程总结与展望
01
绪论
钢铁冶金学定义与特点
定义
钢铁冶金学是研究从矿石中提取金属，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的学科。
01
02
03
04
高炉
用于将铁矿石还原成生铁的主要设备，具有高温、高压、高
还原性的特点。
转炉
用于将生铁和废钢转化为钢水的重要设备，通过吹氧和加入造渣剂去除杂质和调整成分。
电炉
利用电能加热原料进行熔炼的设备，具有灵活性高、环保性
好的优点。
连铸机
将钢水连续浇铸成坯或板的设备，提高了生产效率和产品质

钢铁冶金学(炼铁部分)

钢铁冶金学（炼铁部分）第一部分基本概念及定义1.高炉法：传统的以焦炭为能源，与转炉炼钢相配合，组成高炉―转炉―轧机流程，被称为长流程，是目前的主要流程。

2.非高炉法：泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分成轻易还原成和熔融还原成，通常与电炉协调，共同组成轻易还原成或熔融还原成―电炉―轧机流程，被称作长流程，就是目前的辅助流程。

3.钢铁联合企业：将铁矿石在高炉内冶炼成生铁，用铁水炼成钢，再将钢水铸成钢锭或连铸坯，经轧制等塑形变形方法加工成各种用途的钢材。

4.高炉有效率容积：由高炉出来铁口中心线所在平面至大料钟上升边线下沿水平面之间的容积。

5.铁矿石：凡是在一定的技术条件下，能经济提取金属铁的岩石。

6.富矿：一般含铁品位超过理论含铁量70%的矿，对于褐铁矿、菱铁矿及碱性脉石矿含铁量可适当放宽。

7.还原性能够：矿石中铁融合的氧被还原剂夺回的深浅程度。

主要依赖于矿石的球状程度、空隙及气孔原产状态。

通常还原性不好，碳素燃料消耗量高。

8.熔剂：由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定数量的助熔剂，该物质就称为熔剂。

9.耐火度：抗炎高温熔融性能的指标，用耐热锥变形的温度则表示，它表观耐火材料的热性质，主要依赖于化学共同组成、杂质数量和集中程度。

实际采用温度必须比耐火度高。

10.荷重软化点：在施加一定压力并以一定升温速度加热时，当耐火材料塌毁时的温度。

它表征耐火材料的机械特性，耐火材料的实际使用温度不得超过荷重软化点。

11.耐急冷急热性（抗热震性）：就是所指在温度急剧变化条件下，不脱落、不碎裂的性能。

12.抗蠕变性能：荷重工作温度下，形变率。

13.抗渣性：在使用过程中抵御渣化的能力。

14.高炉有效率容积利用系数（吨/米日）=合格生铁约合产量/（有效率容积×规定工作日）。

15.入炉焦比：干焦耗用量/合格生铁产量（kg/t），一般250~550kg/t。

16.冶炼强度：干焦耗用量/（有效容积×实际工作日），t/m3h。

冶金学第二讲炼钢学

CaO＞MnO＞FeO＞MgO＞CaF2＞Fe2O3＞Al2O3＞TiO2＞SiO2＞P2O5
碱性
中性
酸性
2）过剩碱
碱性氧化物全都是等价地确定出酸性氧化物对碱性氧
化物的强度，并假定两者是按比例结合，结合以外的
碱性氧化物的量
表示方法过剩碱=NCaO+NMgO+NMnO-2NSiO2-3NP2O5 -NFe2O3-NAl2O3 实质：实际上是用O2-的摩尔数来表示熔渣的碱度碱性氧化物离解产生O2- ，酸性氧化物则消耗O2- 。
3.32
7.13 5.21 3.50
Fe2O3
FeO SiO2 TiO2
5.20
5.90 2.32 4.24
CaF2
FeS CaS
2.80
4.58 2.80
1400℃时熔渣的密度与组成的关系：
控制钢液的氧化、还原反应；
脱除磷、硫等杂质元素，吸收夹杂物；
防止钢液的吸气和散热；
稳定电弧燃烧；电渣重熔时，熔渣是电阻发热体；做保护渣，可减少氧化，防止散热，提高铸坯质量。
（2）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。
[%O] [%O]渣钢 [%O]实
3）炉渣氧化性在炼钢过程中的作用
影响化渣速度和炉渣黏度。
渣中FeO能促进石灰溶解，加速化渣，改善炼钢反应
动力学条件，加速传质过程；渣中Fe2O3和碱性氧化物
反应生成铁酸盐，降低熔渣熔点和粘度，避免炼钢渣 “返干”。影响熔渣向熔池传氧、脱磷和钢水的含氧量。低碳钢水含氧量明显受熔渣氧化性的影响，当钢水含
熔渣的氧化性通常是用∑w（FeO）% 表示，包括

钢铁冶金学炼钢部分总结知识点

11、脱磷反应?
答：有利于脱磷的工艺条件:降低温度；提高炉渣碱度；增加炉渣氧化铁活度；增加渣量;增加[P］活度系数。
炉渣的重要性:通过造碱性炉渣能够降低P2Ｏ５的活度系数，同时,碱度CaO/ＳiO2越高，磷分配比越大，有利于脱磷;渣量增大有利于脱磷。
回磷的原因:吹炼中期炉渣“反干”，炉渣FｅxO含量减少（炼钢过程)；出钢带渣量多，炉渣碱度降低,[O]含氧量降低（脱氧过程)。
高炉——分离脉石，还原铁矿石铁水预处理——脱S,Si,P
转炉——脱碳,升温炉外精炼——去杂质,合金化
3、钢中合金元素的作用？
答: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：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。
乳化: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；乳化的程度和熔渣粘度、表面张力等性质有关。乳化可极大增加渣－铁接触面积,因而可加快渣－铁间反应。
杂质的氧化方式：直接氧化:气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。
间接氧化：气体氧优先同铁发生反应，待生成FexO以后再同其他杂质进行反应。
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。
有利于脱硫的因素：
硫容量:
炉渣的作用:FexO过高不利于脱硫，碱性还原渣有利于脱硫,增大渣量有利于脱硫。

炼钢学课件

42
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。

43
铁液中[O]的饱和含量
Fe＋[O]＝FeO
△G＝－109750＋45.97T[1]
log a F eO 5732 2.400 [O ] T
48
二、脱碳反应
铁液中碳的饱和溶解度：
1400℃下，[C]饱和＝4.9％。
[%C]Fe-C＝1.34＋2.54×10-3×(T－273)
四元系以上铁液中碳饱和溶解度的近似计算式：
[%C]饱和 [%C]Fe-C m [% j] i i i
j 及其适
用范围(%) Al ＜2 -0.22 Si ＜5.5 -0.31 P ＜3 -0.33 S ＜0.4 -0.40 V ＜3.4 0.135 Cr ＜9 0.063 Mn ＜25 0.03 Ni ＜8 -0.053 Cu ＜3.8 -0.074 Mo ＜2 0.015 Sn --0.10 Sb ＜15 -0.117
46
间接氧化反应
与钢中[O]反应。
与炉渣(FeO)反应。
47
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FetO。

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

钢铁冶金学(炼铁)课件第4章

本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利 128
防止高炉发生“液泛现象”的对策分析
有人通过化工喷淋塔的实验，找出一个
流体流量比（K）液泛因子（f）
的对应关系
1
流体流量比
K
=
L G
⎜⎜⎝⎛
ρg ρl
⎟⎟⎠⎞ 2
液泛因子
f
= ω2 g
∗ FS ε3
∗ ρg ρl
∗η 0.2
高炉炉料的特性及在炉内的分布是不同的粒度即各种炉料各不相同，且分布也不均匀
密度
在炉内局部出现气流超过临界速度的状态是可能的
局部“管道行程”
本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利 126
本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利 127
S＝1－A料ε
＝
6 d0
对 1m3散料有N个球， N＝（6 1－ε）
πd
3 0
[球体积：
1 6
πd
3 0
，
料总体积（1－ε）]
1m3散料的表面积：
A料＝N
*πd
2＝（6 1－ε）
0
d0
故： S＝ 6 d0
即：S与d0成反比（当炉料粒度越小
时，阻力就越大）
本科生主干课《钢铁冶金学－炼铁部分》授课资料北京科技大学冶金学院吴胜利 119
煤气流速快
时，
出现煤气把渣铁托住而类似粥开锅时的“液泛现象”
“液泛现象”的危害
高度弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力大大升高；被煤气流吹起的渣铁，在上部较低温度区域，有重新冷凝的危险；渣铁的重新冷凝，一方面将导致料柱孔隙度降低，煤气流动受阻。另一方面，可造成炉墙结厚、结瘤，破坏高炉顺行。

东北大学钢铁冶金学炼钢学PPT课件

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LD- Q- BOP
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炼钢方法（9）
• 我国首先在 1972-1973 年在沈阳第一炼钢厂成功开发了全氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐钢等企业推广应用。
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总之，炼钢技术经过200 多年的发展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，21 世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。
• 如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共晶体熔点更低（940℃），更加剧了钢的“热脆”现象的发生。
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• 锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点为1610℃，共晶体FeS-MnS（占93.5%）的熔点为1164℃，它们能有效的防止钢热加工过程的“热脆”。
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• 钢中加入适量的铝，可生成稳定的AlN，能够压抑Fe4N生成和析出，不仅改善钢的时效性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以作为合金元素起到细化晶粒的作用.在冶炼铬钢，镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入适量的氮，能够改善塑性和高温加工性能。
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钢中的夹杂
总之，钢材仍将是21世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。
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炼钢方法（1）
• 最早出现的炼钢方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反应。
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炼钢方法（2）
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• 钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影响体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”。原因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。

炼钢本科讲义

[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]
不需外供热源铁水温度： 1200～1300℃
钢水温度： 1640～1720℃
G＝－20482－38.94T
[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
11
炼钢任务： 9)凝固成型
12
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。
13
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。
14
15
铁水预处理脱硫预处理；
[2]J.F. Elliott, Thermochemistry for Steelmaking, Vol.2, Addison-Wesley 1963
33
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；
2/3Fe+[O]=1/3Fe2O3 G＝－152988＋87.94 T [1,2]