转炉炼钢培训

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3.3.9 脱气
钢中气体（H、N）的来源：
金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。 潮湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。 耐火材料用粘结剂含有8%～9%的氢。 暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。 如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。
气体的溶解反应为：
钢种 [O]/％ 轿车面板 0.003 不锈钢板 0.004 轴承钢 0.0005 管线钢 0.002 轮胎钢丝 0.003
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沉淀脱氧
又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液 中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反 应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧 方法称为沉淀脱氧。 出钢时向钢包中加入硅铁﹑锰铁﹑铝铁或 铝块脱氧就是沉淀脱氧。
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钢中夹杂物的分类
按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物 夹杂；氮化物夹杂。 按加工变形后夹杂物的形态分：塑性夹杂；脆 性夹杂；半塑性夹杂。 按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。
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降低钢中夹杂物的措施
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直接氧化方式
直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化 反应。 当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面 有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量 的铁原子存在，但根据元素的氧化次序 [Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被氧化。 反应可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝ [Si]+｛O2}=（SiO2） [Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO） 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲 击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接 氧化。
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3.3 炼钢过程的基本原理
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(decabonization) 3.3.4 硅的氧化 3.3.5 锰的氧化与还原 3.3.6 脱磷反应(dephosphorization) 3.3.7 脱硫反应(desulphurization) 3.3.8 钢的脱氧(de-oxidation) 3.3.9 脱气(degassing) 3.3.10 去除钢中夹杂物
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间接氧化方式
吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe 原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧 [O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O] 再与元素发生间接氧化。
其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+［O］ 如： 2［O］+[Si]=(SiO2) 或 2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2) 在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。
½{H2}=[H] ½{N2}=[N]
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降低钢中气体的措施
提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢 和铁合金；对含水分的原材料进行烘烤干燥，采 用高纯度的氧气等。 尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度。 在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸 腾来降低钢水中的气体含量。 用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采 用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等 方法对钢水进行脱气处理。 采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。
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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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3.3.10 去除钢中夹杂物
钢中夹杂物的来源 钢中存在着硫﹑磷﹑氧﹑氮等杂质元素，这些 元素与钢中的合金元素如硅﹑锰﹑铝﹑钛﹑钒 等形成非金属化合物，如氧化物﹑硫化物﹑氮 化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为非 金属夹杂物，也称为内生夹杂。 在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣 炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非 金属夹杂物，也称为外来夹杂。
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3.3.8 钢的脱氧
脱氧是向炼钢熔池或钢水中加入脱氧剂，脱 氧元素与氧反应，生成的脱氧产物或进入渣 中或成为气相排出。 脱氧剂应具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱 氧产物易排除、成本低和来源广等的特点。 根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分 为沉淀脱氧﹑扩散脱氧和真空脱氧。
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脱碳反应的作用
脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用外， 其反应产物CO气体的上浮排除使得脱碳 反应给炼钢带来独特的作用。 促进熔池成分﹑温度均匀； 提高化学反应速度； 降低钢液中的气体含量和夹杂物数量： 造成喷溅和溢出：
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3.3.4 硅的氧化
硅的直接氧化和间接氧化反应式
在气-金界面上 ［Si］+O2=（SiO2） 在渣-金界面上 ［Si］+2［O］=（SiO2） ［Si］+2（FeO）=（SiO2）+2Fe
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3.3.5 锰的氧化与还原
铁液中的锰反应,形成在ห้องสมุดไป่ตู้温下是稳定的MnO。 [Mn]的氧化反应式为：
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3.3.3 脱碳反应
炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多 的碳去除，称为脱碳。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。 在高温下[C]主要氧化成为CO。
[C]与氧的反应有： 在渣-金界面上： ［C］+（FeO）=｛CO｝+Fe ［C］+［O］=｛CO｝ 在气-金界面上： ［C］+1／2｛O2｝=｛CO｝
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1. Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化 的ΔGo线都在Fe氧化ΔGo线之上。 从热力学角度来说，在炼钢吹氧过 程中这些元素将受到Fe的保护而不 氧化。 2. Cr﹑Mn﹑V﹑Nb等元素的氧 化程度随冶炼温度而定。 3. Al﹑Ti﹑Si﹑B等元素氧化的 ΔGo线在图中位于较低的位臵，它 们最易氧化。在实际生产中，这些 元素作为强脱氧剂使用。 注意：虽然在炼钢温度下，Fe 氧化的ΔGo线高于其它元素氧化的 ΔGo线，但由于铁液中大多数为Fe 原子，氧与Fe原子接触机会多，故 在实际上Fe还是会氧化。
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真空脱氧
是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含 量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气 体的脱氧反应如[C]-[O]反应。 这种脱氧方法常用于炉外精炼中，如RH真 空处理﹑VAD﹑VD等精炼方法都可实现 钢液的真空脱氧。
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在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素 [O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高钢的洁净度，从 根本上减少内生夹杂物。 提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减 少外来夹杂物数量。 采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢 液中排除。 应用钢包冶金如真空脱氧﹑吹Ar搅拌﹑喷粉处理等和中 间包冶金如采用堰、坝﹑导流板﹑过滤器﹑湍流控制器 等控流装臵，去除钢水中的夹杂物。 采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收氧 ﹑氢﹑氮。
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3.2.2 炼钢炉渣的来源及其组成
炼钢炉渣的来源： 加入的各种造渣材料及被侵蚀炉衬； 炼钢中化学反应的产物：氧化物和硫化物； 废钢带入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却剂 带入的脉石。 炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含 有少量硫化物和氟化物。 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。
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3.2.1 炼钢炉渣的作用
作用： 通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可 以控制金属中各元素的氧化和还原过程； 向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液 吸气（H、N）。 其它作用。如：稳定电弧，保护渣。 副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。
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炉渣脱硫原理
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气化脱硫
气化脱硫主要通过炉渣中硫的气化来实现，即： (S2-)+3/2{O2}={SO2}+(O2-) 或写为： 6(Fe3+)+(S2-)+2(O2-)=6(Fe2+)+{SO2} 6(Fe2+)+3/2O2=6(Fe3+)+3(O2-) 两个反应式表明，渣中的铁离子充当气化脱硫所需 氧的媒介。 需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫为基础的， 首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫 再被气化脱除进入炉气中。在转炉炼钢中，有约三 分之一的硫是以气化脱硫的方式去除的。
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3.1 炼钢的基本任务
四脱：C、S、P、O； 二去：气体、夹杂； 二调整：温度、成分。 浇注。
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3.2 炼钢炉渣
3.2.1 炼钢炉渣的作用 3.2.2 炼钢炉渣的来源及其组成 3.2.3 炼钢炉渣的主要性质
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扩散脱氧
又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉 ﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到炉渣中，降 低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩 散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方 法。 在电炉炼钢的还原期和炉外精炼过程向渣中加 入粉状脱氧剂进行脱氧操作就是扩散脱氧。
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3.2.3 炼钢炉渣的主要性质
碱度(basicity)： R＝1.3～1.5，低碱度渣； R＝1.8～2.0，中碱度渣； R≥2.5， 高碱度渣； 氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以 渣中氧化铁（ ％∑ FeO）含量来表示。 把Fe2O3折合成FeO有两种计算方法：全氧法和 全铁法。全铁法较合理。 炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还 受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的 影响。
在气-金界面上 ［Mn］+1/2O2=（MnO）
在渣-金界面上 ［Mn］+［O］=（MnO） ［Mn］+（FeO）=（MnO）+Fe
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3.3.6 脱磷反应
氧化脱磷：
在炼钢温度下，气化脱磷反应是不能进行 的。由于Fe优先于[P]氧化，通过直接 氧化反应的气化脱磷也是难以进行的。
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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 (direct oxidation)和间接氧化(indirect oxidation)。
3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO· 2O5)+5Fe P
在渣-金-气界面
3(CaO)+2[P]+5/2O2=(3CaO· 2O5) P
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3.3.7 脱硫反应
反应热力学 炉渣分子理论认为，脱硫反应为： ［S］+（CaO）=（CaS）+［O］ 分子理论解释不了纯FeO渣也能脱硫的现 象，故炉渣离子理论认为，脱硫反应属于 电化学反应： ［S］+（O2-）=（S2-）+［O］
通过加入石灰造碱性渣可以将铁液中的磷 脱出到炉渣中。这是由于P2O5时是酸性 氧化物，遇到碱性氧化物如CaO能生成 稳定的化合物而进入炉渣。
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脱磷反应式
用碱性炉渣进行脱磷的反应为： 在渣-金界面
3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO· 2O5) P
员工培训资料 第三章 炼钢（steelmaking）
主要内容
3.1 炼钢的基本任务 3.2 炼钢炉渣(slag) 3.3 炼钢过程的基本原理 3.4 炼钢用原材料(raw materials) 3.5 铁水预处理工艺(hot metal pretreatment process) 3.6 转炉炼钢