《炼钢基础理论》PPT课件 (2)

强；
碱性氧化渣因CaO、FeO含量高，脱磷能力很
碱性还原渣因CaO含量高、FeO含量极低，还 有CaC2，脱氧、脱硫能力很强。
转炉及电炉炼钢法均可以造碱性氧化渣，传统电炉
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炼钢还可以造碱性还原渣。
转炉、电炉炉渣组成及特点
类别 化学成分
碱性 氧化渣
碱性 还原渣 (白渣)
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2）熔渣的黏度
熔渣黏度是非常重要的物理性质，它直接关系到熔渣的流动 性，它对元素的扩散、渣-钢间反应、气体逸出、热量传递，铁损及炉衬寿 命等均有很大的影响。
液体的黏度是指液体流动时，流层内摩擦力的大小。按牛顿黏 度经典公式，内摩擦力用下式表示：
f μA dv dx
式中 μ——比例系数，即内摩擦系数或黏度系数，与材 料的性质有关，简称为黏度，也叫动力黏度，单位为Pa•s
熔体
熔渣 钢液
(0.3%C)
纯铁液 镍
测定温 表面张力 度/ ℃ N/m
1500 1500
0.3-0.8 ～1.5
1550 1470
1.7-1.9 1.615
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熔渣表面张力受渣组分和温度影响： 组分影响 SiO2、P2O5（酸性氧化物）增加，降低FeO熔
体的表面张力；Al2O3 则相反，可提高表面张力； 当加入CaO、MnO （碱性氧化物）时，开始降
因此，在炼钢过程中必须控制和调整好炉内 熔渣的物理化学性质。
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2.1.1 熔渣的作用、来源、组成与分类
1）熔渣的主要作用
熔渣（或称炉渣）在冶炼过程中起分离杂质，
完成氧化、还原精炼的作用，具体如下：
去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素； 参与熔池传氧，靠氧化渣供氧、还原渣除氧； 保温，防止钢液吸气（H、N），防止钢液过度氧化，以
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表面张力是可以用表面张力因子近似计算的：
σ渣-气＝∑Niσi ，N/m 熔渣及某些液体的表面张力见下表：
熔体
CaO FeO SiO2
MnO·SiO2
CaO·SiO2
测定温 度/℃
1500 1400 1500 1570 1570
表面张力 N/m
0.586 0.584 0.295 0.415 0.400
荷叶上的水珠、清晨的露珠……这些均说明一 种现象，即液体表面具有自动缩小的趋势。
因液体表面层所受分子引力不均衡，产生使液 体表面自动缩小的力，称为液体的表面张力。
熔渣的表面张力主要影响渣-钢间的物理化学反 应及熔渣对夹杂物的吸附等。熔渣的表面张力大约在0.3～ 0.8 N/m。一般氧化渣、还原渣的表面张力为0.35～0.45 N/m；钢包精炼合成渣的为0.4～0.5N/m。
4 ，g/cm3
ρ渣=ρ0渣－7（ T－ 1400）×10－
式中 ρ0渣——1400 ℃时熔渣的密度， g/cm3。 即熔渣的密度与温度成反比。
一般液态碱性渣的密度为2.5～3.0 g/cm3， 固态碱性渣的密度为3.0～3.5 g/cm3。
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4）熔渣的表面张力
黏度测定仪见下图：
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熔渣黏度/表面张力测试仪
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3）熔渣的密度
熔渣的密度决定熔渣所占的体积，也影响钢液 液滴在渣中的沉降速度，它也是重要的物理性质。
单位体积熔渣（或液渣）所具有的质量称为 密度：
ρ＝m/V , g/cm3 或 t/m3
黏度/ Pa•s 0.002
0.02～0.04～0.10 0.2
0.0005 0.002～0.003
0.0025 0.02～0.10
0.001
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一般说来，黏度大、流动性就不好，其传氧、 传热能力低，不利于脱碳、脱磷、脱氧、脱硫；熔渣太 稀、弧光反射，热损失大、炉衬寿命低。
<0.5
<10 接近 1
[C],[Si],[Mn]迅速氧化； 脱[P]能力强； 能脱去部分[S]； 钢水中[O]较高。
脱[S]能力强； 脱[O]能力强； 钢水易增碳 钢水易回磷 钢水中[H]增加 钢水中[N]增加
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2.1.2 熔渣物理性质
主要有熔点、黏度、密度及表面张力等。
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第二章 炼钢基础理论
熔渣物理化学性质 钢液物理性质 钢液化学反应
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2.1 熔渣物理化学性质
炼钢就是炼渣——炼好钢首先要炼好渣（这 是炼钢界的谚语），所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣 有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理化学性质，而熔渣 的物理化学性质又影响着炼钢的化学反应平衡及反应速 率。
固体熔渣的密度可近似用单独化合物的密度 和组分进行计算：
t/m3
ρ渣＝∑ ρi Ji ， g/cm3 或
式中 ρi—某化合物的密度；Ji—某化合物的质量百分数， % 。 2021/4/26 当 渣 中 含 有 大 量 密东北度大学大/阎立的懿 化 合 物 （ 如 FeO 、 MnO 、24
熔渣的密度与组分、温度的关系，在温度高 于1400 ℃时，液态熔渣的密度可近似用下式：
化合物 CaO MgO SiO2 MnO Fe2O3 FeO CaF2
CaO. SiO2 2CaO. SiO2 3CaO. 2SiO2 CaO.FeO .SiO2 Fe2O3. SiO2
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熔点/℃ 2600 2800 1713 1783 1457 1370 1418 1550 2130 1485 1205 1217
内容
C在1.2％～2.5％的钢铁实用价值很少
按质量、按脱氧程度、按冶炼方法 按用途：结构钢、工具钢、 特殊性能钢（轴承、不锈、弹簧）
炼钢基本 “四脱”（碳、磷、氧和硫） 采用的主要技术手段为： 任务 “二去”（去气和去夹杂） 供氧，造渣，加热，加脱氧剂 “二调整”（成分和温度） 和合金化操作
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3）熔渣的组成
以氧化物为主有：
CaO MnO FeO MgO Fe2O3 Al2O3 SiO2 P2O5 ……
碱性———中 性——酸性
这些自由氧化物本身熔点都很高，如CaO 2570
℃ ，SiO2 1710℃，在炼钢温度（1600 ℃ ）难以熔化， 但它们之间能相互化合，生成低熔点复杂化合物，如：
影响熔渣黏度的因素主要有：熔渣的组分、 温度、未熔质点的数量及块度。凡是加入能降低熔渣熔 点的成分（如CaF2）、提高熔池温度、减少未熔质点数 量及块度，均能改善熔渣的流动性。
熔渣黏度与碱度、温度的关系如下。
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氧化渣黏度与碱度、温度的关系
碱 度 0.9 至 3.2 ， 温 度 在 1550 ～ 1600℃ 时 ， 熔 渣 黏 度 都 小 于 0.075Pa·s。酸性渣温度降低时黏度 平稳地增大(图中碱度0.9的曲线)， 此种类型的熔渣称为长渣；碱性渣温 度降低到某一值时黏度会突然急剧地 增加，这种类型的熔渣称为短渣。
酸性渣 以酸性氧化物SiO2 为主，它不能去除 磷、硫有害元素，极少数炼钢法造酸性渣 （一般R≤1.0）
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氧化渣与还原渣
氧化渣 炉渣具有氧化能力，FeO含量高（15 ％～25％），能向钢液中供氧，大多数炼钢法可以造氧化 渣。
还原渣 炉渣具有还原能力，FeO含量低（0.5 ％～1.0％），能吸收钢液中氧——脱氧，传统电炉炼钢 及钢包精炼炉能造还原渣。
冶金学之炼钢篇
阎立懿
东北大学钢铁冶金研究所
2011年5月3日～6月30日/1#教学楼301
（No2）础理论 第三章 炼钢用原材料 第四章 转炉炼钢法 第五章 电炉炼钢法
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第一章炼钢概述
回顾世界炼钢法的历史，介绍中国钢铁工业发展及基 本现状。
及减少有益元素烧损；——防护
吸收钢液中上浮非金属夹杂物及反应产物；
电炉炼钢过程，熔渣可以稳定电弧燃烧，提高炉子热效 率、保护炉衬；电渣炉过程，熔渣作为发热体为冶炼提
供所需热源。
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熔渣的不利作用:
熔渣侵蚀和冲刷炉衬，尤其是低碱度熔渣，降低炉衬 使用寿命。
熔渣带走大量的热，增加能量消耗。 熔渣中夹裹小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降
给出当今所采用的炼钢生产流程。 介绍钢与铁及区别，炼钢的基本任务及其手段，钢的
分类，汇总下表：
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钢及其炼钢基本任务
项目
钢与铁 的区别
工业纯铁 C＜0.04％ 钢 C 0.04％～2.0％ 生铁 C＞2.0％
按化学成分：
钢的分类
中碳钢 C 0.25％～0.6％ 中合金钢 ∑i = 3.5％～10％
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熔点/℃ 1557 1390 1550 1450 1205 1285 1345 1220 1420 1240 1205 1400
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熔渣 熔点与组分及其含 量有关，一般说来， 杂质降低纯物质熔 点，但当熔渣中高 熔点组元增加时， 熔点提高。 熔渣熔 点/熔速可以用测试 仪测出。
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CaO/SiO2 CaO FeO MnO MgO