炼钢部分 习题答案

冶金学炼钢部分习题答案课后思考题—1 (1)1、简述现代钢铁工业所采用的炼钢生产流程。

(1)2、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？ (1)3、钢铁的分类，按化学成分、用途钢的分类？ (1)课后思考题—2 (2)4、熔渣在炼钢中的主要作用，熔渣的组成与分类。

(2)5、熔渣的物理性质有哪些，主要影响因素？ (3)6、熔渣的化学性质主要有哪些？什么是熔渣的氧化性，如何表示？ (3)课后思考题—3 (4)7、钢液的物理性质主要有哪些，温度、成分有何影响？ (4)8、炼钢过程中残锰有什么作用? (5)课后思考题—11、简述现代钢铁工业所采用的炼钢生产流程。

目前基本形成了两类：（1）以铁矿石、煤炭为源头的“高炉—转炉炼钢流程”（2）以废钢、电力为源头的“废钢—电炉炼钢流程”炼钢生产流程：高炉——铁水预处理——转炉炼钢——炉外精炼——连铸——轧钢电炉炼钢——炉外精炼——连铸——轧钢2、炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？炼钢的基本任务是是：脱磷、脱碳、脱氧、脱硫，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。

归纳为：“四脱”（碳、磷、氧和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。

采用的主要技术手段为：供氧（脱C、脱P），造渣（脱P、脱O、脱S），加热（调温），加脱氧剂（脱O）和合金化操作（调成分）。

3、钢铁的分类，按化学成分、用途钢的分类？（1）按化学成分按是否加入合金元素分：碳素钢和合金钢两大类。

碳素钢以碳元素为主，除脱氧及保证钢的性能而加入一定量硅（一般≤0.40%）和锰（一般≤0.80%）等合金元素外，不含其他合金元素的钢。

根据钢中碳元素总含量的多少，可分为低（≤0.25）、中（0.25~0.6）、高（≥0.6）碳钢。

合金钢是在碳素钢的基础上，为改善钢的性能而特意加入一定量的合金元素的钢（对硅、锰含量超过脱氧的需要而作为合金化目的加入的钢种，也列入合金钢一类）。

依钢中合金元素总含量的多少，可分为低、中、高合金钢：低合金钢∑i＜5％；中合金钢∑i = 5％～10％；高合金钢∑i ＞10％。

（2）按用途可分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢结构钢：是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结构等。

工具钢：根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢，包括碳素工具钢、合金工具钢及高速钢。

特殊性能钢：指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。

课后思考题—24、熔渣在炼钢中的主要作用，熔渣的组成与分类。

1)熔渣在冶炼过程中起分离杂质，完成氧化、还原精炼等作用，主要作用如下：（1）去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素；（2）参与熔池传氧，靠氧化渣供氧、还原渣除氧；（3）保温，防止钢液吸气（H、N），防止钢液过度氧化以及减少有益元素烧损；（4）吸收钢液中上浮非金属夹杂物及反应产物；（5）电弧炉过程，熔渣稳定电弧燃烧，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。

熔渣的不利作用:（1）熔渣可以侵蚀和冲刷炉衬，尤其是低碱度熔渣，降低炉衬使用寿命（2）熔渣可带走大量的热，增加能量消耗。

（3）熔渣中夹裹小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低金属的回收率。

2)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。

3）熔渣的分类根据熔渣的组成及性质不同，可将它们分为：碱性渣与酸性渣，氧化渣与还有渣。

碱性渣以碱性氧化物CaO 为主，它可以去除磷、硫有害元素酸性渣以酸性氧化物SiO2 为主，它不能去除磷、硫有害元素氧化渣炉渣具有氧化能力，FeO含量高（15％～25％），能向钢液中供氧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5、熔渣的物理性质有哪些，主要影响因素？主要有熔点、黏度、密度及表面张力等。

（1）熔渣的熔点熔渣的熔点是指固态渣完全转变为均匀液态或液态渣冷却时开始析出固相的温度。

它是确定冶炼、浇铸温度依据。

与成分及其含量有关，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。

（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。

熔渣的黏度与熔渣的成分、温度、未熔质点的数量及块度有关，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（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。

与成分和温度有关（4）熔渣的表面张力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。

熔渣表面张力受渣组成和温度影响：渣组成影响：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，开始降低表面张力，之后逐渐增加表面张力，原因是复合阴离子在相界面的吸附量发生了变化。

温度影响：对于单一氧化物的熔渣，一般是随着温度的升高而降低；对于复杂多元的熔渣，由于温度的升高引起渣的成分及浓度均匀性改变，使对表面张力的影响不确定；6、熔渣的化学性质主要有哪些？什么是熔渣的氧化性，如何表示？熔渣的化学性质主要有熔渣的碱度、熔渣的氧化性、熔渣的还原性。

熔渣的氧化性也称熔渣的氧化能力，指熔渣向金属熔池供氧的能力，即指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量，它是熔渣一个重要的化学性质。

熔渣的氧化能力表示方法有三种：（1）（%FeO）即直接用渣中氧化亚铁含量表示氧化能力，忽略高价铁的氧化物（Fe2O3）的传氧作用；（2）∑（%FeO）即总氧化亚铁含量法，它是将渣中高价铁的氧化物（Fe2O3）也折合成FeO来考虑折合方法有两种：全氧折合法与全铁折合法，分别如下：全氧法：（按质量换算的）全铁法：()()32%35.1%)(%OFeFeOFeO+=∑()()32%90.0%)(%OFeFeOFeO+=∑（3）α（FeO）即氧化亚铁的活度用渣中氧化亚铁的活度来代替浓度，即渣中真正参加反应的那部分氧化亚铁的浓度（有效浓度），是最确切的表示法。

α（FeO）＝[%O]/[%O]饱和（[%O]是铁液中的浓度）课后思考题—37、钢液的物理性质主要有哪些，温度、成分有何影响？主要包括密度、熔点、黏度、表面张力及导热能力。

1）钢液的密度密度是钢液的重要物理性质之一，对研究钢液的结构、黏度、表面张力，以及分析钢液与炉渣（包括非金属夹杂）的分离、上浮等有重要意义。

单位体积钢（或钢液）所具有的质量称为密度。

影响因素主要有温度和化学成分温度影响总的说来，随着温度升高，钢液的体积增加（原子间距增大）、密度降低。

成分影响成分对钢液密度的影响比较复杂，一般认为，碳、硅、锰、磷、硫、铝、铬等元素可使纯铁密度减小，其中碳的影响明显；而密度大的元素钨、镍、铜等元素可使纯铁密度增大，其中钨的影响最大。

2）钢的熔点钢的熔点是确定冶炼和浇铸温度的重要参数，钢的熔点指钢完全转变成均一液体状态时的温度，或是冷凝时开始析出固体的温度。

熔点大小主要受化学成分的影响。

纯铁的熔点约为1538℃（或1536℃），当某元素溶入后，纯铁原子之间的作用力减弱，铁的熔点就降低（杂质降低熔点）。

降低的程度取决于加入元素的浓度、原子量和凝固时该元素在熔体与析出的固体之间的分配。

3）钢液的黏度它对冶炼温度参数的制定、元素的扩散、非金属夹杂物的上浮和气体的去除，以及钢的凝固结晶都有很大影响。

影响钢液黏度因素主要是温度和成分。

温度影响：随温度升高黏度降低，即流动性变好。

这是由于温度升高钢液密度降低、原子间距离增大、相互吸引力减小。

成分影响成分对钢液黏度影响比较复杂！一般说来碳含量增加，密度降低、黏度降低。

硅、锰、镍能使钢的熔点降低，所以含量增加，钢液黏度降低，尤其含量很高时，降低更显著。

钛、钨、钒、钼、铬含量增加则使钢液的黏度增加，因这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物。

钢液中非金属夹杂物含量增加，钢液黏度增加，流动性变差。

4）钢液的表面张力使钢液表面产生自动缩小的力称为钢液的表面张力，钢液的表面张力对新相的生成、相间反应、渣钢分离、钢液对耐火材料的侵蚀等有着重要影响。

影响钢液表面张力的因素很多，主要有温度、成分及钢液接触物，其中影响最大的还是钢液成分。

温度影响对于一般液体温度升高、表面张力减少，但对于碳素钢液来说，表面张力是随着的温度升高而增大。

成分影响1550℃时，纯铁液的σ约为1.7～1.9 N/m。

溶质元素对纯铁液σ的影响程度取决于它的性质与铁的差别大小。

5）钢的导热能力钢的导热能力可用导热系数或热导率来表示，指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1℃,在1s内，通过1m2面积传递的热量，用λ表示，单位为W/m·℃。

影响因素主要有钢液的成分、温度、组织、非金属夹杂物含量以及钢中晶粒的细化程度等。

成分影响：通常钢中元素含量越多，钢的导热能力就越低。

温度影响：各种钢的导热系数随温度变化规律不一样，800℃以下碳钢随温度的升高而下降，800℃以上则略有升高。

8、炼钢过程中残锰有什么作用?在炼钢过程中，应尽量控制锰的氧化，以提高钢液中残余锰量，发挥残锰的作用：（1）防止钢水的过氧化，或避免钢水中含过多的过剩氧，以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；（2）可作为钢液温度高低的标态，炉温高有利于（MnO）的还原，残锰含量高；（3）能确定脱氧后钢水的含锰量达到所炼钢种的规格，节约Fe-Mn合金的用量。