冶金概论4钢冶金资料

二.氧化次序 和氧化程度
钢中元素的氧化次序根据△G0 和温度的关系图来确定。它们 与氧的结合次序依图中位置高 低而定。位置低的元素易被氧 化。例如在1872K时，元素的 氧化次序是AI、Si、V、Mn、 Cr、P、Fe等。钢中常见元素 C、Si、Mn的氧化次序与温度 的关系是：在较低温度下Si、 Mn、C；在较高温度下为C、 Si、Mn；中间温度时为Si、C、 Mn。
P2O5 是酸性氧化物，造碱性渣是氧化脱磷的必要条件。炼钢过程常通 过加入石灰造高碱度、高氧化性渣来达到脱磷的目的。
2[P]+5[O]+3(CaO)=(3CaLeabharlann Baidu·P2O5)
§4-1-3炼钢基本反应
一、熔池传氧过程 转炉炼钢耗氧量约为55～65m3/t炉料。作为氧源，可用工业纯
氧和铁矿石。 不同炼钢方法向熔他的供氧方式有： 1）直接吹氧： 即用氧枪直接向熔池吹入高速氧气。
1/2O2=[O] 2）间接供氧：通过炉渣传递氧。
2(FeO)+1/2O2=(Fe2O3) (Fe2O3)+Fe=3(FeO) (FeO)=Fe+[O]
四、碳的氧化反应
1）脱碳反应的作用 （1）碳氧化反应的产物是气体CO，它在排除过程中搅动熔池，速熔池
传质传热，同时还起均匀成分和温度的作用； （2）CO的上浮有利于钢中气体和夹杂的排除； （3）提供热量； （4）CO气体是炉内形成泡沫和乳化现象的重要原因，对冶炼进程有很
大影响； （5）碳氧化反应对熔池和钢水氧化性，对喷溅拥有直接影响，如碳氧
第四章炼钢
郭曙强
§4-1 炼钢基本原理
§4-1-1炼钢过程的基本任务 脱碳——通过氧化脱除原料中多余的碳； 脱磷、硫——通过造渣把有害元素磷、硫去除到
钢种允许的限度以下； 升温——依靠铁水物理热和化学热或外加热源把
金属提高到出钢要求的温度； 脱氧和合金化——加入脱氧剂和合金元素，脱除
钢中多余的氧和调整金属成分； 排除钢中气体和非金属夹杂。
化反应速度控制不当将影响正常冶炼。
2）脱碳反应
钢中碳的氧化有如下几个反应：
2[C]十O2＝CO [C]十(FeO)＝CO十[Fe]
（1） （2）
[C]＋[O]＝CO
（3）
通常，反应3是碳氧化的主要形式，该反应平衡常数
m-----碳氧积，1600℃ m＝0.0025
碳氧化反应的有利条件
碳氧化反应的有利条件是： 1、增大反应物的ac、aO； 2、降低气相中的PCO值(真空)； 3、提高熔池温度。 需要指出，碳氧反应不是强放热反应。温度的影响本应不大。但由于提
1）炉渣的来源 熔渣是炼钢的必然产物，它来源于： （1）金属料内杂质氧化的产物； （2）被侵蚀或机械碰撞掉的炉衬耐火材料； （3）装料时带入的泥土沙石等杂质； （4）加入的造渣材料等。 2）炉渣的组成 熔渣是以氧化物为主的熔体，这些氧化物可以分为： 碱性氧化物，如CaO、MgO、MnO、FeO、Na2O等； 酸性氧化物，如SiO 2、P2O5。、TiO 2等； 两性氧化物，如A1203、Fe 2O3等。 除上述成分外，熔渣小还含有 CaF 2、CaS、FeS、CaC 2等
高温度能够改善动力学条件，所以有利碳氧化反应进行。
五、脱磷反应
1)． 脱磷反应的意义 脱P是炼钢的基本反应之一，对绝大多数钢种来说，P都是有害元素， 其危害：
① 钢中P增加、钢的脆性断裂趋向增大。塑性和韧性下降，特别在低温 下更为严重，称为 “冷脆性”。此外。P对钢的焊接性能等也有不良 影响。
② 磷是偏析倾向很大的元素，能造成钢锭的偏析缺陷。 因此，根据 用途对钢的含磷量有严格要求。 普通钢种[P]＜0.045％ 优质钢种[P]<0.030％ 高级优质钢[P]＜0.020% 仅在少数钢种(炮弹钢、易切削钢等)中，磷起合金元素作用。
2)脱磷反应
氧化脱磷的反应式可写为： [P]＋5/2[O]=1/2(P2O5) ΔG0=-352200+279.6T （kJ）
1500℃时，标准自由能变化是143530J>0，在标态下，不能脱磷，即使 熔铁中氧饱和（w[O]＝0.23%），[P]也可达106数量级，说明P2O5很 不稳定，唯一的办法是降低P2O5 活度。
钢中元素氧化标准自由能变化
三.硅、锰的氧化反应
1）Si的氧化 [Si]+2(FeO)=(SiO2)+2Fe +341224KJ [Si]+2[O]=(SiO2) +817448KJ 影响因素：
（1）温度：放热反应，降低温度使平衡右移； （2）氧化铁活度； （3）碱度。
2）Mn的氧化
[Mn]+(FeO)=(MnO)+Fe +123511KJ [Mn]+[O]=(MnO) +361623KJ MnO是碱性氧化物 影响因素： （1）温度； （2）氧化性； （3）碱度。
3）炉渣的性质
熔渣物理性质包括粘度、密度、导热和导电性、组分在熔 渣中的扩散能力、熔渣的表面和界面张力等；化学性质有 熔造碱度、氧化性和还原性、气体在渣中的溶解能力等。
3）炉渣的性质
（1）粘度：熔渣粘度(η)和流动性(φ)都是描述炉渣同一物理性质的概念， 它们表示熔渣流动时流层内摩擦力的大小，二者间成互为倒致关系， 即粘度小时流动性好，反之亦然。
§4-1-2炼钢炉渣
1.熔渣在炼钢中的作用： 1) 去除有害杂质P、S 2) 参与熔池传氧并氧化钢中碳和其它杂质； 3) 保存熔池热量和减缓金属吸收有害气体H2、N2等； 4) 洗涤金属，吸附金属中的非金属夹杂。 此外，熔渣也存在侵蚀炉讨、夹带金属并降低金属收得率
的不利作用。
2.炉渣的来源、组成、性质
（2）碱度： 按照熔渣结构的分子理论，熔渣碱度指渣中碱性氧化物和 酸性氧化物浓度的比值，它标志熔渣的去磷、去硫能力，并对炉衬寿 命、炉渣氧化性和流动性有影响。熔渣碱度一般以符号R或B代表。 原料不同，熔渣碱度计算方法亦有不同。
（3）氧化性： 熔渣的氧化性或熔渣的氧化能力，是指熔渣向金属熔池 供氧的能力。它对杂质的去除程度、钢水含氧量、石灰的溶化速度都 有重要影响。此外，它还影响熔渣的泡沫程度、喷溅、炉衬寿命及金 属和铁合金的收得率。 熔渣的氧化性用渣中氧化铁活度表示。