冶金质量分析

1.反应速度通常可用下式表示： ，n 、c 、K 分别为反应级数、反应物浓度及速率常数，其K 与温度有关.

2. ，A 、E 分别代表常数及活化能，它有决定反应机理和预测反应速度的功能。

3.反应速度理论：碰撞理论和绝对反应速度理论

①碰撞理论 根据气体动力学理论，对均相来说，任何反应的产生，必须满足以下的两个条件：1）分子与分子之间的碰撞2）碰撞时分子处在能起反应的状态。

碰撞频率Z 随温度增加的关系式为Z 正比T1/2。而真正对速度贡献大的是那些具有高

于平均能量的分子，即活化分子。并不是所有碰撞的分子都能发生反应，所以起反应的

分子必须要获得额外的、高出平均水平的能量E ，对此发生反应的最小平均动能称为活

化能，当活化能越低，活化分子越多，反应速度就越快。这个因素是实际导致反应发生

的碰撞分额，称为“有效”碰撞。

②绝对反应速度理论 绝对反应速度理论又称活化络合物理论或过渡态理论，仍设分子发

生碰撞，但排斥速度是碰撞的函数。反应速度是由活化络合物过渡态的分解速度给定的。

更适合于处理钢铁冶金中的反应。

基本原理 1）活化络合物可像对待任何其他化学物质那样来对待，并与各反应物处于

平衡状态，它的寿命很短。2）活化络合物分解成两种产物的反应速度为通用速度，与

反应物的性质和活化络合物的形态无关。

4. 炉渣在冶金过程中的作用

①炉渣的有利方面（对熔炼过程的正常进行，提高合金质量，改进技术经济指标等都有

很大的影响。）1）炉渣直接参加化学反应，控制合金元素的氧化与还原，并去除合金

中硫磷等有害杂质。2）炉渣对合金熔体有保护作用。3）电弧炉、平炉从上部加热熔

池，在此过程中，炉渣是传热介质，同时还有保温作用。4）电渣重熔精炼炉渣还可作

为电阻发热体并具有渣洗过滤金属的作用。

②炉渣的不利方面 1）炉渣能浸蚀炉衬，降低炉衬寿命。2）炉渣夹有金属小珠粒及未还

原的金属氧化物，降低金属的回收率。

5.分解压力在炼钢中的应用 ：①判断熔池中物质的反应方向。②判断熔池中不同元素的氧

化趋势。

6.脱硫的热力学条件：高温（平衡常数KS 与温度成正比），高碱度（提高渣中氧离子的摩

尔分数），炉渣低（FeO ），增大金属液体中 和降低渣中的 。 7.脱氧方法：

①沉淀脱氧（化学脱氧）是将脱氧剂直接加入钢液内部，使脱氧元素与溶解在钢液中的氧在

钢液内部发生脱氧反应，所形成的脱氧产物以液态或固态的形式从钢液中排出，也称为直

接脱氧。主要用于氧气转炉炼钢，电弧炉氧化末、还原前，一开始采用沉淀脱氧，临出钢

以前，再一次进行沉淀脱氧。优点：脱氧反应在钢液内部进行，氧不需要太长的扩散时间，

脱氧反应速度快，脱氧所需时间短。缺点：沉淀脱氧反应产物不可能全部从钢液内部排除，

残留的脱氧产物以非金属夹杂物形式存在，对钢液造成污染。

②扩散脱氧：根据分配定律，让钢液中的氧向炉渣中扩散，与加入炉渣中的脱氧元素进行

脱氧反应，使钢液中的氧含量降低。这种方法也称为间接脱氧，主要用于电弧炉冶炼还原

期脱氧。优点：脱氧反应是在炉渣的下层或钢渣界面上进行的，反应产物进入炉渣，不会

成为非金属夹杂物污染钢液。缺点：反应速度慢，脱氧时间长。

③综合脱氧在实际生产中，经常把沉淀脱氧法和扩散脱氧法在整个炼钢过程中交替使用，

这种方法称为复合脱氧法

n

dc K c dt -=/E RT K Ae -=[]S f ()2S γ-

④真空脱氧（又称真空下用碳脱氧）在抽真空条件下利用碳进行脱氧。特点：1）可以减

少钢中夹杂物含量2）脱氧产物CO不溶于钢水，上升起到沸腾搅拌作用，又不玷污钢液. 3）同时还可达到去气（H2、N2）目的，从而提高了钢的纯洁度，改善了钢的物理化学性

能。

8.脱氧剂的添加方法：(1) 炉内添加（只限于在还原期电炉上使用）。(2) 出钢时向盛钢

桶内添加。(3) 出钢后在盛钢桶内添加。(4) 钢锭模内添加。

9.电炉炼钢法的特点：电炉炼钢法是利用电能冶炼的方法，电炉炼钢主要包括电弧炉和感应

炉两种方法，但通常习惯把电弧炉法简称为电炉法。

10.电弧炉炼钢法的特点：

1）利用电能为热源，其本身清洁、无污染，而且能量易于调节，便于控制熔池温度。

2）同平炉、氧气转炉相比，电炉炉体密封性好，所以热效率高，约为65%以上。能熔化

高熔点合金元素，可冶炼各种特殊用途的钢种。

3）有还原期，其炉内气氛可以根据冶炼需要来控制，不仅能形成氧化性气氛，也能形成还原性气氛，这是平炉和氧气转炉不能比拟的。

4）电炉可以采用合金废钢返回冶炼，这对节约贵重元素，提高经济效益十分有利。

5）与平炉比较，电炉设备简单，基建费用低，投产快，生产率高。

11.感应炉炼钢法的特点：

1）由于电磁搅拌钢液，改善了反应的动力学条件，促使钢液化学成分和温度均匀化。

2）感应炉冶炼没有其他设备中所存在的污染源，可获得较纯净的钢及合金。

3）冶炼过程中对功率和温度的调节简单方便。

4）冶炼过程钢液增碳少，合金化过程易于控制，使合金元素回收率高且稳定。

5）感应炉电、热效率和生产率较高，设备占地面积小，劳动条件较好等。

12.氧气顶吹转炉冶炼质量控制：转炉炼钢的质量控制主要是吹炼过程的控制。

1）装入量的控制。顶吹转炉的装入量是指每炉装入铁水和废钢的数量。由于吹炼过程中

炉衬被侵蚀，转炉容积随着炉龄的增长逐渐扩大，所以装入量也要相应地增加，以保证

合理的炉容比。

2）吹氧过程的控制。氧气顶吹转炉吹炼过程中，炉内压力高，熔池中大量CO气泡逸出

时，带走钢液中的许多氢和氮，使转炉钢的脆性倾向低于其他炼钢法的产品，故可炼出

含氮量很低的钢。

3）炉渣控制。①成渣速度（点火后的4~6min炉渣已经形成）②炉渣碱度（3.0~4.5 ）

③炉渣氧化性（（ΣFeO）控制在12%~15% (低碳钢)；10%~12%(中碳钢)）④渣量（顶吹

转炉渣量以控制在金属装入量的10%~12%）。

4）温度控制。①吹炼温度较低，影响成渣速度和炉渣碱度的提高，对脱硫反应等均有不

利的影响，钢质量变坏。②吹炼前期炉温过低，使炉渣和金属中均积聚大量的氧，一旦

升温，碳氧反应，引起炉内大喷。③吹炼温度过高，脱磷困难，炉衬浸蚀严重，钢中气

体和非金属夹杂物含量将增加，钢质量变坏。

13．氢对钢质量的影响：（钢中的氢主要来源于炼钢原料，耐火材料和炉气中水分。）

①降低钢的塑性。②使钢产生氢脆。③使钢产生白点。

14.冶炼过程钢液氢含量的变化及去除

①降低熔化期钢液氢含量的主要措施是：1)装料前在炉底部加入适量的渣料，当炉底部

形成熔池的初期，钢液就在渣层的覆盖下与大气隔离，减轻了钢液自大气中吸收的氢

量。2)选用氢含量较低的炉料，如炉料中有大量含氢较高的合金时，应先进行去氢退

火处理，以减少其中的氢含量.3)尽可能不在大气湿度高的天气冶炼对氢敏感的钢种。