炼钢生产的理论基础课件
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第三章 炼钢生产的理论基础
3.1 炼钢熔体的结构和性质 3.2 钢液中元素氧化反应的一般规律 3.3 硅、锰的氧化反应 3.4 钢液的脱碳 3.5 钢液的脱磷 3.6 钢液的脱硫 3.7 其它元素的氧化 3.8 钢液的脱氧和合金化 3.9 钢中的气体和非金属夹杂物 3.10 钢液搅拌
3.1 炼钢熔体的结构和性质
黏度是指各种不同速度运动的液体各层之间所 产生的内摩擦力。通常将内摩擦系数或黏度系数 称为黏度。
黏度表示形式
动力黏度，用符号µ表示；单位为Pa•s (N•s/m2， 1泊=0.1Pa•s)；
运动黏度，常用符号ν表示，即： m2/s
钢液的黏度比正常熔渣的要小得多，1600℃ 时其值在0.002～0.003Pa•s;
温度高于液相线50℃时，碳含量对钢液粘度的影响
钢液粘度的影响因素
Si、Mn、Ni使钢的熔点降低，Si、Mn、Ni含量增加，钢液 粘度降低，尤其含量很高时，降低更显著。
但Ti、W、V、Mo、Cr含量增加则使钢液的粘度增加，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，钢液粘度增加，流动性变 差。初期脱氧产物生成，夹杂物含量高，粘度增大，夹杂 物不断上浮或形成低熔点夹杂物，粘度又下降。脱氧不良， 钢液流动性一般也不好。
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3.1 炼钢熔体的结构和性质
二、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。钢的熔点是确定冶炼和浇铸温度的重 要参数，纯铁的熔点约为1538℃，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。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。
一、钢液的密度 单位体积钢液所具有的质量，常用符号ρ表示，
单位通常用kg/m3。影响钢液密度的因素主要有 温度和钢液的化学成分。
总的来讲，温度升高，钢液密度降低，原因在于 原子 间 距增 大 。固 体 纯铁 密 度为 7880kg/m3 ， 1550℃时液态的密度为7040kg/m3，钢的变化与 纯铁类似。
计算钢的熔点经验式：
或 T熔=1536-78[%C]-7.6[%Si]-4.9[%Mn]-
34[%P]-30[%S]-5.0[%Cu] -3.1[%Ni]1.3[%Cr]-3.6[%Al]-2.0[%Mo]-2.0[%V] -18[%Ti]
3.1 炼钢熔体的结构和性质
三、钢液的黏度
黏度是钢液的一个重要性质，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。
当[%C]<0.15时，粘度随着碳含量的增加 而大幅度下降，主要原因是钢的密度随碳 含量的增加而降低
当0.15≤[%C]＜0.40时，粘度随碳含量的 增加而增加，原因是此时钢液中同时存在 当[%δC-F]e≥和0.4γ0-F时e，两钢种液结的构结，构密近度似是于随γ碳-F含e排量的 列液，的增积钢粘加较液度而大密随增；度着加下碳，降含而，量且钢的钢的增液熔加中点继生也续成下下的降降F，。e3故C钢体
纯铁液1600℃时黏度为0.0005Pa•s。
钢液的粘度
影响钢液粘度因素主要是温度和成分。温度 升高，粘度降低。钢液中的碳对粘度的影响非常大， 这主要是因为碳含量使钢的密度和熔点发生变化， 从而引起粘度的变化。
生产实践也表明，同一温度下，高碳钢的流动性 比低碳钢钢液的好。因此，一般在冶炼低碳钢中， 温度要控制得略高一些。碳含量对钢液粘度的影响 见下图。
常用流动性来表示钢液的粘稠状况，粘度的倒数即为流体 的流动性。
3.1 炼钢熔体的结构和性质
四、钢液的表面张力 钢液因原子或分子间距非常小，其间的吸引力较强，而且 钢液表面层和内部所引起的这种吸引力的变化是不同的。 内部每一质点所受到的吸引力的合力等于零，质点保持 平衡状态； 而表面层质点受内部质点的吸引力大于气体分子对表面 层质点的吸引力，这样表面层质点所受的吸引力不等于零， 且方向指向钢液内部。 这种使钢液表面产生自发缩小倾向的力称为钢液的表面张 力，用符号σ表示，单位为N/m。实际上，钢液的表面张力 就是指钢液和它的饱和蒸气或空气界面之间的一种力。
各元素使纯铁熔点的降低可表示为：
1020 Mi (1 ) [%i]液
Mi为溶质元素i的原子量； [%i]液为元素i在液态铁中的质量百分数； K为分配系数，而K=[%i]固/[%i]液，（1-K）则 称为偏析系数。
计算钢的熔点经验式：
T熔=1538-90[%C]-28[%P]-40[%S]-17[%Ti]6.2[%Si]-2.6[%Cu]-1.7[%Mn]-2.9[%Ni]5.1[%Al]-1.3[%V]-1.5[%Mo]-1.8[%Cr] -1.7[%Co]-1.0[%W]-1300[%H]-90[%N]100[%B]-65[%O]-5[%Cl]-14[%As]
钢液的密度
钢液密度随温度的变化： ρ=8523-0.8358(T+273)
成分对钢液密度的影响： ρ1600℃=ρ01600℃-210[%C]-164[%Al]60[%Si]-550[%Cr]-7.5[%Mn] + 43[%W]+6[%Ni]
铁碳熔体的密度（kg/m3）
[C] （%）
1500℃
1550℃
钢液表面张力的作用
对新相的生成如CO气泡的产生，钢液凝固过程中结晶核心的 形成等有影响;
对相间反应，如脱氧产物的、夹杂物和气体从钢液中排除， 渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影响。
密度
1600℃
1650℃
1700℃
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3.1 炼钢熔体的结构和性质 3.2 钢液中元素氧化反应的一般规律 3.3 硅、锰的氧化反应 3.4 钢液的脱碳 3.5 钢液的脱磷 3.6 钢液的脱硫 3.7 其它元素的氧化 3.8 钢液的脱氧和合金化 3.9 钢中的气体和非金属夹杂物 3.10 钢液搅拌
3.1 炼钢熔体的结构和性质
黏度是指各种不同速度运动的液体各层之间所 产生的内摩擦力。通常将内摩擦系数或黏度系数 称为黏度。
黏度表示形式
动力黏度，用符号µ表示；单位为Pa•s (N•s/m2， 1泊=0.1Pa•s)；
运动黏度，常用符号ν表示，即： m2/s
钢液的黏度比正常熔渣的要小得多，1600℃ 时其值在0.002～0.003Pa•s;
温度高于液相线50℃时，碳含量对钢液粘度的影响
钢液粘度的影响因素
Si、Mn、Ni使钢的熔点降低，Si、Mn、Ni含量增加，钢液 粘度降低，尤其含量很高时，降低更显著。
但Ti、W、V、Mo、Cr含量增加则使钢液的粘度增加，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，钢液粘度增加，流动性变 差。初期脱氧产物生成，夹杂物含量高，粘度增大，夹杂 物不断上浮或形成低熔点夹杂物，粘度又下降。脱氧不良， 钢液流动性一般也不好。
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3.1 炼钢熔体的结构和性质
二、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。钢的熔点是确定冶炼和浇铸温度的重 要参数，纯铁的熔点约为1538℃，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。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。
一、钢液的密度 单位体积钢液所具有的质量，常用符号ρ表示，
单位通常用kg/m3。影响钢液密度的因素主要有 温度和钢液的化学成分。
总的来讲，温度升高，钢液密度降低，原因在于 原子 间 距增 大 。固 体 纯铁 密 度为 7880kg/m3 ， 1550℃时液态的密度为7040kg/m3，钢的变化与 纯铁类似。
计算钢的熔点经验式：
或 T熔=1536-78[%C]-7.6[%Si]-4.9[%Mn]-
34[%P]-30[%S]-5.0[%Cu] -3.1[%Ni]1.3[%Cr]-3.6[%Al]-2.0[%Mo]-2.0[%V] -18[%Ti]
3.1 炼钢熔体的结构和性质
三、钢液的黏度
黏度是钢液的一个重要性质，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。
当[%C]<0.15时，粘度随着碳含量的增加 而大幅度下降，主要原因是钢的密度随碳 含量的增加而降低
当0.15≤[%C]＜0.40时，粘度随碳含量的 增加而增加，原因是此时钢液中同时存在 当[%δC-F]e≥和0.4γ0-F时e，两钢种液结的构结，构密近度似是于随γ碳-F含e排量的 列液，的增积钢粘加较液度而大密随增；度着加下碳，降含而，量且钢的钢的增液熔加中点继生也续成下下的降降F，。e3故C钢体
纯铁液1600℃时黏度为0.0005Pa•s。
钢液的粘度
影响钢液粘度因素主要是温度和成分。温度 升高，粘度降低。钢液中的碳对粘度的影响非常大， 这主要是因为碳含量使钢的密度和熔点发生变化， 从而引起粘度的变化。
生产实践也表明，同一温度下，高碳钢的流动性 比低碳钢钢液的好。因此，一般在冶炼低碳钢中， 温度要控制得略高一些。碳含量对钢液粘度的影响 见下图。
常用流动性来表示钢液的粘稠状况，粘度的倒数即为流体 的流动性。
3.1 炼钢熔体的结构和性质
四、钢液的表面张力 钢液因原子或分子间距非常小，其间的吸引力较强，而且 钢液表面层和内部所引起的这种吸引力的变化是不同的。 内部每一质点所受到的吸引力的合力等于零，质点保持 平衡状态； 而表面层质点受内部质点的吸引力大于气体分子对表面 层质点的吸引力，这样表面层质点所受的吸引力不等于零， 且方向指向钢液内部。 这种使钢液表面产生自发缩小倾向的力称为钢液的表面张 力，用符号σ表示，单位为N/m。实际上，钢液的表面张力 就是指钢液和它的饱和蒸气或空气界面之间的一种力。
各元素使纯铁熔点的降低可表示为：
1020 Mi (1 ) [%i]液
Mi为溶质元素i的原子量； [%i]液为元素i在液态铁中的质量百分数； K为分配系数，而K=[%i]固/[%i]液，（1-K）则 称为偏析系数。
计算钢的熔点经验式：
T熔=1538-90[%C]-28[%P]-40[%S]-17[%Ti]6.2[%Si]-2.6[%Cu]-1.7[%Mn]-2.9[%Ni]5.1[%Al]-1.3[%V]-1.5[%Mo]-1.8[%Cr] -1.7[%Co]-1.0[%W]-1300[%H]-90[%N]100[%B]-65[%O]-5[%Cl]-14[%As]
钢液的密度
钢液密度随温度的变化： ρ=8523-0.8358(T+273)
成分对钢液密度的影响： ρ1600℃=ρ01600℃-210[%C]-164[%Al]60[%Si]-550[%Cr]-7.5[%Mn] + 43[%W]+6[%Ni]
铁碳熔体的密度（kg/m3）
[C] （%）
1500℃
1550℃
钢液表面张力的作用
对新相的生成如CO气泡的产生，钢液凝固过程中结晶核心的 形成等有影响;
对相间反应，如脱氧产物的、夹杂物和气体从钢液中排除， 渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影响。
密度
1600℃
1650℃
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