炼钢基础理论课件.ppt

冶金学之炼钢篇冶金学之炼钢篇阎立懿东北大学钢铁冶金研究所东北大学钢铁冶金研究所2011年年5月月3日～日～6月月30日日/1#教学楼教学楼301（（No3-4））9/23/20241炼钢基础理论主主 要要 内内 容容n第一章第一章 炼钢概述炼钢概述n第二章第二章 炼钢炼钢基础理论基础理论n第三章第三章 炼钢用原材料炼钢用原材料n第四章第四章 转炉炼钢法转炉炼钢法n第五章第五章 电炉炼钢法电炉炼钢法9/23/20242炼钢基础理论第二章基础理论第二章基础理论——熔渣的物理化学性质熔渣的物理化学性质 n 熔渣的主要作用、组成与分类熔渣的主要作用、组成与分类n 熔渣的物理性质及影响因素熔渣的物理性质及影响因素n 熔渣的化学性质熔渣的化学性质 ——分别见表：分别见表：9/23/20243炼钢基础理论熔渣作用、组成与分类熔渣作用、组成与分类项目项目内容内容特征特征作用作用五大作用五大作用去除去除P、、S等有害元素；参与熔池传氧；等有害元素；参与熔池传氧；防止吸气（防止吸气（H、、N）；吸收非金属夹杂物及反应产物；）；吸收非金属夹杂物及反应产物；稳定电弧燃烧，提高炉子热效率、保护炉衬。

稳定电弧燃烧，提高炉子热效率、保护炉衬组成组成碱性氧化物碱性氧化物中性氧化物中性氧化物酸性氧化物酸性氧化物非氧化物非氧化物CaO、、 MnO、、 FeO、、 MgOFe2O3 、、Al2O3 SiO2 、、P2O5CaF2 、、CaC2 、、CaS分类分类碱性渣碱性渣酸性渣酸性渣以以CaO 为主，能够去除磷、硫元素为主，能够去除磷、硫元素以以SiO2 为主，不能去除磷、硫元素为主，不能去除磷、硫元素氧化渣氧化渣还原渣还原渣渣有氧化能力，渣有氧化能力，FeO含量含量15％～％～25％，能向钢液中供氧；％，能向钢液中供氧；渣有还原能力，渣有还原能力，FeO含量含量0.5％～％～1.0％，能从钢液中夺氧％，能从钢液中夺氧9/23/20244炼钢基础理论熔渣（液态）的物理性质熔渣（液态）的物理性质物理性质物理性质研究意义研究意义影响因素影响因素数值大小数值大小熔点熔点影响冶炼过程温度及其控影响冶炼过程温度及其控制制组成组成↑、、 ↓，，高熔点成分高熔点成分↑、、 ↑1300～～1400℃黏度黏度元素扩散、渣元素扩散、渣-钢间的反钢间的反应、气体逸出应、气体逸出组成组成↑、、 ↓ ，温度，温度↑、、 ↓，未熔质点，未熔质点↑、、 ↓ 0.02 Pa•s密度密度决定渣所占有的体积及钢决定渣所占有的体积及钢液滴在渣中的沉降速度液滴在渣中的沉降速度温度温度↑、、 ↓2.5～～3.0 t/m3表面张力表面张力渣渣-钢间的反应钢间的反应及夹杂物的吸附及夹杂物的吸附组成、温度，组成、温度，但比较复杂但比较复杂0.35～～0.5 N/m9/23/20245炼钢基础理论熔渣的化学性质熔渣的化学性质化学化学性质性质研究意义研究意义表示方法表示方法影响因素影响因素数值大小数值大小碱度碱度影响渣、钢影响渣、钢间物理化学间物理化学反应反应碱性氧化物浓度碱性氧化物浓度↑、、 ↑,酸酸性氧化物浓度性氧化物浓度↑ 、、↓氧化渣氧化渣2～～4，，还原渣还原渣2.5～～3.5氧化性氧化性还原性还原性反映炉渣向反映炉渣向钢液供氧或钢液供氧或夺氧能力夺氧能力（（%FeO））∑（（%FeO））α（（FeO））Δ[％％O]渣中氧化铁浓度渣中氧化铁浓度↑ ，有利，有利于化渣、脱磷，于化渣、脱磷，反之有利于脱氧、脱硫反之有利于脱氧、脱硫氧化渣氧化渣15％～％～30％％还原渣还原渣0.5％～％～1％％9/23/20246炼钢基础理论第二章第二章 炼钢基础理论炼钢基础理论n熔渣物理化学性质熔渣物理化学性质n钢液物理性质钢液物理性质n钢液化学反应钢液化学反应 ——硅锰氧化硅锰氧化 ——钢液脱碳钢液脱碳 ——钢液脱磷钢液脱磷 ——钢液脱氧钢液脱氧 ——钢液脱硫钢液脱硫 ——钢液气体及夹杂物去除钢液气体及夹杂物去除9/23/20247炼钢基础理论2.2 钢液物理性质钢液物理性质 主要包括熔点、密度、黏度、表面张力及导热能力。

主要包括熔点、密度、黏度、表面张力及导热能力 1）钢的熔点）钢的熔点 钢钢的的熔熔点点是是确确定定冶冶炼炼和和浇浇铸铸温温度度的的重重要要参参数数，， 熔熔点点指指钢钢完完全全转转变变成成均均一一液液体体状状态态时时的的温温度度，，或或是是钢钢冷冷凝凝时时开开始始析出固体时的温度析出固体时的温度 熔熔点点大大小小主主要要受受化化学学成成分分的的影影响响纯纯铁铁的的熔熔点点约约为为1536~1539℃，，当当某某元元素素溶溶入入后后，，纯纯铁铁原原子子之之间间的的作作用用力力减减弱弱，，铁铁的的熔熔点点就就降降低低（（杂杂质质降降低低熔熔点点））降降低低的的程程度度取取决决于于加加入入元元素素的的浓浓度度、、原原子子量量，，以以及及凝凝固固时时该该元元素素在在熔熔体体与与析出的固体之间的分配析出的固体之间的分配9/23/20248炼钢基础理论 钢的熔点的近似值：钢的熔点的近似值： t熔熔=1538（或（或1539））－－∑（（ΔT·J），）， ℃ 或或 t熔熔=1536－－∑（（ΔT·J），）， ℃式中式中 ΔT —— 各元素使纯铁熔点的降低值，各元素使纯铁熔点的降低值， ℃，其中碳的，其中碳的影响最明显，尤其对碳素类钢影响最明显，尤其对碳素类钢；；J—J—某元素在钢液中的质某元素在钢液中的质量百分数，量百分数，% %。

前述钢的熔点约在前述钢的熔点约在1450～～1500℃范围，生铁的熔点范围，生铁的熔点约在约在1100～～1200℃范围，均可以由上式估算出范围，均可以由上式估算出9/23/20249炼钢基础理论 2）钢液的密度）钢液的密度 密密度度是是钢钢液液的的重重要要物物理理性性质质之之一一，，对对研研究究钢钢液液的的结结构构、、黏黏度度、、表表面面张张力力，，以以及及分分析析钢钢液液与与炉炉渣渣（（包包括括非非金金属属夹夹杂杂））的分离、上浮等有重要意义的分离、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：单位体积钢（或钢液）所具有的质量称为密度： ρ＝＝m/V , g/cm3 、、kg/m3或或t/m3 液液态态钢钢和和固固态态钢钢的的密密度度差差别别较较大大，，影影响响钢钢液液密密度度的的因因素主要有素主要有温度和化学成分温度和化学成分9/23/202410炼钢基础理论 温温度度影影响响 总总的的说说来来，，随随着着温温度度升升高高，，钢钢液液的的体体积积增增加加（原子间距增大）、密度降低。

原子间距增大）、密度降低 如如纯纯铁铁密密度度，，20℃时时为为7.88，， 1538℃时时为为7.23 ，，1600℃时时为为7.03 t/m3，，这这与与中中、、低低合合金金钢钢液液的的密密度度7.0 t/m3相当钢液密度随温度的变化：相当钢液密度随温度的变化： ρ=8523 －－ 0.8358 Tk , kg/m3 式中式中 Tk——热力学温度，热力学温度，K9/23/202411炼钢基础理论 成成分分影影响响 成成分分对对钢钢液液密密度度的的影影响响比比较较复复杂杂，，一一般般认认为为，，碳碳、、硅硅、、锰锰、、磷磷、、硫硫、、铝铝、、铬铬等等元元素素增增加加可可使使纯纯铁铁密密度度减减小小，，其其中中碳碳的的影影响响明明显显；；而而密密度度大大的的元元素素钨钨、、镍镍、、铜铜等元素可使纯铁密度增大，其中钨的影响最大等元素可使纯铁密度增大，其中钨的影响最大 钢液的密度可按下经验式钢液的密度可按下经验式： ρρ1600℃1600℃=ρ‘=ρ‘1600℃1600℃＋＋∑∑（（Δρ·JΔρ·J）） 在在20℃20℃时，钢的密度按下经验式时，钢的密度按下经验式： ρ ρ20℃20℃=ρ‘=ρ‘20℃20℃＋＋∑∑（（Δρ·JΔρ·J）） 式式中中 ρ‘—ρ‘—纯纯铁铁在在某某温温度度下下的的密密度度，，Δρ—Δρ—某某元元素素使使纯纯铁密度提高值；铁密度提高值；J—J—某元素在钢液中的质量百分数，某元素在钢液中的质量百分数，% %。

9/23/202412炼钢基础理论e.g 25＃钢＃钢1600℃时的密度？时的密度？ 按温度对钢液密度的影响计算：按温度对钢液密度的影响计算： ρ=8523－－0.8358 Tk＝＝6958 kg/m3≈7 t/m3 按成分对钢液密度的影响计算：按成分对钢液密度的影响计算： ρ1600℃＝＝ρ‘1600℃－－210[%C]－－60[%Si]－－7.5[%Mn]－－ 164[%Al]－－55[%Cr] + 43[%W]+6[%Ni] ＝＝7030－－52.5－－16.2－－4.9＝＝6956.4 kg/m3 ≈7 t/m3 常用常用钢固态密度钢固态密度见表，表中也能看出成分的大致影响见表，表中也能看出成分的大致影响情况9/23/202413炼钢基础理论名称名称钢种种密度密度/t/m3铸钢铸钢ZG45、、ZG35CrMnSi7.8工业纯铁工业纯铁DT1--DT67.87普通碳素钢普通碳素钢Q195、、Q215、、Q235、、Q255、、Q2757.85（与紫铜相当）（与紫铜相当）优质碳素钢优质碳素钢05F、、08F、、15F，，10～～50碳素工具钢碳素工具钢T7～～T13、、T7A～～T13A、、T8MnA锰钢锰钢20Mn、、60Mn、、65Mn7.81铬钢铬钢15CrA20Cr、、30Cr、、40Cr38CrA7.747.827.80轴承钢轴承钢GCr157.81高速工具钢高速工具钢W9Cr4VW18Cr4V8.38.7（高于黄铜的）（高于黄铜的）不锈钢不锈钢0Cr18Ni9、、1Cr18Ni9、、Cr18Ni9Ti、、2Cr18Ni97.859/23/202414炼钢基础理论 3）钢液的黏度）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，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。

以及钢的凝固结晶都有很大影响 同熔渣黏度一样，钢液的黏度与流动性均表示钢液同熔渣黏度一样，钢液的黏度与流动性均表示钢液流动时流层内摩擦力的大小，二者互为倒数流动时流层内摩擦力的大小，二者互为倒数 一些液体的黏度见下表：一些液体的黏度见下表：9/23/202415炼钢基础理论几种液体的黏度比较几种液体的黏度比较液体名称液体名称温度温度/℃黏度黏度/ Pa•s纯铁液纯铁液16000.0005钢液（水）钢液（水）16000.002～～0.003稀熔渣稀熔渣16000.002碱性正常渣碱性正常渣16000.02～～0.10稠熔渣稠熔渣16000.2松节油松节油250.0025轻机油轻机油250.02～～0.10水水150.0019/23/202416炼钢基础理论 影响钢液黏度因素主要是温度和成分影响钢液黏度因素主要是温度和成分 温度影响温度影响 随随温温度度升升高高黏黏度度降降低低，，即即流流动动性性变变好好这这是是由由于于温温度度升高钢液密度降低、原子间距离增大、相互吸引力减小。

升高钢液密度降低、原子间距离增大、相互吸引力减小 成分影响成分影响 成分对钢液黏度影响比较复杂！成分对钢液黏度影响比较复杂！ 碳碳 钢钢液液中中的的碳碳对对黏黏度度的的影影响响非非常常大大，，这这主主要要是是因因为为碳碳含量使钢的含量使钢的密度和熔点密度和熔点发生变化，从而引起黏度的变化发生变化，从而引起黏度的变化 9/23/202417炼钢基础理论 一一般般说说来来碳碳含含量量增增加加，，密密度度降降低低、、黏黏度度降降低低生生产产实实践践也也表表明明，，同同一一温温度度下下，，高高碳碳钢钢的的流流动动性性比比低低碳碳钢钢液液的的好好因此，一般在冶炼低碳钢中，温度要控制得略高一些因此，一般在冶炼低碳钢中，温度要控制得略高一些 但但在在C 0.15%～～0.4%时时，，钢钢液液的的密密度度、、表表面面张张力力出出现现最最小小值值与与最最大大值值，，钢钢液液的的结结构构发发生生了了变变化化，，此此时时钢钢液液中中存存在在δ-Fe和和γ-Fe两两种种结结构构的的近近程程排排列列，，密密度度是是随随碳碳含含量量的的增增加而增加，使得黏度增加。

加而增加，使得黏度增加 碳含量对钢液黏度的影响见下图：碳含量对钢液黏度的影响见下图：9/23/202418炼钢基础理论碳含量对钢液黏度的影响碳含量对钢液黏度的影响 图图示示：：一一般般说说来来碳碳含含量量增增加加，，密密度度降降低低、、黏黏度度降降低低（（≥1550℃））但但当当0.15≤[%C]＜＜0.40时时，，钢钢液液中中存存在在δ-Fe、、γ-Fe两两种种结结构构（（体体心心立立方方——面面心心立立方方）），，密密度度是是随随碳碳含含量的增加而增加，黏度增加量的增加而增加，黏度增加9/23/202419炼钢基础理论 硅硅、、锰锰、、镍镍能能使使钢钢的的熔熔点点降降低低，，所所以以含含量量增增加加，，钢钢液液黏度降低，尤其含量很高时，降低更显著黏度降低，尤其含量很高时，降低更显著 钛钛、、钨钨、、钒钒、、钼钼、、铬铬含含量量增增加加则则使使钢钢液液的的黏黏度度增增加加，，因这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物因这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物 钢钢液液中中非非金金属属夹夹杂杂物物含含量量增增加加，，钢钢液液黏黏度度增增加加，，流流动动性变差。

性变差 初初期期脱脱氧氧产产物物生生成成，，夹夹杂杂物物含含量量高高，，黏黏度度增增大大，，夹夹杂杂物物不不断断上上浮浮或或形形成成低低熔熔点点夹夹杂杂物物，，黏黏度度又又下下降降脱脱氧氧不不良良，，钢液流动性一般不好钢液流动性一般不好-9/23/202420炼钢基础理论 4）钢液的表面张力）钢液的表面张力 钢钢液液的的表表面面张张力力对对新新相相的的生生成成，，如如CO气气泡泡的的产产生生、、钢钢液液凝凝固固过过程程中中结结晶晶核核心心的的形形成成；；对对相相间间反反应应，，如如脱脱氧氧产产物物、、夹夹杂杂物物和和气气体体从从钢钢液液中中的的排排除除，，渣渣钢钢分分离离，，钢钢液液对耐火材料的侵蚀等有着重要影响对耐火材料的侵蚀等有着重要影响 使使钢钢液液表表面面产产生生自自动动缩缩小小的的力力称称为为钢钢液液的的表表面面张张力力，，用用符符号号σ表表示示，，单单位位为为N/m钢钢液液的的表表面面张张力力普普遍遍高高于于炉炉渣的，大约在渣的，大约在1.5 N/m 9/23/202421炼钢基础理论 影影响响钢钢液液表表面面张张力力的的因因素素很很多多，，主主要要有有温温度度、、成成分分及钢液接触物及钢液接触物，其中影响最大的还是钢液成分。

其中影响最大的还是钢液成分 温度影响温度影响 对对于于一一般般液液体体温温度度升升高高、、表表面面张张力力减减少少，，但但对对于于碳碳素素钢钢液液来来说说，，表表面面张张力力是是随随着着的的温温度度升升高高而而增增大大原原因因之之一一是是温温度度升升高高表表面面活活性性物物质质，，如如C、、O等等的的热热运运动动增增强强，，使使钢钢液液表表面面过过剩剩浓浓度度减减小小或或浓浓度度均均匀匀化化，，从从而而引引起起表表面面张力增大这也可从成分影响得到解释张力增大这也可从成分影响得到解释 9/23/202422炼钢基础理论 成分影响成分影响 1550℃时时，，纯纯铁铁液液的的表表面面张张力力约约为为1.7～～1.9 N/m溶溶质质元元素素对对纯纯铁铁液液表表面面张张力力的的影影响响程程度度取取决决于于它它的的性性质质与与铁铁的的差差别别大大小小如如果果溶溶质质元元素素的的性性质质与与铁铁相相近近，，则则对对纯纯铁铁液液的的表表面面张张力力影影响响较较小小，，反反之之则则就就较较大大。

一一般般来来讲讲，，金属元素的影响较小，非金属元素的影响则较大金属元素的影响较小，非金属元素的影响则较大9/23/202423炼钢基础理论nS、、O是很强的表面活性物质，只要含有很少量的是很强的表面活性物质，只要含有很少量的S、、O就能使钢液的表面张力大大下降就能使钢液的表面张力大大下降 原因是它们在钢液原因是它们在钢液中的生成物中的生成物FeS、、Fe0被排挤到钢液的表面，浓度出现被排挤到钢液的表面，浓度出现偏差，导致表面张力急剧下降偏差，导致表面张力急剧下降9/23/202424炼钢基础理论nNi、、Co影影响响较较小小，，原原因因是是与铁的性质相近；与铁的性质相近；nMo加加入入钢钢液液后后，，因因产产生生一一定定的的吸吸附附作作用用，，所所产产生生的影响微小；的影响微小；nMn 、、Si等等元元素素有有减减小小表表面张力的倾向；面张力的倾向；9/23/202425炼钢基础理论nC 对对钢钢液液表表面面张张力力的的影影响响呈呈现现出出复复杂杂的的关关系系，，由由于于钢钢的的结结构构和和密密度度随随着着碳碳含含量量的的增增加加而而发发生生变变化化，，一一般般说说来来碳碳含量增加、含量增加、密度降低、表面张力降低密度降低、表面张力降低。

见下图：见下图：但当碳含量但当碳含量0.15~0.40范围时，钢液中存在范围时，钢液中存在δ-Fe、、γ-Fe两种晶体结两种晶体结构构(体心立方体心立方——面心面心立方立方)，，密度密度是随是随碳含碳含量量的增加而增加的增加而增加,表面表面张力张力增加9/23/202426炼钢基础理论5）钢的导热能力）钢的导热能力 钢钢的的导导热热能能力力可可用用导导热热系系数数或或热热导导率率来来表表示示，，指指在在稳稳定定传传热热条条件件下下，，1m厚厚的的材材料料，，两两侧侧表表面面的的温温差差为为1℃，，在在1s内内，，通通过过1m2面面积积传传递递的的热热量量，，即即当当体体系系内内维维持持单单位位温温度度梯梯度度时时，，在在单单位位时时间间内内流流经经单单位位面面积积的的热热量量，，钢钢的的导导热系数用符号热系数用符号λ表示，导出单位为表示，导出单位为W/（（m·℃） 影影响响钢钢导导热热系系数数的的因因素素主主要要有有钢钢液液的的成成分分、、温温度度、、组组织、非金属夹杂物含量及钢中晶粒的细化程度等织、非金属夹杂物含量及钢中晶粒的细化程度等。

9/23/202427炼钢基础理论 成成分分影影响响 通通常常钢钢中中元元素素含含量量越越多多，，钢钢的的导导热热能能力力就就越越低低各各种种元元素素对对钢钢的的导导热热能能力力影影响响的的次次序序为为：：C、、Ni、、Cr最最大大，，Al、、Si、、Mn、、W次次之之，，Zr最最小小合合金金钢钢的的导导热热能力一般比碳钢差，高碳钢的导热能力比低碳钢差能力一般比碳钢差，高碳钢的导热能力比低碳钢差 温温度度影影响响 各各种种钢钢的的导导热热系系数数随随温温度度变变化化规规律律不不一一样样，，800℃以以下下碳碳钢钢随随温温度度的的升升高高而而下下降降，，800℃以以上上则则略略有有升升高 钢钢组组织织的的影影响响 一一般般具具有有珠珠光光体体、、铁铁素素体体和和马马氏氏体体组组织织的的钢钢，，导导热热能能力力在在加加热热时时都都降降低低，，但但在在临临界界点点Ac3以以上上加热时将增加加热时将增加 9/23/202428炼钢基础理论碳含量对钢热导率的影响碳含量对钢热导率的影响9/23/202429炼钢基础理论温度对钢热导率的影响温度对钢热导率的影响9/23/202430炼钢基础理论2.3 钢液的化学反应钢液的化学反应 炼炼钢钢是是在在高高温温下下、、多多相相参参加加的的复复杂杂物物理理化化学学过过程程，，如如温温度度在在1600～～1700℃范范围围，，气气-渣渣-钢钢-耐耐火火材材料料间间进进行行：：熔熔化化与与凝凝固固、、分分解解与与化化合合、、溶溶解解与与析析出出及及氧氧化化与与还还原反应等。

原反应等 主主要要进进行行：：硅硅锰锰氧氧化化反反应应，，钢钢液液脱脱磷磷、、脱脱碳碳、、脱脱氧氧、、脱硫反应，以及气体与夹杂物去除等脱硫反应，以及气体与夹杂物去除等9/23/202431炼钢基础理论2.3.1 硅锰氧化硅锰氧化 炼炼钢钢用用的的钢钢铁铁料料含含有有硅硅、、锰锰，，对对成成品品钢钢硅硅、、锰锰的的含含量量也也有有要要求求因因此此，，很很有有必必要要了了解解硅硅、、锰锰在在炼炼钢钢过过程程中中的氧化和还原规律的氧化和还原规律 炉炉料料中中的的硅硅锰锰主主要要由由铁铁水水（（生生铁铁））、、废废钢钢等等带带入入，，在在钢钢中中无无限限溶溶解解在在炼炼钢钢温温度度下下被被氧氧化化成成SiO2、、MnO进进入入渣渣中中在在一一般般碳碳素素废废钢钢中中含含[Si] 0.17％％～～0.37％％，，[Mn] 0.35％～％～0.80％ 9/23/202432炼钢基础理论 硅硅、、锰锰对对氧氧的的亲亲合合力力均均比比较较大大，，在在任任一一种种炼炼钢钢方方法法中中硅硅、、锰锰在在吹吹炼炼或或熔熔化化初初期期就就被被迅迅速速氧氧化化，，并并放放出出大量热，分析时钢液中硅氧化＞大量热，分析时钢液中硅氧化＞90％，锰氧化＞％，锰氧化＞50％。

％ 硅、锰氧化及影响硅锰氧化的因素分析如下：硅、锰氧化及影响硅锰氧化的因素分析如下：9/23/202433炼钢基础理论 （（1）硅的氧化）硅的氧化 1）） [Si]+2[O] =（（SiO2）） △△H= - 542kJ/mol 或或[Si]+2（（FeO））=（（ SiO2）＋）＋2[Fe] + 2）） 2（（CaO））+（（SiO2））=（（2CaO·SiO2 ）） [Si]+ 2[O] 或或 2（（FeO））+2（（CaO））=（（2CaO·SiO2））+ 2[Fe] 分分析析：：该该反反应应是是在在钢钢中中及及渣渣-钢钢界界面面上上进进行行的的，，是是放放热反应，硅氧化产生大量的热，是转炉炼钢的主要热源热反应，硅氧化产生大量的热，是转炉炼钢的主要热源 反反应应的的有有利利条条件件是是：：低低温温，，高高氧氧化化性性（（高高O、、高高FeO）），，高高碱碱度度（（高高CaO或或低低SiO2）），，对对于于造造碱碱性性渣渣的的炼炼钢来说，硅氧化的很彻底，后期温度提高后也不还原。

钢来说，硅氧化的很彻底，后期温度提高后也不还原9/23/202434炼钢基础理论 （（2）锰的氧化）锰的氧化 [Mn]+[O]=（（ MnO）） △△H= - 244kJ/mol 或或/和和[Mn]+（（FeO））=（（ MnO）＋）＋ [ Fe] 分分析析：：该该反反应应是是在在钢钢中中及及渣渣-钢钢界界面面上上进进行行的的，，是是放放热热反反应应，，锰锰氧氧化化产产生生大大量量的的热热，，也也是是转转炉炉炼炼钢钢的的热热源源之之一 反反应应的的有有利利条条件件是是：：低低温温，，高高氧氧化化性性（（高高O、、高高FeO））有有利利于于锰锰的的氧氧化化；；在在碱碱性性渣渣条条件件下下，，锰锰氧氧化化不不彻彻底底，，尤尤其其当当炉炉渣渣氧氧化化性性降降低低、、温温度度升升高高及及碱碱度度提提高高时时，，钢液中锰含量回升，即出现钢液中锰含量回升，即出现“回锰回锰”或或“残锰残锰”现象9/23/202435炼钢基础理论钢液中残锰的作用钢液中残锰的作用: 在在炼炼钢钢过过程程中中，，应应尽尽量量控控制制锰锰的的氧氧化化，，以以提提高高钢钢液中残余锰量，发挥残锰的作用：液中残余锰量，发挥残锰的作用：n防防止止钢钢水水的的过过氧氧化化，，或或避避免免钢钢水水中中含含过过多多的的过过剩剩氧氧，，以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；n可可作作为为钢钢液液温温度度高高低低的的标标志志，，炉炉温温高高有有利利于于（（MnO））锰的还原，残锰含量高；锰的还原，残锰含量高；n钢钢水水中中残残锰锰的的存存在在，，减减少少Fe-Mn合合金金的的用用量量，，提提高高了了金属及合金的收得率。

金属及合金的收得率 9/23/202436炼钢基础理论2.3.2 钢液脱碳钢液脱碳 1）脱碳反应的作用）脱碳反应的作用 脱脱碳碳反反应应是是炼炼钢钢过过程程中中极极其其重重要要的的反反应应，，对对于于转转炉炉炼炼钢钢脱脱碳碳反反应应、、降降低低钢钢中中的的碳碳是是目目的的，，而而对对于于电电炉炉炼炼钢钢脱碳反应、降低钢中的碳是手段脱碳反应、降低钢中的碳是手段 都都需需要要降降低低钢钢中中的的碳碳，，利利用用碳碳-氧氧反反应应（（C＋＋O2 →CO））这这个个手手段段，，达达到到以以下下目目的的或或发发挥挥以以下下作作用用——脱脱碳反应的作用如下：碳反应的作用如下：9/23/202437炼钢基础理论n降低钢中的碳（利用碳降低钢中的碳（利用碳-氧反应发挥以下作用）；氧反应发挥以下作用）；n搅搅动动熔熔池池、、加加大大渣渣-钢钢界界面面，，加加速速反反应应，，均均匀匀成成分分、、温温度；度；n有利于去除钢中气体与夹杂；有利于去除钢中气体与夹杂；n放热升温放热升温 实实际际上上，，炼炼钢钢就就是是利利用用吹吹氧氧脱脱碳碳来来达达到到加加速速反反应应，，均匀成分、温度，去除气体和夹杂的目的。

均匀成分、温度，去除气体和夹杂的目的9/23/202438炼钢基础理论2）脱碳反应热力学）脱碳反应热力学 脱碳反应式及平衡常数脱碳反应式及平衡常数 溶解在金属液中的碳，一部分直接与气体氧反应，溶解在金属液中的碳，一部分直接与气体氧反应， [C]＋＋1/2ＯＯ2 =CO，但大多数与溶解的氧反应：，但大多数与溶解的氧反应： [C]＋＋[O] =CO △△H = - 22.2 kJ/mol 此反应为一此反应为一放热反应放热反应，反应平衡常数为：，反应平衡常数为： 9/23/202439炼钢基础理论 碳碳-氧关系氧关系 为为分分析析[C]-[O]的的关关系系，，取取PCO＝＝1atm（（1.0132×105 Pa ≈ 100kPa）），，而而且且因因[%C]（（＜＜1%））低低时时，，活活度度系系数数fC、、fO均接近１，此时平衡常数可写成下式：均接近１，此时平衡常数可写成下式： 9/23/202440炼钢基础理论 在一定温度、压力下（碳氧平衡），在一定温度、压力下（碳氧平衡）， KC为一定值，令为一定值，令m＝＝[%C]·[%O]，， m称为碳氧积，也具有平衡常数的性质称为碳氧积，也具有平衡常数的性质，，而与反应物和生成物的浓度无关。

当而与反应物和生成物的浓度无关当T＝＝1600℃、、 PCO＝１＝１atm时，时， KC ≈ 400，， m≈0.0025（（0.0024），即当反应达），即当反应达到平衡时，到平衡时，m为一常数，在坐标中表为一常数，在坐标中表现为一双曲线，由此可以作现为一双曲线，由此可以作C-O关系关系图，即图，即碳氧平衡曲线碳氧平衡曲线9/23/202441炼钢基础理论 由由图图钢钢中中[C]与与[O]存存在在相相互互制制约约的的关关系系：：当当[C]高高时时，，则则平平衡衡[O]低低；；[C]低低时时，，平平衡衡[O]高高，，即即熔熔池池（（需需要要的的））含含氧氧量量主主要要取取决于含碳量决于含碳量 这这就就是是在在炼炼超超低低ＣＣ钢钢时时，，后后期期（（含含碳碳量量已已经经很很低低时时））供供氧氧速速度度上上不不去去，，碳脱不下来的一个原因碳脱不下来的一个原因 常压下碳氧浓度之间的关系常压下碳氧浓度之间的关系——碳氧平衡曲线碳氧平衡曲线9/23/202442炼钢基础理论 而而实实际际值值熔熔池池中中的的碳碳氧氧关关系系如如右右图图中中上上面面曲曲线线的的情情况况（（曲曲线线向向右右移移动动）），，即即只只有有在在实实际际含含氧氧量量超超过过平平衡衡所所需需要要的的含含氧氧量量时时，，脱碳反应才能继续进行：脱碳反应才能继续进行： ［％［％O］］实际实际＞［％＞［％ O］］平衡平衡 9/23/202443炼钢基础理论 脱碳反应条件脱碳反应条件 [C]＋＋[O] =CO↑ , △△H = - 22.2kJ/mol （（△△HSiO2 = - 542kJ/mol ）） 分析：该反应是在钢中进行，是放热反应。

分析：该反应是在钢中进行，是放热反应 n高氧化性，加强供氧，使［％高氧化性，加强供氧，使［％O］］实际实际 ＞［％Ｏ］＞［％Ｏ］平衡平衡 n高高温温，，加加速速ＣＣ-ＯＯ间间的的扩扩散散（（由由于于脱脱碳碳反反应应是是“弱弱”放放热热反反应应，，温温度度对对其其影影响响不不大大，，但但从从动动力力学学角角度度，，温温度度升升高高改改善善动动力力学学条条件件，，加加速速ＣＣ-ＯＯ间间的的扩扩散散，，故故高高温温有有利利脱脱碳碳的进行）的进行） n降降低低PCO ，，如如充充惰惰性性气气体体（（AOD炉炉）），，抽抽气气与与真真空空处处理理（（VD、、VOD炉）等均有利于脱碳反应炉）等均有利于脱碳反应9/23/202444炼钢基础理论 脱碳与气体、夹杂物的去除脱碳与气体、夹杂物的去除 炼炼钢钢过过程程气气体体与与夹夹杂杂的的去去除除是是在在那那个个阶阶段段，，怎怎么么进进行的？行的？ 去去气气、、去去夹夹杂杂是是在在氧氧化化脱脱碳碳阶阶段段进进行行的的它它是是借借助助碳碳-氧氧反反应应、、一一氧氧化化碳碳气气泡泡的的上上浮浮，，使使熔熔池池产产生生激激烈烈沸沸腾腾，，促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度。

促进气体和夹杂的去除、均匀成分与温度 去气、去夹杂的机理？去气、去夹杂的机理？9/23/202445炼钢基础理论 去气、去夹杂的机理：去气、去夹杂的机理：nC-O反应生成反应生成CO使熔池沸腾；使熔池沸腾；nCO气泡气泡对对N2、、H2 等来说，等来说，PN2、、PH2 分压为零，分压为零，N2、、H2极易并到极易并到CO气泡中，长大排除；气泡中，长大排除；nC-O反应，易使反应，易使2FeO·SiO2、、2FeO·Al2O3及及2FeO·TiO2等等氧化物夹杂聚合长大而上浮；氧化物夹杂聚合长大而上浮；nCO气泡上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除气泡上升过程粘附氧化物夹杂上浮排除 为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一为此，一定要控制好脱碳反应速度，保证熔池有一定的激烈沸腾时间定的激烈沸腾时间9/23/202446炼钢基础理论2.3.3 钢液的脱磷钢液的脱磷 一般说来，钢中杂质元素主要包括一般说来，钢中杂质元素主要包括磷、硫和氧磷、硫和氧 1）磷在钢中的危害与存在形式）磷在钢中的危害与存在形式 磷对绝大部分钢种都是有害的。

磷对绝大部分钢种都是有害的n 它它降降低低钢钢的的塑塑性性、、韧韧性性，，在在冷冷加加工工时时，，易易产产生生裂裂纹纹，，即即“冷脆冷脆”现象，使钢的机械性能下降；现象，使钢的机械性能下降；n 易在钢中形成偏析，加剧磷在钢中危害易在钢中形成偏析，加剧磷在钢中危害9/23/202447炼钢基础理论 因因此此，，钢钢对对磷磷含含量量的的要要求求十十分分严严格格，，仅仅在在极极少少数数的的钢钢中中，，磷磷才才作作为为合合金金元元素素加加入入，，如如炮炮弹弹钢钢、、耐耐腐腐蚀蚀钢钢等等，，一般钢对磷含量的要求见下表：一般钢对磷含量的要求见下表：种类种类普通钢普通钢优质钢优质钢高级优质钢高级优质钢洁净钢洁净钢成分成分/％％＜＜0.045＜＜0.035＜＜0.025＜＜0.0109/23/202448炼钢基础理论 磷磷在在钢钢中中是是以以 Fe3P或或Fe2P 形形式式存存在在，，为为方方便便起起见见，，均均用用[P]表表示示炼炼钢钢过过程程的的脱脱磷磷反反应应是是渣渣-钢钢界界面面上上进进行行的的，，首首先先是是[P]被被氧氧化化成成（（P2O5）），，而而后后与与（（CaO））结结合合成成稳稳定的磷酸钙定的磷酸钙，其反应式如下：，其反应式如下： 按熔渣的分子理论：按熔渣的分子理论： 2[P]+5（（FeO））+3（（CaO））=（（3CaO·P2O5））+5[Fe] 或2[P]+5（（FeO））+4（（CaO））=（（4CaO·P2O5））+5[Fe] 按熔渣的离子理论：按熔渣的离子理论： 2[P]+5[O]+3（（O2-））=2（（PO43-）） 或或2[P]+5[Fe2＋＋]+8（（O2-））=2（（PO43-）＋）＋5 [Fe]9/23/202449炼钢基础理论 2）） 脱磷反应与条件脱磷反应与条件 脱磷反应主要在渣脱磷反应主要在渣-钢界面上进行：钢界面上进行： 2[P]+5（（FeO））+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe]，，△△H＜＜0 影响脱磷反应因素或有利条件：影响脱磷反应因素或有利条件：n高氧化性，增加渣中氧；高氧化性，增加渣中氧；n高碱度，造高碱度渣；高碱度，造高碱度渣；n低温低温△△H＜＜0 ，抓紧在熔氧前期进行；，抓紧在熔氧前期进行；n渣量适当大，流动性好，采取流渣、换渣操作。

渣量适当大，流动性好，采取流渣、换渣操作 因因为为脱脱磷磷反反应应是是可可逆逆的的，，在在冶冶炼炼后后期期温温度度升升高高时时，，有回磷现象，所以要尽量扒净高磷氧化渣或使渣有回磷现象，所以要尽量扒净高磷氧化渣或使渣-钢分离9/23/202450炼钢基础理论 3）回磷及其预防）回磷及其预防 按按炼炼钢钢任任务务，，炼炼钢钢过过程程要要将将钢钢水水中中磷磷脱脱出出去去（（进进入入渣渣中），但脱磷反应是可逆反应，还必须防止回磷现象中），但脱磷反应是可逆反应，还必须防止回磷现象 炉炉渣渣的的碱碱度度低低、、氧氧化化铁铁含含量量降降低低，，或或石石灰灰化化渣渣不不好好，，或或温温度度过过高高等等均均会会引引起起回回磷磷现现象象；；出出钢钢过过程程中中由由于于脱脱氧氧合合金金加加入入不不当当，，或或出出钢钢下下渣渣，，或或合合金金中中磷磷含含量量较较高高等等因因素素，，也会导致成品钢中磷高于终点也会导致成品钢中磷高于终点[P]含量 避免钢水回磷的措施：避免钢水回磷的措施：9/23/202451炼钢基础理论 避免钢水回磷的措施：避免钢水回磷的措施：n 流渣或扒出部分高磷炉渣；流渣或扒出部分高磷炉渣；n 防止高温钢水出钢；防止高温钢水出钢；n 挡渣或无渣出钢，挡渣或无渣出钢，尽量避免下渣尽量避免下渣；；n 提高脱氧前或出钢后的炉渣碱度；提高脱氧前或出钢后的炉渣碱度；n 采取出钢过程钢包脱氧（不在炉内脱氧）；采取出钢过程钢包脱氧（不在炉内脱氧）；n 加入钢包改质剂。

加入钢包改质剂 否则，就需要二次氧化脱磷否则，就需要二次氧化脱磷——重新回炉重新回炉 ！！9/23/202452炼钢基础理论 4）还原脱磷）还原脱磷 初初炼炼钢钢水水出出钢钢后后，，进进入入还还原原精精炼炼发发现现钢钢液液磷磷高高时时，，也也可可以以加加入入比比铝铝更更强强的的脱脱氧氧剂剂，，使使钢钢液液达达到到深深度度还还原原——还还原脱磷 通通 常常 加加 入入 Ca、、 Ba、、 CaC2，， 或或 Al-Mg、、 Ca-Al、、SiCaBa等强还原剂，同时加入萤石、石灰等造渣：等强还原剂，同时加入萤石、石灰等造渣： 3[Ca]+2[P]=3（（Ca2+））+2（（P3-）） 3[Ba]+2[P]=3（（Ba2+））+2（（P3-）） 3CaC2(s)+2[P]=3（（Ca2+））+2（（P3-））+6[C] ………… 9/23/202453炼钢基础理论 还还原原脱脱磷磷后后的的渣渣应应立立即即去去除除（（否否则则渣渣中中的的P3-又又会会重重新新氧氧化化成成(PO43-) 而而造造成成回回磷磷）），，然然后后再再进进行行脱脱氧氧、、脱脱硫硫等等精精炼炼操操作作。

因因上上述述操操作作麻麻烦烦，，且且要要用用价价格格较较高高的的强强还还原剂，故一般情况不采用原剂，故一般情况不采用 但但在在冶冶炼炼不不锈锈钢钢时时，，尤尤其其是是含含铬铬高高的的不不锈锈钢钢，，采采用用还还原原脱脱磷磷，，可可保保证证在在铬铬等等合合金金元元素素损损失失小小的的情情况况下下，，取取得良好的脱磷效果得良好的脱磷效果9/23/202454炼钢基础理论2.3.4 钢液的脱硫钢液的脱硫 1））硫在钢中的危害及其存在形式硫在钢中的危害及其存在形式 硫硫与与磷磷一一样样，，对对大大多多数数钢钢种种是是有有害害的的，，因因为为硫硫化化铁铁在在液液体体钢钢中中能能无无限限溶溶解解，，而而在在固固体体钢钢中中几几乎乎不不能能溶溶解解，，所以在钢液凝固过程所以在钢液凝固过程聚集、析出聚集、析出，对钢造成危害对钢造成危害n它它降降低低钢钢的的塑塑性性、、韧韧性性，，在在热热加加工工时时，，易易产产生生裂裂纹纹，，即即“热脆热脆”现象，使钢的机械性能下降；现象，使钢的机械性能下降；n易在钢中形成偏析，加剧硫在钢中的危害。

易在钢中形成偏析，加剧硫在钢中的危害 9/23/202455炼钢基础理论 因因此此，，钢钢对对硫硫含含量量的的要要求求十十分分严严格格，，仅仅在在个个别别钢钢中中，，硫硫才才作作为为合合金金元元素素加加入入，，如如易易切切削削钢钢中中，，以以改改善善加加工性能，含硫工性能，含硫0.1％％ ～～0.3％ 一般钢对硫含量的要求见下表：一般钢对硫含量的要求见下表：种类种类普通钢普通钢优质钢优质钢高级优质钢高级优质钢优质管线钢优质管线钢成分成分/ /％％＜＜0.045＜＜0.035＜＜0.025＜＜0.0059/23/202456炼钢基础理论 硫在钢中以硫在钢中以FeS的形式存在，的形式存在，FeS的熔点为的熔点为1193℃，， Fe与与FeS组成的共晶体的熔点只有组成的共晶体的熔点只有985℃液态Fe与与FeS可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，仅为可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，仅为0.015%～～0.020%9/23/202457炼钢基础理论 当当钢钢中中的的硫硫含含量量高高（（如如＞＞0.025%~0.045%））时时，，钢钢水水在在凝凝固固过过程程中中由由于于偏偏析析使使得得低低熔熔点点Fe-FeS共共晶晶体体分分布布于于晶晶界界处处，，在在1150～～1200℃的的热热加加工工过过程程中中，，晶晶界界处处的的共共晶晶体体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生“热脆热脆”现象现象。

如如果果钢钢中中的的氧氧含含量量较较高高，，则则FeS与与FeO形形成成的的共共晶晶体体的的熔点更低（熔点更低（940℃），），加剧了钢的加剧了钢的“热脆热脆”现象现象的发生9/23/202458炼钢基础理论 2）脱硫反应及条件）脱硫反应及条件 钢钢液液的的脱脱硫硫主主要要是是通通过过两两种种途途径径来来实实现现，，即即炉炉渣渣脱脱硫硫和和气气化化脱脱硫硫在在一一般般炼炼钢钢操操作作条条件件下下，，炉炉渣渣脱脱硫硫占占主主导导，，如如电电炉炉的的还还原原期期及及钢钢包包炉炉的的精精炼炼过过程程这这在在氧氧气气转转炉炉硫硫的的衡衡算算（（炉炉渣渣脱脱硫硫占占总总脱脱硫硫量量的的90%，，气气化化脱脱硫硫占占10%左左右右））中也得到了证明中也得到了证明 按熔渣的分子理论：按熔渣的分子理论： [FeS]+（（CaO））=（（CaS））+（（FeO）） 按熔渣的离子理论：按熔渣的离子理论： [S]+（（O2－－））=（（S2－－））+（（O）） 在在酸酸性性渣渣中中几几乎乎没没有有自自由由的的O2－－，，因因此此酸酸性性渣渣脱脱硫硫作作用很小，用很小，而碱性渣则不同，具有较强的脱硫能力而碱性渣则不同，具有较强的脱硫能力。

9/23/202459炼钢基础理论 脱硫反应主要在渣脱硫反应主要在渣-钢界面上进行：钢界面上进行： [FeS]+（（CaO））=（（CaS））+（（FeO），）， △△H＞＞0 影响脱硫反应因素或有利条件：影响脱硫反应因素或有利条件： 1））高高碱碱度度，，造造高高碱碱度度渣渣，，但但过过高高的的碱碱度度，，常常出出现现炉炉渣粘度增加，反而降低脱硫效果渣粘度增加，反而降低脱硫效果 2）减少渣中的氧化亚铁，创造强还原气分减少渣中的氧化亚铁，创造强还原气分 3）高温）高温(△△Ｈ＞ＯＨ＞Ｏ)，同时高温改善渣的流动性；，同时高温改善渣的流动性； 4）渣量适当大，充分搅拌增加渣）渣量适当大，充分搅拌增加渣-钢接触 由由于于电电炉炉或或钢钢包包炉炉精精炼炼过过程程的的还还原原气气分分强强烈烈，，（（FeO）＜）＜0.5％～％～1.0％，对脱硫特别有利％，对脱硫特别有利 总总之之，，脱脱硫硫的的有有利利条条件件为为：：高高碱碱度度、、低低氧氧化化亚亚铁铁及及强还原气氛，高温，增加渣强还原气氛，高温，增加渣-钢接触及好的流动性钢接触及好的流动性*。

9/23/202460炼钢基础理论2.3.5 钢液的脱氧钢液的脱氧 炼炼钢钢主主要要是是氧氧化化反反应应过过程程，，为为快快速速去去除除炉炉料料中中C、、Si、、Mn、、P等等杂杂质质元元素素，，冶冶炼炼前前期期必必须须供供给给足足够够（（过过量量））的的氧氧当当氧氧化化结结束束后后，，钢钢液液中中溶溶解解了了过过多多的的氧氧，，见见图图右右…… 浇浇注注前前需需要要加加脱脱氧氧剂剂来来减减少少钢钢液液含含氧氧量量，，此此操操作作称称为为脱氧脱氧 9/23/202461炼钢基础理论 （（1）氧在钢中的危害）氧在钢中的危害 当当钢钢液液中中溶溶解解了了过过多多的的氧氧，，钢钢液液在在浇浇注注结结晶晶时时，，随随着着温温度度的的下下降降，，氧氧的的溶溶解解度度减减小小，，产产生生多多余余的的氧氧，，这这将将对钢造成危害：对钢造成危害： 1））发发生生碳碳氧氧反反应应，，使使钢钢坯坯（（锭锭））中中产产生生气气孔孔（（皮皮下气泡、疏松），在轧制时开裂；下气泡、疏松），在轧制时开裂； 2））硅硅、、锰锰等等再再氧氧化化，，氧氧化化产产物物来来不不及及上上浮浮，，形形成成钢中夹杂；钢中夹杂； 3））多多余余的的氧氧在在钢钢中中，，使使硫硫的的危危害害加加剧剧，，即即Fe被被氧氧化化成成FeO，，FeO与与FeS形形成成低低熔熔点点共共晶晶体体，，分分布布在在晶晶界界上上，，热加工时，共晶体熔化，产生热加工时，共晶体熔化，产生“热脆热脆”。

9/23/202462炼钢基础理论 因因此此，，钢钢对对氧氧含含量量的的要要求求也也十十分分严严格格，，尤尤其其是是对对洁洁净净钢钢氧氧含含量量的的要要求求特特别别苛苛刻刻，，某某些些洁洁净净钢钢对对氧氧含含量量的的要要求见表：求见表：洁净洁净-钢种钢种不锈钢板不锈钢板轮胎钢丝轮胎钢丝管线钢管线钢轴承钢轴承钢成分成分/％％0.0040.0030.0020.0005ppm 4030205表中的表中的ppm是英文是英文parts permillion的缩写，译意为百万分的缩写，译意为百万分之一，或称百万分率，如之一，或称百万分率，如 40 ppm ＝＝0.004％＝％＝40×10-69/23/202463炼钢基础理论 （（2）脱氧的目的及对脱氧剂的要求）脱氧的目的及对脱氧剂的要求 1）脱氧的目的）脱氧的目的n 将将钢钢液液中中氧氧脱脱至至需需求求的的程程度度（（保保证证钢钢液液在在凝凝固固时时能能得得到到合合理理的的凝凝固固组组织织结结构构，，如如镇镇静静钢钢＜＜30～～80ppm，，半镇静钢半镇静钢50～～200ppm，沸腾钢，沸腾钢100～～450ppm）；）；n 排排除脱氧产物，如除脱氧产物，如SiO2、、MnO、、Al2O3 ；；n 得得到细晶粒结构到细晶粒结构——细化晶粒。

细化晶粒 9/23/202464炼钢基础理论 2）脱氧原理）脱氧原理 用用与与氧氧的的亲亲合合力力比比铁铁大大的的元元素素-脱脱氧氧剂剂，，夺夺取取钢钢中中多余的氧多余的氧 3）对脱氧剂的要求）对脱氧剂的要求 依依脱脱氧氧原原理理及及脱脱氧氧目目的的可可知知，，脱脱氧氧剂剂应应具具有有如如下下性性能：能：n 有一定的有一定的脱氧能力脱氧能力（即与氧的亲合力要比铁的大）；（即与氧的亲合力要比铁的大）；n 脱氧产物易于脱氧产物易于排排除（即要求产物熔点低、密度小）；除（即要求产物熔点低、密度小）；n 改改善善钢钢的的性性能能，，如如产产物物不不能能排排除除或或不不能能彻彻底底排排除除，，应应对钢的危害小，对钢的危害小，得得到细晶粒结构；到细晶粒结构；n 来源广，价格合适来源广，价格合适9/23/202465炼钢基础理论 常常用用脱脱氧氧剂剂：：Fe-Mn、、Fe-Si、、Al、、V和和复复合合脱脱氧氧剂剂Mn-Si、、Ca-Si、、Al-Mn-Si 等，脱氧能力依次增加。

等，脱氧能力依次增加 其其中中复复合合脱脱氧氧剂剂是是使使用用两两种种或或多多种种脱脱氧氧元元素素制制成成的的脱脱氧氧剂剂，，例例如如硅硅锰锰、、硅硅钙钙、、硅硅锰锰铝铝等等复复合合脱脱氧氧剂剂，，复复合合脱脱氧氧剂有以下优点：剂有以下优点：n 可以提高脱氧元素的脱氧能力；可以提高脱氧元素的脱氧能力；n 有利于形成液态的脱氧产物，便于产物的分离与上浮；有利于形成液态的脱氧产物，便于产物的分离与上浮；n 有有利利于于提提高高易易挥挥发发元元素素在在钢钢中中的的溶溶解解度度，，减减少少元元素素的的损损失，提高脱氧元素的脱氧效率失，提高脱氧元素的脱氧效率9/23/202466炼钢基础理论 （（3）） 脱氧方法脱氧方法 常用的有三种：沉淀、扩散、真空脱氧法常用的有三种：沉淀、扩散、真空脱氧法 1）沉淀脱氧（直接脱氧））沉淀脱氧（直接脱氧） ～是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧～是将块状脱氧剂加入钢液中，直接进行钢液脱氧 沉淀脱氧反应式：沉淀脱氧反应式：x[M]块块 ＋＋y[O]＝＝(MXOY) 常用的脱氧剂有：常用的脱氧剂有：Fe-Mn、、Fe-Si、、Al、、V和复合脱氧和复合脱氧剂剂Mn-Si、、Ca-Si等，脱氧能力依次增加。

等，脱氧能力依次增加 沉淀脱氧法的特点：沉淀脱氧法的特点：n 操作简单，脱氧迅速；操作简单，脱氧迅速；n 脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时）脱氧产物易留在钢中（当上浮时间短时） 此法常用在出钢前的终脱氧及电炉还原前的预脱氧此法常用在出钢前的终脱氧及电炉还原前的预脱氧9/23/202467炼钢基础理论 2）扩散脱氧（间接脱氧））扩散脱氧（间接脱氧） 扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢扩散脱氧是将粉状脱氧剂加在渣中，使炉渣脱氧，钢中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧中氧再向渣中扩散，间接脱出钢中氧 扩散脱氧反应式：扩散脱氧反应式： x(M)粉粉+y(FeO)＝＝(MxOy)+y[Fe] [FeO] → (FeO) 粉状脱氧剂有：粉状脱氧剂有：C 、、Fe-Si、、Ca-Si、、CaC、、Al粉等 与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：与沉淀脱氧法比较，扩散脱氧法的特点：n 反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；反应在渣中进行，产物不进入钢中，钢质好；n 脱氧速度慢，时间长。

脱氧速度慢，时间长 此法常用在电炉的还原期及钢包炉的精炼期此法常用在电炉的还原期及钢包炉的精炼期9/23/202468炼钢基础理论 3）真空脱氧法）真空脱氧法 利利用用 [C]＋＋[O] =CO↑ , ～～是是将将钢钢包包内内钢钢水水置置于于真真空空条条件件下下，，通通过过抽抽真真空空打打破破原原有有的的碳碳-氧氧平平衡衡，，促促使使碳碳与与氧的反应，达到通过钢中碳去除氧的目的氧的反应，达到通过钢中碳去除氧的目的 此此法法的的优优点点是是脱脱氧氧比比较较彻彻底底，，脱脱氧氧产产物物为为CO气气体体，，不不污污染染钢钢水水，，而而且且在在排排出出CO气气体体的的同同时时，，还还具具有有脱脱氢氢、、脱氮及夹杂物排除脱氮及夹杂物排除的作用9/23/202469炼钢基础理论 4）综合脱氧）综合脱氧 综综合合脱脱氧氧是是沉沉淀淀脱脱氧氧与与扩扩散散脱脱氧氧的的综综合合应应用用传传统统电电炉炉炼炼钢钢就就是是采采用用沉沉淀淀与与扩扩散散法法交交替替进进行行的的综综合合脱脱氧氧法法，，即即氧氧化化末末、、还还原原前前采采用用沉沉淀淀脱脱氧氧，，进进行行预预脱脱氧氧；；还还原原期期采采用用扩扩散散脱脱氧氧，，出出钢钢前前采采用用沉沉淀淀脱脱氧氧，，进进行行终终脱氧。

脱氧 9/23/202470炼钢基础理论2.3.6 气体和非金属夹杂物的去除气体和非金属夹杂物的去除 （（1）气体的去除）气体的去除 1）来源与危害）来源与危害 气体（气体（H、、N）的主要来源：）的主要来源：n 原材料、设备带入；原材料、设备带入；n 电弧高温区气体的分解电弧高温区气体的分解 后者是后者是电炉钢电炉钢H、、N含量高于转炉含量高于转炉原因 主要危害：主要危害：n 氢氢使使钢钢脆脆性性增增加加，，常常在在钢钢材材的的纵纵断断面面出出现现“白白点点”，，横断面出现裂纹现象，严重者报废；横断面出现裂纹现象，严重者报废；n 氮氮使使钢钢韧韧性性降降低低，，能能使使钢钢材材出出现现“时时效效硬硬化化”现现象象，，即随着时间延长，强度和硬度提高，塑性、韧性下降即随着时间延长，强度和硬度提高，塑性、韧性下降 9/23/202471炼钢基础理论钢对气体等含量的要求钢对气体等含量的要求成分成分/ppmCSPHNO传统工艺钢种传统工艺钢种3001001004～～560～～10030～～50洁净钢洁净钢/Σ1003020201.52010超洁净钢超洁净钢/Σ40105～～1010 1105～～7 “洁洁净净钢钢”是是指指钢钢中中有有害害元元素素少少，，非非金金属属夹夹杂杂的的数数量量少少、、尺尺寸寸小小、、分分布布均均匀匀的的钢钢。

洁洁净净度度（（化化））”的的含含义义：：一一是是最最大大限限度度的的去去除除钢钢中中S、、P、、O、、N、、H（（有有时时包包括括C））等等杂杂质质元元素素的的含含量量；；二二是是严严格格控控制制钢钢中中夹夹杂杂物物的的数数量量、、成成分、尺寸、形态及分布分、尺寸、形态及分布 9/23/202472炼钢基础理论 2）脱气）脱气 传传统统电电炉炉钢钢液液的的脱脱气气是是在在氧氧化化期期的的脱脱碳碳同同时时进进行行的的（或者说只有在脱碳过程，才能进行脱气）或者说只有在脱碳过程，才能进行脱气） 一一定定温温度度下下，，气气体体的的溶溶解解度度与与该该气气体体在在气气相相中中的的分分压压的平方根成正比，即西华特定律：的平方根成正比，即西华特定律：9/23/202473炼钢基础理论 由由西西华华特特定定律律：：温温度度T一一定定时时，，凡凡是是能能减减少少氢氢或或氮氮气气分分压压的的均均有有利利于于钢钢中中气气体体的的去去除除，，而而C-O反反应应生生成成的的CO气气泡泡对对氢氢或或氮氮来来说说相相当当于于真真空空，，因因而而有有利利于于氢氢或或氮氮气气向向CO气气泡泡中中扩扩散散或或转转移移，，而而且且脱脱碳碳速速度度越越快快，，去去气气速速度度就就越越快快。

也也就就是是说说，，凡凡是是有有利利于于脱脱碳碳的的条条件件均有利于去气均有利于去气 另另外外，，炉炉底底吹吹氩氩气气、、钢钢包包吹吹氩氩及及真真空空处处理理等等去去气气效果明显目前，钢的效果明显目前，钢的洁净度洁净度已达到已达到50～～100ppm9/23/202474炼钢基础理论 （（2）非金属夹杂物的去除）非金属夹杂物的去除 钢材中非金属相物质称非金属夹杂物钢材中非金属相物质称非金属夹杂物 1）来源与危害）来源与危害 钢中非金属夹杂物按来源分为钢中非金属夹杂物按来源分为外来与内生外来与内生夹杂：夹杂：n 原材料、设备带入的杂质；原材料、设备带入的杂质；n 混入的炉渣和耐材；混入的炉渣和耐材；n 脱脱氧氧产产物物，，脱脱氧氧后后的的钢钢液液在在出出钢钢、、浇浇注注过过程程的的二二次次氧氧化产物，以及凝固过程中的反应产物化产物，以及凝固过程中的反应产物 危危害害：：钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂的的存存在在破破坏坏金金属属的的连连续续性性，，无无论论其其数数量量、、大大小小、、形形态态及及分分布布如如何何等等均均不不同同程程度度影影响响钢的性能，应最大限度地减小。

钢的性能，应最大限度地减小9/23/202475炼钢基础理论 2）减少夹杂物的措施）减少夹杂物的措施 减减少少夹夹杂杂物物的的措措施施主主要要从从两两个个方方面面，，一一是是堵堵住住外外来来夹夹杂；二是强化去除内在夹杂，后者包括：杂；二是强化去除内在夹杂，后者包括：n 保持炉内良好沸腾，利用保持炉内良好沸腾，利用C-O反应最大限度去除夹杂物；反应最大限度去除夹杂物；n 强化脱氧操作，保证脱氧充分，夹杂物上浮充分；强化脱氧操作，保证脱氧充分，夹杂物上浮充分；n 减少二次氧化；减少二次氧化；n 钢包中镇静充分；钢包中镇静充分；n 采取无氧化浇注，等等采取无氧化浇注，等等9/23/202476炼钢基础理论课后思考题课后思考题8、钢液的物理性质主要有哪些，温度、成分有何影响？、钢液的物理性质主要有哪些，温度、成分有何影响？9、炼钢过程中残锰含义，有什么作用、炼钢过程中残锰含义，有什么作用?10、、脱脱碳碳反反应应的的作作用用及及脱脱碳碳的的有有利利条条件件，，钢钢中中ＣＣ-ＯＯ的的关关系，何谓碳氧积；系，何谓碳氧积；11、、磷磷、、硫硫在在钢钢中中的的危危害害，，写写出出脱脱P、、S反反应应方方程程式式，，分分析脱析脱P、、S的有利条件（影响因素）；的有利条件（影响因素）；12、指出氧在钢中的危害，脱氧方法及其各自特点；、指出氧在钢中的危害，脱氧方法及其各自特点；13、、钢钢中中气气体体（（ＨＨ、、ＮＮ））来来源源及及危危害害，，降降低低钢钢中中气气体体的的途径；减少钢中非金属夹杂物的措施。

途径；减少钢中非金属夹杂物的措施9/23/202477炼钢基础理论。