炼钢基本原理及原材料 课件.ppt

炼钢原理及原材料炼钢原理及原材料一、炼钢的根本任务一、炼钢的根本任务 钢和铁都是以铁元素为根本钢和铁都是以铁元素为根本成分的铁碳合金生铁和钢所以成分的铁碳合金生铁和钢所以在性能上有较大的差异，主要原在性能上有较大的差异，主要原因是由于含碳量的不同因是由于含碳量的不同 生铁含碳高，硬而脆，冷热生铁含碳高，硬而脆，冷热加工性能差；而钢那么具有较好加工性能差；而钢那么具有较好的韧性，强度高，热加工性能和的韧性，强度高，热加工性能和焊接性能比生铁好，才能加工成焊接性能比生铁好，才能加工成各种类型的钢材而使用生铁除各种类型的钢材而使用生铁除含有较高的碳外，还含有一定量含有较高的碳外，还含有一定量的其他杂质的其他杂质 所谓炼钢，就是通过冶炼降低所谓炼钢，就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求参加适量的根据对钢性能的要求参加适量的合金元素，使其成为具有高的强合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢度、韧性或其他特殊性能的钢 炼钢的根本任务可归纳为：炼钢的根本任务可归纳为：〔〔1 1〕脱碳并将其含量调整到一定〕脱碳并将其含量调整到一定范围。

范围[ [最主要任务最主要任务] ]〔〔2 2〕去除杂质，主要包括：〕去除杂质，主要包括：A A〕脱磷、脱硫：对绝大多数钢种〕脱磷、脱硫：对绝大多数钢种来说，来说，P P、、S S均为有害杂质均为有害杂质P P可引可引起钢的冷脆，而起钢的冷脆，而S S那么引起钢的热那么引起钢的热脆，因此，要求在炼钢过程中尽量脆，因此，要求在炼钢过程中尽量除之B B〕脱氧：一般是向钢液中参加比〕脱氧：一般是向钢液中参加比铁有更大亲氧力的元素来完成〔如铁有更大亲氧力的元素来完成〔如AlAl、、SiSi、、MnMn等合金〕等合金〕C C〕去除气体和非金属夹杂物：钢〕去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮中气体主要指溶解在钢中的氢和氮非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它们所形成的磷化物、氮化物以及它们所形成的复杂化合物在一般炼钢方法中，复杂化合物在一般炼钢方法中，主要靠碳主要靠碳- -氧反响时产生氧反响时产生COCO气泡的气泡的逸出，所引起的熔池沸腾来降低钢逸出，所引起的熔池沸腾来降低钢中气体和非金属夹杂物中气体和非金属夹杂物〔〔3 3〕调整钢液成分和温度。

为保证钢的各种物〕调整钢液成分和温度为保证钢的各种物理、化学性能，除控制钢液的碳含量和降低杂理、化学性能，除控制钢液的碳含量和降低杂质含量外，还应参加适量的合金元素使其含量质含量外，还应参加适量的合金元素使其含量到达钢种规格范围到达钢种规格范围归纳为：归纳为：“四脱〞〔碳、氧、磷和硫〕，四脱〞〔碳、氧、磷和硫〕，“二去二去〞〔去气和去夹杂〕，〞〔去气和去夹杂〕，“二调整〞〔成分和温度二调整〞〔成分和温度〕采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作脱氧剂和合金化操作现代炼钢方法：现代炼钢方法：氧气转炉炼钢，氧气转炉炼钢，电弧炉炼钢，电弧炉炼钢，平炉炼钢〔已淘汰〕平炉炼钢〔已淘汰〕二、炼钢原材料二、炼钢原材料Ø金属料：铁水〔或生铁块〕、废钢、铁金属料：铁水〔或生铁块〕、废钢、铁合金、直接复原铁等合金、直接复原铁等Ø辅助原料〔非金属料〕：造渣料、氧化辅助原料〔非金属料〕：造渣料、氧化剂、冷却剂剂、冷却剂氧气转炉氧气转炉：一般以铁水为主要原料，适当加废：一般以铁水为主要原料，适当加废钢做为冷却剂；钢做为冷却剂；电炉：一般采用废钢或直接复原铁做为主要原料；电炉：一般采用废钢或直接复原铁做为主要原料；金属料金属料Ø铁水〔或生铁块〕铁水〔或生铁块〕Ø转炉炼钢的主要原料，占转炉炼钢的主要原料，占7070－－8585％％Ø转炉炼钢对铁水的要求：转炉炼钢对铁水的要求：Ø铁水成分直接影响转炉内的炉内温度、化渣和铁水成分直接影响转炉内的炉内温度、化渣和钢水质量钢水质量ØSiSi、、MnMn、Ｐ、、Ｐ、S SØ铁水温度〔要求铁水温度〔要求>1250 ℃ >1250 ℃ 〕〕Ø废钢废钢Ø转炉冶炼参加一定废钢〔转炉冶炼参加一定废钢〔1515％－％－3030％左右〕％左右〕Ø电炉冶炼的主要原料电炉冶炼的主要原料Ø直接复原铁直接复原铁Ø铁合金－作为脱氧剂和合金剂，调整钢水成分铁合金－作为脱氧剂和合金剂，调整钢水成分脱氧剂用于钢液脱氧；合金剂用于调整钢液成分脱氧剂用于钢液脱氧；合金剂用于调整钢液成分造渣材料造渣材料ü石灰〔石灰〔CaOCaO〕〕ü白云石〔白云石〔MgOMgO〕〕ü萤石〔萤石〔CaF2CaF2〕〕氧化剂氧化剂üO O2 2ü铁矿石铁矿石ü氧化铁皮氧化铁皮冷却剂冷却剂Ø废钢废钢Ø富铁矿富铁矿Ø氧化铁皮氧化铁皮Ø石灰石石灰石辅助材料辅助材料三、炼钢炉渣三、炼钢炉渣 炉渣是炼钢过程的必然产物。

炉渣是炼钢过程的必然产物炉渣的来源：炉渣的来源： 有意参加的造渣材料；金属有意参加的造渣材料；金属炉料中各元素氧化所形成的氧炉料中各元素氧化所形成的氧化物；废钢带入的泥沙和铁锈化物；废钢带入的泥沙和铁锈等；铁矿石、烧结矿等带入的等；铁矿石、烧结矿等带入的脉石；被侵蚀的炉衬耐火材料脉石；被侵蚀的炉衬耐火材料以及参加的各种造渣材料以及参加的各种造渣材料( (石灰石灰或石灰石、铁矾土、萤石、废或石灰石、铁矾土、萤石、废火砖块等火砖块等) ) 　　 炼炼好好钢钢首首先先要要炼炼好好渣渣，，所所有有炼炼钢钢任任务务的的完完成成几几乎乎都都与与熔熔渣渣有有关关熔熔渣渣的的结结构构决决定定着着熔熔渣渣的的物物理理化化学学性性质质，，而而熔熔渣渣的的物物理理化化学学性性质质又又影影响响着着炼炼钢钢的的化化学学反反响响平平衡衡及及反反响响速速率率因因此此，，在在炼炼钢钢过过程程中中必必须须控控制制和调整好炉内熔渣的物理化学性质和调整好炉内熔渣的物理化学性质 炉渣组成：炉渣组成：主要成分：主要成分：CaOCaO、、 SiO2 SiO2、、Fe2O3Fe2O3、、FeOFeO、、P2O5P2O5、、CaS CaS 等以及一些复杂化合物。

等以及一些复杂化合物炉渣作用：炉渣作用：一般说来，熔炼过程中炉渣和钢液直接接一般说来，熔炼过程中炉渣和钢液直接接触，参与共间的物理化学反响和传热过程触，参与共间的物理化学反响和传热过程通过对炉渣成分及其性能、数量的调整，通过对炉渣成分及其性能、数量的调整，可以控制金属中各元素的氧化和复原过程，可以控制金属中各元素的氧化和复原过程，例如硅、锰、磷的氧化和复原，脱硫和脱例如硅、锰、磷的氧化和复原，脱硫和脱氧等炉渣还能吸收钢液中的非金属夹杂物，并炉渣还能吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸收气体防止钢液吸收气体 ( (氢和氮氢和氮) )此外，电弧炉炉渣可以起到稳定电弧的作此外，电弧炉炉渣可以起到稳定电弧的作用；电渣炉炉渣作为电阻发热体，可起重用；电渣炉炉渣作为电阻发热体，可起重熔和精炼金属的作用；浇注过程采用液体熔和精炼金属的作用；浇注过程采用液体渣或固体渣保护，可改善钢锭质量渣或固体渣保护，可改善钢锭质量炼钢炉渣的主要性质炼钢炉渣的主要性质 炉渣的碱度炉渣的碱度 炉渣中碱性氧化物浓度总和与酸炉渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称之为炉渣碱性氧化物浓度总和之比称之为炉渣碱度，常用符号度，常用符号R R表示。

熔渣碱度的大小表示熔渣碱度的大小直接对渣钢间的物理化学反响如脱磷、直接对渣钢间的物理化学反响如脱磷、脱硫、去气等产生影响脱硫、去气等产生影响 炉料中炉料中w w[P][P]<0.30%<0.30%时时 0.30%≤w0.30%≤w[P][P]＜＜0.60%0.60%时时 炉渣的氧化性炉渣的氧化性 Ø炉渣的氧化性炉渣的氧化性是指炉渣向金属熔池传氧的是指炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁含量来表示能力，一般以渣中氧化铁含量来表示 炉炉渣渣的的氧氧化化性性通通常常是是用用∑(%FeO) ∑(%FeO) 表表示示，， 包包括括〔〔FeOFeO〕〕本本身身和和Fe2O3Fe2O3折折合合成成〔〔FeOFeO〕〕两两局局部将Fe2O3Fe2O3折合成折合成FeOFeO有两种方法：有两种方法： 全氧折合法：全氧折合法： 全铁折合法：全铁折合法： Ø通常按全铁法将通常按全铁法将Fe2O3Fe2O3折算成折算成FeOFeO，原因是取出，原因是取出的渣样在冷却的过程中，渣样外表的低价铁有的渣样在冷却的过程中，渣样外表的低价铁有一局部被空气氧化成高价铁，即一局部被空气氧化成高价铁，即FeOFeO氧化成氧化成Fe3O4Fe3O4，用全铁法折算准确。

用全铁法折算准确 Ø物理性质指熔渣的粘度、熔点；物理性质指熔渣的粘度、熔点；三、炼钢过程的根本反响三、炼钢过程的根本反响Ø炼钢过程是氧化精炼的过程；炼钢过程是氧化精炼的过程；Ø通过向熔池中吹入氧，来去除通过向熔池中吹入氧，来去除C C；；Ø并参加造渣材料吸收杂质并参加造渣材料吸收杂质; ;熔池中氧的来源：熔池中氧的来源：ü吹入纯氧；〔吹入纯氧；〔>98%>98%〕〔直接供氧〕〕〔直接供氧〕ü参加富铁矿〔参加富铁矿〔Fe2O3Fe2O3〕〔间接供氧〕〕〔间接供氧〕ü炉气炉气氧的去向氧的去向：：ü[O]ü氧化反响，生成：氧化反响，生成：CO，，SiO2，，CO2，，P2O5ü生成生成FeO，进入炉渣，进入炉渣氧化方式氧化方式：：Ø直接氧化〔钢中的元素与氧分子直接接触被氧化〕直接氧化〔钢中的元素与氧分子直接接触被氧化〕Ø间接氧化〔钢液中的元素与氧原子直接接触或间接氧化〔钢液中的元素与氧原子直接接触或FeOFeO接触被氧化〕接触被氧化〕直接氧化直接氧化气体分子分解并吸附在铁液上气体分子分解并吸附在铁液上 O2＝＝2[O]吸附吸附 [O]吸附＝吸附＝[O] 溶解到铁液中溶解到铁液中 [O]吸附＋吸附＋[Me]=MeO 与金属反响与金属反响条件条件：：[O]能与金属接触，高度分散在熔池中能与金属接触，高度分散在熔池中直接向金属液吹入氧气，氧气与金属液直接接触直接向金属液吹入氧气，氧气与金属液直接接触O2＋＋2[Me]＝＝2MeO间接氧化间接氧化 O2＋Fe＝〔FeO〕－－在氧流区，Fe多在熔池中， 〔FeO〕＝Fe＋[O] [O]+[Fe]=[FeO] 2[O]+[Si]=(SiO2) 5[O]+2[P]=(P2O5) [O]+[C]=CO(FeO) 元素的氧化顺序元素的氧化顺序 〔〔1 1〕〕 纯氧化物的分解压。

熔纯氧化物的分解压熔池中元素被大量氧化的先后次序，池中元素被大量氧化的先后次序，取决于它们与氧的亲和力的大小取决于它们与氧的亲和力的大小一般用该元素氧化物的分解压来一般用该元素氧化物的分解压来表示该元素与氧的亲和力的强弱表示该元素与氧的亲和力的强弱纯氧化物的分解反响可用下式表纯氧化物的分解反响可用下式表示：示：2MeO=2Me+O22MeO=2Me+O2在一定温度下，分解反响到达平在一定温度下，分解反响到达平衡时，其平衡常数等于气相中氧衡时，其平衡常数等于气相中氧的分压，即：的分压，即：K=PO2K=PO2，此，此PO2PO2称为称为该氧化物的分解压该氧化物的分解压通过实验测得不同温度下的分解压，即可绘出通过实验测得不同温度下的分解压，即可绘出PO2-t℃PO2-t℃的关系曲线图〔见下页〕图中曲线的位置愈低，说的关系曲线图〔见下页〕图中曲线的位置愈低，说明该氧化物的分解压愈小，该氧化物愈稳定，即该元明该氧化物的分解压愈小，该氧化物愈稳定，即该元素易被氧化由图还可以看出：素易被氧化由图还可以看出：1 1〕在某一温度下，几种元素同时和氧相遇时，位置低〕在某一温度下，几种元素同时和氧相遇时，位置低的元素先氧化。

如的元素先氧化如1500℃1500℃时，氧化顺序为时，氧化顺序为AlAl、、SiSi、、C C、、V V、、MnMn2 2〕位置低的元素可将位置高的氧化物复原炼钢过程〕位置低的元素可将位置高的氧化物复原炼钢过程中脱氧就是利用中脱氧就是利用AlAl、、SiSi等元素将等元素将FeOFeO复原纯氧化物分解压与温度关系纯氧化物分解压与温度关系 四、元素的氧化和复原四、元素的氧化和复原 1 1、铁的氧化、铁的氧化 由于铁元素在铁水中相对由于铁元素在铁水中相对浓度最大，根据化学反响的质浓度最大，根据化学反响的质量作用定律，铁的氧化反响是量作用定律，铁的氧化反响是最多最快的，炼钢初期首先一最多最快的，炼钢初期首先一局部被氧化为氧化亚铁，反响局部被氧化为氧化亚铁，反响如下：如下： ｛｛O2O2｝＋｝＋ 2[ Fe ] 2[ Fe ]＝＝ 2 2〔〔FeOFeO〕〕 或或[ O ][ O ]＋＋[ Fe ][ Fe ]＝＝〔〔 FeO FeO〕〕 炼钢过程中杂质元素的氧化，炼钢过程中杂质元素的氧化，一般讲主要是通过〔一般讲主要是通过〔FeOFeO〕进〕进行的间接氧化反响。

行的间接氧化反响 Si的氧化的氧化 硅是钢中的有益元素，它能增加钢的强度、弹性、耐硅是钢中的有益元素，它能增加钢的强度、弹性、耐热性和耐酸性在炼钢金属料热性和耐酸性在炼钢金属料————铁水和废钢中，均含有铁水和废钢中，均含有一定数量的硅在炼钢温度下硅可氧化成为一定数量的硅在炼钢温度下硅可氧化成为SiO2SiO2 在任何一种炼钢操作中，硅的氧化反响都进行得很剧在任何一种炼钢操作中，硅的氧化反响都进行得很剧烈这是因为在冶炼初期，烈这是因为在冶炼初期，SiO2SiO2的分解压力比碳、锰和磷的分解压力比碳、锰和磷的氧化物的分解压都低所以它极易被氧化，氧化时放出的氧化物的分解压都低所以它极易被氧化，氧化时放出大量的热量在转炉中几分钟内硅即氧化完毕大量的热量在转炉中几分钟内硅即氧化完毕 金属炉料未被炉渣覆盖，或氧气直接吹入金属熔池时，金属炉料未被炉渣覆盖，或氧气直接吹入金属熔池时，炉料中的硅可按以下反响被气态氧直接氧化炉料中的硅可按以下反响被气态氧直接氧化 2[O]+[Si] 2[O]+[Si]＝＝(SiO2)(SiO2)当炉渣形成后或金属液滴和气泡与渣接触时，硅的氧化当炉渣形成后或金属液滴和气泡与渣接触时，硅的氧化主要在炉渣与金属界面上进行：主要在炉渣与金属界面上进行： [ Si ]+2(FeO)＝＝(SiO2)+2[ Fe ] 由由于于硅硅的的氧氧化化是是强强烈烈的的放放热热反反响响，，所所以以熔熔炼炼初初期期，，炉温不高时反响进行得很快。

炉温不高时反响进行得很快 硅硅氧氧化化时时产产生生的的酸酸性性氧氧化化物物〔〔SiO2SiO2〕〕起起初初与与〔〔FeOFeO〕〕结合成硅酸铁，即结合成硅酸铁，即 〔〔 SiO2 SiO2 〕〕＋＋ 2 2〔〔FeOFeO〕〕＝＝〔〔 2FeO· 2FeO· SiO2 SiO2 〕〕 在在碱碱性性炼炼钢钢操操作作中中，，随随着着石石灰灰的的逐逐渐渐熔熔化化，，〔〔 FeOFeO〕〕被被更更强强的的碱碱性性氧氧化化物物〔〔 CaOCaO〕〕从从硅硅酸酸铁铁中中置置换换出出来来，，形成正硅酸钙：形成正硅酸钙： (2FeO·SiO2)+2(CaO)(2FeO·SiO2)+2(CaO)＝＝(2CaO·SiO2)+2(FeO)(2CaO·SiO2)+2(FeO) 正正硅硅酸酸钙钙很很稳稳定定，，故故在在碱碱性性渣渣中中，，冶冶炼炼前前期期硅硅几几乎乎全部被氧化，而不会再被复原全部被氧化，而不会再被复原    锰的氧化与复原锰的氧化与复原 锰在钢中以锰在钢中以MnOMnO、、MnSMnS等形式存等形式存在。

锰在钢中也是一种有益的元素，在锰在钢中也是一种有益的元素，它可以防止钢的热脆，提高钢的强它可以防止钢的热脆，提高钢的强度、硬度、可锻性等机械性能另度、硬度、可锻性等机械性能另外锰在炼钢中还起着脱氧剂和脱硫外锰在炼钢中还起着脱氧剂和脱硫剂的作用锰在铁液中有无限的溶剂的作用锰在铁液中有无限的溶解度，无论在碱性操作过程或酸性解度，无论在碱性操作过程或酸性操作过程中都容易被氧化，其氧化操作过程中都容易被氧化，其氧化产物为〔产物为〔MnOMnO〕 锰的氧化反响有三种情况：锰的氧化反响有三种情况：I I 〔〔1 1〕锰与气相中的氧直接作用〕锰与气相中的氧直接作用 [Mn]+ 1/2 [Mn]+ 1/2｛｛O2O2｝｝＝＝(MnO) (MnO)  〔〔2 2〕锰与溶于金属中的氧作用〕锰与溶于金属中的氧作用 [Mn]+ [O2] [Mn]+ [O2] ＝＝(MnO) (MnO) 〔〔3 3〕锰与炉渣中氧化亚铁作用〕锰与炉渣中氧化亚铁作用 [Mn]+(FeO) [Mn]+(FeO)＝＝(MnO)+ [Fe](MnO)+ [Fe] 第第三三个个反反响响在在炉炉渣渣————金金属属界界面面上上进进行行，，是是锰锰氧氧化化的主要反响。

的主要反响 锰的氧化复原与硅的氧化复原相比有以下根本特点：锰的氧化复原与硅的氧化复原相比有以下根本特点： 〔〔1 1〕〕在在冶冶炼炼初初期期锰锰和和硅硅一一样样被被迅迅速速大大量量氧氧化化，，但但锰锰的的氧氧化化程程度度要要低低些些，，这这是是由由于于硅硅与与氧氧的的结结合合能能力力大大于于锰锰与氧的结合能力；与氧的结合能力； 〔〔2 2〕〕MnOMnO为为弱弱碱碱性性氧氧化化物物，，在在碱碱性性渣渣中中〔〔 MnOMnO〕〕大大局局部部呈呈自自由由状状态态存存在在因因此此，，在在一一定定件件下下可可以以被被复复原原由由于于锰锰的的氧氧化化反反响响是是放放热热反反响响，，故故温温度度升升高高有有利利于于锰锰的的复复原原所所以以在在生生产产实实践践中中冶冶炼炼后后期期熔熔池池中中会会出出现现回回锰锰现现象象，，是由于钢中有一定数量的残锰是由于钢中有一定数量的残锰 碳的氧化碳的氧化 碳在钢中主要以碳在钢中主要以FeFe3 3C C、、MnMn3 3C C等化合态形式存在在生等化合态形式存在在生铁中碳可以形成化合态，也可以形成游离的石墨态。

铁中碳可以形成化合态，也可以形成游离的石墨态 碳的含量对钢铁性能的影响很大，它是区别钢和铁碳的含量对钢铁性能的影响很大，它是区别钢和铁的主要标志钢中含碳量低时，韧性、塑性较好；含碳的主要标志钢中含碳量低时，韧性、塑性较好；含碳量高时，韧性降低、硬度增大碳在钢中存在的状态对量高时，韧性降低、硬度增大碳在钢中存在的状态对钢的结构和性能的影响也很大钢的结构和性能的影响也很大 把钢在不同温度下加热，并以不同的速度冷却，可把钢在不同温度下加热，并以不同的速度冷却，可以改变钢中碳的状态和合金的晶体结构，从而可以改变以改变钢中碳的状态和合金的晶体结构，从而可以改变钢的性能钢的热处理就是以此为理论依据的钢的性能钢的热处理就是以此为理论依据的 碳碳的的氧氧化化反反响响又又称称脱脱碳碳反反响响或或碳碳氧氧反反响响，，它它是是炼炼钢钢过程中最根本的一个反响，贯穿炼钢过程的始终过程中最根本的一个反响，贯穿炼钢过程的始终 1 1、氧气流股与金属液间的、氧气流股与金属液间的C C－－O O反响反响2[C]+O2=2CO+Q发生在转炉炼钢的氧流冲击区、电炉的氧管插发生在转炉炼钢的氧流冲击区、电炉的氧管插入钢液吹氧脱碳区入钢液吹氧脱碳区2 2、金属熔池内部、金属熔池内部C C－－O O反响反响[C]+[O]=CO碳的这种氧化反响在炼钢过程中有着极为重要的作用：碳的这种氧化反响在炼钢过程中有着极为重要的作用：〔〔1 1〕使铁水中的含碳量降低到所炼钢种的规格范围内；〕使铁水中的含碳量降低到所炼钢种的规格范围内；〔〔2 2〕脱碳反响的产物〕脱碳反响的产物——CO——CO气体从熔池中排出时产生气体从熔池中排出时产生沸腾现象，使熔池受到剧烈地搅动，从而增大了反沸腾现象，使熔池受到剧烈地搅动，从而增大了反响接触界面，加速了传质和传热过程，有利于冶金响接触界面，加速了传质和传热过程，有利于冶金物化反响的进行。

同时均匀了熔池的成分和温度；物化反响的进行同时均匀了熔池的成分和温度；〔〔3 3〕上浮的〕上浮的COCO气体有利千去除钢中气体和夹杂物，从气体有利千去除钢中气体和夹杂物，从而提高钢的质量而提高钢的质量 为了加速碳的氧化，保持熔池内良好的沸腾状态，为了加速碳的氧化，保持熔池内良好的沸腾状态，就必须提高炉温，并改善炉渣的流动性以及向炉内就必须提高炉温，并改善炉渣的流动性以及向炉内参加氧化剂〔铁矿石、氧气等〕参加氧化剂〔铁矿石、氧气等〕五、脱磷和脱硫五、脱磷和脱硫 1 1、脱磷、脱磷 对绝大多数钢种来说，磷是对绝大多数钢种来说，磷是有害元素随着磷含量的增加，有害元素随着磷含量的增加，将降低钢的塑性、韧性，即出现将降低钢的塑性、韧性，即出现钢的脆性现象由于在低温时更钢的脆性现象由于在低温时更为严重，所以通常称为为严重，所以通常称为““冷脆性冷脆性〞一般随钢中碳、氮、氧含量〞一般随钢中碳、氮、氧含量的增加，磷的这种有害作用增强的增加，磷的这种有害作用增强另外，磷在钢锭中的偏析度很大，另外，磷在钢锭中的偏析度很大，更突出了其有害作用因此，绝更突出了其有害作用。

因此，绝大多数钢种含磷量的要求是越低大多数钢种含磷量的要求是越低越好〔一般要求把磷去除到越好〔一般要求把磷去除到0 0．．045045％以下〕只有在个别钢种〔％以下〕只有在个别钢种〔如炮弹钢、易切削钢等〕中磷才如炮弹钢、易切削钢等〕中磷才作为合金元素使用作为合金元素使用  在高炉冶炼中，由于炉内的复原性气氛，矿石中的在高炉冶炼中，由于炉内的复原性气氛，矿石中的磷几乎全部进入铁水，因而从金属中脱除磷，乃是炼钢磷几乎全部进入铁水，因而从金属中脱除磷，乃是炼钢过程的重要任务，造渣的目的之一就是为了脱磷过程的重要任务，造渣的目的之一就是为了脱磷 炼钢的脱磷反响是在金属和炉渣的界面上进行的，炼钢的脱磷反响是在金属和炉渣的界面上进行的，其反响式为：其反响式为： 2 [P] + 5(FeO) 2 [P] + 5(FeO) ＝＝ (P2O5) + 5 [Fe] (P2O5) + 5 [Fe] 3(FeO) + (P2O5) 3(FeO) + (P2O5) ＝＝ (3FeO·P2O5) (3FeO·P2O5) 在炼钢过程中，由于上述化学反响是一个放热反响，在炼钢过程中，由于上述化学反响是一个放热反响，炼钢初期，炉温不高时对脱磷反响是有利的。

炼钢初期，炉温不高时对脱磷反响是有利的 由于生成的磷酸铁〔由于生成的磷酸铁〔 3FeO·P2O5 3FeO·P2O5〕在高温下是不稳定〕在高温下是不稳定的化合物，当炉温升高时，它可以重新分解，使磷又进的化合物，当炉温升高时，它可以重新分解，使磷又进入金属为了使磷酸铁不发生分解反响，需向炉内参加入金属为了使磷酸铁不发生分解反响，需向炉内参加石灰，使磷酸铁转比为稳定的磷酸钙，其反响为：石灰，使磷酸铁转比为稳定的磷酸钙，其反响为： (3FeO·P2O5) + 4(CaO) (3FeO·P2O5) + 4(CaO) ＝＝ (4CaO·P2O5)+3(FeO)(4CaO·P2O5)+3(FeO)综上所述，碱性炼钢炉内脱磷的总反响为：综上所述，碱性炼钢炉内脱磷的总反响为： 2[P]+5(FeO)+4(CaO) 2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝＝(4CaO·P2O5)+5[Fe](4CaO·P2O5)+5[Fe]【放热反【放热反响】响】 由以上反响式可见，有利脱磷的根本条件是：由以上反响式可见，有利脱磷的根本条件是： 〔〔1 1〕提高炉渣碱度，即提高〔〕提高炉渣碱度，即提高〔 CaO CaO〕的含量；〕的含量； 〔〔2 2〕提高炉渣氧化性，即提高〔〕提高炉渣氧化性，即提高〔 FeO FeO〕的含量；〕的含量； 〔〔3 3〕〕脱脱磷磷反反响响是是放放热热反反响响，，所所以以较较低低的的溶溶池池温温度度有有利于脱磷；利于脱磷； 〔〔4 4〕〕加加大大渣渣量量，，即即降降低低〔〔P2O5P2O5〕〕含含量量，，也也有有利利于于脱脱磷。

磷 但但在在实实际际生生产产中中．．还还需需对对以以上上的的脱脱磷磷条条件件作作具具体体的的分分析析高高碱碱度度、、高高氧氧化化性性炉炉渣渣有有利利于于脱脱磷磷但但〔〔CaOCaO〕〕和和〔〔FeOFeO〕〕并并非非可可以以任任意意提提高高，，二二者者之之间间应应有有一一定定比比值值，，才才能能取取得得良良好好的的效效果果〔〔FeOFeO〕〕能能与与〔〔P2O5P2O5〕〕生生成成磷磷酸酸铁铁，，而而且且能能促促进进石石灰灰的的熔熔化化当当〔〔 CaOCaO〕〕含含量量一一定定时时，，增增加加〔〔FeOFeO〕〕对对脱脱磷磷有有利利，，但但 〔〔FeOFeO〕〕过过高高时时将将稀稀释释〔〔CaOCaO〕〕的的脱脱磷磷作作用用；；〔〔CaOCaO〕〕能能与与〔〔P2O5P2O5〕〕给给合合生生成成稳稳定定的的化化合合物物，，是是脱脱磷磷的的充充分分条条件件但但〔〔CaOCaO〕〕过过高高将将使使炉炉渣渣变变粘粘影影响脱磷的动力学条件而不利于脱磷响脱磷的动力学条件而不利于脱磷  低温虽然对脱磷有利，但温度过低，那么石灰低温虽然对脱磷有利，但温度过低，那么石灰不易熔化，碱性渣不易形成，炉渣粘度高，炉渣中不易熔化，碱性渣不易形成，炉渣粘度高，炉渣中各组分的扩散困难，反而对脱磷不利。

各组分的扩散困难，反而对脱磷不利 渣量增加，由金属转入炉渣的总磷量也增加，渣量增加，由金属转入炉渣的总磷量也增加，从而降低了钢中的磷含量但过分增大渣量，由于从而降低了钢中的磷含量但过分增大渣量，由于渣层增厚会引起一系列的问题，如熔池不易沸腾、渣层增厚会引起一系列的问题，如熔池不易沸腾、温度不均匀、炉渣流动性不好和容易引起喷溅等温度不均匀、炉渣流动性不好和容易引起喷溅等因此，在实际生产中常采用屡次倒渣造新渣的措施因此，在实际生产中常采用屡次倒渣造新渣的措施来提高脱磷的效率来提高脱磷的效率钢液钢液回回P P现象：在冶炼或出钢过程中，如果炉内现象：在冶炼或出钢过程中，如果炉内热力学条件或动力学条件发生变化，而导致炉温热力学条件或动力学条件发生变化，而导致炉温太高，碱度，太高，碱度，FeOFeO过低，会导致已脱除到渣中的过低，会导致已脱除到渣中的P P重新返回到钢液中，这个过程成为回重新返回到钢液中，这个过程成为回P P1 1、炉温过高；、炉温过高；2 2、冶炼结束向炉内或钢包中参加铁合金等脱氧，使渣、冶炼结束向炉内或钢包中参加铁合金等脱氧，使渣中中FeOFeO降低，脱氧产物使碱度降低；降低，脱氧产物使碱度降低；3 3、铁合金本身带入一定量的、铁合金本身带入一定量的P P；；防止回防止回P P措施：措施：转炉：防止下渣，即防止炉渣进入钢包，采用的方法是：转炉：防止下渣，即防止炉渣进入钢包，采用的方法是： 出渣前加石灰稠化渣，并挡渣出钢；出渣前加石灰稠化渣，并挡渣出钢； 出钢时向钢包中投入石灰，保持碱度出钢时向钢包中投入石灰，保持碱度回回 磷磷 现现 象象 2 2、脱硫、脱硫 和磷相似，硫对大多数钢和磷相似，硫对大多数钢种而言是有害元素。

一般认为，种而言是有害元素一般认为，硫在钢中主要以硫在钢中主要以FeSFeS形式存在形式存在 FeS FeS能无限地溶于液体铁中，能无限地溶于液体铁中，但几乎不能溶于固态铁中〔仅为但几乎不能溶于固态铁中〔仅为～％〕当钢液凝固时，～％〕当钢液凝固时，FeSFeS即与即与铁形成低熔点〔铁形成低熔点〔985℃985℃〕的共晶体〕的共晶体析出于铁的晶粒周界上，形成连析出于铁的晶粒周界上，形成连续的或不连续的网状组织，从而续的或不连续的网状组织，从而破坏了金属基体的完整性，减弱破坏了金属基体的完整性，减弱了晶粒间的结合力当钢在轧制、了晶粒间的结合力当钢在轧制、锻造等热加工时〔锻造等热加工时〔900900～～1200℃1200℃〕，〕，此种晶体周界即被熔化而破裂，此种晶体周界即被熔化而破裂，造成钢的热脆造成钢的热脆  当当钢钢液液中中含含氧氧量量高高时时，，在在钢钢液液凝凝固固过过程程中中，，以以氧氧化化铁铁形形式式析析出出的的氧氧还还会会与与FeSFeS形形成成熔熔点点仅仅940℃940℃的的 FeSFeS一一FeOFeO共共晶晶体体，，使使热热脆脆现现象象加加剧剧。

此此外外，，硫硫还还使使钢钢的的焊焊接接性性能能和和抗抗腐腐性性能能降降低低，，硫硫化化物物夹夹杂杂等等能能使使钢钢的的塑塑性性和和冲冲击击韧韧性性降降低低，，而而且且硫硫是是钢钢中中偏偏析析度度最最大大的的元元素素为为此此，，除除个个别别钢钢种种〔〔如如易易切切削削钢钢〕〕外外，，一一般般钢钢种种要要求求含含硫硫量量在在％％以以下下对对某某些些特特殊殊要要求求的的钢钢，，其其含含硫硫量量甚甚至至要要求求在在％％以下  炼钢使用的金属料和造渣料〔主要是铁水和石炼钢使用的金属料和造渣料〔主要是铁水和石灰〕带入金属熔池中的硫量往往高于成品钢的要求，灰〕带入金属熔池中的硫量往往高于成品钢的要求，因此脱硫也是炼钢的重要任务之一，这也是冶炼过因此脱硫也是炼钢的重要任务之一，这也是冶炼过程中造碱性渣的另一主要目的程中造碱性渣的另一主要目的 硫是活泼的非金属元素之一，在炼钢温度下能硫是活泼的非金属元素之一，在炼钢温度下能够与很多金属和非金属元素给合成气、液相的化合够与很多金属和非金属元素给合成气、液相的化合物，为开展各种脱硫方法创造了有利条件各种脱物，为开展各种脱硫方法创造了有利条件。

各种脱硫方法的实质都是将溶解在金属液中的硫转变为金硫方法的实质都是将溶解在金属液中的硫转变为金属液中不溶解的相，进入熔渣或经熔渣再从气相逸属液中不溶解的相，进入熔渣或经熔渣再从气相逸出，在炼钢过程中主要是通过炉渣来脱硫，气化去出，在炼钢过程中主要是通过炉渣来脱硫，气化去硫所占比例较小硫所占比例较小 炉炉渣渣去去硫硫就就是是通通过过渣渣中中的的碱碱性性氧氧化化物物 CaOCaO、、MnOMnO、、MgOMgO〔〔主主要要是是CaOCaO〕〕把把来来自自金金属属的的硫硫结结合合成成稳稳定定的的硫硫化化物物CaSCaS、、MnSMnS、、MgSMgS等等，，由由于于这这些些硫硫化化物物在在金金属属液液中中溶溶解解度度很很小小，，因因此此保保证证了了硫硫不不断断由由金金属属液液转转入入炉炉渣渣，，其其反反响响步步骤骤如下：如下： 硫由金属液向炉渣扩散硫由金属液向炉渣扩散 [FeS] [FeS] ＝＝ (FeS ) (FeS ) 在炉渣中硫转变为稳定的化合物在炉渣中硫转变为稳定的化合物 〔〔 FeSFeS〕〕＋＋〔〔 CaOCaO〕〕＝＝〔〔 CaSCaS〕〕＋＋〔〔 FeOFeO〕〕 所以总的脱硫反响式为所以总的脱硫反响式为: : [FeS] [FeS] ＋＋〔〔 CaOCaO〕〕 ＝＝〔〔 CaSCaS〕〕＋＋〔〔 FeOFeO〕〕【【吸吸热热反反响】响】 从脱硫反响式可见，炉渣碱度、〔从脱硫反响式可见，炉渣碱度、〔 FeO FeO〕、温度和渣量〕、温度和渣量等因素都对去硫有直接的影响。

为了提高炉渣脱硫的效等因素都对去硫有直接的影响为了提高炉渣脱硫的效率，应利用如下几个脱硫的有利条件：率，应利用如下几个脱硫的有利条件：〔〔1 1〕高碱度〕高碱度 由脱硫反响式可知，提高炉渣碱度，即增加渣〔由脱硫反响式可知，提高炉渣碱度，即增加渣〔CaOCaO〕含量有利于脱硫反响的进行，但脱硫是在金属液〕含量有利于脱硫反响的进行，但脱硫是在金属液————炉渣界面进行反响，在炼钢温度下，假设炉渣碱度炉渣界面进行反响，在炼钢温度下，假设炉渣碱度过高，炉渣粘度增大，从而增加了反响物〔过高，炉渣粘度增大，从而增加了反响物〔FeSFeS〕通过金〕通过金属液属液————炉渣界面的阻力和降低了脱硫产物〔炉渣界面的阻力和降低了脱硫产物〔CaSCaS〕离开〕离开反响区的扩散速度因此，在提高碱度的同时，必须保反响区的扩散速度因此，在提高碱度的同时，必须保证炉渣具有良好的流动性证炉渣具有良好的流动性 〔〔2 2〕高温〕高温 由于脱硫反响是吸热反响，所以高温有利于脱硫，由于脱硫反响是吸热反响，所以高温有利于脱硫，同时高温可以促进石灰的熔化和改善炉渣的流动性，在同时高温可以促进石灰的熔化和改善炉渣的流动性，在转炉、平炉中，高温还能强化熔池沸腾，有利于扩散过转炉、平炉中，高温还能强化熔池沸腾，有利于扩散过程，从而使脱硫速度加快。

程，从而使脱硫速度加快 〔〔3 3〕低〔〕低〔FeOFeO〕〕 根根据据化化学学中中的的质质量量作作用用定定律律，，减减少少生生成成物物的的浓浓度度，，即即降降低低渣渣中中〔〔FeOFeO〕〕的的含含量量，，有有利利于于脱脱硫硫反反响响的的进进行行如如在在电电炉炉炼炼钢钢的的复复原原期期，，炉炉渣渣的的脱脱硫硫能能力力随随着着渣渣中中〔〔FeOFeO〕〕含含量量的的降降低低而而显显著著增增大大但但在在氧氧化化性性的的转转炉炉炼炼钢钢中中，，炉炉渣渣中中有有适适量量的的〔〔FeOFeO〕〕，，反反而而有有利利于于去去硫硫这这主主要要是是由由干干渣渣中中有有足足够够的的〔〔FeOFeO〕〕有有助助于于加加速速石石灰灰的的熔熔解解，，促促进进炉炉渣渣碱碱度度的的提提高高和和使使炉炉渣渣流流动动性性变变好好，，改改善善了了脱脱硫硫的动力学条件的动力学条件 〔〔4 4〕大渣量〕大渣量 增增大大渣渣量量或或采采用用屡屡次次倒倒渣渣造造新新渣渣的的措措施施可可以以稀稀释释生生成成物物〔〔CaSCaS〕〕的的浓浓度度，，有有利利于于脱脱硫硫反反响响的的进进行行。

但但这这样作会增加炼钢时间，消耗热量以及降低金属收得率等样作会增加炼钢时间，消耗热量以及降低金属收得率等六、脱氧和合金化六、脱氧和合金化 〔一〕脱氧的目的〔一〕脱氧的目的 如如前前所所述述，，炼炼钢钢主主要要是是一一个个氧氧化化反反响响过过程程，，将将生生铁铁炼炼成成钢钢，，就就是是靠靠氧氧化化剂剂把把其其中中的的杂杂质质含含量量降降低低到到要要求求的的范范围围内内所所以以不不管管是是氧氧气气顶顶吹吹转转炉炉，，还还是是其其它它炼炼钢钢方方法法，，在在冶冶炼炼终终了了时时钢钢液液中中都都免免不不了了熔熔入入了了过过多多的的氧氧如如果果不不把把这这些些氧氧脱脱除除到到一一定定程程度度，，将将会会严严重重影影响响钢钢锭锭、、铸铸件件和和钢材的质量：钢材的质量： 1.1.破坏钢锭的合理结构：如果浇注未经脱氧的钢液，破坏钢锭的合理结构：如果浇注未经脱氧的钢液，随着温度的不断降低，由于碳和氧反响生成随着温度的不断降低，由于碳和氧反响生成COCO气泡严气泡严重时使得浇注澡作无法进行，轻者也会使局部重时使得浇注澡作无法进行，轻者也会使局部COCO气泡气泡残留于钢中，成为不规那么的气泡造成钢锭报废。

残留于钢中，成为不规那么的气泡造成钢锭报废2 2．降低钢的机械性能：由于氧在液体钢中溶解度校大，．降低钢的机械性能：由于氧在液体钢中溶解度校大，而在固体钢中的溶解度很小氧以氧化物夹杂的形式而在固体钢中的溶解度很小氧以氧化物夹杂的形式存在于钢中，使钢的塑性、冲击韧性和其他机械性能存在于钢中，使钢的塑性、冲击韧性和其他机械性能降低3 3．加剧钢的热脆倾向：如前所述，残留于钢中的．加剧钢的热脆倾向：如前所述，残留于钢中的FeOFeO能同能同FeSFeS形成低熔点的共晶体，从而增加了硫的形成低熔点的共晶体，从而增加了硫的““热脆热脆〞危害 由由于于钢钢中中溶溶解解过过多多的的氧氧有有这这些些害害处处，，所所以以，，所所有有的的钢钢种种在在冶冶炼炼终终了了时时必必须须进进行行一一定定程程度度的的脱脱氧氧，，并并在在脱脱氧氧的的同同时时，，使使钢钢中中硅硅、、锰锰及及其其他他合合金金元元素素的的含含量量到到达达成成品钢规格的要求完成合金化任务品钢规格的要求完成合金化任务 〔二〕脱氧方法〔二〕脱氧方法 钢钢的的脱脱氧氧操操作作可可以以在在钢钢包包与与钢钢锭锭模模中中进进行行，，也也可可以以在在炼炼钢钢炉炉内内进进行行。

转转炉炉主主要要是是在在钢钢包包中中进进行行，，而而电电炉炉那那么在炉内进行么在炉内进行  现代炼钢生产中所采用的脱氧方法，根据脱氧剂参加现代炼钢生产中所采用的脱氧方法，根据脱氧剂参加方法和脱氧机理的不同，主要分为三类：沉淀脱氧、扩方法和脱氧机理的不同，主要分为三类：沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧散脱氧和真空脱氧1 1．沉淀脱氧．沉淀脱氧 沉淀脱氧是炼钢中常用的一种脱氧方法转炉炼钢沉淀脱氧是炼钢中常用的一种脱氧方法转炉炼钢多采用这种方法沉淀脱氧就是直接向钢液中参加与氧多采用这种方法沉淀脱氧就是直接向钢液中参加与氧亲和力比铁与氧亲和力大的元素〔脱氧剂〕，使它夺取亲和力比铁与氧亲和力大的元素〔脱氧剂〕，使它夺取溶解于钢中的的氧，生成不溶于钢液的氧比物，上浮进溶解于钢中的的氧，生成不溶于钢液的氧比物，上浮进入炉渣，从而降低钢中的氧含量由于参加的脱氧元素入炉渣，从而降低钢中的氧含量由于参加的脱氧元素是在钢液中直接与氧反响，所以又叫直接脱氧是在钢液中直接与氧反响，所以又叫直接脱氧  沉沉淀淀脱脱氧氧的的特特点点是是：：操操作作简简便便，，脱脱氧氧速速度度快快，，时时间间短短。

但但由由于于脱脱氧氧反反响响主主要要在在钢钢液液内内部部进进行行，，钢钢中中会会有有脱脱氧产物，而形成非金属夹杂，影响钢的质量氧产物，而形成非金属夹杂，影响钢的质量 沉沉淀淀脱脱氧氧使使用用的的各各种种脱脱氧氧元元素素通通常常以以铁铁合合金金或或纯纯金金属属的的方方式式直直接接参参加加钢钢包包内内的的钢钢液液中中，，或或在在炼炼钢钢炉炉内内预预先先参参加加局局部部合合金金对对钢钢液液进进行行预预脱脱氧氧常常用用的的脱脱氧氧剂剂主主要要有有：：硅铁、锰铁、铝以及硅钙、硅锰钙等复合脱氧剂硅铁、锰铁、铝以及硅钙、硅锰钙等复合脱氧剂 2 2．扩散脱氧．扩散脱氧 扩散脱氧是以氧在金属液与炉渣间的分配定律作为根扩散脱氧是以氧在金属液与炉渣间的分配定律作为根底的根据这个定津，当温度一定时，氧在金属液与炉渣底的根据这个定津，当温度一定时，氧在金属液与炉渣间的分配比为一常数，即：间的分配比为一常数，即： L0 L0 ＝〔＝〔∑FeO∑FeO〕〕/ [O] / [O] ＝＝ 常数常数 式中式中L0 ——L0 ——氧的分配系数。

氧的分配系数 因此，只要人为降低渣中〔因此，只要人为降低渣中〔FeOFeO〕的含量，必将引起氧〕的含量，必将引起氧自金属液向炉渣的扩散转移，从而到达脱除金属液中氧的自金属液向炉渣的扩散转移，从而到达脱除金属液中氧的目的  扩扩散散脱脱氧氧法法一一般般应应用用于于电电炉炉炼炼钢钢中中生生产产中中将将炭炭粉粉、、硅硅铁铁粉粉、、硅硅钙钙粉粉或或铝铝粉粉等等脱脱氧氧剂剂参参加加渣渣中中，，依依靠靠粉粉状状脱脱氧氧剂剂对对炉炉渣渣的的复复原原作作用用，，使使渣渣中中〔〔FeOFeO〕〕含含量量降降低低，，从从而而到达降低钢液中到达降低钢液中[O][O]的目的，其脱氧反响可表示为：的目的，其脱氧反响可表示为： [O] [O] ＋＋ [Fe] [Fe] ＝〔＝〔FeOFeO〕〕 y y〔〔FeOFeO〕＋〕＋ x x〔〔MeMe〕＝〔〕＝〔MexOyMexOy〕＋〕＋ y [Fe] y [Fe] 扩扩散散脱脱氧氧的的特特点点是是脱脱氧氧元元素素不不直直接接参参加加钢钢液液中中，，而而是是通通过过[O] [O] 向向炉炉渣渣中中扩扩散散，，来来减减少少钢钢液液中中[O] [O] 的的含含量量，，因此又叫间接脱氧。

因此又叫间接脱氧 扩扩散散脱脱氧氧的的优优点点是是，，由由于于脱脱氧氧反反响响在在炉炉渣渣中中进进行行，，脱脱氧氧产产物物不不易易进进入入钢钢液液中中，，故故钢钢液液较较纯纯洁洁，，所所以以是是生生产产优优质质钢钢的的一一种种很很好好的的脱脱氧氧方方法法，，其其缺缺点点是是操操作作较较复复杂杂，，脱脱氧氧速速度度慢慢，，时时间间长长因因此此，，实实际际操操作作中中常常采采用用扩扩散散脱脱氧与沉淀脱氧相结合的综合脱氧方法氧与沉淀脱氧相结合的综合脱氧方法3 3．真空脱氧．真空脱氧 所所谓谓真真空空脱脱氧氧是是将将已已炼炼成成的的钢钢液液，，置置于于真真空空条条件件下，利用钢液中的碳作为脱氧剂进行脱氧其反响为：下，利用钢液中的碳作为脱氧剂进行脱氧其反响为： [O] [O] ＋＋ [C] [C] ＝｛＝｛COCO｝｝ 在在真真空空下下，，由由于于 COCO分分压压下下降降，，破破坏坏了了钢钢液液中中碳碳、、氧氧的的平平衡衡关关系系，，使使碳碳的的脱脱氧氧能能力力大大大大提提高高。

真真空空脱脱氧氧的的最最大大特特点点是是它它的的脱脱氧氧产产物物COCO不不污污染染钢钢液液，，而而且且在在COCO上上浮浮的的过过程程中中，，还还会会把把钢钢中中的的气气体体〔〔氮氮、、氢氢〕〕和和非非金金属夹杂物带走属夹杂物带走 〔三〕钢的合金化〔三〕钢的合金化 参加某一种或几种合金元素，使其在参加某一种或几种合金元素，使其在钢中的含量到达成品钢规格的操作过程，钢中的含量到达成品钢规格的操作过程，通称合金化实际上，脱氧和合金化经常通称合金化实际上，脱氧和合金化经常是同时进行的参加钢中的脱氧剂一局部是同时进行的参加钢中的脱氧剂一局部消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物而排出；消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物而排出；另一局部那么为钢液所吸收，起合金化的另一局部那么为钢液所吸收，起合金化的作用而参加钢中的合金元素，因其与氧作用而参加钢中的合金元素，因其与氧的亲和力多半比铁强，也必然起一定的脱的亲和力多半比铁强，也必然起一定的脱氧作用 合合金金元元素素的的参参加加方方法法主主要要取取决决于于它它们们的的被被氧氧化化程程度度，，以及合金元素的熔点，比重和参加量的多少。

以及合金元素的熔点，比重和参加量的多少 对对于于不不氧氧化化的的元元素素，，如如镍镍、、铂铂、、铜铜等等，，它它们们与与氧氧的的结结合合力力都都比比较较小小，，因因此此，，可可在在装装料料时时参参加加，，也也可可在在化化铁铁炉炉内与生铁一起熔化内与生铁一起熔化 对对于于弱弱氧氧化化元元素素，，如如钨钨、、铬铬等等，，它它们们与与氧氧的的亲亲和和力力不大，按冶炼方法不同，一般以铁合金形式参加钢包内不大，按冶炼方法不同，一般以铁合金形式参加钢包内 对对于于那那些些易易氧氧化化的的元元素素，，如如铝铝、、硅硅、、硼硼、、钒钒、、钛钛等等，，它它们们既既易易被被钢钢液液中中熔熔解解的的氧氧所所氧氧化化，，也也易易被被渣渣中中氧氧化化铁铁所所氧氧比比，，所所以以为为了了减减少少烧烧损损，，应应尽尽量量在在脱脱氧氧良良好好的的情情况况下下参参加加，，特特别别是是对对于于比比较较昂昂贵贵的的合合金金元元素素如如钒钒、、铌铌、、钛钛等等，，应在最后参加，以提高它们的回收率应在最后参加，以提高它们的回收率七、钢中气体和非金属夹杂物七、钢中气体和非金属夹杂物 〔一〕钢中的气体〔一〕钢中的气体 钢中的气体主要是指氧、氮、氢这钢中的气体主要是指氧、氮、氢这三种气体。

在炼钢生产中，由于大气和水三种气体在炼钢生产中，由于大气和水分直接参与冶金反响过程，这些气体不可分直接参与冶金反响过程，这些气体不可防止地会进入到钢液中去，从而对产品的防止地会进入到钢液中去，从而对产品的性能和质量带来各种影响氧对钢性能的性能和质量带来各种影响氧对钢性能的影响已在前面表达，这里主要讨论钢中氮影响已在前面表达，这里主要讨论钢中氮和氢  氮氮和和氢氢仅仅微微溶溶于于钢钢液液中中〔〔约约1 1～～10ppm10ppm之之间间〕〕，，它它们们在在固体钢中的溶解量更小，但它们对钢性能的影响却很大固体钢中的溶解量更小，但它们对钢性能的影响却很大 钢钢中中的的氮氮主主要要来来源源于于氧氧气气、、炉炉气气和和所所参参加加的的金金属属炉炉料料氧氧气气转转炉炉冶冶炼炼的的钢钢，，其其含含氮氮量量主主要要受受氧氧气气纯纯度度的的影影响响钢钢中中的的氮氮能能增增加加钢钢的的时时效效硬硬化化性性，，即即含含氮氮高高的的钢钢在在经经长长时时间间放放置置后后，，性性能能不不断断变变比比，，钢钢的的强强度度和和硬硬度度升升高高，，塑塑性性和和冲冲击击韧韧性性显显著著下下降降。

钢钢材材的的时时效效硬硬化化，，有有时时可可能能造造成成钢钢在在使用和冷加工过程中的断裂使用和冷加工过程中的断裂 另另外外，，钢钢中中氮氮还还是是导导致致““蓝蓝脆脆〞〞的的主主耍耍原原因因所所谓谓““蓝蓝脆脆〞〞是是指指250250～～450℃450℃这这个个温温度度范范围围内内钢钢的的强强度度升升高高、、冲冲击击韧韧性性下下降降由由于于钢钢在在这这种种温温度度下下加加热热时时，，外外表表发发蓝蓝，，因因而而叫叫““蓝蓝脆脆〞〞但但在在一一定定条条件件下下，，氮氮也也作作为为一一种种重重要要合合金金元元素素来来应应用用一一般般采采用用中中间间合合金金和和渗渗氮氮方方法法参参加加钢钢中中如如高高铬铬钢钢中中参参加加氮氮，，可可提提高高其其强强度度而而又又不不降降低低塑塑性性在在不不锈锈钢钢中中氮氮可可增增强强其其抗抗腐腐蚀蚀的的能能力力；；对对钢钢部部件件进进行行外外表表渗渗氮氮处理，那么可提高其耐磨性、抗蚀性和疲劳性能处理，那么可提高其耐磨性、抗蚀性和疲劳性能 钢中的氢主要来源于炼钢用原材料，此外氢钢中的氢主要来源于炼钢用原材料，此外氢也可来自大气中的水分。

钢中氢危害性极大，随也可来自大气中的水分钢中氢危害性极大，随着钢中含氢量的增加，钢的强度，特别是塑性和着钢中含氢量的增加，钢的强度，特别是塑性和韧性将显著下降，使钢变脆，称为韧性将显著下降，使钢变脆，称为““氢脆〞氢氢脆〞氢还是钢中还是钢中““白点〞产生的根本原因，钢中白点是白点〞产生的根本原因，钢中白点是在轧制和锻造后冷却过程中形成的，在钢材上取在轧制和锻造后冷却过程中形成的，在钢材上取断口试片，断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，断口试片，断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，故称为白点，但在其酸浸后的横向切片上，却呈故称为白点，但在其酸浸后的横向切片上，却呈极细的裂缝，所以又称极细的裂缝，所以又称““发裂〞这种存在于钢发裂〞这种存在于钢坯内部的小裂缝，将在加工成材以及使用中继续坯内部的小裂缝，将在加工成材以及使用中继续扩展，有时使钢材突然破坏，因此，有白点的钢扩展，有时使钢材突然破坏，因此，有白点的钢材不能使用材不能使用 由由上上述述可可知知，，钢钢中中的的气气体体在在绝绝大大多多数数情情况况下下均均对对钢钢的的性性能能有有着着不不良良的的影影响响因因此此，，在在炼炼钢钢过过程程中中，，应应尽尽可可能能地地降降低低钢钢中中气气体体的的含含量量，，特特别别是是氢氢的的含含量量。

为为了了减减少少钢钢中中气气体体的的含含量量，，实实际际生生产产中中常常用用的的措措施施有有：：使使用用枯枯燥燥、、清清洁洁的的炉炉料料；；控控制制钢钢水水温温度度不不要要过过高高〔〔气气体体在在钢钢中中的的溶溶解解度度随随温温度度升升高高而而升升高高〕〕，，并并保保持持炉炉内内良良好好的的沸沸腾腾；；尽尽可可能能减减少少钢钢水水与与炉炉气气接接触触的的时时间间和和烘烘烤烤钢钢包包等等另另外外，，采采用用富富氧氧或或纯纯氧氧炼炼钢钢、、真真空空熔熔炼炼、、真真空空脱脱气气以以及及真真空空浇浇铸等新技术，可以保证钢中气体含量降到最低限度铸等新技术，可以保证钢中气体含量降到最低限度 〔二〕钢中的非金属夹杂物〔二〕钢中的非金属夹杂物 钢中非金属夹杂物是指钢中一些金属元素〔钢中非金属夹杂物是指钢中一些金属元素〔FeFe、、MnMn、、AlAl等〕及等〕及SiSi与非金属元素〔与非金属元素〔O O、、S S、、N N、、P P〕〕结合而成的非金属化合物通常主要是硫化物〔结合而成的非金属化合物通常主要是硫化物〔FeSFeS、、MnSMnS〕和氧比物〔〕和氧比物〔FeQFeQ、、MnOMnO、、SiO2SiO2、、Al2O3Al2O3等等〕。

按重量计算，其中硫化物约占〕按重量计算，其中硫化物约占5050％以上 钢中的非金属夹杂物，主要来源于钢在熔炼、钢中的非金属夹杂物，主要来源于钢在熔炼、凝固和脱氧过程中化学反响的产物；其次，来源于凝固和脱氧过程中化学反响的产物；其次，来源于耐火材料和炉渣的微粒以及原材料中带入的杂质耐火材料和炉渣的微粒以及原材料中带入的杂质 钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂物物的的存存在在，，破破坏坏了了金金属属基基体体的的连连续续性性，，每每一一点点非非金金属属夹夹杂杂物物都都是是金金属属的的薄薄弱弱点点，，它它与与裂裂缝缝相相似似，，只只不不过过在在这这些些裂裂缝缝中中填填有有某某些些化化合合物物，，因因而而对对钢钢性性能能极极为为不不利利，，使使钢钢的的塑塑性性、、韧韧性性和和疲疲劳劳强强度度降降低低，，夹夹杂杂物物多多的的钢钢还还容容易易产产生生分分层层、、裂裂纹纹等等缺缺陷陷，，硫硫化化物物夹夹杂杂易易造造成成钢钢的的热热脆脆等等在在某某些些特特定定的的条条件件下下，，非非金金属属夹夹杂杂物物对对钢钢的的性性能也起到好的作用．能也起到好的作用． 如如硫硫化化物物夹夹杂杂物物使使钢钢材材脆脆性性增增加加，，可可改改善善钢钢的的切切削削性性能能，，而而细细小小的的氧氧化化铝铝夹夹杂杂能能细细化化晶晶粒粒等等。

但但对对绝绝大大多多数数钢种来说，夹杂物是有害的物质，应尽量加以消除和减少钢种来说，夹杂物是有害的物质，应尽量加以消除和减少  减减少少钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂物物的的主主要要措措施施有有：：改改善善耐耐火火材材料料的的质质量量；；尽尽可可能能使使参参加加的的炉炉料料和和浇浇注注设设备备洁洁净净；；炼炼钢钢中中在在高高温温下下使使熔熔池池有有足足够够的的沸沸腾腾时时间间，，利利用用COCO气气泡泡在在上上浮浮过过程程吸吸附附夹夹杂杂，，增增加加夹夹杂杂相相互互碰碰撞撞、、长长大大、、浮浮入入渣渣中中的的时时机机；；采采用用正正确确的的脱脱氧氧制制度度，，出出钢钢后后使使夹夹杂杂物物充充分分的的时时间间上上浮浮到到渣渣中中而而被被除除去去；；采采用用保保护护浇浇注注、、真真空空浇浇注注等等，，以以减减少少或或杜杜绝空气对钢液的二次氧化绝空气对钢液的二次氧化谢 谢。