炼钢工艺学3.ppt

第三章第三章 炼钢生产的理论基础炼钢生产的理论基础3.1 炼钢熔体的结构和性质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钢液中元素氧化反应的一般规律3.3 硅、锰的氧化反应硅、锰的氧化反应3.4 钢液的脱碳钢液的脱碳3.5 钢液的脱磷钢液的脱磷3.6 钢液的脱硫钢液的脱硫3.7 其它元素的氧化其它元素的氧化3.8 钢液的脱氧和合金化钢液的脱氧和合金化3.9 钢中的气体和非金属夹杂物钢中的气体和非金属夹杂物3.10 钢液搅拌钢液搅拌3.1 炼钢熔体的结构和性质炼钢熔体的结构和性质一、钢液的密度一、钢液的密度  单单位位体体积积钢钢液液所所具具有有的的质质量量，，常常用用符符号号ρρ表表示示，，单单位位通通常常用用kg/mkg/m3 3影影响响钢钢液液密密度度的的因因素素主主要要有有温温度和钢液的化学成分度和钢液的化学成分 总总的的来来讲讲，，温温度度升升高高，，钢钢液液密密度度降降低低，，原原因因在在于于原原子子间间距距增增大大固固体体纯纯铁铁密密度度为为7880kg/m7880kg/m3 3，，1550℃1550℃时时液液态态的的密密度度为为7040kg/m7040kg/m3 3，，钢钢的的变变化化与与纯纯铁类似。

铁类似 钢液密度随温度的变化钢液密度随温度的变化：：                      ρρ=8523-0.8358(T+273) 成分对钢液密度的影响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] 钢液的密度钢液的密度 [C]（（%））密度密度1500℃1550℃1600℃1650℃1700℃0.000.100.200.300.400.600.801.001.201.607.466.987.067.147.146.976.866.786.726.677.046.967.017.067.056.896.786.706.646.577.036.956.977.017.016.846.736.656.616.547.006.896.936.986.976.806.676.596.556.526.936.816.816.826.836.706.576.506.476.43铁碳熔体的密度（铁碳熔体的密度（kg/mkg/m3 3）） 二、钢的熔点二、钢的熔点 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，，或或是是冷冷凝凝时时开开始始析析出出固固体体的的温温度度。

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，，纯纯铁铁的的熔熔点点约约为为1538℃1538℃，，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、、原原子子量量和和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 3.1 炼钢熔体的结构和性质炼钢熔体的结构和性质各元素使各元素使纯铁熔点的降低纯铁熔点的降低可表示为：可表示为：      M Mi i为溶质元素为溶质元素i i的原子量；的原子量； [%i][%i]液为元素液为元素i i在液态铁中的质量百分数；在液态铁中的质量百分数； K K为分配系数，而为分配系数，而K=[%i]K=[%i]固固/[%i]/[%i]液液，（，（1-K1-K）则）则 称为偏析系数称为偏析系数计算钢的计算钢的熔点经验式熔点经验式：：T T熔熔=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] 或或T T熔熔= =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] 计算钢的计算钢的熔点经验式熔点经验式：：三、钢液的黏度三、钢液的黏度           黏黏度度是是钢钢液液的的一一个个重重要要性性质质，，它它对对冶冶炼炼温温度度参参数数的的制制定定、、元元素素的的扩扩散散、、非非金金属属夹夹杂杂物物的的上上浮浮和和气气体的去除以及钢的凝固结晶都有很大影响。

体的去除以及钢的凝固结晶都有很大影响 黏黏度度是是指指各各种种不不同同速速度度运运动动的的液液体体各各层层之之间间所所产产生生的的内内摩摩擦擦力力通通常常将将内内摩摩擦擦系系数数或或黏黏度度系系数数称称为黏度 3.1 炼钢熔体的结构和性质炼钢熔体的结构和性质 黏黏度表示形式度表示形式 动力动力黏黏度度，用符号，用符号µ表示；单位为表示；单位为PaPa•s s (N(N•s/ms/m2 2，，1 1泊泊=0.1Pa=0.1Pa•s)s)；； 运动运动黏黏度度，常用符号，常用符号νν表示，即：表示，即： m m2 2/s/s             钢液的钢液的黏黏度比正常熔渣的要小得多，度比正常熔渣的要小得多，1600℃1600℃时时其值在其值在0.0020.002～～0.003Pa0.003Pa•s;s; 纯铁液纯铁液1600℃1600℃时时黏黏度为度为0.0005Pa0.0005Pa•s s。

              影影响响钢钢液液粘粘度度因因素素主主要要是是温温度度和和成成分分温温度度升升高高，，粘粘度度降降低低钢钢液液中中的的碳碳对对粘粘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含量量使使钢钢的的密密度度和和熔熔点点发发生生变变化化，，从而引起从而引起粘粘度的变化度的变化 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钢钢液液的的好好因因此此，，一一般般在在冶冶炼炼低低碳碳钢钢中中，，温温度度要要控控制制得得略略高高一一些些碳碳含含量量对对钢钢液液粘粘度度的的影影响响见下图钢液的粘度 温度高于液相线温度高于液相线50℃50℃时，碳含量对钢液时，碳含量对钢液粘粘度的影响度的影响 当当[%C]<0.15时，粘度随着碳含量的增加时，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含量的增加而降低当当0.15≤[%C]＜＜0.40时，粘度随碳含量的时，粘度随碳含量的增加而增加，原因是此时钢液中同时存在增加而增加，原因是此时钢液中同时存在δ-Fe和和γ-Fe两种结构，密度是随碳含量的两种结构，密度是随碳含量的增加而增加，而且钢液中生成的增加而增加，而且钢液中生成的Fe3C体积体积较大；较大；当当[%C]≥0.40时，钢液的结构近似于时，钢液的结构近似于γ-Fe排列，排列，钢液密度下降，钢的熔点也下降，故钢液的钢液密度下降，钢的熔点也下降，故钢液的粘度随着碳含量的增加继续下降。

粘度随着碳含量的增加继续下降lSiSi、、MnMn、、NiNi使钢的熔点降低，使钢的熔点降低，SiSi、、MnMn、、NiNi含量增加，含量增加，钢液钢液粘度降低粘度降低，尤其含量很高时，降低更显著尤其含量很高时，降低更显著l但但TiTi、、W W、、V V、、MoMo、、CrCr含量增加则含量增加则使钢液的粘度增加使钢液的粘度增加，这些，这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物l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，，钢钢液液粘粘度度增增加加，，流流动动性性变变差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，，粘粘度度增增大大，，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，，粘粘度度又又下下降降脱脱氧氧不不良良，，钢液流动性一般也不好钢液流动性一般也不好l常常用用流流动动性性来来表表示示钢钢液液的的粘粘稠稠状状况况，，粘粘度度的的倒倒数数即即为为流流体体的流动性的流动性钢液粘度的影响因素钢液粘度的影响因素四、钢液的表面张力四、钢液的表面张力 钢钢液液因因原原子子或或分分子子间间距距非非常常小小，，其其间间的的吸吸引引力力较较强强，，而而且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。

钢液表面层和内部所引起的这种吸引力的变化是不同的 内内部部每每一一质质点点所所受受到到的的吸吸引引力力的的合合力力等等于于零零，，质质点点保保持持平平衡状态；衡状态； 而而表表面面层层质质点点受受内内部部质质点点的的吸吸引引力力大大于于气气体体分分子子对对表表面面层层质质点点的的吸吸引引力力，，这这样样表表面面层层质质点点所所受受的的吸吸引引力力不不等等于于零零，，且且方向指向钢液内部方向指向钢液内部 这这种种使使钢钢液液表表面面产产生生自自发发缩缩小小倾倾向向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σσ表表示示，，单单位位为为N/mN/m实实际际上上，，钢钢液液的的表表面面张张力就是指力就是指钢液和它的饱和蒸气或空气界面之间的一种力钢液和它的饱和蒸气或空气界面之间的一种力3.1 炼钢熔体的结构和性质炼钢熔体的结构和性质n对对新新相相的的生生成成如如COCO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成等有影响形成等有影响; ;u对对相相间间反反应应，，如如脱脱氧氧产产物物的的、、夹夹杂杂物物和和气气体体从从钢钢液液中中排排除除，，渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影响。

渣钢分离，钢液对耐火材料的侵蚀等也有影响p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，，但但主主要要有有温温度度、、钢钢液液成成分分及及钢液的接触物钢液的接触物p凡凡能能降降低低表表面面张张力力的的元元素素，便便会会自自发发地地移移到到溶溶液液表表面面，，使使表表面面浓浓度度大大于于内内部部浓浓度度，，这这时时称称为为正正吸吸附附，，该该元元素素称称为为表表面面活活性物质性物质；反之，为表面非活性物质反之，为表面非活性物质 钢液表面张力的作用钢钢液液的的表表面面张张力力是是随随着着温温度度的的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时时表表面面活活性性物物质质如如C C、、O O等等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少少或或浓浓度度均均匀匀化化，，从从而而引引起起表面张力增大表面张力增大1550℃1550℃时时，，纯纯铁铁液液的的表表面面张张力力约约为为1.71.7～～1.9N/m1.9N/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质与铁的差别的大小性质与铁的差别的大小 影响钢液表面张力的因素合金元素对熔铁表面张力的影响合金元素对熔铁表面张力的影响 硫和氧对铁液表面张力的影响硫和氧对铁液表面张力的影响 液相线以上液相线以上50℃50℃，碳对铁碳熔体表面张力的影响，碳对铁碳熔体表面张力的影响 五、钢的导热能力五、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来来表表示示，，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。

钢钢的的导导热热系系数数用用符符号号λλ表表示示，，单单位位为为W/W/（（m 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、、组组织织、、温温度度、、非非金金属属夹夹杂杂物物含含量量以以及及钢钢中中晶晶粒粒的的细细化化程程度度等 3.1 炼钢熔体的结构和性质炼钢熔体的结构和性质u钢钢中中合合金金元元素素越越多多，，钢钢的的导导热热能能力力就就越越低低各各种种合合金金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 C、、NiNi、、CrCr最最大大，，AlAl、、SiSi、、MnMn、、W W次次之之，，ZrZr最最小小合合金金钢钢的的导导热热能能力力一一般般比比碳碳钢钢差差，，高高碳碳钢钢的导热能力比低碳钢差的导热能力比低碳钢差p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，，导导热热能能力力加加热热时时都都降低降低，但，但在临界点在临界点AC3AC3以上加热将增加以上加热将增加n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℃800℃以以下下碳碳钢钢随温度的升高而下降随温度的升高而下降，，800℃800℃以上则略有升高以上则略有升高。

影响钢导热能力的因素导热系数与碳含量的关系导热系数与碳含量的关系 温度对钢导热系数的影响温度对钢导热系数的影响3.2 3.2 钢液中元素氧化反应的一般规律钢液中元素氧化反应的一般规律1 1、元素氧化反应类型、元素氧化反应类型、元素氧化反应类型、元素氧化反应类型2、元素氧化反应的、元素氧化反应的△△G0及氧势图及氧势图3 3、元素氧化的热力学条件、元素氧化的热力学条件、元素氧化的热力学条件、元素氧化的热力学条件4、炉渣传氧示意图、炉渣传氧示意图1、元素氧化反应类型2、元素氧化反应的△G0及氧势图 溶解于钢中的氧 O2=2[O] △G0=-RTln([%O]2/PO2(平)) 氧势RTlnPO2= △G0+2RTln[%O] 金属液中氧浓度越大，则熔池的氧势越高钢液中元素氧化的△G0-T图 比较FeO和MO的△G0-T直线的相对位置，可确定氧化的可能性 1）在FeO的△G0-T直线以上的元素，不能氧化； 2）在FeO的△G0-T直线以下的元素，均可氧化 3）氧势图上[C]+[O]→CO的△G0-T直线与其它元素的△G0-T直线走向相反，有交点，交点以下温度，C难于氧化。

T＜＜1400℃℃：： Si、、V 、、Mn、、 C、、 P、、 FeT＝＝1400～～1530℃℃：： Si、、 C、、 V 、、Mn、、 P、、 Fe T＞＞1530℃℃：： C、、 Si、、 V 、、Mn、、 P、、 Fe3、元素氧化的热力学条件1）温度：元素氧化是放热的，T↑，K↓，LM↓；C例外2）渣氧化能力：aFeO↑，LM↑3）碱度及氧化物性质：rMO↓，LM↑；但rMO和MO的化学性质有关，形成酸性氧化物的元素，在碱性渣中易氧化；形成碱性氧化物的元素，在酸性渣中易氧化4）多种元素的选择氧化：△G最小的元素先氧化气气 1/2O2 ＋＋ 2（（Fe2＋＋）） 2 （（Fe3＋＋）＋（）＋（O2－－）） 渣渣 Fe 2（（Fe2＋＋）） 2 （（Fe3＋＋）＋（）＋（O2－－）） ＋＋ [O] 金属金属 [O]＋＋[C] CO炉渣传氧示意图传氧途径及氧的作用传氧途径及氧的作用{O2}→2O吸附吸附 （直接氧化）（直接氧化） {CO} 气体气体 （间接氧化）（间接氧化） （（FeO）） [O] {CO} [O] 钢液钢液 （（FeO）） 炉渣炉渣转炉冶炼过程中金属、炉渣成分的变化转炉冶炼过程中金属、炉渣成分的变化1、Mn的氧化和还原降低温度（KMn↑），aFeO↑，rMnO↓可促进Mn的氧化。

2、Si的氧化和还原温度降低（K↑），R↑，rSiO2↓，LSi↑碱性渣中，Si氧化彻底3.3 硅、锰的氧化反应硅、锰的氧化反应1、碳氧化反应和碳氧积PCO=1，m=[%C][%O]称为碳氧积在一定温度下，m=常数[%C][%O]=mPCO，PCO↓，[%C][%O]↓2、碳氧化反应的热效应1）直接氧化 [C]+1/2O2→CO △H0=-139.70kJ 放热2）间接氧化 [C]+[O]→CO △H0=-22.40kJ 放热3.4 钢液的脱碳钢液的脱碳碳的氧化反应碳的氧化反应3）矿石氧化碳 [C]+1/3Fe2O3(S)→CO+2/3Fe △H0=210.79kJ 吸热4）渣中（FeO）氧化碳 [C]+（FeO）→CO+[Fe] △H0=98.51kJ 吸热3、脱碳过程中钢液的氧含量[O%]→[C%]→1）3）2）1）与熔渣层平衡的[%O] [%O]=LO·aFeO2）与炉底处CO气泡及[C]平衡的[%O] [%O]平=mPCO/[%C] PCO≥P大气+（Hmρm+HSρS）+2σ/r3）熔池实际的[%O] [%O]=[%O]平+△[%O]熔体上层到炉底的氧浓度差，也叫过氧化度转炉内碳氧反应速度变化与[Si] 和温度有关与氧气流量有关与碳的传质有关顶吹转炉吹炼终点中碳和氧的关系增碳法拉碳法3.5 钢液的脱磷 P2O5不稳定，与碱性氧化物形成磷酸盐，固定于渣中。

2[P]+8（FeO）→3FeO·P2O5+5[Fe]1、分子理论脱磷反应 2[P]+5（FeO）+4（CaO）→（4CaO·P2O5）+5[Fe]在低温下（1400-1500℃才能稳定存在；>1500℃；以3CaO·P2O5存在1）温度：脱磷反应是放热反应，低温有利于脱磷2）高碱度：R↑，aCaO↑3）高氧化性4）大渣量终点熔渣碱度与[P]的关系终点熔渣（终点熔渣（TFe）和）和[P]的关系的关系3.5 钢液的脱磷R↑FeO% →↑LP2、P和C的氧化关系低温下，P先氧化，随温度的升高，C氧化，（FeO）↓，会使炉渣变粘3、熔渣中磷的还原 熔渣碱度降低，其中的P会发生还原，进入钢液，称为“回磷” 加入硅铁，氧化形成的SiO2进入炉渣，熔渣侵蚀包衬，均可使炉渣碱度降低3.5 钢液的脱磷4、还原脱磷 在还原条件下，磷可还原，生成P3-： 1/2P2(g)+3/2(O2-)=(P3-)+3/4O2 实现还原脱磷，需要很低的氧势或很高真空度，生产中很难实现 目前采用Ca-CaF2，CaC2-CaF2渣系进行还原脱磷P5+P3-lgPO2lgP3-,lgP5+,% 3CaC2+2[P]=Ca3P2+6[C]还原脱磷存在的问题:1）CaP2渣的处理很复杂，与水汽作用，产生PH3剧毒气体；2）[C]=0.5-1.8%，脱P率↑；[C]<0.5%，CaC2分解速度快，Ca损增加；3）[C]>1.8%，CaC2分解困难，钢液有“增C”的可能。

3.6 钢液的脱硫 1、炉渣脱硫反应 [FeS]+（CaO）=（CaS）+[FeO] [S]+（O2-）=（S2-）+[O]影响因素：1）R↑，LS↑，且Ca2+集中在S2-周围，rs2-↓2）（FeO）↓， LS↑3）[Si]、[C]↑，fS↑，LS↑； [S]+[Mn]+(CaO)=(CaS)+(MnO) 发生共轭反应，进行沉淀脱硫4）温度升高，LS ↑3.6 钢液的脱硫 2、气化脱硫 转炉炼钢，气化脱硫占总脱硫量的10-20%气化脱硫的主要反应：[S]+O2=SO2↑ 但由于硫和氧的亲和力比碳、硅与氧的亲和力小的多，所以钢中有C、Si存在时，上面的气化反应很难发生主要通过炉渣气化脱硫，即： （CaS）+3（Fe2O3）=SO2↑+（CaO）+6（FeO） （CaS）+3/2O2=SO2↑+（CaO） 反应取决rs2-和Po2或aFeO,碱度升高， rs2-↓，高碱度对气化脱硫不利；但对渣脱硫有利3.7 其它元素的氧化1、Cr1）Fe-O-Cr系平衡[%Cr]=0-3% [Fe]+2[Cr]+4[O]→FeCr2O4(s)[%Cr]=3-9% 0.67[Fe]+2.33[Cr]+4[O]→Fe0.67Cr2.33O4(s)[%Cr]>9% 3[Cr]+4[O]→Cr3O4(S)2)不同渣系下Cr的氧化①酸性渣：[Cr]+（FeO）→（CrO）+[Fe]②碱性渣：2[Cr]+3（FeO）→（Cr2O3）+3[Fe]3.7 其它元素的氧化3）Cr和C的选择氧化去碳保铬的条件：① 温度：T↑，K↑，[%Cr]↑② PCO↓，加强脱碳；③ ac↑，有Ni的存在，fc↑，[%Cr]↑④ [%Cr]↑，[%C]平↑3.7 其它元素的氧化2、V选择氧化，去V保CT↓，供氧强度↑，LV↑3、Nb 与V一样，存在选择性氧化。

4/5[Nb]+2CO→2/5（Nb2O5）+2[C]氧化顺序：Si→Mn→Nb★提Nb：高炉还原→炼钢氧化→渣→富集→电炉还原→Nb-Fe3.7 其它元素的氧化4、WWO3是不稳定化合物，易为Fe还原在碱性渣中，生成CaO·WO3，rWO3↓，LW↑3.8 钢液的脱氧和合金化1、脱氧反应热力学1）脱氧常数及脱氧能力K↓，与[M]平衡的[O]↓,M的脱氧能力增强，K衡量元素的脱氧能力与氧结合的顺序：Ce>Zr>Al>Ti>B>Si>C>V>Mn>Cr脱氧常数元素脱氧能力元素脱氧能力1600℃时各种元素脱氧能力时各种元素脱氧能力 1600℃ 1600℃时，钢水中的时，钢水中的脱氧元素脱氧元素Al Al 和和Ti Ti 含量若含量若均为均为0.010.01％时，与％时，与AlAl相平相平衡的氧含量（衡的氧含量（0.00050.0005％）％）低于与低于与TiTi平衡的氧含量平衡的氧含量（（0.010.01％），说明％），说明Al Al 比比Ti Ti 的脱氧能力强的脱氧能力强3.8 钢液的脱氧和合金化2）脱氧产物的组成及形态 脱氧产物的组成及形态是变化的，决定于元素的脱氧能力及用量。

如Si脱氧：2FeO∙SiO2→ 2FeO∙SiO2→SiO2 SiO2的加入量增加，产物的熔点提高 生成复杂化合物，aMxOy↓,[O]平↓，脱氧能力↑3）脱氧产物的排出和钢中夹杂物 靠自身浮力排出，上浮速度由Stokes公式计算：r↑，V↑，有利于夹杂物排出3.8 钢液的脱氧和合金化增大r的方法固体质点彼此凝聚两液相质点的聚结固体质点为液体质点所粘附或润湿2、Mn、Si、Al的脱氧1）Mn [Mn]+（FeO）=（MnO）+[Fe]FeO+MnO形成液溶体或固溶体，MnO/FeO↑，T熔↑，易形成固溶体Mn的脱氧能力，随温度降低而增强（后期沸腾）2）Si [Si]+2[O]=SiO2(S) KSi=[%Si][%O]2 温度↑，KSi↑，[O]平↑，也会后期沸腾3.8 钢液的脱氧和合金化3）Al 2[Al]+3[O]=Al2O3(S) KAl=[%Al]2∙[%O]3 Al2O3细小质点不易被钢液润湿，Al是强脱氧剂，可使钢液镇静，而Si、Mn不能使钢液镇静。

3、复合脱氧— 用两种或以上元素脱氧的过程 复合脱氧提高各自的脱氧能力，易获得低熔点、易聚合的液相脱氧产物 [Si]+2(MnO)=(SiO2)+2[Mn] [%Mn]/[%Si]>4，可获得液态产物4、熔渣脱氧（扩散脱氧） Σ(FeO)↓，[O]向渣中扩散脱除渣中加入Si-Fe粉、C粉、CaC2粉、Al粉、Si-Ca粉等，使Σ(FeO)↓=0.5-1.0%3.8 钢液的脱氧和合金化5、脱氧剂用量的计算6、合金化 脱氧和合金化操作不能截然分开，而是紧密相联，合金化脱氧和合金化操作不能截然分开，而是紧密相联，合金化操作的关键问题是合金化元素的加入次序，一般的原则：操作的关键问题是合金化元素的加入次序，一般的原则：脱氧元素先加，合金化元素后加；脱氧元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢水脱氧脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的情况下加入；良好的情况下加入；熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内脱氧剂加入量脱氧剂加入量=l冶炼一般合金钢和低合金钢时，合金加入量的计算方法冶炼一般合金钢和低合金钢时，合金加入量的计算方法和脱氧剂基本相同，即和脱氧剂基本相同，即 合金加入量合金加入量= = 冶炼高合金钢时，合金加入量大，必须考虑加入的合金冶炼高合金钢时，合金加入量大，必须考虑加入的合金量对钢水重量和钢水终点成分的影响量对钢水重量和钢水终点成分的影响。

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1. 钢液的真空处理反应1) 真空脱氧 [C]+[O]=CO [%C][%O]=Mpco2) 真空脱硫 [S]+[C]+CaO=CaS+CO [S]+[Si]=SiS(g)3) 真空脱气3.9 钢中的气体和非金属夹杂物4) 挥发性杂质的去除 Pb、Cu、As、Sn、Bi等元素的挥发速度：挥发组元的蒸汽压挥发组元的mol质量5) 夹杂物的去除(1) 向相界面转移或依附气泡排出；(2) 夹杂物发生分解或C还原去除 MxOy→x[M]+y/2O2 MxOy+y[C]→x[M]+yCO 6) 钢液和耐火材料的反应 在真空下，钢液中的C能还原与其接触的耐火材料2、影响氢和氮在钢中溶解度的因素 气体在钢中的溶解度取决于温度、相变、金属成分以及与气体在钢中的溶解度取决于温度、相变、金属成分以及与金属相平衡的气相中该气体的分压金属相平衡的气相中该气体的分压: : 1) 1) 氢和氮在液态纯铁中溶解度随温度升高而增加；氢和氮在液态纯铁中溶解度随温度升高而增加； 2) 2) 固态纯铁中气体的溶解度低于液态；固态纯铁中气体的溶解度低于液态； 3) 3) 氮在固态纯铁中的溶解度随温度的升高降低，原因是氮在固态纯铁中的溶解度随温度的升高降低，原因是 有氮化物析出。

有氮化物析出 4) 4) 在在910℃910℃发生发生α-Feα-Fe向向γ-Feγ-Fe转变，转变，1400 ℃1400 ℃时发生时发生γ-Feγ-Fe 向向δ-Feδ-Fe转变，溶解度也发生突变在奥氏体中因晶格转变，溶解度也发生突变在奥氏体中因晶格 常数大能溶解更多的气体常数大能溶解更多的气体氢和氮分压为氢和氮分压为100kPa100kPa时在纯铁中的溶解度时在纯铁中的溶解度 3、钢中非金属夹杂物的种类及其形态1 1）按夹杂物的化学成分分类）按夹杂物的化学成分分类氧化物系夹杂物简单氧化物复杂氧化物硅酸盐及硅酸盐玻璃硫化物系夹杂物——FeS、MnS、(Mn、Fe)S和CaS等氮化物—— AlN、TiN、ZrN、VN、BN、Si3N4、Fe4N、Fe2N等2）按夹杂物的形态分类）按夹杂物的形态分类塑性夹杂——FeS、MnS、低熔点硅酸盐脆性夹杂——Al2O3和尖晶石型、氮化物等高熔点、高硬度夹杂不变形夹杂——SiO2、钙铝酸盐及高熔点硫化物变形前后钢种夹杂物形态示意图(a)塑性夹杂轧制后延伸成条状；(b)半塑性夹杂在轧制过程中的变形情况；(c)大颗粒脆性夹杂在轧制中的破碎情况；(d)轧制中簇状的脆性夹杂呈链状；(e)轧制条件下的不变形夹杂3 3、钢中非金属夹杂物的种类及其形态、钢中非金属夹杂物的种类及其形态3 3）按夹杂物的来源分类）按夹杂物的来源分类 （1）外来夹杂物； （2）内生夹杂物一次夹杂二次夹杂三次夹杂·······4 4）按夹杂物尺寸分类）按夹杂物尺寸分类亚显微夹杂（颗粒＞1μm）显微夹杂（1—100μm）大型夹杂（＞100μm）4 4、夹杂物对钢的性能的影响、夹杂物对钢的性能的影响1）夹杂物和裂纹的形成及应力集中）夹杂物和裂纹的形成及应力集中（1）夹杂物与裂纹的形成—作为显微裂纹的发源地。

2）夹杂物与应力集中—材料中有夹杂物的地方，则出现应力集中现象4 4、夹杂物对钢的性能的影响、夹杂物对钢的性能的影响2 2）夹杂物对钢的塑性和韧性的影响）夹杂物对钢的塑性和韧性的影响（1）夹杂物与塑性——夹杂物对塑性的影响在断面收缩率上比在延伸率上表现得更显著通常夹杂物对钢材的纵向塑性影响不大，而对横向塑性的影响却较显著2）夹杂物与韧性—如果材料中有非金属夹杂物，则钢的韧性下降3 3）夹杂物对钢的疲劳性能的影响）夹杂物对钢的疲劳性能的影响（1）夹杂物类型与疲劳寿命——线膨胀系数小于钢的夹杂，促进了疲劳裂纹的发生和发展2）夹杂物的大小、分布与疲劳寿命—— 对于同一种类型的A12O3夹杂物来说，随其含量增加疲劳极限下降当其他条件相同时，夹杂物颗粒越大，则不利的影响越大，多角形夹杂物的影响大于球状夹杂物的影响 在表面或靠近表面存在的夹杂物，尺寸虽小但也有害而在深部存在的夹杂物，超过一定临界尺寸才带来不利的影响3）氧含量与疲劳寿命—— 氧化物夹杂的总量与钢中氧含量成正比4 4、夹杂物对钢的性能的影响、夹杂物对钢的性能的影响4 4）夹杂物对钢的加工性能的影响）夹杂物对钢的加工性能的影响（1）夹杂物对热加工性能的影响——使钢的热加工性能变坏。

2）夹杂物对弯曲性能的影响—— 钢中长条状夹杂物往往使钢的弯曲性能出现各向异性，且横向性能变坏3）夹杂物对焊接结构件层状撕裂的影响 （4）夹杂物对钢的切削性能的影响—— 硫化物增加钢材的脆性，钢的切屑容易断裂5 5）夹杂物对钢的物理化学性能的影响）夹杂物对钢的物理化学性能的影响（1）夹杂物对钢的电磁性能的影响——非金属夹杂物不是铁磁性物质，它的存在减少了铁磁性基体的体积，破坏了金属基体的连续性；其次，夹杂物的存在（在晶界上或晶粒内）使基体变形产生内应力，因而基体磁化不均匀、磁性下降2）夹杂物对钢的点腐蚀的影响——点蚀起源于硫化物夹杂和与硫化物复合的某些氧化物夹杂（主要是铝酸钙和氧化铝）上，而单独氧化物则没有这种作用5、夹杂物形态控制1 1）硫化物形态控制）硫化物形态控制（1）脱氧元素与硫的反应 向钢中加入脱氧元素除进行脱氧反应外，还可能发生脱硫反应对于不同元素的脱氧和脱硫能力有以下规律： 和氧结合的能力：Ca＞A1＞Si＞Mn； 和硫结合的能力：Ca＞Mn＞Al， 和钙结合的能力：O＞S； 和锰结合的能力：S＞O （2）加稀土控制硫化物形态 稀土元素RE能降低钢液中氧和硫的溶解度，并以生成球状小颗粒夹杂方式改善第Ⅱ类MnS夹杂。

5、夹杂物形态控制2 2）氧化物形态控制）氧化物形态控制（1）铝酸钙的类型及物性 铝镇静钢用钙处理的主要目的是将A12O3夹杂变性为铝酸钙其中的关键是控制铝酸钙的生成类型铝酸钙随CaO含量的增加，其熔点趋于下降，当 CaO含量达到48%时熔点最低从在钢液中易于凝聚排除，而残留于钢中呈球状考虑，以生成12CaO·7 A12O3为好2）加钙处理方式 使用喂丝和钢包喷粉工艺 3.10 钢液搅拌l搅拌可促进钢、渣、气及耐火材料之间的反应Ø电磁搅拌Ø气体搅拌u脱碳反应—电炉u吹氧+脱碳—转炉u吹氩搅拌Ø利用真空搅拌Ø出钢过程—渣洗思考题1、炉渣在炼钢中的作用？炉渣在炼钢中的作用？2、脱碳反应在炼钢过程中的作用？、脱碳反应在炼钢过程中的作用？3、影响炼钢氧化脱磷的因素有哪些？、影响炼钢氧化脱磷的因素有哪些？4、如何防止钢水、如何防止钢水“回磷回磷” ？？5、常用脱氧方法的热力学原理是什么？、常用脱氧方法的热力学原理是什么？6、如何减少钢中夹杂物？、如何减少钢中夹杂物？7、如何减少钢中的气体含量？、如何减少钢中的气体含量？8、渣中、渣中(FeO)在炼钢中的作用？在炼钢中的作用？。