21炉外精炼的理论基础渣洗.ppt

第二章第二章 炉外精炼炉外精炼的理论基础的理论基础钢铁冶金研究所钢铁冶金研究所12.1 2.1 渣洗渣洗 2主要内容主要内容 渣洗技术简介渣洗技术简介 炼钢炉渣的分类、熔渣组成的主要来源、炉渣化学炼钢炉渣的分类、熔渣组成的主要来源、炉渣化学组成、炼钢生产中熔渣的主要作用组成、炼钢生产中熔渣的主要作用合成渣的考核指标合成渣的考核指标 成分、熔点、流动性、表面张力、还原性成分、熔点、流动性、表面张力、还原性渣洗的精炼作用渣洗的精炼作用 合成渣的乳化和上浮、合成渣对钢中元素脱氧能力合成渣的乳化和上浮、合成渣对钢中元素脱氧能力的影响、扩散脱氧、夹杂的去除、脱硫的影响、扩散脱氧、夹杂的去除、脱硫3合成渣洗合成渣洗根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；的合成炉渣；通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；不能去除钢中气体；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。

同炉渣洗、异炉渣洗2.1.1 渣洗技术简介渣洗技术简介4同炉渣洗：同炉渣洗： 冶炼炉炼出的钢液和炉渣在同一炉内炼出，冶炼炉炼出的钢液和炉渣在同一炉内炼出，渣钢混出，以增加渣钢接触面积，达到清洗夹杂渣钢混出，以增加渣钢接触面积，达到清洗夹杂物、脱硫等目的物、脱硫等目的异炉渣洗法：异炉渣洗法： 先在专用化渣炉内熔化渣，然后倾入钢包，先在专用化渣炉内熔化渣，然后倾入钢包，将钢包吊至待出钢的电炉下，然后出钢，钢渣乳将钢包吊至待出钢的电炉下，然后出钢，钢渣乳化，增加钢渣接触面积，达到清洗夹杂物、脱硫化，增加钢渣接触面积，达到清洗夹杂物、脱硫等目的缺点：缺点：易吸气、造成钢液二次氧化易吸气、造成钢液二次氧化渣洗渣洗5 炼钢炉渣分类炼钢炉渣分类根据炼钢过程目的的不同，炼钢炉渣可分为根据炼钢过程目的的不同，炼钢炉渣可分为4类：类： 1）以脱硫为目的的）以脱硫为目的的还原渣还原渣 2）精炼粗金属，其中元素氧化形成的氧化物组）精炼粗金属，其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣，称为成的炉渣，称为氧化渣氧化渣，主要指转炉、电炉炼钢渣主要指转炉、电炉炼钢渣。

3）将原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以）将原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以利于下道工序将它回收的炉渣，称为富集渣，例如利于下道工序将它回收的炉渣，称为富集渣，例如吹炼含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等吹炼含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等 4）采用各种造渣材料预先配制的炉渣，称为）采用各种造渣材料预先配制的炉渣，称为合合成渣成渣如连铸用保护渣炼钢工艺的发展对熔渣提如连铸用保护渣炼钢工艺的发展对熔渣提出了新要求，应选择、采用合适的渣系以满足冶金出了新要求，应选择、采用合适的渣系以满足冶金生产的需要生产的需要6 熔渣组成的主要来源熔渣组成的主要来源（（1）生铁或废钢中所含元素（铝、锰、磷、硫、）生铁或废钢中所含元素（铝、锰、磷、硫、钒、铬、铁等）氧化时形成的氧化物；钒、铬、铁等）氧化时形成的氧化物；（（2）作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等；）作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等；（（3）金属材料带入的泥沙或铁锈；）金属材料带入的泥沙或铁锈；（（4）加入的造渣材料（石灰、石灰石、萤石、铁）加入的造渣材料（石灰、石灰石、萤石、铁钒土、粘土砖块等）；钒土、粘土砖块等）；（（5）由炉衬浸蚀熔于炉渣的耐火材料；）由炉衬浸蚀熔于炉渣的耐火材料；（（6）脱氧剂、合金的脱氧产物，熔渣的脱硫产物。

脱氧剂、合金的脱氧产物，熔渣的脱硫产物 7 炉渣化学组成炉渣化学组成 不同冶炼方法对熔渣的要求不一样，其成不同冶炼方法对熔渣的要求不一样，其成分也不同；同一冶炼方法的不同阶段熔渣成分分也不同；同一冶炼方法的不同阶段熔渣成分是不断变化的是不断变化的按照氧化物对氧离子的行为，把组成炉渣的氧化物分为三大类按照氧化物对氧离子的行为，把组成炉渣的氧化物分为三大类 酸性氧化物：酸性氧化物：SiO2、、P2O5、、V2O5、、Fe2O3 碱性氧化物：碱性氧化物：FeO、、CaO、、MgO、、MnO、、TiO 两性氧化物：两性氧化物：Al2O3、、TiO2 利用氧化物酸性或碱性的相对大小，可以确定简单氧化物与复杂氧化利用氧化物酸性或碱性的相对大小，可以确定简单氧化物与复杂氧化物之间化学反应的方向物之间化学反应的方向 即碱性强的氧化物能从复杂化合物中将碱性弱的即碱性强的氧化物能从复杂化合物中将碱性弱的氧化物取代出来，成为自由氧化物氧化物取代出来，成为自由氧化物8炼钢生产过程中熔渣的主要作用炼钢生产过程中熔渣的主要作用（（1）通过调整熔渣成分氧化还原钢液，使钢液中硅、）通过调整熔渣成分氧化还原钢液，使钢液中硅、锰、铬等元素氧化或还原的硫、磷、氧等元素；锰、铬等元素氧化或还原的硫、磷、氧等元素；（（2）吸收钢液中的非金属夹杂物；）吸收钢液中的非金属夹杂物；（（3）防止炉衬的过分侵蚀；）防止炉衬的过分侵蚀；（（4）覆盖钢液，减少散热和防止二次氧化和吸氢。

覆盖钢液，减少散热和防止二次氧化和吸氢92.1.2 合成渣的考核指标合成渣的考核指标 选用渣洗用的合成渣时，通常要考虑以下指选用渣洗用的合成渣时，通常要考虑以下指标1）成分）成分 为了取得最佳的精炼效果，要求合成渣具备为了取得最佳的精炼效果，要求合成渣具备相应的物理化学性质，而炉渣的成分是炉渣物理相应的物理化学性质，而炉渣的成分是炉渣物理化学性质的决定性因素化学性质的决定性因素成分、熔点、流动性、表面张力、密度、还原性成分、熔点、流动性、表面张力、密度、还原性10渣洗用的合成渣成分渣洗用的合成渣成分111）碱度）碱度碱度：它主要对炼钢过程中的脱硫和脱磷有重要作用碱度：它主要对炼钢过程中的脱硫和脱磷有重要作用因为硫和磷的氧化物均呈酸性，所以要保证去除磷硫，熔渣必须有足够多的碱性氧化物熔熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称为熔渣碱度渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称为熔渣碱度常用符号R表示 碱度是判断熔渣碱性强弱的指标去磷、去硫以及防止金属液吸收气碱度是判断熔渣碱性强弱的指标去磷、去硫以及防止金属液吸收气体等都和熔渣的碱度有关，它还决定着熔渣中许多组元的活度，因此碱度体等都和熔渣的碱度有关，它还决定着熔渣中许多组元的活度，因此碱度是影响渣钢反应的重要因素。

是影响渣钢反应的重要因素用于石灰用于石灰—粘土渣：粘土渣：用于石灰用于石灰—氧化铝渣：氧化铝渣：用于自熔性混合物：用于自熔性混合物：12 除用碱度表示合成渣的成分特点外，还可用游除用碱度表示合成渣的成分特点外，还可用游离氧化钙量离氧化钙量(CaO)U来表示能参与冶金反应的氧化钙来表示能参与冶金反应的氧化钙的数量，其计算式如下：的数量，其计算式如下：2）游离氧化钙量）游离氧化钙量3）渣指数：）渣指数： MI=（（%CaO））/（（%SiO2））/（（%Al2O3）） 通常认为通常认为MI=0.25~0.35时炉渣性能较好时炉渣性能较好134）光学碱度：）光学碱度： Duffy等人用频率为等人用频率为S0-3P1的光谱谱线，测定某些氧的光谱谱线，测定某些氧化物中氧释放电子的能力，与化物中氧释放电子的能力，与CaO中氧释放电子的能力相中氧释放电子的能力相比，比值称为某些氧化物的光学碱度比，比值称为某些氧化物的光学碱度CaO的的光学碱度为光学碱度为1 炉渣的光学碱度可由下式求出：炉渣的光学碱度可由下式求出： 式中，式中，i为氧化物为氧化物AXOi或氟化物或氟化物AYFi中氧原子或氟原中氧原子或氟原子个数；子个数；X 分别是分别是AXOi和和AYFi的摩尔分数。

的摩尔分数 14氧化物氧化物Λi氧化物氧化物Λi氧化物氧化物ΛiK2O1.40MgO0.78CaF20.67Na2O1.15Al2O30.61TiO20.61BaO1.15SiO20.48FeO0.51Li2O1.00B2O30.42Fe2O30.48CaO1.00P2O50.40MnO0.59部分氧化物的光学碱度部分氧化物的光学碱度15(2)熔点熔点 在钢包内用合成渣精炼钢液时，一般都应用液态渣，在钢包内用合成渣精炼钢液时，一般都应用液态渣，因此渣的熔点应当低于被渣洗钢液的熔点钢的熔点可因此渣的熔点应当低于被渣洗钢液的熔点钢的熔点可按下式近似地计算按下式近似地计算 Ti=1538+∑△△Tj [j%]16 合成渣的熔点，可根据渣的成分利用相应的相图来合成渣的熔点，可根据渣的成分利用相应的相图来确定1718CaO-Al2O3相图相图 19Al2O3含量为含量为5%的的CaO-SiO2-MgO-Al2O3相图相图 20 通常，根据在炼钢中的使用部位不同，通常，根据在炼钢中的使用部位不同，使用的合成渣的熔点要求有一定差别。

使用的合成渣的熔点要求有一定差别精炼渣精炼渣（（LF炉、炉、RH炉、炉、CAS-OB））：： ≤ 1350℃ 连铸保护渣：连铸保护渣： 1050~1100 ℃ 21熔渣中常见氧化物的熔点熔渣中常见氧化物的熔点化合物化合物熔点熔点/℃化合物化合物熔点熔点/℃CaO2600MgO. SiO21557MgO2800CaO.MgO. SiO21390SiO217133CaO.MgO. 2SiO21550MnO17832CaO.MgO. 2SiO21450Fe2O314572FeO. SiO21205FeO1370MnO. SiO21285CaF214182MnO. SiO21345CaO. SiO21550CaO. Fe 2O312202CaO. SiO221302CaO. Fe 2O314203CaO. 2SiO21485CaO. 2Fe 2O31240CaO.FeO .SiO21205CaO. 2FeO .SiO21205Fe2O3. SiO21217CaO. CaF2140022 熔熔渣渣熔熔点点与与组组分分及及其其含含量量有有关关，，一一般般说说来来，，杂杂质质降降低低纯纯物物质质熔熔点点，，但但当当熔熔渣渣中中高高熔熔点点组组元元增增加加时时，，熔熔点点提提高高。

熔熔渣渣熔熔点点/熔熔速速可可以以用用测测试试仪仪测出23(3)熔渣的黏度熔渣的黏度 式中式中 μ——比例系数，即内摩擦系数或黏度系数，与材料比例系数，即内摩擦系数或黏度系数，与材料的性质有关，简称为黏度，也叫动力黏度，单位为的性质有关，简称为黏度，也叫动力黏度，单位为Pa•s（帕斯卡（帕斯卡•秒） 液液体体的的黏黏度度是是指指液液体体流流动动时时，，流流层层内内摩摩擦擦力力的的大大小小按牛顿黏度经典公式按牛顿黏度经典公式，内摩擦力用下式表示：，内摩擦力用下式表示：24 当研究的对象密度相差较大时，采用运动黏度以消当研究的对象密度相差较大时，采用运动黏度以消除因密度差异而产生的影响除因密度差异而产生的影响动力黏度除以液体的密度，动力黏度除以液体的密度，称之为运动黏度，常用符号称之为运动黏度，常用符号ν表示，即：表示，即： ν＝＝μ/ρ ，，m2/s 在生产中常用流动性这一概念来表示熔渣黏度的大在生产中常用流动性这一概念来表示熔渣黏度的大小，流动性是动力黏度的倒数，用符号小，流动性是动力黏度的倒数，用符号φ表示，即：表示，即： φ＝＝1/μ ，（，（Pa•s））-1 在在炼炼钢钢温温度度1600 ℃下下，，流流动动性性良良好好的的熔熔渣渣黏黏度度为为0.02～～0.04 Pa•s 。

25熔渣与几种液体的黏度熔渣与几种液体的黏度 液体名称液体名称温度温度/℃黏度黏度/ Pa•s稀熔渣稀熔渣16000.002碱性正常渣碱性正常渣16000.02～～0.04～～0.10稠熔渣稠熔渣16000.2纯铁液纯铁液16000.0005钢液钢液16000.002～～0.003松节油松节油250.0025轻机油轻机油250.02～～0.10水水150.00126熔渣黏度熔渣黏度/表面张力测试仪表面张力测试仪27氧化渣黏度与碱度、温度的关系氧化渣黏度与碱度、温度的关系 碱碱度度0.9至至3.2，，温温度度在在1550～～1600℃时时，，熔熔渣渣黏黏度度都都小小于于0.075Pa·s酸酸性性渣渣温温度度降降低低时时黏黏度度平平稳稳地地增增大大(图图中中碱碱度度0.9的的曲曲线线)，，此此种种类类型型的的熔熔渣渣称称为为长长渣渣；；碱碱性性渣渣温温度度降降低低到到某某一一值值时时黏黏度度会会突突然然急急剧剧地地增增加加，，这这种种类类型的熔渣称为型的熔渣称为短渣短渣 黏度测定仪见下图：黏度测定仪见下图：28熔渣粘度的稳定性熔渣粘度的稳定性 所谓熔渣粘度的稳定性是指一定温度下熔渣成所谓熔渣粘度的稳定性是指一定温度下熔渣成分在一定范围内变化时，粘度不急剧变化；或者分在一定范围内变化时，粘度不急剧变化；或者说当渣组成一定时温度变化而粘度变化很小。

说当渣组成一定时温度变化而粘度变化很小为了顺利地进行冶炼，不希望熔渣粘度急剧波动 渣的合适粘度在渣的合适粘度在0.02-0.1Pa·s之间，相当于轻之间，相当于轻机油的粘度钢液的粘度在机油的粘度钢液的粘度在0.0025Pa·s左右，相当左右，相当于松节油的粘度；熔渣比金属熔池的粘度高于松节油的粘度；熔渣比金属熔池的粘度高10倍倍左右 29黏度－黏度－ 流动性流动性 用作渣洗的合成渣，要求有较好的流动用作渣洗的合成渣，要求有较好的流动性 渣的流动性是影响渣在钢液中乳化的重渣的流动性是影响渣在钢液中乳化的重要因素之一要因素之一在相同的温度和混冲条件下，在相同的温度和混冲条件下，提高合成渣的流动性，可以减小乳化渣滴的提高合成渣的流动性，可以减小乳化渣滴的平均直径，从而增大渣钢接触界面平均直径，从而增大渣钢接触界面 对于大部分合成渣，在炼钢温度下对于大部分合成渣，在炼钢温度下(钢钢液温度一般都大于液温度一般都大于1600℃)，其粘，其粘度小于度小于0.2Pa·s30黏度－流动性黏度－流动性 长渣：长渣：炉渣碱度为0.9的酸性渣，温度降低时粘度平稳增大，此种类型的炉渣常称为长渣。

短渣：短渣：当碱度高于4.2时，温度降低时粘度急剧增加，此种渣称为短渣 一般情况下，同样温度的酸性渣比碱性渣的粘一般情况下，同样温度的酸性渣比碱性渣的粘度大度大，主要因为渣中以或更大的离子团存在的缘故而温度在而温度在1450℃以下，酸性渣比碱性渣的粘以下，酸性渣比碱性渣的粘度低因此浇注用的保护渣多为偏酸性的熔渣因此浇注用的保护渣多为偏酸性的熔渣313233（（4）熔渣的表面张力）熔渣的表面张力 荷荷叶叶上上的的水水珠珠、、清清晨晨的的露露珠珠……这这些些均均说说明明一一种种现现象象，，即液体表面具有自动缩小的趋势即液体表面具有自动缩小的趋势 因因液液体体表表面面层层所所受受分分子子引引力力不不均均衡衡，，产产生生使使液液体体表表面面自自动缩小的力，称为液体的表面张力动缩小的力，称为液体的表面张力 熔熔渣渣的的表表面面张张力力主主要要影影响响渣渣-钢钢间间的的物物理理化化学学反反应应及及熔熔渣渣对对夹夹杂杂物物的的吸吸附附等等熔熔渣渣的的表表面面张张力力大大约约在在0.3～～0.8 N/m一一般般氧氧化化渣渣、、还还原原渣渣的的表表面面张张力力为为0.35～～0.45 N/m；；钢钢包包精精炼合成渣的炼合成渣的为为0.4～～0.5N/m。

34 表面张力是表面张力是可以用表面张力因子近似计算的：可以用表面张力因子近似计算的： σ渣渣-气气＝＝∑Niσi ，，N/m 熔熔 体体测定温测定温度度/℃表面张力表面张力N/m熔熔 体体测定温测定温度度/ ℃表面张力表面张力N/mCaOFeOSiO2MnO·SiO2CaO·SiO2150014001500157015700.5860.5840.2950.4150.400熔熔 渣渣钢钢 液液(0.3%C)纯铁液纯铁液镍镍15001500155014700.3-0.8～～1.51.7-1.91.615熔渣及某些液体的表面张力熔渣及某些液体的表面张力35组组分分影影响响 SiO2、、P2O5（（酸酸性性氧氧化化物物））增增加加，，降降低低FeO熔熔体的表面张力；体的表面张力；Al2O3 则相反，可提高表面张力；则相反，可提高表面张力； 当当加加入入CaO、、MnO （（碱碱性性氧氧化化物物））时时，，开开始始降降低低表表面面张张力力，，之之后后逐逐渐渐增增加加表表面面张张力力，，原原因因是是复复合合阴阴离离子子在在相界面的相界面的吸附量吸附量发生了变化。

发生了变化温温度度影影响响 对对于于单单一一氧氧化化物物的的熔熔渣渣，，一一般般是是随随着着温温度度的的升升高高而而降降低低；；对对于于复复杂杂多多元元的的熔熔渣渣，，温温度度对对表表面面张张力力的的影影响不确定响不确定 不不过过，，在在炼炼钢钢温温度度下下，，温温度度的的变变化化范范围围较较小小，，因因而而影响也就不明显影响也就不明显熔渣表面张力的影响因素熔渣表面张力的影响因素36 表面张力也是影响渣洗效果的一个较为表面张力也是影响渣洗效果的一个较为重要的参数重要的参数 在渣洗过程中，虽然直接起作用的是钢渣在渣洗过程中，虽然直接起作用的是钢渣之间的界面张力和渣与夹杂之间的界面张力之间的界面张力和渣与夹杂之间的界面张力但是界面张力的大小是与每一相的表面张力但是界面张力的大小是与每一相的表面张力直接有关的直接有关的 如钢渣间的界面张力决定了乳化渣滴的直径和渣滴上浮如钢渣间的界面张力决定了乳化渣滴的直径和渣滴上浮的速度，而渣与夹杂间的界面张力的大小影响着悬浮于钢液的速度，而渣与夹杂间的界面张力的大小影响着悬浮于钢液中的渣滴吸附和同化中的渣滴吸附和同化非金属夹杂非金属夹杂的能力。

的能力37 熔渣的表面张力除受熔渣的表面张力除受温度温度影响外，还受到影响外，还受到成分成分的影响在合成渣的组成中．在合成渣的组成中．SiO2和和MgO会降低渣的表面张力当会降低渣的表面张力当MgO的含量不超过的含量不超过3％时，这种影响不很明显％时，这种影响不很明显 在在CaO(56％）％）—Al2O3(44％％)渣中含有渣中含有9%的的MgO时，时，表面张力由原来的表面张力由原来的600—624dyn/cm降低到降低到520一一550dyn/cm SiO2对表面张力的影响就更为明显例如，在上述组对表面张力的影响就更为明显例如，在上述组成的成的CaO—Al2O3，，渣中，当渣中，当SiO2为为3％时，表面张力为％时，表面张力为575~ 585dyn/cm，当，当SiO2为为9%时，表面张力为时，表面张力为440—484dyn/cm 钢液的表面张力钢液的表面张力也受也受温度温度和和成分成分的影响，随着温度的的影响，随着温度的提高，表面张力下降在炼钢温度下，一般为提高，表面张力下降在炼钢温度下，一般为1000—1350dyn /cm 。

38 熔渣与钢液之间的界面张力可按下式由两者的表面张熔渣与钢液之间的界面张力可按下式由两者的表面张力求得msm-s COSθ由实验测定，其数值取决于液相渣的成分和温度，由实验测定，其数值取决于液相渣的成分和温度，并且温度的影响强于成分在相同温度下，不同钢种或不同并且温度的影响强于成分在相同温度下，不同钢种或不同成分的熔渣间的成分的熔渣间的COSθ的差别一般不超过的差别一般不超过5％39（（5））熔渣的密度熔渣的密度 熔熔渣渣的的密密度度决决定定熔熔渣渣所所占占的的体体积积，，也也影影响响钢钢液液液液滴滴在在渣中的沉降速度，它也是重要的物理性质渣中的沉降速度，它也是重要的物理性质 单位体积熔渣（或液渣）所具有的质量称为密度：单位体积熔渣（或液渣）所具有的质量称为密度： ρ＝＝m/V , g/cm3 或或 t/m3 固固体体熔熔渣渣的的密密度度可可近近似似用用单单独独化化合合物物的的密密度度和和组组分分进进行计算：行计算： ρ渣渣＝＝∑ ρi Ji ，， g/cm3 或或 t/m3式式中中 ρρi i——某某化化合合物物的的密密度度；；J Ji i——某某化化合合物物的的质质量量百百分分数数，，% %。

当当渣渣中中含含有有大大量量密密度度大大的的化化合合物物（（如如FeO、、MnO、、Cr2O3 ）时，熔渣的密度大时，熔渣的密度大 40 熔熔渣渣的的密密度度与与组组分分、、温温度度的的关关系系，，在在温温度度高高于于1400 ℃时，液态熔渣的密度可近似用下式：时，液态熔渣的密度可近似用下式： ρ渣渣=ρ0渣渣－－7（（ T－－ 1400））×10－－4 ，，g/cm3 式中式中 ρ0渣渣——1400 ℃时熔渣的密度，时熔渣的密度， g/cm3 即熔渣的密度与温度成反比即熔渣的密度与温度成反比 一一般般液液态态碱碱性性渣渣的的密密度度为为～～2.5g/cm3，， 固固态态碱碱性性渣渣的密度为～的密度为～3.5 g/cm341(6)还原性还原性熔渣氧化性熔渣氧化性(1)（（1）定义：熔渣的氧化性是指熔渣向金属熔池传氧的能力，即单位）定义：熔渣的氧化性是指熔渣向金属熔池传氧的能力，即单位时间内自熔渣向金属熔池供氧的数量时间内自熔渣向金属熔池供氧的数量2）影响因素：熔渣的氧化性与渣中氧化铁的浓度有关，因为仅有）影响因素：熔渣的氧化性与渣中氧化铁的浓度有关，因为仅有FeO才能在金属液中溶解，并使其中的元素氧化。

才能在金属液中溶解，并使其中的元素氧化3）表示炉渣的氧化能力的方法：）表示炉渣的氧化能力的方法： 全氧法：全氧法：全铁法：全铁法： 炼钢为了保证石灰的熔化，保证类似碳氧反应类的氧化反应，需炼钢为了保证石灰的熔化，保证类似碳氧反应类的氧化反应，需要熔渣有一定的氧化性，调节熔渣的氧化性对加速或减缓炼钢中很要熔渣有一定的氧化性，调节熔渣的氧化性对加速或减缓炼钢中很多反应、对耐火材料侵蚀有很大影响多反应、对耐火材料侵蚀有很大影响 根据熔渣的分子理论，部分氧化铁会以复杂分子形式存在，不根据熔渣的分子理论，部分氧化铁会以复杂分子形式存在，不能直接参加反应，用熔渣中的氧化铁活度表示熔渣氧化性更精确能直接参加反应，用熔渣中的氧化铁活度表示熔渣氧化性更精确 42(6)还原性还原性熔渣的还原性熔渣的还原性 当钢液与熔渣接触时，如其内的氧能和熔当钢液与熔渣接触时，如其内的氧能和熔渣自发扩散而降低，即熔渣能自钢液中吸取氧，渣自发扩散而降低，即熔渣能自钢液中吸取氧，则这种熔渣具有还原性则这种熔渣具有还原性 当熔渣中当熔渣中 <0.5%时，钢中氧向渣中时，钢中氧向渣中扩散，称为还原渣。

其还原性主要取决于氧化扩散，称为还原渣其还原性主要取决于氧化铁含量与碱度铁含量与碱度 在还原性精炼时，常把降低氧化铁含量和在还原性精炼时，常把降低氧化铁含量和选择合理的碱度作为控制钢液中氧含量的重要选择合理的碱度作为控制钢液中氧含量的重要条件 43(6)还原性还原性 要求渣洗完成的精炼任务决定了渣洗所要求渣洗完成的精炼任务决定了渣洗所用的熔渣都是还原性的，渣中用的熔渣都是还原性的，渣中FeO含量都很含量都很低 电炉还原期的白渣电炉还原期的白渣，，FeO含量小于含量小于0.6％％，，高炉渣高炉渣FeO小于小于0.48％，％，资料中介绍的一些资料中介绍的一些合成渣的合成渣的FeO一般都低于一般都低于0.3％ 在炉外精炼中，一般要求精炼还原期渣在炉外精炼中，一般要求精炼还原期渣中（中（FeO+MnO））小于小于1.5%，冶炼超低硫钢，冶炼超低硫钢最好小于最好小于0.5%442.1.3 渣洗的精炼作用渣洗的精炼作用（（1）合成渣的乳化和上浮）合成渣的乳化和上浮 对对于于悬悬浮浮在在钢钢液液中中的的任任何何一一颗颗渣渣滴滴，，在在外外力力p的的作作用用下下被被分分裂裂成成曲曲率率半半径径分分别别为为r1和和r2的的两两颗颗渣渣滴滴时时，，外外力力必必须为形成新界面而做功。

该外力的大小可由下式表示：须为形成新界面而做功该外力的大小可由下式表示：P∝∝ 若分裂成的渣滴均呈球状，且大小相等，半径为若分裂成的渣滴均呈球状，且大小相等，半径为r，，则引起渣滴分裂的外力则引起渣滴分裂的外力 P=c’·σ·σm-s··2/r 比例系数45 在在混混冲冲渣渣洗洗的的条条件件下下，，只只能能是是钢钢流流的的冲冲击击力力PcPc作作为为引引起起渣渣滴滴分分裂裂的的外外力力该该冲冲击击力力必必然然正正比比于于钢钢液液的的密密度度ρm m和和出出钢钢时钢流下落高度时钢流下落高度H H所以所以Pc=c’’·Pc=c’’·ρm m·H·H 当当P=PcP=Pc时，时，比例系数，取0.2H/m1234567GCr150.1450.0720.0480.0360.0260.0240.02140CrNiMoA0.0860.0430.0290.0210.0170.0140.012渣滴的最小半径的计算值渣滴的最小半径的计算值46 乳化渣滴在平静介质中上浮速度乳化渣滴在平静介质中上浮速度V V：：介质阻力系数，它由雷诺数查相应的曲线而确定，取0.25当乳化渣滴直径为乳化渣滴直径为0 0.13cm13cm时，时，V V＝＝3 3.88cm/sec88cm/sec47 (2)合成渣对钢中元素脱氧能力的影响合成渣对钢中元素脱氧能力的影响48 (3)扩散脱氧扩散脱氧 氧在熔渣和钢液中的溶解是服从分配定律的。

当还原氧在熔渣和钢液中的溶解是服从分配定律的当还原性的合成渣与未脱氧性的合成渣与未脱氧(或脱氧不充分或脱氧不充分)的钢液接触时钢液的钢液接触时钢液溶解的氧能通过扩散进入渣中，从而使钢液脱氧其脱氧溶解的氧能通过扩散进入渣中，从而使钢液脱氧其脱氧的限度可用热力学的方法估算氧在熔渣和钢液中的分配的限度可用热力学的方法估算氧在熔渣和钢液中的分配可写成：可写成： 扩散脱氧的速率可用经过边界层的扩散方程表示：扩散脱氧的速率可用经过边界层的扩散方程表示：49 渣洗过程中夹杂的去除，主要靠两方面的体用：渣洗过程中夹杂的去除，主要靠两方面的体用： 1））钢中原有的夹杂与乳化渣滴碰撞，被渣滴吸附、钢中原有的夹杂与乳化渣滴碰撞，被渣滴吸附、同化而随渣滴上浮而去除同化而随渣滴上浮而去除 渣洗时，乳化了的渣滴与钢液强烈地搅拌，这样渣滴与钢中原有渣洗时，乳化了的渣滴与钢液强烈地搅拌，这样渣滴与钢中原有的夹杂，特别是大颗粒夹杂接触的机会就急剧增加由于渣和夹杂间的夹杂，特别是大颗粒夹杂接触的机会就急剧增加由于渣和夹杂间的界面张力的界面张力σn-1远小于钢液与夹杂间的界面张力远小于钢液与夹杂间的界面张力σm-1。

据资料介绍，渣与夹杂之间的润湿角据资料介绍，渣与夹杂之间的润湿角θn-1=15~20° ，，而而钢液与夹杂之间的润湿角钢液与夹杂之间的润湿角θm-1=120~170°，，所以钢中夹杂很所以钢中夹杂很容易被与它碰撞的渣滴所吸附容易被与它碰撞的渣滴所吸附 渣洗工艺所用的熔渣渣洗工艺所用的熔渣(异炉渣洗大都选用异炉渣洗大都选用CaO-Al2O3系，同炉渣洗系，同炉渣洗可以是白渣或石灰可以是白渣或石灰-火砖块渣火砖块渣)均是氧化物熔体，而夹杂大都也是氧化均是氧化物熔体，而夹杂大都也是氧化物，所以被渣吸附的夹杂比较容易溶解于渣滴中，这种溶化过程称为物，所以被渣吸附的夹杂比较容易溶解于渣滴中，这种溶化过程称为同化夹杂被渣滴所同化而使渣滴长大，加速了渣滴的上浮过程夹杂被渣滴所同化而使渣滴长大，加速了渣滴的上浮过程4）夹杂的去除）夹杂的去除50 2））促进了二次反应产物的排出，从而促进了二次反应产物的排出，从而使成品钢中夹杂数量减少使成品钢中夹杂数量减少 渣洗过程中，乳化渣滴表面可作为脱氧渣洗过程中，乳化渣滴表面可作为脱氧反应新相形成的晶核。

反应新相形成的晶核由于形成新相所需要由于形成新相所需要的自由能增加不多，所以在不太大的过饱和的自由能增加不多，所以在不太大的过饱和度下脱氧反应就能进行度下脱氧反应就能进行 此时的脱氧产物比较容易被渣滴同化并此时的脱氧产物比较容易被渣滴同化并随渣滴一起上浮，所以残留在钢中的脱氧产随渣滴一起上浮，所以残留在钢中的脱氧产物的数量明显地减少这就是渣洗钢比较纯物的数量明显地减少这就是渣洗钢比较纯洁的原因洁的原因51（（5）脱硫）脱硫A 渣的成分对硫的分配系数有很大的影响渣的成分对硫的分配系数有很大的影响B 除炉渣的成分影响除炉渣的成分影响Ls外，炉渣的流动性对实际所能达外，炉渣的流动性对实际所能达到的硫的分配系数也有影响到的硫的分配系数也有影响在渣洗的在渣洗的过程中，脱硫反应可以写成：过程中，脱硫反应可以写成：[FeS]+（（CaO））=（（CaS））+（（FeO））LS=(S)/[S]5253图图2—5 包中硫的分配系数与游离氧包中硫的分配系数与游离氧化钙和氧化亚铁含量的关系化钙和氧化亚铁含量的关系545556简介简介★★ 出钢渣洗（出钢渣洗（低碳铝镇静钢低碳铝镇静钢）） A厂、厂、B厂：转炉厂：转炉—出钢渣洗出钢渣洗—软吹氩－连铸软吹氩－连铸 C厂：转炉厂：转炉—出钢渣洗出钢渣洗—顶渣改质顶渣改质—软吹氩－连铸软吹氩－连铸转炉－转炉－LF－钙处理－软吹氩－连铸－钙处理－软吹氩－连铸★★ 是否用是否用LF ？？？？ ★★渣洗钢夹杂物？？渣洗钢夹杂物？？57渣洗基本理论基础渣洗基本理论基础 传统炼钢冶炼过程更多传统炼钢冶炼过程更多关注的是关注的是成分和温度成分和温度问题，问题，但对洁净钢的生产来说，更但对洁净钢的生产来说，更应关注：应关注：洁净钢洁净钢——洁净渣洁净渣窄成分钢窄成分钢——窄成分渣窄成分渣建立夹杂物控制和利用为核建立夹杂物控制和利用为核心的工艺技术心的工艺技术Diagram showing balance concept between slag and metal炼钢就是炼渣炼钢就是炼渣Make the slag and the steel will make itself58SiO2-Al2O3-CaO相图相图 CaO·SiO2CaO·Al2O3·2SiO23Al2O3·2SiO2低铝含量时低铝含量时 SiAlCa合金的复合脱氧反应合金的复合脱氧反应CaO·SiO2CaO·Al2O3·2SiO22CaO·Al2O3·SiO23Al2O3·2SiO2Al2O3高铝含量时高铝含量时 SiAlCa合金的复合脱氧反应合金的复合脱氧反应炼钢脱氧－炼钢脱氧－ －夹杂物－夹杂物59夹夹杂杂物物去去除除的的机机理理(a) Q=1.19×10-2 Nm3/h(c) Q=11.88×10-2 Nm3/h(b) Q=4.75×10-2 Nm3/h(d) Q=16.63×10-2 Nm3/h60钢中夹杂物与气泡的作用机制钢中夹杂物与气泡的作用机制 Al2O3金属液金属液硅酸盐夹杂硅酸盐夹杂熔渣熔渣夹杂物夹杂物钢液钢液熔渣熔渣σs-iσm-iσm-s搅拌及熔渣对夹杂物的影响搅拌及熔渣对夹杂物的影响61渣洗目的：渣洗目的：1））适当提高覆盖渣碱度适当提高覆盖渣碱度2））降低覆盖渣氧化性降低覆盖渣氧化性3））改善覆盖渣的流动性改善覆盖渣的流动性4））提高炉渣吸附夹杂物能力提高炉渣吸附夹杂物能力5））LF “到位白渣到位白渣”渣洗目标：渣洗目标： ★★碱度碱度>3.5，最好，最好>5★★渣中（渣中（FeO+MnO））<2%★★流动性好（低熔点、低粘度）流动性好（低熔点、低粘度）★★合适的炉渣组成合适的炉渣组成-夹杂物的夹杂物的吸附能力吸附能力出钢出钢渣洗技术渣洗技术A厂：转炉厂：转炉—出钢渣洗出钢渣洗—软吹氩－连铸软吹氩－连铸B厂：转炉厂：转炉—出钢渣洗出钢渣洗—软吹氩－连铸软吹氩－连铸C厂：转炉厂：转炉—出钢渣洗出钢渣洗—顶渣改质顶渣改质—软吹氩－连铸软吹氩－连铸转炉－转炉－LF－钙处理－软吹氩－连铸－钙处理－软吹氩－连铸• 限制初炼炉下渣限制初炼炉下渣• 碱度碱度2.5或更高－含或更高－含8％％MgO－－流动性好流动性好• FeO+MnO<1%或更低或更低——使用脱氧剂使用脱氧剂如电石、如电石、Al等等• 渣量足够渣量足够——至少至少10kg/t钢，满足脱硫钢，满足脱硫和夹杂物去除和夹杂物去除• 氩气搅拌过程良好的温度控制氩气搅拌过程良好的温度控制好的好的LF62出钢出钢渣洗技术渣洗技术B厂渣洗料指标：厂渣洗料指标： Al2O3 ：： 25—30% CaO ：： 35—39% MgO ：： 4—6% 脱氧材料脱氧材料：：CaC2：：9—11% A厂渣洗料指标：厂渣洗料指标： Al2O3 ：： 20—35% CaO ：： 40—55% MgO ：： 4—8% 脱氧材料：脱氧材料：Al：：5—15% 渣洗方案：渣洗方案： A：：出钢渣洗＋渣面改质＋软吹出钢渣洗＋渣面改质＋软吹 B：：出钢渣洗＋软吹出钢渣洗＋软吹渣洗料：渣洗料：机械混合渣、烧结渣、预熔渣机械混合渣、烧结渣、预熔渣63CaOSiO2Al2O3MgOCaF2T.FeMnOB厂厂最大最大值50.4 14.3 39.5 7.7 5.1 1.72 0.68 最小最小值42.2 10.4 27.3 3.4 2.4 0.97 0.21 平均平均值46.512.229.65.24.21.370.54C厂厂最大最大值51.315.836.38.26.52.91.3最小最小值40.211.625.33.82.61.30.7平均平均值45.313.530.84.74.31.71.1渣洗实例（钢种：渣洗实例（钢种：SPHCSPHC））64渣洗炉次钢中典型夹杂物渣洗炉次钢中典型夹杂物(A厂厂) LF钙处理炉次钢中典型夹杂物钙处理炉次钢中典型夹杂物(A厂厂) A厂厂尺寸尺寸形貌形貌成分成分渣洗渣洗2～～5 μm，极少，极少为5～～10 μm多多为不不规则形状，少部分形状，少部分为球形或球形或椭球形，部分球形，部分为点串状点串状以以Al2O3为主主，，少少量量MnS附附着着在氧化物外在氧化物外围LF-钙处理理多多为2 μm～～5 μm以球形、以球形、椭球形球形为主的复合主的复合夹杂物物夹杂物物芯芯部部主主要要是是MgO• •Al2O3，，大大多多数数夹杂物物外外围包包裹裹CaS渣洗实例（钢种：渣洗实例（钢种：SPHCSPHC））(B厂厂)(C厂厂)65（（1））生产工艺生产工艺 原工艺：转炉－原工艺：转炉－LF－－钙处理－软吹－连铸钙处理－软吹－连铸 现工艺：转炉－出钢渣洗－软吹－连铸现工艺：转炉－出钢渣洗－软吹－连铸（（2）钢水可浇性）钢水可浇性 原工艺：原工艺：20％以上炉次存在流动性不好或不流现象；经％以上炉次存在流动性不好或不流现象；经LF不经不经LF，，大包经常结瘤大包经常结瘤 现工艺：上述现象低于现工艺：上述现象低于1％，无大包结瘤。

％，无大包结瘤3）中包上水口烧氧）中包上水口烧氧 原工艺：无论是否经原工艺：无论是否经LF，，浇钢过程始终要烧氧，一般连浇浇钢过程始终要烧氧，一般连浇7～～8炉钢水要烧氧炉钢水要烧氧3～～5次次 现工艺：基本无现工艺：基本无（（4）中包浇钢时间）中包浇钢时间 原工艺：原工艺：7～～8h；； 现工艺：现工艺：12～～16h（（5））材料消耗材料消耗 原工艺：原工艺：Al>2.5kg/t钢，钢，Ca线线>200m，，渣料渣料>10kg/t钢；钢； 现工艺：较原工艺现工艺：较原工艺Al至少至少0.2 kg/t钢，无钢，无Ca处理，渣料处理，渣料3～～8kg/t钢6）成本节约）成本节约 原工艺：仅原工艺：仅LF＋＋Ca处理成本处理成本>60元元/t钢钢 现工艺：节约成本现工艺：节约成本～～元元/t钢以上7）用户订货量（产量）及质量异议）用户订货量（产量）及质量异议 原工艺：月产量原工艺：月产量>4万吨，质量异议量：万吨，质量异议量：3～～20万元；万元； 现工艺：月产量现工艺：月产量8～～11万吨，质量异议最大量万吨，质量异议最大量<0.5万元。

万元 渣洗实例（钢种：渣洗实例（钢种：SPHCSPHC））66小小 结结★★ 出钢渣洗出钢渣洗 ——脱氧剂脱氧剂— 渣料（钢渣混冲）渣料（钢渣混冲）——软吹软吹>8min ——连铸连铸67。