炼钢原理8 钢液的炉外精炼原理.ppt

8.1引言：炉外精炼的含义 1 炉外精炼 2 炉外精炼的方法 （1）渣洗 （2）、（3）、（4）、（5）、（6） 8.1钢液的真空处理 1真空冶金的一般规律— 压力对化学平衡的影响 （1）根据麦克斯韦关系式，吉布斯自由能随压力的变化，决定于该物质在该温度下的摩尔体积。 气体物质的摩尔体积大，压力的变化明显地影响气态物质的吉布斯自由能。n摩尔气体在温度不变而气体压力变动的情况下，吉布斯自由能的变化关系可用下式表达。 式中n为气体摩尔数；R为气体常数；T为绝对温度；P1和P2分别为反应的始态与终态时的气体压力。 。 分析 1）当反应生成物为气体时，降低系统的压力，反应仍具有自发进行的趋势，也就是提高真空度可使已达到平衡的反应向产生气体的方向继续进行。 2） 在常压下适用的物理化学基本规律在高真空条件下（如1Pa）仍然是适用的。 3）压力的变化使冶金物理化学理论分析增加了一个变量。 在常压下往往将相律公式简化为F=C-P+1，但当压力变化时，相律公式仍应恢复为F=C-P+2 分析 （假设钢液含碳0.2%，碳的活度系数为1.067，碳在钢液中的活度，与此相应气体混合物的压力比为： 当气体混合物的压力为0.1MPa时，可以求出CO和CO2的平衡分压： 开启真空泵，使气体压力降至原来的 ，炉内两种气体的分压也分别下降 ，则显然，混合气体压力比也随之变化， 但是，平衡常数不变，在1873K时，K=535.3，由此得出： 结论 （1）当抽真空时会引起平衡向碳的活度降低的方向移动，即起到脱碳的效果。 （2） 规律推广：在有气体参加的所有冶金反应当中应用真空，当过程中有气相参加，并且反应生成物中气体摩尔数大于反应物中气体摩尔数时，便可利用真空引起的反应平衡移动来达到精炼的目的。如真空脱氧、真空脱碳等。 2 金属的真空脱氧 （1）真空条件下碳的脱氧能力 在常压下进行冶炼时，碳的脱氧能力较低，必须使用强脱氧剂进行终脱氧。碳的脱氧产物是CO气体，在降低压力后，平衡向产生CO气体方向移动，使碳的脱氧能力提高。图8-1表示不同压力下碳的脱氧能力与几种元素脱氧能力的比较。 分析图 ①真空条件下，碳的脱氧能力可以达到和硅、铝相近的水平， 碳脱氧的反应式如下： 当钢液中[C]、[O]含量不高时，可用浓度代替活度，即 在T=1873K，时，求得m=0.0024。因为K和m在一定温度下是常数，所以真空可以使碳的脱氧能力提高。 ②在实际情况下，碳的脱氧能力并不能达到热力学计算的那样强的水平，提高真空度不能使碳的脱氧能力无限提高。 ③在生产实践中不管采用哪一种真空熔炼或处理装置，钢液在真空下由碳脱氧后，其残存的氧含量总是大于按热力学计算的值。 真空碳脱氧的动力学  1 概述  （1）、含义：合成渣洗是由炼钢炉初炼的钢水再在钢包内通过钢液对合成渣的冲洗进一步提高钢水质量的一种炉外精炼方法。 适合于处理用于制造高强度钢板、钢管、输气管道、航空及耐寒和深冲变形部件的钢种。 （2）、合成渣种类： 液态渣、固态渣 （3）、主要目的： 降低钢中的氧，硫和非金属夹杂物含量，它可以把[O]降至0.002%、[S]降至0.005%甚至0.003%。 （4）、合成渣洗过程：在一个专门容器内(一般使用电弧炉)熔炼合成渣(液态)，炉渣温度控制在1680～1750oC,出钢前将熔炼好的合成渣倒入钢包内并移至炉下，在出钢过程中钢液流冲击包内的合成渣，充分搅拌，钢液与合成渣充分接触，使钢液得到渣洗。为了使钢渣充分搅拌接触，需大出钢口、深坑出钢，即钢水有一定的冲击力，钢流有一定的高度和速度，使钢水尽快出净。混冲高度一般为3～4米，出钢时间要短，如10t炉子35～55秒，20t炉子45～50秒，合成渣用量一般为钢水量的5～6%，进行渣洗的钢液出钢前应扒除炉渣，然后再出钢。 2 合成渣的性质 2 合成渣的性质 2 合成渣的性质 3 合成渣洗的精炼作用 合成渣洗工艺： 按要求的成分、温度、渣量先倒入钢包内，然后吊到电弧炉或转炉出钢位置，靠出钢钢流的冲击使合成渣乳化，渣和钢充分接触混合，然后乳化的渣滴上浮至钢液面，完成钢液的脱硫，脱氧、去除非金属夹杂等精炼任务。 3 合成渣洗的精炼作用 （1）合成渣的乳化和上浮 倒入钢包内的合成渣在钢流的冲击下，被分裂成细小的渣滴并弥散于钢液中，粒径越小，与钢液接触的表面积越大，渣洗作用越强。乳化的渣滴随