4热力学在冶金中的运用.ppt

作业 练习 4-3, 4-4, 4-5 * 从埃林汉图可知，吹炼温度必须高于氧化转化温度，才能使钢水中的[C]氧化而[Cr]不氧化，也就是可以达到去碳保铬的目的。 * 1473K * 1). 标态下的氧化顺序 ?G0=0时，T＝1508K(1235oC)。 ? (固态下) * 1). 标态下的氧化顺序 ?G0=0时，T＝1570K(1297oC)。 ? (溶于钢液) * 2). 非标态下的氧化顺序 非标准态下，碳和铬的氧化顺序由等温方程决定。Cr9%时，渣中铬氧化物为Cr3O4。所以冶炼不锈钢的反应如下： 非标准状态下，碳和铬的反应决定于温度、C和Cr的含量、pCO。 * 非标态下氧化转化温度计算 吹炼温度必须高于氧化转化温度，才能使钢水中的[C]氧化而[Cr]不氧化，也就是可以达到去碳保铬的目的。 * 表 [C]和[Cr]的氧化转化温度计算结果 * 氧气或铁矿石氧化时，钢水升降温的计算： a. 用氧气氧化1%[Cr]提高钢水温度的计算 所以78g w[Cr] 为1%的钢水中含[Fe]为 吹入的氧气温度为室温。 。 * 表 计算钢水升降温所需数据 即吹氧氧化1%[Cr]时，可使钢水温度提高113℃。 * b．用氧气氧化1%[C]提高钢水温度的计算 2[C]+O2（g）= 2CO（g） 即氧化1%[C]时，可使钢水温度提高118℃。 * c．用铁矿石氧化1%[Cr]提高钢水温度的计算 即用铁矿石氧化1%[Cr]时，只能使钢水温度提高8℃。 * d．用铁矿石氧化1%[C]提高钢水温度的计算 该反应是吸热反应，只能使钢水温度降低。 即用铁矿石氧化1%[C]时，可使钢水温度降低204℃。 * (1) 为什么吹氧发明前不能使用不锈钢返回料？即为什么用铁矿石作氧化时不能达到去碳保铬的目的？ 回答问题 如若使用返回料，将Cr配到12%左右，则w[C]从0.35%降到0.1%时，吹炼温度必须从1549℃升高到1728℃。 若使w[C]再降到0.05%时，吹炼温度必须达到1837℃。即降低w[C]必须在高温下完成，而高温的获得靠的是钢液中[Cr]的氧化。 当使用铁矿石作氧化剂时，每氧化1%[Cr]只能使钢液温度提高8℃，这个温度远远抵消不了氧化0.1%[C]使钢液降低的温度20.4℃。 加入铁矿石只能大量氧化[Cr]而不能去[C]。 所以，如果使用返回料，由于电极增碳，用铁矿石氧化又不能去掉所增加的碳，故在吹氧发明前不能使用返回料。 * (2) 为什么吹氧时可使用返回料而不怕增碳？ 熔池中的w[C]从0.35%降到0.05%时，熔池温度必须从1549℃升至1837℃。为了满足去碳保铬，吹炼温度必须大于氧化转化温度。 上述所升高约290℃，主要靠吹氧氧化钢液中的[Cr]来实现。因为每氧化1%[Cr]可使钢水温度升高118℃，那么氧化约2%～2.5%的[Cr]可使钢水温度升高约236℃～295℃。 w[C]从0.35%降至0.05%氧化掉0.3%，也可使钢水升温约36℃。 为了使用返回料并达到去碳保铬的目的，必须首先损失掉2%～2.5%的[Cr]，以满足w[C]降至0.05%所需要的290℃热。当w[C]降到要求后，再补加一部分低碳铬铁，使w[Cr]达到钢号要求的18%。 因此，返回吹氧法吹炼不锈钢时，必须做到“吹氧提温”。 * (3) 为什么在返回吹氧法中，Cr不能一次配足至18%， 而只能配到12%～13%？ 若w[Cr]一次配足到18%，那么当w[C]为0.35%时，开吹温度必须高于1626℃。 w[C]降至0.1%时，吹炼温度必须高于1822℃。 w[C]继续降到0.05%时，吹炼温度必须高于1943℃。 高的吹炼温度炉衬设备是难以承受的。因此，氧化转化温度太高是造成Cr不能一次配足的主要原因。 * (4) 为什么高碳真空吹炼法Cr可以一次配足？ 当一氧化碳分压小于标准压力101325Pa时，氧化转化温度可降低。越小，氧化转化温度越低。 例如，当PCO=10132 Pa时，w[Cr] =18%、w[C] =0.05%，氧化转化温度只有1601℃，这个温度在生产中可以达到的。 为了吹炼超低碳不锈钢，如w[C] =0.02%，从实例12可以看出，当PCO=5066 Pa时，氧化转化温度为1631℃，仍是可行的。因此，采用真空或半真空吹炼，可以将Cr一次配足。 当[C]含量越高时，氧化转化温度越低。所以，吹炼开始时，可以先在常压下吹氧脱碳。但当w[C]下降到一定程度时，必须采用真空吹炼。 * 1). 温度越高，碳含量越低，去碳保铬效果越好； 2). 获得不同温度下的[Cr]和[C]的平衡曲线； 由图中可知，冶炼不锈钢时，碳越低则需要熔池温度越高，而且[Cr]要求越高，去碳保铬所需温度就越高。所