《冶金概论转炉炼钢》课件.ppt

2006.10.13 武科大《冶金概论》讲义—Zhchy 第三章 炼钢（steelmaking） 主要内容 3.1 炼钢的基本任务 3.2 炼钢炉渣(slag) 3.3 炼钢过程的基本原理 3.4 炼钢用原材料(raw materials) 3.5 铁水预处理工艺(hot metal pretreatment process) 3.6 转炉炼钢 3.1 炼钢的基本任务 四脱：C、S、P、O； 二去：气体、夹杂； 二调整：温度、成分。 浇注。 3.2 炼钢炉渣 3.2.1 炼钢炉渣的作用 3.2.2 炼钢炉渣的来源及其组成 3.2.3 炼钢炉渣的主要性质 3.2.1 炼钢炉渣的作用 作用： 通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属中各元素的氧化和还原过程； 向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气（H、N）。 其它作用。如：稳定电弧，保护渣。 副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。 3.2.2 炼钢炉渣的来源及其组成 炼钢炉渣的来源： 加入的各种造渣材料及被侵蚀炉衬； 炼钢中化学反应的产物：氧化物和硫化物； 废钢带入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却剂带入的脉石。 炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化物和氟化物。 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。 3.2.3 炼钢炉渣的主要性质 碱度(basicity)： R＝1.3～1.5，低碱度渣； R＝1.8～2.0，中碱度渣； R≥2.5， 高碱度渣； 氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁（ ％∑ FeO）含量来表示。 把Fe2O3折合成FeO有两种计算方法：全氧法和全铁法。全铁法较合理。 炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的影响。 3.3 炼钢过程的基本原理 3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序 3.3.3 脱碳反应(decabonization) 3.3.4 硅的氧化 3.3.5 锰的氧化与还原 3.3.6 脱磷反应(dephosphorization) 3.3.7 脱硫反应(desulphurization) 3.3.8 钢的脱氧(de-oxidation) 3.3.9 脱气(degassing) 3.3.10 去除钢中夹杂物 3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 氧的来源： 直接向熔池中吹入工业纯氧（98％）； 向熔池中加入富铁矿； 炉气中的氧传入熔池。 铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化(direct oxidation)和间接氧化(indirect oxidation)。 直接氧化方式 直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。 当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被氧化。 反应可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 [Si]+｛O2}=（SiO2） [Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。 间接氧化方式 吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧[O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O]再与元素发生间接氧化。 其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+［O］ 如： 2［O］+[Si]=(SiO2) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　或 2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。 3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序 溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能变化来判断。 在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量氧化。 铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能变化与温度的关系绘制成图。 3.3.3 脱碳反应 炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。 在高温下[C]主要