炼钢工艺学复习题

1、炼钢工艺学复习提纲（详见看课本和笔记）2013.4.17（授课教师：刘宇雁）1.铁水预处理的“三脱”是指脱硅、脱磷、脱硫。2.铁水预处理指铁水在兑入炼钢炉之前，为除去某种有害成分( 如S、P、Si等)或提取/回收某种有益成分(如V、Nb 等)的处理过程。或铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素（如S、P、Si等）或从铁水中回收有价值元素的一种处理工艺。3.铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理，前者包括铁水脱硅、脱硫和脱磷(即“三脱”)或同时脱磷脱硫；后者是针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提钒、提铌、提钨等。 4.铁水预处理目的及意义

2、：主要是使其中硫、硅、磷含量降低到所要求范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。有效提高铁水质量；减轻炼钢负担；为优化炼钢工艺，提高钢材质量创造良好条件；对特殊铁水预处理而言，可有效回收利用有益元素，实现综合利用。5.铁水预处理优点：铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性的元素，在使用各种脱硫剂时，脱硫剂的烧损少，利用率高，有利于脱硫。铁水中的碳、硅能大大提高铁水中硫的活度系数，改善脱硫的热力学条件，使硫较易脱至较低的水平。铁水中含氧量较低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于脱硫。铁水处理温度低，使耐火材料及处理装置的寿命比较高。铁水脱硫的费用低。可以提高高炉炼铁和转炉炼钢的生产能力。6.铁水预脱硅技术的

3、目的：铁水脱磷前必须脱硅。减少转炉石灰耗量（硅氧化形成的SiO2大大降低渣的碱度），减少渣量和铁损，改善操作和提高炼钢经济技术指标。铁水预脱P的需要，可减少脱磷剂用量、提高脱磷、脱S效率。当铁水Si0.15%时，脱磷剂用量急剧增大。因此，脱磷处理前需将铁水含Si脱至0.15，这个值远远低于高炉铁水的硅含量，也就是说，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脱磷前必须先脱硅。铁水预脱P的最佳Si初始：苏打脱P：Si初始 <0.1%石灰熔剂脱P：Si初始 0.100.15%对含V或Nb等特殊铁水，预脱Si可为富集V2O5和Nb2O5等创造条件。7.铁水预脱硫技术迅速发展的原因

4、：用户对钢的品种和质量要求提高。连铸技术的发展要求钢中硫含量进一步降低，否则连铸坯容易产生内裂，铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。铁水中碳、硅、磷等元素的含量高，可提高硫在铁水中的活度系数，而有利于脱硫，同时铁水中的氧含量低，没有强烈的氧化性气氛，有利于直接使用一些强脱硫剂，如电石（CaC2）、金属镁等；故铁水脱硫效率高。铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。其费用比值为：高炉脱硫：铁水预处理脱硫：转炉：炉外精炼=2.6：1：16.9：6.10降低炼铁和炼钢炉脱硫负担; 有利于降低消耗和成本，并增加产量。提高炼铁和炼钢经济技术指标；有效提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。

5、全程脱硫：高炉铁水炉外炼钢炉(精炼炉)实现铁水深度脱硫，经济有效生产超低S高级优质钢；提高钢质、扩大品种、优化工艺（改善转炉炼钢操作）；8.铁水预脱硫优点（铁水脱硫条件比钢水脱硫优越的主要原因）用优质铁水炼钢，是提高产品质量、扩大品种、增加效益和增强产品市场竞争力的重要条件之一，也是生产低硫洁净钢的基础。铁水炉外脱硫有利于提高炼铁、炼钢技术经济指标。通过比较各种脱硫工艺，铁水脱硫预处理工艺有如下优点：铁水中C、Si较高，fs，提高硫的反应能力；铁水中O较低，提高渣铁之间的硫分配比（Ls），脱硫效率高；搅拌充分，脱硫剂利用率高，脱硫速度快； 铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力、节约工序能源、降低成

6、本。故铁水脱硫费用费用比其他工序低。9.铁水预脱硫技术的发展：铁水炉外脱硫技术在20世纪60年代氧气顶吹转炉炼钢工艺发展后得到迅速推广，在国外已趋成熟，在实际生产中大量应用，处理工艺方法约数十种之多。先后发明的工艺大致可分为分批处理法和连续处理法两大类，其中分批处理法又可分为铺撒法/投入法(含倒包法)、机械搅拌法、吹气搅拌法、喷射法、镁脱硫法等。目前常用的方法有喷吹法和KR机械搅拌法。目前生产中主要应用的铁水脱硫方法有KR搅拌法和喷吹法。KR机械搅拌法：是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，熔池一定深度，借其旋转产生的漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的。其优点

7、是动力学条件优越，有利于采用廉价的脱硫剂如CaO，脱硫效果比较稳定（由于搅拌能力强和脱硫前后能充分的扒渣，回硫少，可将硫脱至很低，即实现深脱硫），效率高(脱硫到0.005 %) ，脱硫剂消耗少，适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用。其缺点是设备复杂，一次投资较大，脱硫铁水温降较大。喷吹法：是利用惰性气体（N2或Ar）作载体将脱硫粉剂（如CaO，CaC2和Mg）由喷枪喷入铁水中，载气同时起到搅拌铁水的作用，使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者之间充分混合进行脱硫。目前，以喷吹镁系脱硫剂为主要发展趋势，其优点是设备费用低，操作灵活，喷吹时间短，铁水温降小。相比KR法而言，一次投资少，适合中小型企业的低

8、成本技术改造。喷吹法最大的缺点是，动力学条件差，扒渣操作较难，易回硫（尤其是单喷法）有研究表明，在都使用CaO基脱硫剂的情况下，KR法的脱硫率是喷吹法的四倍。10.叙述铁水镁基预脱硫工艺过程和工艺特点：在出铁沟内向铁水中加入造渣料、保温剂等，使铁水从铁口至铁水罐的过程中，可以进行脱硅、脱硫，调整铁水成分。铁水运到预处理车间，喷吹或加入金属镁、石灰脱硫剂。脱硫后将铁水上面的渣除去，加入保温剂可以保持铁水温度、控制硫含量。工艺特点：充分发挥铁水氧势低的特点。高炉：炉渣碱度和焦比下降，有利于高炉顺行和提高生产率。转炉：减少石灰用量和渣量，提高金属收得率，冶炼超低硫钢。11.铁水脱硫预处理的工艺方法：

9、投掷（入）法：将脱硫剂投入铁水中。喷吹法：将脱硫剂喷入铁水中。搅拌法（KR法）：将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫。12.常用铁水预脱硫剂有石灰、碳化钙/电石、苏打、金属镁及复合脱硫剂等。或生产中，常用的脱硫剂有苏打灰(Na2CO3)、石灰粉(CaO)、电石粉（CaC2）和金属镁。13.提高铁水脱硫效果的措施：1）热力学条件。fs（C、Si）；降低氧位，即O、（O2）（加入铝）脱硫剂用量（同时生产费用）；控制好温度。2）动力学条件。 根据铁水条件及钢种要求，选择适当主脱硫剂。即要满足脱硫要求，又要尽量降低脱硫成本且操作方便。脱硫要求一般时（轻脱硫），脱硫剂组成以石灰粉为主；生产低

10、硫生铁时，以电石粉为主（深脱硫）。添加适当促进剂。适当减小脱硫剂粒度，增大反应界面，加快脱硫速度；强化熔池搅拌，增加逗留时间，减小扩散边界层厚度，提高混匀搅拌效率，均可加快脱硫反应速度；控制好温度。提高铁水温度，增大硫的传质系数；选择适当的喷吹参数，以取得最佳喷吹效果。14.选择脱硫方法的原则（铁水脱硫方案的选择）铁水条件供应条件；冶炼钢种要求；处理规模（处理能力，作业率）、工艺流程（铁水运输方式）及总图布置（布置位置）；脱硫效率及脱硫剂消耗；处理成本（设备和基建费用）；铁水温降；预留铁水三脱的可能性；环境污染15.转炉的内衬由绝热层/隔热层、永久层、工作层组成。炼钢用耐火材料按化学性质可分为

11、：碱性耐火材料、酸性耐火材料和中性耐火材料。碱性耐火材料是指以CaO和MgO为主组成的耐火材料。耐火度：是使耐火材料软化到一定程度的温度。抗渣性：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力。16.转炉炉衬损坏原因主要为机械作用、高温作用、化学侵蚀、炉衬剥落。或机械冲击和磨损、耐材的高温溶解、高温溶液渗透、高温下气体挥发。转炉出钢口采用耐冲蚀性好、抗氧化性高的镁碳砖。炉龄：转炉从开新炉到停炉，整个炉役期间炼钢的总炉数。转炉炉龄：是指转炉大修后投入生产直到下次停炉大修期间所炼钢的炉数。经济炉龄即为最佳炉龄，也就是要获得最好的生产率和最低的成本。17.炼钢的基本任务：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非

12、金属夹杂物，提高温度和调整成分。 采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。或“四脱”（脱碳、脱氧、脱磷和脱硫），“二去（去气和去夹杂）”，“两调整”（调整温度和成分）。或脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去气（去除有害气体）和非金属夹杂物，升温及脱氧合金化（提高温度和调整成分）。1）脱碳：把铁水中的碳氧化脱除到所炼钢种的范围内。 2）脱磷脱硫：通过造出成分合适的炉渣，去除铁水中的磷、硫。 3）脱氧和合金化：加入脱氧剂和铁合金，降低钢液中的氧和使钢液达到钢种要求的合金成分。 4）脱气（氢、氮）和脱夹杂物：把溶解在钢液中的气体和来不及上浮排除的非金属夹杂物，通过一定的方法去除。5）升温

13、：把冶炼过程的金属液温度升高至出钢温度。 6）浇注：将成分和温度合格的钢水浇注成坯。18.熔渣的物理化学性质炼好钢首先要炼好渣，所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理化学性质，而熔渣的物理化学性质又影响着炼钢的化学反应平衡及反应速率。因此，在炼钢过程中，必须控制和调整好炉内熔渣的物理化学性质。15.炉渣在炼钢中起着什么作用? 炉渣不仅是炼钢生产的废弃物，又是冶炼过程中不可缺少的主要物质，所谓“炼钢就是炼渣”，炉渣在炼钢过程中所起的主要作用有：炉渣能有效的去除铁水中的有害元素S和P。炉渣是炼钢过程中氧的重要传递媒介，特别是对电炉、精炼炉更是如此。炉渣可以搜集从金属液中上浮

14、的各种反应产物及非金属夹杂物。炉渣对熔池的传热有重要作用，可以减少熔池的散热损失。炉渣对金属的收得率有重要影响，炉渣的物理性质控制不当就会造成喷溅或是增加渣中夹铁量而造成更多的金属损失。炉渣可以保护炉衬，溅渣护炉（炉渣是使炉衬侵蚀的主要物质，因此炉渣的化学成分及物理性质对炉衬的使用寿命有重要影响）。或炉渣的作用：脱除磷硫、向金属熔池传氧、减少炉衬侵蚀等。或熔渣在炼钢过程中的作用主要体现在以下几个方面：去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素，同时能将铁和其他有用元素的损失控制在最低限度内。熔渣还能吸收铁水中的钒、铌等有用元素的氧化物，而成为钒渣或铌渣，然后再从中提取钒或铌，可以说熔渣是炼钢去除杂质的

15、精炼剂；炼钢熔渣覆盖在钢液表面，保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体，保温，减少有益元素烧损；防止热量散失，以保证钢的冶炼温度；吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物。熔渣在炼钢过程中也有不利作用，主要表现在：侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重；熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的收得率。 因此，造好渣是炼钢的重要条件。要造出成分合适、温度适当并具有适宜于某种精炼目的的炉渣，发挥其积极作用，抑制其不利作用。有利作用：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；吸收钢液中的非金属夹杂物；防止炉衬的过分侵蚀；覆盖钢液

16、，减少散热和防止二次氧化和吸氢。其他作用：在不同炼钢方法中，熔渣还有其独特的作用。如：氧气顶吹转炉炼钢过程熔渣钢液滴气泡形成高度的乳化相钢渣接触面积加速吹炼过程。电弧炉炼钢时稳弧（稳定电弧燃烧）和传热良好的泡沫渣能包围住弧光弧光对炉衬的辐射侵蚀电渣重熔时作电阻发热体可重熔和精炼金属（电渣炉）出钢时钢液的二次氧化浇注时作保护渣，可减少氧化，防止散热，并改善铸坯表面质量等。不利作用：侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重。熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的回收率。严重泡沫化熔渣会引起喷溅。（转炉）19.炼钢炉渣的来源，主要有三个方面：炼钢过程有目的加

17、入的各种造渣材料（石灰、萤石、粘土砖等）。钢铁材料（生铁或废钢）中所含元素Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物。炼钢过程中化学反应的产物，即金属炉料、脱氧剂及合金中的各元素被氧化后所生成的氧化物（SiO2、MnO、P2O5、FeO、Fe2O3）；还有少量硫化物（CaS、MnS）。冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料。或炼钢过程中炉渣来自何处?炉渣的来源主要有：钢铁料(铁水、废钢)所含的各种杂质元素(如Si、Mn、P等)被氧化生成的氧化物；为去除铁水中的硫、磷而加入的造渣材料(石灰等)及助熔剂(萤石等)；作为氧化剂或冷却剂加入的矿石、烧结矿、氧化铁皮等材料带入的杂质；被侵蚀或冲刷下来的炉衬耐火材料；由各

18、种原材料带入的泥沙杂质。20.熔渣的氧化性（熔渣的氧化能力）：是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量（在单位时间内从渣相向金属相供氧的数量）；是熔渣的一个重要性质，决定了脱磷、脱碳，以及去除夹杂物等。通常用渣中氧化铁含量的多少表示熔渣氧化能力的强弱。生产中常用渣中(%FeO)表示渣的氧化性。21.熔渣氧化性对操作过程有何影响？如杂质的去除程度；钢水含氧量；石灰溶化速度；熔渣的泡沫程度；喷溅；炉衬寿命；金属和铁合金的收得率。22.熔渣与熔融金属之间应有足够大的表面张力，以有助于渣壳分离，防止熔渣卷入金属内；而熔渣与非金属夹杂物之间的表面张力越小越好，以利于熔渣对非金属夹杂物的浸润、吸

19、附和溶解。炉渣碱度：是指炉渣中的碱性氧化物与酸性氧化物的数量之比，一般用R=%CaO/%SiO2来表示。溶渣粘度代表溶渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力。影响炉渣粘度的主要因素是：炉渣成分、温度、悬浮于渣中固态微粒的尺寸和数量。23.氧气顶吹转炉的传氧机理主要可分为直接传氧和间接传氧两种形式。炼钢时向钢液供氧的方式有直接供氧和间接供氧。硅的直接氧化反应式为：Si+O2=（SiO2）和Si+2O=（SiO2）。24.炼钢脱磷的有利条件有哪些？答：脱磷反应：2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5Fe 或脱P化学反应式为：2P+5（FeO）+3（CaO）=（3CaO&

20、#183;P2O5）+5Fe+Q由去磷反应式可知，高碱度、高氧化铁炉渣有利于去磷。脱磷有利条件：高碱度、高（FeO）/氧化性、良好流动性熔渣、充分的熔池搅拌、适当的温度和大渣量。氧化脱磷的有利条件：较高的炉渣碱度（34）；氧化铁较高（1520）；良好流动性熔渣；充分的熔池搅拌；适当的温度（14501550）；渣量要大，可利用多次放渣和造新渣去磷。氧气顶吹转炉炼钢过程中，去除P的任务主要是在吹炼中前期完成。脱磷工艺的热力学和动力学条件和炼钢过程中脱磷特点及脱磷的必要性：2P+5(FeO)+3(CaO)=3CaO.P2O5+5Fe 或 2P+5(FeO)+4(CaO)=4CaO.P2O5+5Fe磷

21、使钢产生冷脆，磷含量越高越易在结晶边界析出磷化物，降低钢的冲击值，含碳高时C促进凝固过程中磷的偏析。2P+5O+3(O2-)=2(PO4-)T 有利脱P，放热反应R有利脱P，CaO与P2O5结合,降低；R 粘度不利FeO有利脱P，必要条件，促进P2O5 O 渣量 有利脱P,稀释Si Mn Cr C 不利脱P O 提高LP，能扩大钢渣界面提高传质系数的因素有脱碳速度、氧枪位置、供氧强度等，都能促进脱磷。转炉和电炉炼钢过程R有利于脱磷。但出钢脱氧后钢水中O ,带入的转炉渣中的P要回到钢水中，如何解决炉外精炼过程回磷是炼钢脱磷课题。25.回磷：就是磷从熔渣中又返回到钢中，也是脱磷的逆向反应；或成品钢

22、中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象。或磷自炉渣返回钢液的现象。26.减少回磷的措施：为了抑制“回磷”现象，在生产中常用的办法是：在出钢前向炉内加入石灰，使炉渣变稠以防止出钢时下渣。冶炼中期，保持(FeO)10，防止因炉渣“返干”而产生的回磷；控制终点温度不要过高，并调整好炉渣成分，使炉渣碱度保持在较高水平。出钢时，适当提高脱氧前的炉渣碱度；挡渣出钢，尽量避免下渣；出钢后，向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；脱氧合金化时，尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧。27.炼钢脱硫的有利条件有哪些？脱硫的有利条件：高温、高碱度、低氧化铁（FeO），良好流动性熔渣、充分的熔池搅拌和大渣量。氧气顶吹转炉脱

23、S效果比较理想的条件是在吹炼后期。28.碳氧浓度积：在一定的温度和压力下钢液中的碳氧反应达到平衡时，碳和氧的质量百分浓度之积是一个常数。29.脱碳反应对炼钢过程的作用/碳氧化在炼钢中的作用：炼钢熔池中脱碳反应基本形式为：COCO和C(FeO)FeCO。脱碳，将熔池中的碳氧化脱除至所炼钢种的终点要求；放热升温，加速传质传热；均匀熔池成分、温度；加大钢渣界面，加速反应的进行，也有利于熔渣的形成；去气去夹杂（有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出）。爆发性的脱碳反应会造成喷溅。或氧气顶吹转炉炼钢脱碳反应的意义:氧化铁水中的碳至少种要求终点碳的范围内；均匀钢水温度、成分促进各种化学反应进行；去除钢中气

24、体，促进钢中非金属夹杂物碰撞上浮；为转炉炼钢提供大部分热源；使炉渣形成成泡沫，有利于炉渣与金属滴间的化学反应。30.碳氧反应发生的必要条件是：必须存在过剩氧，即O实际O平衡。31.钢中氧的危害性主要表现在以下方面（1）产生夹杂；（2）形成气泡；（3）加剧硫的危害。32.脱氧任务：炼钢炉内氧的存在形态有气态氧、溶解在渣中的氧、溶解在钢中的氧。按钢种要求降低钢液中溶解的氧；排除脱氧产物；控制残留夹杂的形态和分布。炼钢生产常用的脱氧方法有沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧。33.炼钢脱氧的方法有哪几种？它们各有什么特点？答：按脱氧原理及脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分为沉淀脱氧扩散脱氧和真空脱氧。 1）

25、沉淀脱氧定义：把脱氧剂加入钢液中，脱氧产物以沉淀形态产生于钢液之中的脱氧方法就叫沉淀脱氧，又叫直接脱氧，是目前广为采用的脱氧方法。或把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。或是把块状脱氧剂直接加入到钢水中，脱除钢水中氧的一种脱氧方法。或将脱氧剂加到钢液中，它直接与钢液中的氧反应生成稳定的氧化物，即直接脱氧。或将块状脱氧剂沉入钢液中，熔化、溶解后与钢中氧反应生成稳定的氧化物并上浮进入炉渣，以降低钢中氧的脱氧方法。或直接向钢液中加入脱氧剂，以夺取溶解在钢液中的氧，并生成不溶于钢液的氧化物或复合氧化物而排至炉渣中。特点：优点：脱

26、氧效率比较高，耗时短，合金消耗较少（沉淀脱氧反应在钢液内部进行，效率高，脱氧反应速度快，对冶炼时间无影响），操作简便，成本较低，因而在生产中广泛采用。缺点：脱氧产物容易残留在钢中会造成内生夹杂物。当脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量，易污染钢液（生成的脱氧产物有可能难以完全上浮而成为钢中非金属夹杂；沉淀脱氧的脱氧程度取决于脱氧剂能力和脱氧产物的排出条件）。应用：转炉炼钢普遍采用沉淀脱氧法，出钢过程的预脱氧，钢水喂线(如铝线、Ca 5i线等)终脱氧都属沉淀脱氧。常用的脱氧剂有：锰铁、硅铁、铝和复合脱氧剂等。2）扩散脱氧原理：是根据氧分配定律建立起来的，随着钢液中氧向炉渣中扩散，炉渣中(F

27、eO)逐渐增多，为了使(FeO)保持在低水平，需在渣中加脱氧剂来还原渣中的(FeO)，这样可以保证钢液中的氧不断向渣中扩散。扩散脱氧时，脱氧剂加到熔渣中，通过降低熔渣中的(FeO)含量，使钢水中氧向熔渣中转移扩散，达到降低钢水中氧含量的目的。定义：扩散脱氧又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉Fe-Si粉CaSi粉Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。或通过不断减低炉渣中（FeO）含量来相应降低钢液中氧含量的方法。或是在液态金属与熔渣界面上进行的，利用熔渣中的 FeO 与钢液中的 FeO 能够互相转移，趋于平衡时符合分配定律的机

28、理进行脱氧。 特点：优点：钢中残留的有害夹杂物较少。脱氧反应在钢渣界面上进行，脱氧产物不会污染钢液（扩散脱氧的产物存在于熔渣中/在渣相内形成，不在钢中生成非金属夹杂物，这样有利于提高钢液的洁净度）。缺点：钢水平静状态下扩散脱氧的时间较长（脱氧速度较慢），脱氧剂消耗较多。由于扩散脱氧是在钢渣界面上进行，钢液中的氧需要向渣中转移，完全靠氧的扩散，因此速度很慢/脱氧时间长，可以通过吹氩搅拌或钢渣混冲等方式加速脱氧进程；另外，进行扩散脱氧操作前，需换新渣，以防止回磷。应用：一般用于电炉还原期，或钢液的炉外精炼。合成渣洗、LF白渣精炼均属扩散脱氧，脱氧效率较高，但必须有足够时间使夹杂物上浮。配有吹氩搅拌

29、装置，效果非常好。3）真空脱氧：原理：将钢包内钢液置于真空条件下(如RH精炼)，通过抽真空打破原有的碳氧平衡，促使碳与氧的反应，达到通过钢中碳去除氧的目的。定义：利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如C-O反应。特点：优点：不消耗合金，脱氧比较彻底，脱氧产物为CO气体，易于排除，不污染钢液（不会对钢造成非金属夹杂的污染），而且在排出CO气体的同时，还具有脱氢、脱氮的作用，故这种脱氧方法的钢液洁净度高。局限：需要有专门的真空设备。应用：随着炉外精炼技术的应用，根据钢种的需要，钢水(转炉或电炉)也可采用真空脱氧。34.促使脱氧产物上浮的措施：上浮速度；

30、形成液态的脱氧产物。形成与钢液间界面张力大的脱氧产物。30.合金元素加入一般的原则：脱氧元素先加，合金化元素后加；脱氧能力较强、且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的情况下加入，以提高合金收得率。熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内。 35.钢中气体来源及其对钢质的影响：钢中气体主要指氢和氮，一般来说氮的含量较高，且较难去除。2)钢中氢、氮的来源及它们对钢质量的影响1）钢中氢的来源及其对钢性能的影响来源：炉气、原材料、冶炼和浇注系统。钢中氢主要来源于炼钢用原材料。例如，石灰通常含有46%的水分，铁合金中也有少量水分。炉衬和浇注设备(如未烘干的炉衬、钢包等)也是氢的来源之一。氢也可来自大气中的水分，

31、尤其在雨季，空气湿度大，钢中往往有较多的氢。对钢质量的影响：“白点”、氢脆、发纹、“鱼眼”、层状断口。钢中氢危害性极大，随着钢中含氢量的增加，钢的强度特别是塑性和韧性将显著下降，使钢变脆，称为“氢脆”。氢还是钢中“白点”产生的根本原因。所谓“白点”，就是存在于热轧钢坯和大锻件内部的小裂缝，因其在钢试样的纵向断口上，多呈圆形或椭圆形的银白色斑点，故称“白点”。但在其酸浸后的横向切上，却呈细小裂缝，故又名“发裂”。白点对钢的性能有极不利的影响，主要表现在降低钢的机械性能，零件淬火时会开裂，或使用时裂纹发展造成严重事故。所以白点是钢材不允许存在的缺陷。2）钢中氮的来源及其对钢性能的影响来源：氧气、炉

32、气和大气、金属炉料钢中的氮主要来源于氧气、炉气和所加入的金属炉料（主要是含Cr、V、Ti等与氮有较强亲和力的元素的废钢和铁合金）。氧气转炉冶炼的钢，其含氮量主要受氧气纯度的影响。对钢质量的影响：时效硬化、蓝脆、“合金元素”的作用钢中氮能增加钢的时效硬化性，即含氮高的钢，在室温下长期置放后，性能不断变化，钢的强度和硬度升高，塑性和冲击韧性显著下降。特别是低碳钢，由于Fe4N的析出而引起低温脆性，使冲击韧性大大降低，损害了薄板的深冲性能。钢中氮还是导致“蓝脆”的主要原因。所谓“蓝脆”，是指在250450这个温度范围内，钢的强度升高、冲击韧性下降。由于钢在这种温度下加热时，表面发蓝而得名。但在一定条

33、件下，氮也作为一种重要合金元素来应用。一般采用中间合金和渗氮方法加入钢中。如高铬钢中加入氮，可提高其强度而又不降低塑性；在不锈钢中，氮可增强其抗点腐蚀的能力；对钢部件进行表面渗氮处理，则可提高其耐磨性、抗蚀性和抗疲劳性能。钢中气体（H、N）的来源：炼钢炉料带有水分或由于空气潮湿，都会使钢中的含氢量增加；氮由空气进入钢中。金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。潮湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。耐火材料用粘结剂含有8%9%的氢。暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。36.降低钢中气体的主要措施钢中气体通过哪些方法可以脱除？冶炼易产生

34、白点等缺陷的钢种时，要求：特别注意原材料（尤其是石灰）的干燥清洁，冶炼时间要短；要求严格的钢种应充分发挥炉内脱碳的去气作用；也可经炉外吹Ar或真空处理。甚至采用熔炼的方法使钢中氢降到很低的水平。降低钢中N的方法靠脱碳沸腾，吹氩搅拌去气，真空下去气。降低钢中气体的主要措施：减少钢中气体含量可从两方面入手：一是减少钢液吸进去的气体；一是增加冶炼过程中排出去的气体。在炼钢过程中，气体可从炉气和原料进入钢液，而脱碳产生的沸腾作用，又可除去钢中的部分气体。如果沸腾去除的气体量超过进入钢液的气体量，钢中气体量就将减少。因此，降低钢中气体的主要措施不外乎是两个方面减少吸入的气体量和加强去气速度。钢中的氢可由

35、水分解产生，因此要采取烘烤、干燥等措施，最大限度去除原料、造渣材料及耐火材料中的水分。提高转炉用氧气的纯度可降低钢中溶解的氮。钢中气体都与冶炼时间有关，冶炼时间越长，钢中溶解的气体越多，所以要尽量缩短冶炼时间。当原材料、耐火材料等条件一定时，应加强如下气体的排除工作：  在炼钢过程中利用脱碳反应产生的气泡去气，在冶炼过程中必须保证有良好、有力的脱碳反应，造成熔池积极、活跃的“沸腾”，才会大量地排除钢中气体。   在出钢后可采用底吹惰性气体进行精炼除气，这种方法称为“气泡法”。惰性气体吹入金属既不参与化学反应又不溶解于金属内，却形成气泡，气泡中氢与氮几乎为零，溶解在

36、钢液中的氢、氮可以不断地扩散到气泡中去，随之上升排除到大气中去。   真空去气：氢、氮在钢中的溶解度均与它们在气相中的分压力的平方根成正比。那么，如果我们不断地减少氢、氮在气相中的分压，以至气相中的压力很低很低，甚至于接近真空状态时，那时气相中氢、氮的分压也就接近于零，钢中溶解的(H)、(N)也将很少很少。这就是真空去气的原理。真空去气不仅适于氢、氮，也适用于(O)。这就是钢水精炼技术的一大进步。降低钢中气体的主要措施：减少入炉原料带入的气体加强原材料和冶炼浇注设备的干燥和烘烤，采用高纯度的氧气，保证炼钢原材料质量。如选用干燥的炉料，必要时应对废钢、矿石、铁合金、石灰等进行

37、烘烤（使用含气体量低的废钢和铁合金，对含水分的原材料进行烘烤干燥），以减少炉气中水蒸气的分压；冶炼浇注设备耐火制品的干燥和烘烤，以降低钢中含氢量；提高氧气纯度，以降低含氮量等。控制好钢液温度减少吸气量，采用正确的出钢操作。由西华尔特定律知，温度升高有利于吸气，因此，要注意控制钢液温度，尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度；同时要尽量缩短出钢时间，以减少裸露钢液直接与空气接触的时间，减少吸气。加快排气速度。采用合理的生产工艺，完善冶炼操作，强化排气，控制好脱碳速度和脱碳量，保持熔池活跃沸腾（在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸腾来降低钢水中的气体含量）。钢中气体主要是通过脱碳引起的剧烈

38、沸腾作用来排除的。在熔池中上升的CO气泡内，氢、氮的分压都等于零。因此，钢液中的氢和氮就迅速向其中扩散，然后随气泡一起上浮逸出熔池而排除。而熔池的剧烈搅动又加速了氢、氮的扩散。脱碳速度越大，排气速度就越快。炼钢实际操作中，在氧化精炼期一般均要求有一定的脱碳量和脱碳速度，以保证熔池能剧烈而均匀地沸腾一定时间。同时，还要有一定厚度的、流动性良好的炉渣覆盖钢液，既可防止沸腾时吸气，又能使气泡顺利排出，达到充分除气的目的。采用真空、吹氩脱气等炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等方法对钢水进行脱气处理。对一些重要用途的钢种，需要严格控制钢中气体含量时，最有效

39、的方法是采用真空处理等精炼技术。采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。37.钢中非金属夹杂物的来源及分类：钢中非金属夹杂钢中存在的非金属化合物，如氧化物、硫化物、氮化物等都呈独立相存在，统称为非金属夹杂物，简称夹杂物。1）钢中夹杂物的组成和来源组成：钢中夹杂物按其化学成分不同可分为氧化物、硫化物、氮化物等，而以氧化物（如FeO, SiO2 , A12O3）、硫化物（主要是FeS , MnS）以及它们组成的各种不同成分的硅酸盐等复杂化合物，占钢中夹杂物的绝大部分。来源：原材料带入的杂物；冶炼和浇注过程中的反应产物；耐火材料的侵蚀物；乳化渣滴夹杂物等。钢中夹杂物主要来源于两个方面：钢中非金属

40、夹杂物按来源可分为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂：钢中存在着硫磷氧氮等杂质元素，这些元素与钢中的合金元素如硅锰铝钛钒等形成非金属化合物，如氧化物硫化物氮化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为非金属夹杂物，也称为内生夹杂。钢液脱氧过程中的产物以及浇注和凝固过程中进行的各种物理化学反应的产物，未能及时上浮排除而滞留在钢中;钢中各元素与氧、硫、氮的反应产物，这是钢中夹杂物的主要来源。此类夹杂物又称内在夹杂。一般颗粒比较细小，在钢中分布也相对比较均匀。内生夹杂包括：脱氧时的脱氧产物；钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物

41、；固态钢相变溶解度变化生成的产物。 钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的。外来夹杂：是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所形成的氧化物。或在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非金属夹杂物，也称为外来夹杂。由于耐火材料、炉渣等在冶炼、出钢、浇注过程中进入并滞留在钢中，以及在出钢及浇注过程中钢液二次氧化的产物滞留在钢中所造成的夹杂。此类称为外来夹杂，具有外形不规则、尺寸较大、分布不均匀等特点。2）钢中非金属夹杂物的分类（组成、性能、来源、大小）:按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物夹杂；氮化物夹杂等。按加工性能（加

42、工变形后夹杂物的形态）分：塑性夹杂；脆性夹杂；半塑性夹杂、球状(点状)不变形夹杂物。按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。A)按组成分类 简单氧化物氧化物系夹杂物 复杂氧化物 尖晶石类 （MeO·R2O3） 钙钡等 硅酸盐 固溶体 类硫化物（最小）硫化物系夹杂物 类硫化物（热脆倾向） 类硫化物（次之）氮化物系夹杂物具体来说，根据成分不同，夹杂物可分为：氧化物夹杂，即 FeO、MnO、SiO2、Al2O3、Cr2O3等简单的氧化物；FeO-Fe2O3 、FeO-Al2O3、MgO-Al2O3等尖晶石类和各种钙铝的复杂氧化物；2FeO-SiO2，、2MnO-SiO2、 3MnO-Al2O

43、3-2SiO2等硅酸盐；硫化物夹杂，如FeS、MnS、CaS等；氮化物夹杂，如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。 B)按热加工变形后夹杂物的形态分类塑性夹杂脆性夹杂不变形夹杂四次夹杂或 按加工性能，夹杂物可分为：塑性夹杂，它是在热加工时，沿加工方向延伸成条带状；脆性夹杂，它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；点状不变性夹杂，如SiO2超过70%的硅酸盐，CaS、钙的铝硅酸盐等。C)按夹杂物的来源分类（详见前面论述）外来夹杂：颗粒较大，外形不规则，出现带有偶然性，分布无规律。内生夹杂（一次、二次、三次、四次夹杂）：分布较均匀，颗粒较细小，形成时间越晚，颗粒越细小。D

44、)按夹杂物的尺寸分类宏观夹杂（大型夹杂）：100m微观夹杂（显微夹杂）：1100m超显微夹杂：1m由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸。38.钢中非金属夹杂物对钢质量的影响（危害）：1）钢中非金属夹杂物所占数量或总体积虽然不多，但它们在钢中呈独立相存在，与钢本身性质完全不同，破坏了金属基体的连续性，将造成钢的塑性、韧性和疲劳强度降低，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。2）夹杂物的形态、数量、大小和分布的不同，对钢性能的影响也不同。如均匀分布的细小夹杂物其危害性较小；而大颗粒或局部集中的细小夹杂物，其危害性大

45、。总的来说，夹杂物越多，对钢材危害越大。3）但非金属夹杂物也有有利的一面，如硫化物夹杂使钢材脆性增加，可改善钢的切削性能；而弥散的细小氮化铝夹杂则可细化晶粒等。 综上所述，非金属夹杂物对绝大多数钢种是有害物质，应设法减少。并要通过控制其组成、形状、大小和分布，来改善其对钢性能的影响。钢的性能f（化学成分、组织）非金属夹杂在钢中呈独立相存在破坏了钢基体的连续性钢组织不均匀影响程度f（非金属夹杂的数量、大小、形态、分布等）对力学性能的影响（强度、塑性、冲击韧性、疲劳性能）工艺性能的影响（铸造性能、切削性）35.降低钢中非金属夹杂物的主要途径：提高原材料质量和清洁度，最大限度减少外来夹杂。在冶炼中采

46、取各种手段降低钢中杂质元素OSNP等的含量，提高钢的洁净度，从根本上减少内生夹杂物。采用合理的冶炼工艺及脱氧制度。主要包括：控制终点碳。钢中夹杂物的主要来源之一是脱氧产物，而钢中的氧主要决定于钢中的碳含量。因此，为了在脱氧前使钢中的氧尽可能低，应控制好冶炼终点的碳含量。正确选用脱氧剂。同时，各种脱氧剂要很好地配合使用，应按一定原则加入炉内或钢包中。采取有效措施使脱氧产物易于迅速地从钢液中去除（使脱氧产物易于聚集上浮，提高从钢液的排除数量）。如用复合脱氧剂，从包底吹氩气搅拌帮助夹杂物上浮等。采取有效措施避免脱氧后钢液的二次氧化。采取保护浇注、真空浇注技术等，防止或减少空气对钢液的二次氧化（防止钢

47、水从周围大气环境中吸收氧氢氮）。提高耐火材料质量，选择合适的材质，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减少外来夹杂物数量。出钢过程或出钢后采用炉外处理措施，强化排除过程（应用钢包冶金如真空脱氧吹Ar搅拌喷粉处理等和中间包冶金如采用堰、坝导流板过滤器湍流控制器等控流装置，去除钢水中的夹杂物）。对特殊要求的钢，则需采用真空技术、渣洗、惰性气体净化、电渣重熔等炉外精炼手段，才能有效地进一步减少钢中非金属夹杂和气体，获得高质量的钢。39.氧气顶吹转炉设备除转炉外还包括供氧、供料、废气处理及回收系统等附属系统。40.按金属熔池（炉底）形状转炉炉型可分为：筒球型、锥球型、截锥型。转炉炉型种类特点及选取原则：一般应

48、尽量使新砌炉衬内型接近使用正常的转炉停炉时的残余炉衬得轮廓。筒球型：炉衬砌筑简单，其形状比较接近于金属流的循环轨迹。锥球型：这种炉型的形状符合钢渣环流的要求，炉衬侵蚀后，形状变化较小，对操作较为有利。截锥型：熔池深，不适宜大型转炉。41.烟气净化回收装置：目前主要有湿法（OG法）和干法（LT法）两种除尘方式。（原始含尘量100150g/Nm3降至100mg/Nm3，排放标准）转炉烟气采用未燃法、湿式净化回收系统称为OG系统。42.转炉的烟尘排放浓度环保要求：随着工业和科学技术的发展，环境保护问题越来越引起人们的重视，根据工业三废排放标准规定，大于12吨的转炉的烟尘排放浓度150mgNm3（烟气

49、），小于12吨转炉的烟尘排放浓度200mgNm3（烟气）。而烟气的实际烟尘浓度为80150gNm3（烟气），高出国家规定排放标准的上千倍，所以转炉烟气必须进行净化处理后方可排放。43.采用炉烟气净化回收系统条件：CO：5070%，O2：12%，100t转炉，要求实现负能炼钢。在炼钢过程中消耗能量小于回收能量，称为负能炼钢。44.对铁水温度的要求：高（1250）且稳定。45.炼钢对废钢的基本要求：(1)废钢表面应清洁干燥（清洁、少锈、无混杂）。(2)废钢中不得混有铁合金（有害的残余金属元素如铜、锌、铅、锡、锑、砷等；部分合金结构钢中五害元素为Pb、As、Sb、Bi、Sn，对优质合金结构钢，五害元

50、素含量应分别控制在0.02。）。(3)废钢中不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。以保证安全生产。(4)废钢要有明确的化学成分；废钢中有用的合金元素应尽可能在冶炼过程中回收利用；对有害元素含量应限制在一定范围以内。(5)不同性质的废钢分类存放。(6)废钢要有合适的块度和外形尺寸。46.目前用于生产中的废钢代用品有：生铁、铁水、直接还原铁（）与热压块铁（）、脱碳粒铁。47.电弧炉内热兑铁水一般为20%30%。48.因生铁中含碳及杂质较高，炉料中生铁块配比通常为1025，最高30。49.炼钢用的非金属料主要有造渣材料、氧化剂、配碳剂和增碳剂等。50.炼钢常用造渣材料包括石灰、萤石、白云

51、石、合成造渣剂等。51.石灰的活性：石灰与熔渣的反应能力称石灰的活性，也称水活度是石灰反应能力的标志，是衡量石灰在渣中溶解速度的指标，也是衡量石灰质量的重要参数。石灰的晶粒越小（界面多）、气孔率越高，其在渣中的溶解速度越快，即活性越好。活性石灰：通常把在10501150温度下，在回转窑或新型竖窑内焙烧的石灰，即具有高反应能力的体积密度小、气孔率高、比面积大、晶粒细小的优质石灰称为活性石灰。52.氧气复吹转炉炼钢工艺五大操作制度包括：装入制度；供氧制度；造渣制度；温度制度；终点控制与出钢合金化。工艺操作过程装入制度、造渣制度、供氧制度、温度制度、终点控制制度、脱氧和合金化制度53.装入制度内容及

52、依据：装入制度主要内容：确定装入量、装入方法、废钢比及装料顺序四个问题。装入制度就是确定转炉合理的装入量和合适的铁水废钢比。转炉的装入量是指主原料的装入数量，它包括铁水和废钢。不同吨位的转炉以及一座转炉在不同的生产条件下，都有其不同的合理金属装入量。实践证明每座转炉都必须有合适的装入量，装入量过大或过小都不能得到好的技术经济指标。如装入量过小，产量低，且熔池变浅，氧流易直接冲击炉底，造成炉底破坏（炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢），并会降低转炉的金属料种类等因素有关。装入量过大，则炉容比相对就小，熔池搅拌不充分，吹炼时间增加，在吹炼过程中易造成喷溅，化渣困难、金属损耗

53、增加、易烧枪粘钢、炉帽寿命缩短。在确定各阶段合理的装入量时必须考虑的三个主要因素：合适的炉容比；合适的熔池深度；炉子附属设备的匹配。（1）要有合适的炉容比。炉容比（V/T ，m3/t）：一般是指转炉新砌砖后炉内自由空间的容积V 与金属装入量T之比。或有效容积(转炉内自由空间的容积)与金属装入量之比（0.81.0）。，以V/T 表示单位为立方米/吨（m3t ）。或是指转炉腔内的自由空间的容积V(单位m3)与金属装入量(铁水+废钢+生铁块，单位t)之比。转炉炉容比：转炉的工作容积与公称吨位之比，单位为m3/t 。炉容比范围：0.8-1.05(30-300t转炉)；大型转炉的炉容比一般在0.91.0

54、5 m3t之间，而小型转炉的炉容比在0.8 m3t左右。转炉生产中炉渣喷溅和生产率与炉容比密切相关。通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧化强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容比应选取上限。反之则选取靠下限。转炉公称容量是指该炉子设计平均每炉出钢量。（2）合适的熔池深度。为了保证生产安全和延长炉底寿命，要保证熔池具有一定的深度。熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度 800-2000mm (30-300t转炉)（3）对于模铸车间，装入量应与锭型配合好。装入量可按下列公式进行计算：装入量=（钢锭单重×钢锭支数十浇注必要损失）÷钢水收得率（%）合金用量×合金吸收率（% )此外，确定装入量时，还要受到钢包的容积、转炉的倾动机构能力、浇注吊车的起重能力等因素的制约。54.装入制度类型：氧气转炉装入方法（控制装入量方法）主要有：定量装入、定深装入、分阶段定量装入。定量装入制度：就是在整个炉役期间，每炉的装入量保持不变。或将一个炉役分成若干阶段，每个阶段的装入量不变叫做定量装入法。定深装入（制度）：是指在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。分阶段定量装入制度：在一个炉役期间，按炉膛扩大的程度划分为几个阶段每个阶段定量装入。如：150炉，51200炉，200炉以上，枪位每