2012年钢铁冶金炼钢

1、炼 钢 学数：36学时授主讲：朱 荣炼钢基础篇 (14 学时)炼钢工艺篇 (20学时)第一部分第二部分主要参考书：转炉炼钢(8学时,含铁水预处理)电炉炼钢(6学时)炉外精炼(6学时)炼钢学(王新华主编)炼钢学原理（主编）钢铁冶金学（陈家祥主编）转炉炼钢学（现代电弧炉炼钢（特殊钢炉外精炼主编）主编）(知水主编)总结篇 (2学时)：01062334879，zh第三部分1第一部分炼钢基础篇第一章、概论第二章、炼钢的基本任务第三章、炼钢的基本反应第四章、脱氧反应第五章、钢中非金属夹杂物2第一章概论在此之前：炒钢；坩埚熔炼等。近代炼钢的1856年英国人(H. Bessemer)发明了酸性空气底吹转炉炼钢

2、法，也称为法，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难题，从而使钢的质量得到提高，但此法要求铁水的硅含量大于0.8%，而且不能脱硫。H.Bessemer（1856），W.Kelly（1857）1878年英国人（S.G.Thomas）发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即法。方法是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的脱磷问题。2CO22CO2P5/2O23CaO3CaOP2O5SCaOCaSO最早的炼钢方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反应。平炉炼钢1865年德国人马丁（Mar Ti

3、n）利用蓄热室原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即马丁炉法。1880年出现了第一座碱性平炉。由于其成本低，炉容大，钢水质量优于转炉，同时原料的适应性强，平炉炼钢法一时间成为世界上的主要的炼钢法。4电弧炉炼钢 Electric Arc FurnaceW.（1898）5电炉冶炼的钢目前占世界总的钢产量的30%40%。由原来的特钢冶炼方法，成为资源利用型冶炼方法。1898年出现了完全依靠废钢为原料的电弧炉炼钢法，解决了充分利用废钢炼钢 。此炼钢法自问世以来，一直在不断发展，是当前主要的炼钢法之一.氧气顶吹转炉炼钢(LD ,BOF)Linz and Donawitz（1952）61952年

4、奥地利的城（Linz）和多纳维兹城（Donawitz）先后建成了 30吨的氧气顶吹转炉车间并投入了生 产，所以此法也称为LD法。称为 BOF法（Basic Oxygen Furnace）20世纪40年代大型空气分离机的出现，使制造氧气成本大大降低，这样为氧气在炼钢中的应用奠定了基础。瑞典人.首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得成功。氧气底吹转炉和顶底复吹炼钢底吹转炉炼钢顶底复吹转炉炼钢7在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，19781979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺1965年液化气公司研制成双层管氧气喷嘴，1967年西德钢铁公司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即OBM (Oxygen

5、 Bottom Maxhuette)法。传统炼钢流程(Tradition Steelmaking Flow)传统炼钢流程8工序功能演变与分工9现代 炼钢流程(Modern Steelmaking Flow)10铁水预处理Hot metal Pretratment脱硫预处理；脱磷预处理；脱硅预处理。1.2.3.11铁水脱硫预处理DesulfurizeHot metal PretratmentKR法喷粉法12铁水脱磷预处理 Dephosphor Hot metal Pretratment2P3(CaO)5/3Fe2O3(3CaOP2O5)5/3FeSi2/3Fe2O3(SiO2)4/3Fe13采用

6、氧气转炉进行脱磷预处理14氧气转炉炼钢15氧气转炉炼钢 (BOF)16主原料：铁水、废钢辅助原料： 石灰、萤石、铁矿石等吨位：25300t顶吹O2：34 m3/m吹炼时间： 1525min炉龄：400020000次主要化学反应Mostly Chemistry Reaction铁水温度： 12001300钢水温度： 16401720不需外供热源：1718电弧炉炼钢19主原料：废钢、DRI等；辅助原料： 石灰、萤石、吨位：功率：冶炼时间供热：铁矿石等；20150t5001500kVA/t；： 4070min；电弧加热、化学热、辅助 。主要化学反应20炉外精炼21第二章、炼钢的基本任务钢铁冶金的任务

7、是由生产过、氧位变化决定的22100铁矿10直接还原+电炉O,%1高炉冶炼钢水0.1粗钢0.010.010.1C,%1生铁还原阶段炼钢阶段精炼阶段10一、钢与生铁的区别C 1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元杂质。23钢与生铁的区别炼钢任务：（1）脱碳；（2）脱磷；（3）脱硫。24元素生铁或铸铁钢C2.54.50.0011.2Si0.34.00.013.0Mn0.42.00.152.0P0.0150.50.0020.07S0.010.10.00030.06炼钢任务（4）升温1200 1700伴随脱碳反应，钢的提高。25炼钢任务伴随脱碳反应，钢液O含量增加。G11620483.62T1G

8、2131841.8T2G1170402.88T2G2048238.94TC(石墨)+1/2O2=COC(石墨)=C 1/2O2=OC+O=COReed Thomas, Free Energy of Formation of Binary Compounds, MIT Press, 1971J.F. Elliott, Thermochemistry for Steelmaking, Vol.2, Addison-Wesley196326炼钢任务（5）脱氧0.3% 0.000327O wt%0.616500.50.40.30.20.1000.2 0.4 0.6 0.81C wt%炼钢任务（6）合金

9、化伴随脱碳反应，钢液中Si和部分Mn被氧化 。28钢中合金元素的作用29C： 控制钢材强度、硬度的重要元素，每1C可增加抗拉强度约980MPa。Si：也是增大强度、硬度的元素，每1Si可增加抗拉强度约98MPa。Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等。 Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。 Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等。V： 细化钢材组织，增加强度、韧性等。Cr：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。炼钢任务（7）去除N、H等气体杂质元素陈家祥，炼钢常用图表，冶金工业，198430炼钢任务（8）去除钢中非金属夹杂物31钢中非金属夹杂物来源32炼钢任务（9）凝固成型33汇总：炼钢的基本任

10、务3435第三章、炼钢的基本反应第一节、铁的氧化和熔池传氧方式1、氧流对金属熔池的作用顶吹氧枪O2出口速度通常可达300560m/s；氧流与熔池作用，将动量传递给金属液；金属熔池产生循环运动。“火点区”火焰状作用区(火点区)氧流穿入熔池某一深度并36作用区温度22002700；光亮较强的中心(区域；光亮较弱的(区域II)。氧气炼钢中的和现象37在 冲击和熔池沸腾作用下，部分金属微小液滴弥散在熔渣中；的程度与熔渣粘度、表面张力等性质有关；可以极大地增加渣铁间接触面积，因而可以加快渣铁间反应；造成的渣铁间接触面积可达0.61.5 m2/kg。强烈运动和高度弥散的气体熔渣金属相熔池在氧流作用下形成的

11、强烈运动和高度弥金属相，是吹氧炼钢382、铁的氧化和还原39炼钢条件下铁氧化物稳定性比较40Fe3O4可以看作为FeOFe2O3；FeO最稳定；Fe2O3/FeO平均为0.8。41炉渣的氧化作用炉渣中FeO与氧化性气氛接触，被氧化成高价氧化物Fe2O3；渣铁界面，高价 Fe2O3被还原成低价FeO；气相中的氧因此被传递给金属熔池。42铁液中O的饱和含量431650下钢液中最高O含量44杂质的氧化方式45直接氧化在氧流金属表面处进行46间接氧化方式(FeO)OFexO+yMMyOx47间接氧化反应与钢中O反应。与炉渣(FeO)反应。48多数意见认为氧气转炉炼钢以间接氧化为主49第二节、脱碳反应5

12、0脱碳反应的重要性51脱碳反应产物CO的重要作用521、脱碳反应的热力学条件53间接氧化54C氧化产物55与Fe-O-C熔体平衡气相中CO2含量PCO+CO21atm56C含量愈高，CO愈稳定；温度愈高，CO愈稳定。%C温度150015501600165017000.0120.116.713.811.59.50.055.64.33.32.72.10.102.82.21.71.31.10.50.440.340.260.210.161.000.160.120.0340.070.06氧气转炉炼钢过程炉气成分变化Beeckerwerth钢厂57CO乘积58CO乘积59O wt%温度CO1500K0.0

13、017811600K0.0019741700K0.0021611800K0.0023421900K0.0025172000K0.002685实际过程钢液O高于理论O含量60过剩氧O61气相压力对脱碳反应的影响6263通过减少PCO促进脱碳反应64脱碳反应的热力学条件增大fC有利于脱碳；增加O有利于脱碳；降低气相PCO有利于脱碳；提高温度有利于脱碳。65深脱碳深脱碳主要依靠真空碳脱氧和真空氧脱碳真空碳脱氧由前文可知，在1600的温度下，在中低碳钢中平衡的氧含量与碳含量的关系可以是：%O 0.0025PCO%C真空碳脱氧的效果 (%C=0.10%)一氧化碳的分压Pco (Pa)1.01310513

14、3313367氧的平衡浓度O (10-6)250.03.20.40.16真空氧脱碳真空冶金技术开辟了生产超低碳钢的新途径，超低碳的要求包括：传统的钢种，如工业纯铁、电工硅钢、不锈钢等。深冲钢，如IF钢等。特殊的合金化钢种，如铌钢等。仍然利用前文的关系式，简单变形，就得到真空氧脱碳的平衡关系式：%O 0.0025PCO%C若控制钢中溶解氧为2510-6，可以求出在不同的一氧化碳分压下的平衡碳含量。真空氧脱碳的效果 (O=2510-6)一氧化碳的分压Pco(Pa)1.013105133313367碳的平衡浓度C(%)1.00.0130.00130.0007脱碳反应的热效应69例题：氧化1C可使钢水

15、升温多少？702、脱碳反应的动力学条件碳的氧化反应是一个复杂的多相反应，包括扩散、化学反应和气泡生成等几个环节。71化学反应是否为脱碳反应的限制性环节？72反应界面气泡的生成是否为脱碳反应限制性环节？7374实际过程CO气泡形成7576耐火材料表面凹坑或缝隙处气泡形成过程77上浮过程气泡变化气泡上浮过程中，随着体积的加大，形状变为球冠形。78反应物C和O向反应区的扩散是否为脱碳反应限制性环节？798081实际炼钢过程的脱碳速度变化8283858687第二阶段向第三阶段过渡的碳含量88脱碳动力学曲线的计算89(1)计算第二阶段脱碳速度9091(2)计算第三阶段脱碳速度92(3)计算第一阶段需要的

16、时间9394(4)计算第一阶段脱碳速度959697C含量变化98C %C0.018 t2 4.3 %C4.790.2 t ln%C0.34 t6.6第三节、硅的氧化99Si的氧化反应100101102脱硅反应的热效应103Si的氧化在炼钢吹炼初期即可完成104105Si的氧化反应对炼钢过程的影响热效应；影响脱碳、脱磷反应；影响渣量。106现代化炼钢厂采用了铁水脱硅预处理工艺。第四节、锰的氧化与还原107Mn的氧化反应108109锰氧化反应的热效应110炼钢过程Mn的氧化与还原Mn(FeO) (MnO)FeG17258339.94 T初期温度低，渣中MnO活度低，大量Mn氧化；中后期温度升高、渣

17、中 FeO含量降低，碱度提高，炉渣中部分MnO被还原；末期炉渣FeO含量增高，Mn重新被氧化。111第五节、脱磷反应112铁水中P的氧化反应113114（P2O5）的稳定性造渣的必要性115通过造碱性炉渣降低(P2O5)的活度系数116炼钢炉渣成分范围117脱磷反应的热力学条件118脱磷反应平衡的研究119121回磷(钢液磷含量回升）300吨BOF转炉吹炼过程金属成分变化122Si、P、S，C、Mn，脱氧过程回磷原因123“双渣”吹炼124底吹转炉吹炼高磷铁水技术125西欧地区（法国、比利时等）有丰富的高磷铁矿 资源；由高磷铁矿生产的高炉铁水P含量在1.52.0；西欧诸国先后采用 空气底吹、氧

18、气底 吹、顶底复吹工艺 成功吹炼高磷铁水。底吹转炉吹炼过程钢水成分变化126双渣后吹操作：一次渣：014min；二次渣：1418min。脱磷。转炉炼钢，冶金工业，1974，p204炉渣可以用于生产磷肥终渣成分：127转炉炼钢，冶金工业，1974，p204CaOSiO2MnOFetOP2O552.07.54.520.015.5高磷铁水吹炼128利用“后吹”脱磷：C低于0.15%后为主要脱磷期；炉渣FetO含量高；高碱度炉渣（大于5）充分熔化。“双渣”工艺：“一次渣”：014min，炉渣P2O5含量1520；“二次渣”：1418min，炉渣P2O5含量5左右。防止“回磷“：采用”倒包“方法。超低磷

19、冶炼工艺技术进展129主要：脱磷渣很难较完全倒出；钢水过氧化严重；效率低、成本高。传统工艺：双渣、后吹采用铁水“”预处理新日铁厂脱磷工序流程示意图130采用氧气转炉进行脱磷预处理13190年代中后期企业开发成功；钢铁企业大规模采用；宝钢已采用；首钢“曹 甸”工程和鞍钢营口新厂将采用。转炉铁水脱磷工艺（LD-ORPOptimizing Refining ProsS. Kitamura, et al., 9th China-Japan Symium on Science andTechnology of iron and Steel, Nov.8-9, Xian, p.123132转炉铁水脱磷工艺

20、（MURCMulti-Refining Converter）S. Kitamura, et al., 9th China-Japan Symium on Science andTechnology of iron and Steel, Nov.8-9, Xian, p.123133转炉铁水脱磷工艺（MURC）S. Kitamura, et al., 9th China-Japan Symium on Science andTechnology of iron and Steel, Nov.8-9, Xian, p.123134不同预处理工艺脱磷比较135氧吹炼；低碱度炉渣；高FetO含量炉渣；

21、脱磷炉渣碱度低，再利用容易。高CaO/O2比；高碱度炉渣；低FetO含量炉渣；脱磷炉渣碱度高，再利用困难。不同预处理工艺脱磷比较136脱磷工艺容器自由空间炉气处理搅拌能供氧速率氧气比率废钢比建设投资常规“”小简单低低低低低转炉 De-P大OG高高高高高脱磷工艺炉渣碱度(T.Fe)脱硅处理加入莹石炉渣化炉渣再利用常规“”4825必需需要轻难转炉 De-P12718不需要不需要重易渣量比较137住友金属和歌山钢铁厂炼钢厂138工序装置工艺特点工艺参数铁水脱硫预处理KR2高脱硫效率 处理时间缩短两座 KR 装置铁水脱磷预处理BOF1炉内能够进行强烈搅拌和高速吹炼废钢装入量大氧气流量最大 40000N

22、m3/hr 4 个底吹氧风口底吹气体流量：5400Nm3/hr挡渣锥脱碳吹炼BOF2高速吹炼 二吹一操作氧气流量最大 80000Nm3/hr 4 个底吹氧风口挡渣锥钢水炉外精炼RH2真空室整体更换喷粉系统侧部烧嘴抽气能力：1000kg/hr（0.6torr）钢水循环速率：170t/min和歌山厂炼钢厂139国内采用转炉脱磷处理钢厂宝钢一炼钢厂300t转炉；鞍钢西区250t转炉；首钢曹甸工程决定采用。140转炉脱磷预处理意义建立起高效低成本的纯净钢生产；炼铁可以采用较高磷含量的低价铁矿石；有利于在炼钢冶炼中使用Mn矿石；1.2.3.4.脱碳转炉炉渣返回用于铁水脱磷处理；脱磷炉渣可以不经蒸气处理而

23、用于铺路材料；可以显著加快大型转炉冶炼节奏，与高速连铸相适应；有利于工序间紧凑和信息传送。5.6.7.141采用炉外精炼生产20ppmP极低磷钢NKK福山厂生产9Ni超低磷钢工艺流程图142第六节、脱硫反应143脱硫反应144碱性还原渣与钢液间的脱硫反应145146硫容量 (Sulphate Capacity)147高碱度炉渣有利于脱硫148炉渣高的FetO含量不利于脱硫149气相脱硫气相脱硫约占总脱硫量的10。150脱硫反应动力学151152反应限制性环节km随碱度增加而增加，ks随碱度增加而减少。153154155156金属的脱硫反应157158FreeEnergyChange,KJ/mo

24、l500(Ca O) + S =( Ca S) + O300100Mg + S =( Mg S)-100 Mn + S =Mn S( l)-300Ca + S =( Ca S)-5001200140016001800Temp.实例：超低生产工艺技术钢：S5超低碳、硫、氮钢:2030ppm超低氧钢: TO 5ppm超低超低碳、氮钢：C10ppmppm，P40ppmN. Bannenberg, et al., “Pros routes for the production of IF steels and some other high quality steelgrades with regar

25、d to steel cleanliness”, CSM-VDEh Steelmaking Technology Seminar, Beijing, Sept.3, 2001 0.00300.060.08 0.00300.020.040.901.00 0.020.300.353.23.4 0.030.200.300.100.151.51.6 0.150.200.250.300.40 0.015 0.010 0.040 0.012 0.020 0.010 0.0010 0.0020 0.0050.0050.0100.020.040.020.051.401.600.020.04 0.0020.06

26、0.08 0.002 30 50 20 45 70 2.5 2.0高高高要求要求要求炼钢工艺流程160铁水脱硫预处理喷吹KR161铁水喷Mg脱硫预处理162应用：中国普遍采用；日、韩不采用；欧洲少量采用。优点：投资少；工艺简单。缺点：扒渣难；转炉回硫量大。一些钢厂转向KR铁水脱硫T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symium onScience and Technology of Iron and Steel, 2004, p116163采用CaO-CaF2系脱硫剂；脱硫剂作用时间长；大约12min脱硫反应可基本达到平衡；脱硫处理时间较喷粉(CaO-C

27、aF2)工艺缩短5min；脱硫效率提高2035左右。KR脱硫与喷粉脱硫的比较，2005年6月，莱芜164勝吉，转炉炼钢节能技术研讨会，中国钢铁工业KR脱硫与喷粉脱硫的比较T. Ueki, et al., The 10th Japan-China SymSteel, 2004, p116ium on Science and Technology of Iron and165KR脱硫与喷粉脱硫的比较T. Ueki, et al., The 10th Japan-China SymSteel, 2004, p116ium on Science and Technology of Iron and16

28、6转炉炼钢过程抑制回硫167吹炼过程S变化168带入硫量分析169许多钢厂石灰硫含量过高国内某厂渣料成分170造渣材料成份（%）数量（kg）CaOMgOSiO2CaF2Fe2O3T.FeS第一炉第二炉第三炉石灰8181.70.5126001300011900轻烧3220.5395022002181萤石20-3075200冷压球57212002700铁皮球60900石灰硫含量的影响45kg/t炼钢石灰用量3kg/t脱硫处理渣量脱硫渣S4.3100kg废钢加入量废钢S0.041000kg铁水量铁水S0.007171LF精炼脱硫渣系1 E.T. Turk, Fundamentals of Steel

29、making, The Institute of Materials,The University Press, Cambridge, UK, 1996172(CaO)+2/3Al+S=(CaS)+1/3(Al2O3)G3148767.53T 1（1）a3a1 RT ln CaSAl2O3 a3a2a3CaOAlSa CaS fCaS (%S)aS fS %S（S.P.） 因子推导 G0(%S) a2 / 3 CaO1/ 3fsaAlEXP()a%S3RTf（2）CaSAl2O3因为，1fCaS(%S)sat代入（2）式，(%S) aCaO (%S)satEXP( G )0 fa2 / 3sA

30、la1/ 3%S3RTAl2O3（3）173（S.P.） 因子推导(%S) aCaO (%S)sat G02 / 3fsaAlEXP()a1/ 3%S3RT（3）Al2O3由（3）式，可推出EXP( G )2 / 30(%S) %Al%S(S.P.)3RT其中，(S.P.) a1/ 3Al2O3(%S)sat aCaO174（S.P.）测定结果17560-30CaO-10SiO2Al2O3超低冶炼控制石灰S含量和废钢装入比；出钢严格挡渣；出钢加入铝(0.8kg/t)、石灰(5kg/t)。高碱度、高还原性炉渣；足够的真空处理时间，真空度133Pa的时间15分钟。176S脱除至40ppm；基本扒净

31、脱硫渣。Als：0.025；扩散脱氧：加铝0.8kg /t；石灰：15kg/t(两批)；炉渣碱度5；白渣时间35min；钢包450mm；尽量强的搅拌。加强搅拌（比搅拌功率100W/t） 0.0285Q T log(1 H )W148177 ：比搅拌功率 (W/t)Q ：底吹氩气流量 (Nl/min)T ：钢水温度 (K) W ：钢水重量 (t) H ：钢水深度 (cm)NKK福山厂250吨LF炉生产极低(S5ppm)178NKK福山厂250吨LF炉生产极低(S55ppm，冷轧产品则必须降级使用。200转炉炼钢终点控制转炉终点C-O变化示意图生产IF钢转炉RH钢中C-O变化201实例：转炉冶炼轴

32、承钢初始液中氧控制研究202转炉冶炼轴承钢初始液中氧控制研究1.模型1：lno= -5.7909-0.958ln%Cln aO203%Co0.100.02770.150.01880.200.01430.250.0115转炉冶炼轴承钢初始液中氧控制研究2.模型2：lno= 8110/T-1.478690.91461ln%C204ln(aO %C)t /%C160016251650167517000.100.02470.02610.02760.02910.03070.150.01700.01800.01900.02010.02120.200.01310.01380.01460.01550.0163

33、0.250.01070.01130.01190.01260.0133钢材洁净度低，主要原因是炼钢终点控制不好绝大多数转炉钢厂炼钢终点控制仍采用凭人工经验控制的方式，终点成分、温度控制一次较低，多次补吹造成钢液溶解氧含量高、波动大，而钢中O的提高最终将增加钢中非金属夹杂物量。205吹炼后期采用减氧操作，可避免炉渣的过氧206出钢防下渣操作转炉炼钢终点炉渣FeO通常在1525%。如出钢带入钢包内的炉渣过多，由于钢包内钢水的对流作用，造成Al2O3夹杂物量的增多。207主要的挡渣方法：挡渣球；机械挡渣塞；气动挡渣。必须高度重视出钢的防下渣操作，目前日、欧、美钢厂采用挡渣球类的操作，钢包内渣层厚度控制

34、在50mm左右。208转炉流程生产特殊钢的无渣出钢转炉及配套冶炼技术2008.1.20转炉流程生产特殊钢的无渣出钢转炉及配套冶炼技术主要包括转炉下渣检测系统、滑动水口控制系统、转炉留钢留渣操作工 艺、无渣出钢转炉自动开浇技术、无渣出钢转炉溅渣护炉技术、无渣出钢转炉 冶炼低磷钢系统技术等，该技术使用结 果表明，无渣出钢技术后挡渣率大于95%；准确率大于99%，出钢回磷量小出钢于0.003%。提高合金的收得率10%，脱氧剂消耗降低10%。2008.1.20转炉无渣出钢检测技术211图像处理检测下渣：处理后图像：钢水半钢半渣完全是渣212钢渣钢水自动挡渣各个阶段挡渣效果对比评价标准：炉前工观察自动检

35、测关闭是否提前或延时为准。第三阶段成功率：90.08%213时间试验炉数失败炉次成功率(%)平均渣厚(mm)11月14日11月16日134596.2%28.711月17日11月19日142596.5%11月20日11月22日141397.9%钢包内炉渣的改性处理出钢时向钢流添加石灰，稠化炉渣；出钢后立即向钢包内加入炉渣改性剂；也可在RH处理后向钢包内再次加入改性剂；将炉渣 T.Fe降低到4左右，甚至2；改性剂由石灰(或CaCO3)和金属铝组成， 铝含量在 3055不等；改性剂加入量主要取决于钢包内带渣量。2142、钢液的脱氧沉淀脱氧：是用与氧亲和力较铁与氧亲和力强的元素作脱氧剂，脱氧剂与钢液中

36、的氧直接作用，发生脱氧反应，反应产物由钢液上浮排除，从而达到脱氧目的。沉淀脱氧；扩散脱氧；真空脱氧法。215沉淀脱氧216扩散脱氧217扩散脱氧218真空脱氧219220钢指标、合金回收率221RH“轻处理”转炉炼钢终点C由过去0.04提高到0.10；RHOB在300150torr较低真空度下脱碳至0.04；加铝脱氧时钢液中的溶解氧降低400ppm左右；转炉炼均显著改善。3、直接（沉淀）脱氧反应热力学（1）单独元素的脱氧2221Km ayaxMO取脱氧反应平衡常数K的倒数，K a x a y M O K被称为脱氧常数或称为溶解度积，可用于判断元素的脱氧能力。元素的脱氧能力是指一定温度下与一定浓

37、度的脱氧元素相平衡的钢含量的高低。脱氧常数K值愈大，与一定浓度脱氧元素M相平衡的钢液O含量愈高，元素的脱氧能力愈弱。反之，脱氧常数K值愈低，则元素的脱氧能力愈强。223脱氧常数和脱氧元素组元活度相互作用系数224元素的脱氧能力225脱氧能力顺序226227锰的脱氧Mn+O=MnO(l)G=285025126.84 T228O, %脱氧能力很低；局部锰含量高，可局部脱氧；随温度降低，锰脱氧能力增强；与硅、铝同时使用，增强硅、锰的脱氧能力。21.81650 1.61.41.210.80.60.40.2000.511.52Mn, %硅的脱氧Si+2O=SiO2(s)G =585700226.86 T

38、229O, %具有较强的脱氧能力；随温度降低，脱氧能力增强；为绝大多数钢种采用。0.061650 0.050.040.030.020.01000.511.52Si, %铝的脱氧2Al+3O=Al2O3(s)G =1243660394.7 T230O, ppm具有非常强的脱氧能力；随温度降低，脱氧能力增强；为绝大多数钢种采用。501650 40302010000.020.040.06Al, %（2）复合脱氧用含有两种或两种以上脱氧元素的铁合金对钢液进行的脱氧称为复合脱氧；复合脱氧的实质是用两种或两种以上的脱氧元素同时同钢液中溶解的氧发生反应，并使它们的脱氧产物彼此结度；互溶体或化合物以降低脱氧产

39、物的活由于脱氧产物活度降低，使钢液O含量降低；与单独元素脱氧相比，多数情况下，复合脱氧能够提高脱氧元素的脱氧能力。231硅锰复合脱氧232脱氧产物活度降低233234235锰同样能提高铝的脱氧能力；锰硅同时存在时可进一步提高铝的脱氧能力。236钙硅复合脱氧Ca+O=CaO(s)G =628696227.25 T237O, ppmCa脱氧2384、直接脱氧的动力学239（1）脱氧产物的形核240稳定存在的“临界半径”钢液微观体积内存在着能量起伏，这种能量起伏能够满足生43G 4 r2 r 3G（2）成稳定新相所需要的能量。V241242243脱氧产物形核所需的过饱和度244脱氧产物V (cm3/

40、mol) (erg/cm2)S (C/C*)FeO15.621801.29FeO(60%)SiO219.493001.90FeO(50%)SiO221.434002.96SiO227.2412502.23103FeOAl2O324.9817001.51105Al2O334.3324005.251011脱氧产物的非均质形核245（2）脱氧产物的长大246I. 扩散长大247248体积内脱氧产物愈多，最终的夹杂物尺寸愈小。249II. 不同尺寸脱氧产物间的扩散长大250III. 由于上浮速度差而碰撞凝集长大脱氧产物的上浮服从(Stokes)定律：2g ( ) r2v K r2ms9m251钢液与脱

41、氧产物之间存在着密度差，因而产生上浮力。脱氧产物颗粒愈大，上浮速度 。在上浮过程大颗粒和小 颗粒脱氧产物碰撞的机 会很多，可以凝集长大。252253254255256较大颗粒在上浮过程吸收其它小颗粒而急剧长大257IV. 由于钢液运动而碰撞凝集长大258脱氧产物长大脱氧产物长大过程中，由于上浮速度差和钢液运动碰撞凝集长大起主要作用，而扩散长大在脱氧 初期起一定作用。259(3) 脱氧产物的去除260261262263非金属夹杂物的上浮速度可用Stokes公式计算计算出半径为0.00001m、0.00005m和0.0001m的夹杂物在钢液中上浮1m所需要的时间。(计算中可选：g9.8m/s2，m

42、7000kg/m3，S 4000kg/m3，m0.005PaS)夹杂物半径为0.00001m(1m)时的上浮速度为：v29.8(70004000)0.000012/9/0.0050.000131 m/s上浮1m所需要的时间为：t1/0.0001317634 s127 min夹杂物半径为0.00005m(5m) 时的上浮速度为：v29.8(70004000)0.000052/9/0.0050.003267 m/s上浮1m所需要的时间为：t1/0.003267306 s5.1 min夹杂物半径为0.0001m(10m)时的上浮速度为：v29.8(70004000)0.00012/9/0.0050.

43、0131 m/s上浮1m所需要的时间为：t1/0.013176.34 s1.27 min夹杂物上浮与界面张力的关系的Al2O3发现高由钢液中排除的速度。265实践中夹杂物非常快Al2O3夹杂物上浮快的原因266脱氧产物V (cm3/mol) (erg/cm2)S (C/C*)FeO15.621801.29FeO(60%)SiO219.493001.90FeO(50%)SiO221.434002.96SiO227.2412502.23103FeOAl2O324.9817001.51105Al2O334.3324005.251011簇群状Al2O3267熔渣吸收非金属夹杂物2682692705、钢

44、中的非金属夹杂物271洁净钢：夹杂物含量少的钢；非金属夹杂物：氧化物夹杂物，硫化物，氮化物（析出物）；科研热点（近20年有关夹杂物超过 1万份。（1）非金属夹杂物的危害272铸坯缺陷：表面夹渣；裂纹(表面纵裂纹、表面横裂纹、裂纹)；钢材缺陷：热轧钢板(夹渣、翘皮、分层、超声波检查不合等）；冷轧钢板(裂纹、灰白线带、起皮、鼓包等）；钢材性能：加工性能(冲压、拉丝、各向异性等）；机械性能(延性、韧性、抗疲劳破坏性能等）；耐腐蚀性能、焊接性能、抗HIC性能等。273274冷轧钢板典型表面缺陷275276硬线钢丝的拉拔性能277对钢材延性和韧性的影响278对钢材抗疲劳破坏性能的影响279夹杂物对疲劳性能的影响280（2）非金属夹杂物类别281内生类非金属夹杂物脱氧产物；钢-渣反应、钙处理等化学反应生成的夹杂物；二次氧化产物；钢液冷却和凝固过