中科大炼钢原理课件06氧化熔炼反应

6

氧化熔炼反应炼钢的基本任务：脱碳、去气、去夹杂、造渣去磷、去硫、脱氧合金化、升温。6.1炼钢熔池中元素氧化的热力学原理6.1.1元素氧化反应的类型6.1.1.1熔池内氧的来源炼钢熔池内氧的来源有两种：一种是气体；另一种是固体。在炉内氧的存在是以气态氧{O2}，渣中氧（Fe2O3

）、（FeO），钢中溶解氧[O]或[FeO]三种形态存在。6.1.1.2元素氧化反应的类型（1）溶解元素被直接氧化这称为直接氧化反应。（

2）溶解元素被熔渣中的（FeO

）所氧化。（3）溶解元素被溶解于金属液中的[O]所氧化。

反应（2）、（3）称为间接氧化反应。在炼钢炉内，气相中的氧可通过渣中铁的氧化一还原反应，传递给金属熔池，其过程如图6-1所示。图6-1氧化铁传氧示意图氧化铁传氧过程6.1.2元素氧化的热力学条件（1）在FeO的△GΘ—T直线以上的元素，基本上不能氧化。（2）在FeO的△GΘ—T直线以下的元素，均可氧化，但难易程度不同。溶解碳氧化的氧势线和所有其它元素的氧势线有相反的走向，因此两者必有交点。在交点的温度以下，溶解碳难于氧化，而其它元素，如Si、Cr、Mn等氧化；在交点温度以上，溶解碳才大量氧化，而其它元素的氧化受到抑制。这个交点温度是在标准状态下，元素选择性氧化的转化温度，它乃是某元素与碳的氧化顺序交换的温度。元素氧化的热力学条件1.温度升高温度时，大多数元素的氧化程度均减小。但碳氧化的K则是随着温度的升高而增大。2.熔渣的氧化能力熔渣的氧化能力越大，则元素被氧化的程度就越大。3.熔渣的碱度及氧化元素的氧化物的性质降低γMO，则LM提高。但γMO与氧化物的化学性质及碱度有关。形成酸性氧化物的元素，在碱性渣下易氧化；相反，形成碱性氧化物的元素，则在酸性渣下易氧化。4.当多种元素同时氧化时，出现了选择性的氧化，即在该条件下，△G最小的元素先氧化，而随着温度的提高，碳氧化反应的△G不断减小，在冶炼过程中碳往往是其它元素氧化的控制者。6.2锰、硅、铬的氧化反应6.2.1锰6.2.1.1锰氧化的热力学溶解于金属液中的锰很容易被氧化，反应式为：[Mn]+1/2{O2}=(MnO)△GΘ=-361495+111.63TJ•mol-1[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]△GΘ=-123307+56.48TJ•mol-1[Mn]+[O]=(MnO)△GΘ=-244316+106.84TJ•mol-1

[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]可见，降低温度（增大平衡常数K），提高熔渣的氧化能力及降低γMnO

（降低碱度），可促使钢液中锰氧化。6.2.1.2锰的还原锰的氧化产物是碱性氧化物，吹炼后期炉温升高后，发生(MnO)被还原的吸热反应，即：(MnO)+[C]=[Mn]+{CO}或(MnO)+[Fe]=(FeO)+[Mn]。吹炼终了钢中锰含量也称为残锰或余锰。影响残锰量的因素有：

(1)炉温高平衡利于(MnO)的还原，残锰含量高。

(2)碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，残锰量增高。

(3)降低熔渣中(FeO)含量，可提高残锰含量。因此钢中碳含量高、减少后吹、降低平均枪位，残锰含量都会增高。6.2.2硅

6.2.2.1硅氧化的热力学吹炼开始首先是Fe、Si被大量氧化，并放出热量，反应式为：[Si]+{O2}=(SiO2)△GΘ=-824470+219.42TJ•mol-1[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]△GΘ=-386769+202.3TJ•mol-1[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]可见，降低温度（增大平衡常数），提高熔渣的氧化能力及降低（提高碱度），可促使钢液中硅氧化。6.2.2.2碱性操作条件下硅还原的可能性碱性操作时，熔渣R>3.0，渣中存在着大量自由状态的(CaO)，(SiO2)是酸性氧化物，全部与CaO等碱性氧化物形成类似(2CaO·SiO2)的复杂氧化物，渣中二氧化硅呈结合状态。熔渣分子理论认为，只有自由氧化物才有反应能力，因此在吹炼后期温度升高，(SiO2)也不会被还原，钢中硅含量为“痕迹”。可见碱性操作条件下，硅的氧化反应非常彻底。6.2.3铬

6.2.3.1铬的氧化在碱性炼钢过程中，铬氧化成Cr2O3。2[Cr]+3(FeO)=(Cr2O3)+3[Fe]铬在酸性条件下氧化的比较完全，在碱度大于2的碱性渣下，反应的平衡常数很低，这相当于大量从渣中还原进入钢液中。铬氧化的热效应较大，故提高温度不利于铬的氧化。6.2.3.2铬的还原炉料中的铬在低温下，能大量氧化进入渣中，但在高温下又能为钢液中的[C]所还原，进入钢液中。实际上铬和碳时同时氧化的，只不过随着温度的提高它们的氧化程度有相反的变化。因此，铬与碳就出现了选择性氧化的特点。在二者氧势线交点温度以上，铬先于碳氧化；而在交点温度以上，碳可先于铬氧化，即抑制了碳的氧化。“去碳保铬”的热力学条件：（1）“去碳保铬”的最低温度是钢液中[Cr]与[C]氧化的转化温度。提高熔池温度，K值增大（吸热反应），从而使W[C]降低。向熔池吹氧，能迅速提高炉温。使用矿石氧化，则不能达到提温的目的。因为矿石脱碳是吸热反应。（2）降低P`CO可在W[Cr]不变时，降低W[C]

。采用真空冶炼或吹入氩氧混合气体的减压操作，不仅降低P`CO

，而且可使CO气泡易形成，以加强脱碳。（3）提高[C]的活度系数，亦能降低W[C]

。（4）由于钢液的含铬量越高，对应的平衡W[C]也越高。因此为使含铬量高的钢液有较低的W[C]

，需要采用更高的真空度和适当高的温度，因为仅靠过高的温度会对炉衬损害大。

[例题]计算成分为W[Cr]=12%、W[Ni]=9%及W[C]=0.35%的金属炉料，在电炉内冶炼不锈钢时，“去碳保铬”的最低温度。（fCr=0.904，fC=0.740）解：“去碳保铬”的最低温度，由反应当时，T=934706/512.81=1823K(1550℃)。6.3脱碳反应脱碳反应的作用：(1)通过搅动熔池，促进了传热和传质，加大了钢渣界面，加速了物理化学反应的进行；(2)CO气泡上浮搅动熔池，有利于钢液成分和温度的均匀；(3)CO气泡上浮的搅动作用，使非金属夹杂互相碰撞而长大，从而促进了非金属夹杂物的上浮；同时，由于CO气泡内氢和氮的分压趋近于零，CO气泡对于氢气和氮气来说就相当于真空，所以在CO气泡上浮过程中，有害气体纷纷进入其中并随之排出；(4)由于强烈的搅动作用，促进了初始液态渣向熔剂内部的扩散和生成渣新相向渣的内部扩散，从而有利于熔渣的快速形成；(5)碳的氧化反应是一个放热反应，因此通过碳的大量氧化放热，钢液和炉渣得到有效升温，不仅满足了炼钢反应的热力学条件，而且保证了所炼钢种的出钢温度；(6)爆发性的碳氧反应会造成喷溅。6.3.1碳氧反应及碳氧积

6.3.1.1碳氧化反应的方式转炉内主要的碳氧反应式如下：转炉内主要的碳氧反应式如下：[C]+1/2{O2}={CO}△GΘ=-136900-43.51TJ•mol-1

（Ⅰ）[C]+(FeO)={CO}+[Fe]△GΘ=98799-90.76TJ•mol-1

（Ⅱ）[C]+[O]={CO}△GΘ=-22364-39.63TJ•mol-1

（Ⅲ）碳氧化反应的热力学条件：（1）提高熔池中碳的活度系数有利于脱碳反应的进行；（2）提高熔池中氧的活度有利于脱碳反应的进行；（3）降低气相中CO的分压可使脱碳反应向更加深度方向发展（这也是真空脱碳的原理）；（4）在炼钢的温度范围，温度对脱碳反应的影响不大。6.3.1.2碳氧积[C]+[O]={CO}△GΘ=-22364-39.63TJ•mol-1令m=1/KCO，则m=W[C]W[O]，在一定温度和压力下，为一具有平衡常数意义的常数，而与反应物和生成物的浓度无关，称为碳氧积。在1873K下，PCO=1时，m=0.0025。6.3.1.3实际熔池中的关系各种炼钢炉内氧化精炼过程中，熔池的实际[O]均高于同[C]平衡的理论上的数值。脱碳速率大，则碳氧反应接近平衡，过剩氧值小；反之，过剩氧就要大一些。过剩氧随熔池碳含量不同而不同，[C]越低，过剩氧越小，即越接近于PCO=1时同碳平衡的氧含量。过剩氧还随PCO而变化，PCO＜1时，过剩氧成为负值。6.3.2脱碳反应动力学分析

6.3.2.1脱碳反应的步骤熔池中碳和氧生成CO的反应应包括三个步骤，它们是：（1）熔池内[C]和[O]向金属一气泡界面层的扩散传质；（2）[C]和[O]在气泡表面吸附并进行化学反应；（3）生成的CO进入气泡，气泡长大并上浮。碳氧反应的限制性环节是在扩散过程，即碳或氧向反应区扩散是整个脱碳反应的限制性环节。另外，在某些情况下CO气泡生核困难时，新相生成也可能是成为脱碳反应的限制性环节。6.3.2.2[C]和[O]的传质[C]和[O]不断地向气泡界面扩散，由于实际的熔池中金属液的强烈运动，所以不是单纯的分子扩散而是对流传质。[C]高[O]低时，[O]的扩散为限制性环节；[C]低[O]高时，[C]的扩散为限制性环节。6.3.2.3

CO气泡产生的条件在均质的钢液内部产生新的气泡实际上是不可能的。CO气泡只有可能在异相界面上产生（即非均质形核）。粗糙的炉衬耐火材料上有许多小孔洞，是产生气泡的主要部位。已形成而在上浮中的CO气泡，底吹气流破裂生成的氦气或氩气气泡，都是脱碳反应能顺利进行的地点。这就是为什么底吹和复吹转妒，在熔池含碳量很低时仍有较大的脱碳速率的原因。6.3.2.4

氧的脱碳效率当用氧气脱碳时，氧的脱碳效率的定义如下式：式中△[C]—碳的氧化量，kg；

0.933—22.4/(2×12)氧化单位质量的碳所消耗的氧气体积，m3·kg-1；

Q—实际的供氧量，m3。当熔池中碳含量低于某一临界碳含量时，脱碳速率逐渐降低。在实际生产中临界碳含量则可为0.1一0.2％或0.2一0.3％，甚至可高达1.0一1.2％。利用底吹气体搅拌可使临界碳含量降低。底吹气体Ar、N2、天然气等有降低CO分压和加速传质的作用。基于热力学和动力学两方面因素，加强熔池搅拌，既有利于脱碳，又降低铁的损失。6.3.2.5

底吹气体对脱碳速率的影响6.4脱磷反应对于绝大多数的钢种来说，磷是一个有害的元素。炼钢用铁水的磷含量变化很大，一般为0.1—1.0％，特殊的可高达2.0％以上。因此脱磷是炼钢中最重要的精炼反应之一。6.4.1脱磷反应的热力学磷在钢液中以Fe2P形式存在。因为在Fe—P化合物中只有一个磷原子，通常用[P]（或P）表示溶解在熔体中的磷。在炼钢炉内脱磷首先是将磷氧化成P2O5，其反应式如下：三式相加，得脱磷反应实际的热力学条件：1．温度的影响脱磷是强放热反应。降低反应温度将使增大，所以较低的熔池温度有利于脱磷。2．炉渣碱度的影响因CaO是使降低的主要因素，增加渣中(CaO)可以增大γCaO

，使钢中[P]降低。3.（FeO）的影响（FeO）对脱磷反应的影响比较复杂。在其它条件一定时，在一定限度内增加（FeO）将使磷在渣-钢间的分配比LP增大。

4．金属成分的影响金属中存在的杂质元素将对起一定的影响，通常在含磷熔铁中，增加[C]、[O]、[N]、[Si]和[S]等的含量可使f[P]增大，增加[Cr]的含量使f[P]减小，[Mn[和[Ni]对f[P]的影响不大。5．渣量的影响增加渣量可以在LP一定时使金属中[P]降低。因为增加渣量意味着稀释（P2O5）的浓度，从而使4CaO·P2O5浓度也相应地降低，所以多次换渣操作是脱磷的有效措施。脱磷反应是典型的钢渣界面反应，首先渣的形成速率对脱磷有关键性影响。熔渣形成后，在钢渣界面上的反应速率很快，反应的限制性环节是界面两侧的传质。研究表明，多数情况下氧的传质不是限制性环节，脱磷速率是由界面两侧磷的传质所限制。反应速率方程：6.4.2脱磷反应的动力学6.4.3低磷钢的冶炼

6.4.3.1碳和磷的选择性氧化在同一氧压下碳和磷的氧化物之间平衡关系如下：在温度和Pco不变的情况下，使磷优先于碳氧化的条件唯一的是降低aP2O5。6.4.3.2回磷的反应原因可以是：炉内炉渣返干，渣中（FeO）低；温度过高，（FeO）过高，使炉渣碱度降低；在氧化渣下向熔池加了脱氧剂。使金属中[O]量降低钢水脱氧后在钢包镇静时，炉渣溶解酸性氧化物（SiO2）而降低碱度。防止回磷的措施：减少金属在钢包内停留时间；提高钢包内渣层的原始碱度或用碱性包衬，用挡渣塞、滑动出钢口等方法防止出钢时下渣；在操作上防止高温出钢；减少锰铁带入的磷量。另外，还可在钢水未脱氧的情况下出钢时，往钢流加CaO-CaF2-Fe2O3系渣，利用钢水温度降低及钢流落下时的搅拌作用在钢包内使钢水脱磷。对大多数钢种，硫均使其加工性能与使用性能恶化。一般钢种要求含硫量≯0.05％，优质钢种含硫量≯0.02—0.03％。炼钢使用的金属料和渣料（主要是铁水和石灰，它们在高炉和石灰窑内分别从燃料中吸收一部分硫）带入金属熔池中，使金属熔池中的含硫量一般均高于成品钢的要求。因此，不论炼什么钢种，炼钢过程中总是有程度不同的脱硫任务。6.5脱硫反应6.5.1碱性氧化渣与金属间的脱硫反应

6.5.1.1脱硫反应式在碱性渣中硫的存在形态为CaS、FeS、MnS等硫化物。按熔渣离子结构，硫的存在形式为S2-。通常以附加不同标记的[S]（或S）和（S）（或S2-）分别代表金属液中和熔渣中的硫。碱性炼钢氧化渣与金属间的脱硫反应和脱磷反应是不一样的，前者是硫在渣一金属界面上伴有电子转移的置换反应，而后者是磷的氧化及其生成物在熔渣中的溶解反应。

[S]+2e=（S2-）（O2-）=[O]+2e则结合上述反应，得出

[S]+（O2-）=（S2-）+[O]如将上式写成分子形式，则为：

[S]+（CaO）=（CaS）+[O]6.5.1.2脱硫反应热力学

[S]+（O2-）=（S2-）+[O]在热力学上影响脱硫的因素是：（1）炉渣的组成较低的氧化铁、较高的碱度有利于脱硫。碱度提高，可使增大及降低，从而提高；随着（FeO）浓度的增加，降低显著。（2）金属液的组成金属液中随金属液中[Si]、[C]等元素的提高而提高，因此，从热力学观点看，对含[Si]和[Si]高而[O]低的铁水进行预处理脱硫是非常有利的。（3）温度脱硫是吸热反应，在平衡的情况下，平衡常数与温度成正比，温度升高对脱硫是有利的，而且高温能加快实惠的熔化和提高熔渣的流动性，获得高碱度的炉渣，并对脱硫的动力学条件有利。6.5.1.3脱硫反应动力学脱硫反应也是渣钢界面反应，但同其他氧化反应不同的是脱硫是在渣和金属之间的交换反应。碱性渣系内，脱硫速率的限制性环节是熔渣内硫离子的扩散。因此，脱硫速率式为：脱硫速率与W[S]呈线性关系。6.5.2气化脱硫

6.5.2.1气相与金属液间的脱硫反应在吹氧炼钢时，可能生成SO2的反应式如下：

[S]+2[O]={SO2}[S]+{O2}={SO2}从热力学上看使[S]氧化成为SO2的反应不大可能发生。6.5.2.2气相与熔渣间的脱硫反应含硫和氧的气相同各种氧化物的熔体接触时，气相和熔渣之间可发生两个反应。气相和熔渣中的硫可进一步被氧化：应该指出，首先是硫自金属液进入熔渣，然后才可能在熔渣进行气化脱硫。所以，渣一金属间脱硫反应是脱硫的基础。就气化脱硫来说，要求炉渣有高的氧化铁含量，这就意味着铁耗增大。所以对吹氧炼钢来说，应实行高碱度熔渣脱硫操作为主，而不应过分期望气化脱硫。在常压下炼钢过程中，金属液和熔渣总是同大气接触。除了氧气以外，还可同H2、H2O、N2、CO2等气体接触。尤其是H和N不仅能溶解于液体铁中，还能溶解于熔渣中，还存在于凝固后的固体成品钢中。6.6钢中气体6.6.1钢中氢

6.6.1.1Fe—H系氢在纯铁液中的溶解反应服从西华特定律，氢的溶解反应如下：在一定温度下溶解的W[H]与PH2的平方根成正比。在任一分压下，氢的溶解度为：合金元素对氢的溶解度的影响可分为三种情况：

1）Zr、Ti、Nb、V和Ce、La等元素能提高氢在铁中的溶解度；

2）Cr、Ni、Mn、Co、Mo、Cu等元素影响不大；

3）Al、Si、C、P、B、Ge、W等元素能减小氢在铁中的溶解度。6.6.1.2铁液中氢和水汽的平衡实际气体中PH2很小，金属中的[H]取决于PH2O和炉料中的水分，气相中的水蒸气与铁液中的[H]和[O]存在下列平衡：

{H2O}=2[H]+[O]在1873K时在干燥的氢气下，炉渣几乎不吸收氢，但是在水蒸气下，熔渣则能溶解大量的水蒸气。在温度、压力和熔渣成分一定时，熔渣中H2O的溶解度用下式表示：6.6.1.3氢在渣中的溶解度6.6.2钢中氮

6.6.2.1Fe—N系氮在纯铁液中的溶解反应服从西华特定律，氮的溶解反应如下：氮在铁液中的溶解度与其在同铁液平衡的气相中分压的关系。合金元素对氮的溶解度的影响可分为三种情况：

1）Cr、Nb、Mn、V等元素能提高氮在铁中的溶解度；

2）Ni、Co、Mo、Cu等元素影响不大；

3）Si、C、O、S等元素能显著降低氮在铁中的溶解度。6.6.2.2

氮在渣中的溶解度在中性或氧化性气氛下，氮通常不溶于渣中；氮在还原性渣中，氮能大量溶解于渣中。随着PO2的减小和PN2的增大，将使渣中的氮增加。在还原气氛下，渣中存在碳时会促进吸氮反应。所以还原性电石渣能溶解较多的氮。6.6.3钢液脱气和吸气反应的动力学脱气或吸气反应一般有以下三个环节：（1）氢或氮在界面液相侧的传质；（2）在气-液界面上气体分子和钢液间的化学反应；（3）氢或氮在界面气相侧的传质。通常脱氢或吸氢的速率均受传质的影响，速率方程为：

6.7脱氧和非金属夹杂物

6.7.3脱氧反应的热力学在钢的精炼或出钢浇注过程中，减少钢中含氧量的操作叫做脱氧。6.7.3.1氧在铁中的行为氧对铁有较强的亲合力，氧与铁可生成三种氧化物，Fe3O4，Fe2O3和浮氏体FeO

。氧在铁中的溶解度不高。氧在固体铁中的溶解度很小，因此凝固结晶过程氧将析出。固体铁中存在氧则将引起晶格歪曲，使铁的力学、磁学和其他性能发生变化。6.7.3.2脱氧的任务和脱氧能力的测定1.脱氧的任务（1）把钢中氧含量降低到所需要水平，以保证凝固时得到正常的表面和不同结构类型的钢坯。（2）使成品钢中非金属夹杂物含量减少，分布合适，形态适宜以保证钢的各项性能（3）得到细晶粒结构。2.元素脱氧能力的测定方法钢液中元素脱氧反应式一般为

x[M]+y[O]=MxOy

式中M为脱氧元素，此反应的平衡常数KM为叫做脱氧常数，用以判断元素的脱氧能力。元素的脱氧能力是指在一定温度下与一定浓度的脱氧元素M相平衡的氧含量的高低。平衡的氧含量高则谓之脱氧能力弱，平衡氧含量低则谓之脱氧能力强。6.7.3.3单独元素的脱氧1.单独元素的脱氧能力及其顺序在1600℃元素含量为0.1％时，各种元素的脱氧能力顺序为：Al、Ti、B、Si、C、V、Cr、Mn依次减小。2.元素脱氧能力与温度的关系随着温度下降，平衡发生移动，使脱氧反应不断进行。6.7.3.4复合脱氧剂的脱氧用硅锰同时脱氧可以降低二氧化硅的活度，而得到更低的残余溶解氧量，脱氧更完全。锰同样能提高铝的脱氧能力。复合脱氧剂与单独脱氧元素脱氧相比可以达到较好的脱氧效果，因为：

1)脱氧元素共同存在于钢液中，脱氧能力有较大的提高；

2)脱氧产物是熔融的，并能促进高熔点氧化物熔化，有利于从钢液中排除出去；

3)能使容易挥发的钙、镁在钢中的溶解度增加；

4)能使夹杂物形态和组成发生变化，有利于改善钢的性能。6.7.3.5脱氧元素与钢中氮的反应铝和氮的结合能力较大，在脱氧良好情况下可以生成氮化物。铝是控制晶粒度大小最常用的元素。6.7.3.6

熔渣脱氧熔渣对钢液具有氧化性或还原性可由下列反应决定：（FeO）=[O]十Fe（l）当△G＜0时，反应向右进行，熔渣中氧将向钢液中转移，即熔渣对钢液具有氧化性。显然脱氧后钢液在这种渣下保持时，钢液中氧含量将逐渐回升。而在△G＞0时，反应向左进行，钢液与这种熔渣接触时，钢液中的氧因向熔渣转移而下降，即熔渣对钢液具有脱氧能力。在一定温度下KO为一常数，所以熔渣的脱氧能力决定于熔渣氧化铁的活度，即熔渣的氧化铁活度越低，其脱氧能力越强。可见，只要降低（FeO），则[O]也相应降低，这称为扩散脱氧。6.7.4脱氧的动力学整个脱氧过程由四个步骤组成：1）脱氧剂的溶解和均匀化；2）新相生成反应的脱氧产物的生核；3）脱氧产物的长大；4）脱氧产物的去除。6.7.4.1脱氧剂的溶解和均匀化脱氧剂的溶解和均匀化需要占用一定时间，它决定于钢液流动条件或涡流搅拌程度。随着现代钢包冶金技术的发展，由于强化搅拌，为脱氧剂的溶解和均匀化创造了良好条件。一般这个步骤不会构成限制性环节。6.7.4.2脱氧产物的生核实际脱氧过程中由于钢液中已经存在许多异相物质，它们可以作为析出脱氧产物的核心，即非均质形核。这样在更低的过饱和度时就可以析出脱氧产物。作为异相核心的物质有很多，如耐火材料砌筑的器壁；加入的铁合金中含有的氧化物；在局部高浓度区均质形核产生的氧化物颗粒，被钢液带到低浓度区作为异相核心。所以形核不可能成为脱氧速率的控制环节。6.7.4.3脱氧产物的长大临界尺寸的晶核生成以后，它的长大就具有分子特征。其聚合长大机理有以下几种形式：1.扩散长大;2.由于布朗运动碰撞凝集长大;3.由于上浮速度差而碰撞凝集长大;4.由于钢液运动而碰撞凝集长大;6.7.4.4脱氧产物的去除脱氧的重要任务之一是尽可能多地去除脱氧产物，以得到清洁的钢。钢液中的夹杂物，或者依靠质点相对于介质的运动，或者依靠金属液的对流，而转移到金属-熔渣及金属-炉衬的相界面上。1.关于斯托克斯定律的适用性要求符合以下条件：（1）颗粒为球形；（2）颗粒和流体的相对速度较低，即雷诺数在2以下；（3）颗粒与流体分子之间没有滑移。2.夹杂上浮和界面张力的关系夹杂物与钢液间的界面张力大，夹杂物容易上浮。3.熔渣的影响钢渣界面脱氧时，除元素的脱氧能力升高外，由于熔渣作为现成表面的存在，脱氧产物生核条件优越而无需很大的过饱和度，同时渣洗冲混扩大了界面积和元素的传质而加快了脱氧速率。4.搅拌的影响对钢液给予搅拌的目的在于使钢液运动促使夹杂物的聚集与上浮。夹杂物的去除要依靠熔渣和衬壁材料的吸收，加强渣钢界面处和包壁处的搅拌有利于夹杂物的吸收。6.7.6脱氧与合金化在炼钢实践中脱氧与合金化一般几乎同时进行。加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧转化为脱氧产物排出钢液，多余部分则为钢液吸收起合金化作用；在冶炼高合金钢时，合金化是添加合金剂操作的主要目的。为使合金化元素氧化损失少，收得率高，应根据合金元素对氧的亲合力决定合金化对钢液的脱氧要求。Ni、Cu、Mo、Co等元素与氧的亲合力低，可随炉料一起加入或在冶炼过程加入；而Mn、Cr、Si、Ti、V、A1等与氧的亲合力较强或很强，都是在出炉前加入（或加在钢包中）或加到已经充分脱氧的钢中。合金化工艺为了保证获得最佳的合金化过程，对于用量大的合金则以块状形式加入，如锰铁、硅铁、铬铁和镍等。在出钢过程加到钢包中的铁合金必须粒化成使其在出炉钢流的冲击下能够溶解于钢液。利用惰性气作载气，将合金粉剂直接喷射到钢液内部，避免粉剂与空气或熔渣接触，扩大反应界面积，从而加速传质过程，提高元素收得率。将合金粉剂制成包芯线可以直接喂入钢包、中间包或连铸结晶器中。6.7脱氧和非金属夹杂物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。它们的存在破坏了钢的基体的连续性。钢中非金属夹杂物来源于原材料、脱氧产物、熔渣和耐火材料，以及出钢和浇注过程的二次氧化产物。6.7.1钢中非金属夹杂物的种类及其形态

6.7.1.1按夹杂物的化学成分分类根据夹杂物的化学成分不同，可以分成：1.氧化物系夹杂物（1）简单氧化物；（2）复杂氧化物；（3）硅酸盐及硅酸盐玻璃。2．硫化物系夹杂物钢中硫化物主要是FeS、MnS、(Mn、Fe)S和CaS等。3.氮化物当在钢中加入与氮亲合力较大的元素时形成AlN、TiN、ZrN、VN、BN、Si3N4、Fe4N、Fe2N等氮化物。6.7.1.2按夹杂物的形态分类1.不同夹杂物的塑性（1）FeO、MnO及(Mn、Fe)O在室温下能和金属一起变形，随温度升高逐渐丧失了变形能力。（2）Al2O3和钙的铝酸盐在钢的整个热加工温度范围内以及室温下，均无塑性不变形。（3）硅酸盐在室温下不能变形，但在800～1300℃范围内，依其组成不同，塑性变化很快。钢的热加工温度就处于上述范围内，可见对于钢材性能来说，硅酸盐的组成很重要。（4）尖晶石类夹杂物在通常钢的热变形温度范围内不变形，当钢倍加热到更高温度（1280℃）时能稍微变形。（5）在1000℃以下，硫化锰具有较高的塑性，超过1000℃时随着温度的升高塑性逐渐减小，但仍具有较强的变形能力。2.按夹杂物的形态分类（1）A型夹杂物是在热加工时沿加工方向延伸成条带状的硫化物FeS、MnS。（2）B型夹杂物它在热加工时不变形，而被破碎成碎屑沿加工方向聚集呈颗粒状断续排列。（3）C型夹杂物是加工过程可以产生塑性变形的硅酸盐。虽然硅酸盐通常是黑色的，而硫化物是灰色的，但在显微镜下准确区分硫化物和硅酸盐则有困难。（4）D型夹杂物它在热加工时保持原来的球点状而任意分布。6.7.1.3按夹杂物的来源分类1.外来夹杂物这类夹杂物是由于耐火材料、熔渣等在冶炼、出钢、浇注过程中进入钢中并滞留在钢中造成的。一般外来夹杂物具有的特征是：外形不规则，尺寸比较大，偶然地在这里或在那里出现。2.内生夹杂物这类夹杂物是在液体或固体钢内，由于脱氧和凝固时进行的各种物理化学反应而形成的。主要是和钢中氧、硫、氮的反应产物。6.7.1.4按夹杂物尺寸分类按夹杂物的大小不同，一般把夹杂物大致分为三类：亚显微夹杂（颗粒＞1μm）