钢铁冶金复习资料汇总

第一章概论钢铁生产技术经济指标焦比：高炉每炼一吨生铁的焦炭消耗量。矿铁比：高炉冶炼吨铁的铁矿石消耗量。铁钢比：每炼一吨钢的生铁消耗量。铸铁比：铸造铁产量与生铁总产量之比。废钢比：废钢消耗量和钢铁料总消耗量之比。合金比：合金钢产量与钢总产量之比。连铸比：连铸坯产量与炼钢厂钢总产量之比。钢材比：钢材产量与钢总产量之比。板管比：钢板、带钢、钢管的合金产量与钢材总产量之比。第二章炼钢的任务、原材料和耐火材料一、炼钢的任务（“四脱”（碳、氧、磷和硫）；“二去”（去气和去夹杂）；“二调整”（成分和温度）。三、夹杂物分类1.按来源可以分成外来夹杂和内生夹杂2.根据成分不同，夹杂物可分为：氧化物，硅酸盐，硫化物，氮化物。3.按加工性能，夹杂物可分为：塑性夹杂，脆性夹杂，点状不变形夹杂，4.ISO4967-79（参考ASTM分类）规定：钢中夹杂物分为A、B、C、D四大类，分别为：硫化物、氧化铝、硅酸盐和球状氧化物。铁水的要求：（1）成分；（2）带渣量：不得超过0.5%（高炉渣中S、SiO2、Al2O3量较高）。（3）温度：入炉铁水应大于1250℃（物理热），并且要相对稳定。2.废钢分类、要求：根据来源分为：返回废钢；加工废钢；折旧废钢。要求：1)外形尺寸和块度：应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度＜转炉口直径的1/2，废钢单重一般≤300kg。2）废钢中不得混有铁合金、属和橡胶、封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。3）废钢的硫、磷含量均不大于0.050%4）废钢应清洁干燥5）不同性质的废钢分类存放（合金废钢）5.石灰的作用、要求、活性石灰作用：主要用于造渣、脱P、脱S，用量比较大；能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱S，脱P效果，减少转炉热损失和对炉衬的侵蚀。要求：石灰CaO含量高，SiO2和S含量低；生过烧率低，活性高；块度适中；保持清洁、干燥和新鲜；粒度要求：转炉20-50mm，电炉20-60mm。活性石灰：通常把在1050-1150℃温度下焙烧的具有高反应能力的体积密度小，气孔率高，比表面积大，晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软性石灰。6.萤石作用；白云石作用；合成造渣剂：萤石（CaF2）作用：助熔作用——加速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。但大量使用萤石增加喷。白云石（CaCO3.MgCO3）作用：转炉中代替部分石灰造渣→减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命。溅渣护炉操作中调整渣中的MgO含量。合成造渣剂：是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。特点：熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂，成渣速度快。五、耐火材料1.耐火材料：凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料。4.主要耐材使用部位：硅酸铝系的粘土砖在混铁炉、鱼雷罐车和铸锭系统大量使用。硅酸铝系的高铝砖在许多重要部位使用，电炉炉顶、钢包内衬、滑动水口、浸入式水口等。碱性耐火材料中：（1）镁砂及白云石砂的烧结：电炉和转炉的炉壁；（2）镁砖、镁铬砖、镁铝砖：电炉的炉墙、炉底及炉外精炼；（3）白云石砖、镁白云石砖：早期转炉炉衬，炉外精炼；（4）镁碳砖：转炉炉衬及炉外精炼重要部位。5.耐材损毁原因：（1）溶渣的浸蚀（2）耐火材料在高温高真空下的损毁（3）耐火材料的剥落第三章钢生产的理论基础一、熔渣的作用、来源、分类与特点、组成1.熔渣的作用：控制钢液的氧化还原反应；脱除杂质（S、P），吸收夹杂物；防止钢液的吸气；防止钢液的散热；稳定电弧燃烧（对EAF和LF）；防止钢液的二次氧化（钢包/中包覆盖剂、结晶器保护渣）；炉渣是电阻发热体（对电渣重熔）。熔渣的不利作用：钢液混渣，降低钢质；侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命；夹带金属及金属氧化物，降低了金属的回收率。2.熔渣的来源：加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块。氧化产物，Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物。被侵蚀的炉衬等耐火材料。3.熔渣的分类、特点及组成熔渣分为碱性氧化渣、碱性还原渣（白渣）特点：碱性氧化渣：[C],[Si],[Mn]迅速氧化；能较好脱P；能脱去50%的S；钢水中[O]较高。碱性还原渣（白渣）：脱S能力强；脱氧能力强；钢水易增碳；钢水易回磷；钢水中[H]增加；钢水中[N]增加。熔渣的氧化性：也称熔渣的氧化能力，是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量。对炼钢的影响：（体现在熔渣自身、对钢水和对炼钢操作工艺影响三个方面）熔渣的氧化性决定了脱磷、脱碳以及夹杂物的去除等。影响化渣速度，影响熔渣粘度，影响熔渣向熔池传氧；影响钢水含氧量[O]，影响钢水脱磷，影响铁合金收得率，影响炉衬寿命，影响金属收得率四、氧的来源、直接氧化、间接氧化1.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。2.两种氧化方式：铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化和间接氧化。直接氧化：是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。（往往发生于铁液与气相界面上）间接氧化：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。（往往发生于渣——金界面）五、硅、锰氧化反应及影响因素、残锰的作用1.硅氧化反应及影响因素：硅的氧化：气——金界面上［Si］+O2=（SiO2）渣——金界面上（为主）［Si］+2［O］=（SiO2）［Si］+2（FeO）=（SiO2）+2Fe［Si］+2（FeO）+2（CaO）=（Ca2SiO4）+2Fe硅的氧化和还原反应的影响因素：温度低有利于硅的氧化；炉渣中降低SiO2的成分含量或增加CaO、FeO含量，有利于硅的氧化，炉渣氧化能力越强，越有利硅的氧化；金属液成分金属液中增加硅元素含量，有利于硅的氧化；炉气氧分压越高，越有利于硅的氧化。2.锰氧化反应及影响因素：锰的氧化：锰反应，形成在高温下是稳定的MnO在气-金界面上［Mn］+1/2O2=（MnO）在渣-金界面上［Mn］+［O］=（MnO）［Mn］+（FeO）=（MnO）+Fe锰的还原∶（MnO）+［C］=[MnO]+{CO}影响锰的氧化和还原反应的因素有：温度低有利于锰的氧化；炉渣碱度高，使(MnO)的活度提高，在大多数情况下，（MnO）基本以游离态存在；如果a(MnO)1.0，则不利于锰的氧化。炉渣氧化性强，则有利于锰的氧化；能增加Mn元素活度的元素，其含量增加，有利于锰的氧化；炉气氧分压越高，越有利于锰的氧化。3．残锰的作用：防止钢水的过氧化，或避免钢水中含过多的过剩氧，以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；可作为钢液温度高低的标态，炉温高有利于（MnO）的还原，残锰含量高；能确定脱氧后钢水的含锰量达到所炼钢种的规格，并节约Fe-Mn用量。六、脱碳反应及作用、碳氧浓度积、过剩氧及其出现原因1.脱碳反应及作用：利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。作用：碳氧反应不仅完成脱碳任务；加大钢—渣界面，加速反应的进行；均匀熔池中成分和温度；有利于熔渣的形成；有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；放热升温。2.碳氧浓度积：温度一定，K是定值，若令m=[%C]·[%O]，fC.fO=1，则m=1/k,1600℃时，K=400，m=0.0025，m即为碳氧浓度积。当达到平衡时，m为一常数。3.过剩氧及出现原因：过剩氧：将炼钢熔池中实际的含氧量与碳氧平衡的理论含氧量之间的差距，称之为过][][.OCCOaaPK][%][%11][][OCffaaKocOC剩氧。出现过剩氧，m值高于理论值的原因：与脱碳速度有关，脱碳速度大，过剩氧小;理论含氧量的条件为Pco=1atm，而实际炉中Pco大于或小于1atm。含碳量处于低碳时，[%O]实还受aFeO和温度的影响。当钢水中含碳量一定时，含氧量随温度的增加而略有增加。七、脱磷反应及其影响因素、回磷现象及避免措施1.脱磷反应及影响因素：脱磷反应：是在金属液与熔渣界面进行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]、2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe]影响因素：炼钢温度的影响：脱磷反应是强放热反应，温度降低，脱磷反应的平衡常数KP增大，LP增大，因此，从热力学观点，低温脱磷比较有利。但是，低温不利于获得流动性良好的高碱度炉渣。炉渣成分的影响：主要表现为炉渣碱度和炉渣氧化性的影响。碱度越高，渣中CaO的有效浓度越高，LP越大，脱磷越完全；随着炉渣(FeO)含量增加，LP增大，促进了脱磷。金属成分的影响：钢液中与氧结合能力高的元素含量降低时，脱磷才能顺利进行。渣护炉技术：渣中MgO含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷产生不利影响。2.回磷现象及避免措施：回磷现象：回磷现象就是磷从熔渣中又返回到钢中；成品钢中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象。避免回磷的措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前的炉渣碱度；出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。八、炉渣脱硫反应及影响因素、气化脱硫反应、提高脱硫速率的措施脱硫主要通过炉渣脱硫和气化脱硫两种途径来实现，炉渣脱硫占主导。1.炉渣脱硫反应及影响因素：炉渣脱硫反应：（[S]+（O2-）=（S2-）+[O]）影响因素：炼钢温度的影响：属于吸热反应，高温有利于脱硫反应进行。高温能促进石灰溶解和提高炉渣流动性。炉渣碱度的影响：炉渣碱度高，游离CaO多，或（O2-）增大，有利于脱硫。但过高的碱度，常出现炉渣粘度增加，反而降低脱硫效果。炉渣中(FeO)的影响：从热力学看(FeO)高不利于脱硫。当炉渣碱度高时、流动性差时，炉渣中有一定量的(FeO)，可助熔化渣。金属液成分的影响：[C]、[Si]能增加硫的活度系数f[S]，降低氧活度，有利于脱硫。脱硫的有利条件：高温，高碱度，低（FeO），好流动性。2.气化脱硫反应：金属液中[S]以气态SO2的方式被去除，反应式可表示为：[S]+2[O2-]={SO2}气化脱硫的最大可能是钢水中[S]进入炉渣后，再被气化去除：[S2-]+2/3O2==SO2↑+(O2-)S2+2CO=2COSSO2+3CO=2CO2+COS3.提高脱硫速率的措施：反应界面积A越大，脱硫速率就越快。熔池沸腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度等均对渣、钢界面的大小产生影响。炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差值大时，km、ks大，脱硫速率快。炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条件均在Ls产生影响，一切旨在提高Ls的措施均可促进脱硫反应。十、脱氧方式及特点；脱氧能力、脱氧反应机理；合金化操作原则1．脱氧方式及特点：按脱氧原理，脱氧方法分为：沉淀脱氧法：又叫直接脱氧。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。特点：在钢液内部进行，脱氧速度快；但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。扩散脱氧法：又叫间接脱氧。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。特点：在渣中进行，钢液中的氧需要向渣中转移，故脱氧速度慢，脱氧时间长；但脱氧产物在渣相内形成，不在钢中生成非金属夹杂物。真空脱氧法：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]----[O]反应。（常用于炉外精炼）特点：脱氧产物为气体，易于排除，不会对钢造成非金属夹杂的污染，故这种脱氧方法的钢液洁净度高；但需要有专门的真空设备。镇静钢的脱氧可分为两种类型：包内脱氧；炉内预脱氧，钢包内终脱氧。脱氧能力：可用同一条件下与相同含量的脱氧元素相平衡的残余氧量来表示。Al的脱氧能力最大，Si的脱氧能力次之，常用于终脱氧