钢铁冶金原理重点07(1)

第七章氧化熔炼反应1何为钢液中溶解元素的选择性氧化温度？试以冶炼不锈钢的“去碳保铬”及吹炼含钒生铁的“去钒保碳”来说明它的作用。解从氧势图知，铁液中氧化物氧势越低的元素越先氧化。而炼钢熔池中C是主要的共存元素，它氧化形成的CO的氧势线与其它元素氧化形成的氧化物的氧势线的走向相反，两者出现交点。当熔池温度低于交点温度时，()()OMOOCO，主要是[M]氧化，而在交点温度以上，()()OMOOCO，主要是[C]氧化。因此，选择熔池的温度，就可以控制C和其它元素氧化的先后。这个温度称为钢液元素的选择性氧化温度。在奥氏体不锈钢返回冶炼中，利用选择性氧化温度原理来确定应采用的冶炼温度，使钢液中[Cr]不氧化，而[C]大量氧化，获得高铬低碳的不锈钢液。可利用[C]和[Cr]氧化反应耦合得出的反应的rmG=0求得它们的选择性氧化的温度：344()34CCrOCrCO34419.147lgCrCOrmrmCapGGa3434144%,()CrCOCrCOCCapKwCapKfa为了降低较高的选择性氧化温度，需要降低COp，这就是VOD炉真空吹氩和AOD炉吹入氩-氧混合气体，降低COp冶炼超低碳不锈钢的理论依据。在吹炼含钒生铁，提取钒渣及获得碳量较高的半钢，应选择能保证[V]优先于[C]氧化得去钒保碳的温度上限。其反应为2321()33VCOVOC2319.147lgCrmrmVCOaGGap322323%,CCVCOCOVaaKwVapKpf吹炼温度一般控制在1420℃以下。2转炉炼钢过程中的脱硫反应与高炉炼铁过程中的脱硫反应是相同的（[S]+(O2-)=(S2-)+[O]。但由它导出的两种熔炼方法的硫的分配常数却有较大差别（相差一个数量级），主要原因是什么？解高炉冶炼采用的是中碱度（0.9~1.3）的还原渣(w(FeO)1%)，而如转炉炼钢冶炼采用的则是高碱度（2）的氧化渣（w(FeO)=6%~20%），因而两种渣的脱硫能力在程度上就有一定的差别。由同一形式表示出的硫容量及分配常数，不仅数值上有较大差别(相差一个数量级)，而且处理方法也不完全相同，主要是受渣中氧化物含铁量的影响。现分析如下。由离子脱硫反应导出的硫的分配常数为2%%17054lglglglglg1.2242SSSOwSLCfpwST而222212%OOSSSPaCwSKP由上式可见，SC及Sf高，而2Op低，则SL高。虽然炼钢渣的SC（2Oa高）比高炉渣的SC要高1个数量级，但其与高炉冶炼相比，钢液的Sf却小很多，而2Op又高得多，这远比SC（碱度）带来的作用大得多，致使炼钢渣下的SL比炼铁渣下的SL就小很多。3炼钢过程中，脱磷反应是怎样进行的？什么是磷的分配常数和炉渣的磷容量。它们之间有什么关系？解炼钢过程中，脱磷是利用高碱度的氧化性强的熔渣将钢液中的[P]氧化成（P2O5），再与（CaO）结合成能稳定存在于渣中的磷酸盐。因为在炼钢温度下，[P]氧化形成的（P2O5）不能稳定存在。根据脱[P]反应的平衡常数可得出渣中25%wPO或%wP对钢液内%wP的比即磷的分配常数23453()22POOPO3434%%5lglglglg2PPOPOwPOLCfawP23434323452%1OPOPOPOaCwPOKaa利用分配常数LP就可以确定脱[P]的热力学条件及计算钢液的平衡[P]浓度。但由于脱磷熔渣组分的活度2Oa及34PO测定有困难，就引入了能按钢液及熔渣组成测量的磷容量34POC来计算LP。4试计算炼钢熔池脱碳过程中，能作为CO气泡形核的炉底耐火材料表面上不会被钢水浸入的空隙半径。钢液的表面张力11.450Nm，熔池深度为0。6m，钢水对耐火材料表面的润湿角=120°。解由于液面与曲液面所受的压力差产生的附加压力与曲率半径有关。如图7-1所示，位于液面下、半径为r的气泡的压力为pp，而处于平衡状态下。如使气泡的半径r增加dr，则气泡的体积和表面积相应地增加dV和dA，从而气泡的表面自由能相应增加了dA，其需要的功率等于外界对气泡所作的功：（pp）dV与气泡膨胀时对外所做的功之差，即pdV，故dA=pdV而2824dArdrpdVrdrr当钢水浸入耐火材料表面微孔中，形成一个曲率半径为r的向下凸弯月面时（见7-1右图），曲面所受的附加压力指向上方，这时气泡所受的附加压力等于其上面钢水的静压力：gh。由于cos(180)cosrRR而22cosprr故不为钢水浸入的孔隙半径：5max32cos21.450(0.5)3.52107109.810.6rmgh5试述3种脱氧方法的原理。解炼钢是利用氧来氧化除去钢液中的杂质及过剩元素的，但当氧化精炼结束时，钢液的含氧量已高于成品钢的碳氧积。因此，需要加以除去此过剩的氧量。这称为脱氧。按照采用的脱氧剂不同，就有3种脱氧方式。（1）沉淀脱氧法。它是将脱氧剂加入到钢液中，直接与钢液中氧反应，生成的稳定氧化物自钢液排出。所用的脱氧剂是与氧亲和力大于铁与氧亲和力的元素，其脱氧能力决定于脱氧反应的lnrmGRTK，而%%xyKwOwM——脱氧常数。另一方面，还要使脱氧形成的氧化物，即脱氧产物能最大限度的自钢液中排出，减少钢中残存的夹杂物的量。为此，要求脱氧产物是液态，其与钢液的表面张力要大些，才易于聚合、长大形成较大的质点，才能迅速上浮排出，使残留在钢中成为夹杂物的量小。（2）扩散脱氧法。这是利用氧势比所要脱氧的钢液的氧势更低的熔渣作脱氧剂，与欲脱氧的钢液充分接触，使钢液中的氧通过扩散方式向渣中转移，而除去。这样产生的脱氧产物就不用自钢液中排出，可获得夹杂物少的钢液。（3）真空脱氧法。这是利用真空压力的作用作脱氧剂，使置于真空室内钢液在常压下的碳氧反应的平衡态被破坏，碳作为脱氧剂，进行脱氧，形成的CO被抽走，从而达到降碳及脱氧的目的。脱氧产物是CO，不会使钢中有残存夹杂物，同时还有脱氢、脱氮的作用。