7-氧化熔炼反应PPT推荐.ppt

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渣中有大量的氧化铁，aFeO足够高,1600,LO=wO饱=0.23,7.1氧化反应的热力学,7.1.1氧化反应的类型（炼钢炉内存在的氧化反应）,氧化剂：

（FeO）O2、O、,7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,铁液中元素的氧化反应：

M+O=MO（s）,2M（S）+O2=MO（S）,2M（S）=2（M）,O2=2O,可得：

7.1氧化反应的热力学,=（,-,-,）/2,-,铁液元素氧化的氧势图,=A+BT,7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,7.1氧化反应的热力学,氧势图特点：

氧化物位置越低越稳定，该元素越容易氧化,Mg、Ca、Al易氧化；

Cu不能氧化,以FeO为界，下方的元素都能被FeO氧化,CO线与元素氧化物的,线相交存在T转,吹炼前期吹炼中期吹炼后期,7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,7.1氧化反应的热力学,7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,7.1氧化反应的热力学,T转的计算：

（MO）+C=M+CO,7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,7.1氧化反应的热力学,例题：

用氧气吹炼成分为,生成的熔渣成分为,、,的铁水，,与熔池接触的气压为100kPa，试求碳开始大量氧化的温度。

、,、,，,假如已知,解：

因此，,已知,，分别求,和,7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,例题：

用氧气吹炼成分为,生成的熔渣成分为,、,与熔池接触的气压为100kPa，试求碳开始大量氧化的温度。

、,、,，,假如已知,7.1氧化反应的热力学,解：

7.1.2铁液中元素氧化反应的标准吉布斯自由能,例题：

、,、,，,假如已知,7.1氧化反应的热力学,时，碳开始被SiO2氧化，即碳开始大量氧化的温度：

解：

7.1.3元素M氧化的元素氧化的分配常数,

（1）,

（2）,得：

（3）,7.1氧化反应的热力学,铁液中元素的氧化反应主要发生在渣铁界面：

反应（3）可由式

（1）、

（2）线性组合得到：

热力学条件,T降低，LM提高,，LM提高,R升高,7.1.3元素M氧化的元素氧化的分配常数,7.1氧化反应的热力学,（3）,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.1Mn的氧化,直接氧化,间接氧化,铁液中的Mn可出现下列氧化反应：

7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.1Mn的氧化,Mn氧化的分配常数：

7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.1Mn的氧化,Mn氧化的条件：

（1）,对Mn氧化有利（炼钢的初期，温度较低，利于Mn的氧化，而后期，温度升高，氧化减少，趋近于平衡，C被大量氧化,（FeO）减少，（MnO）开始被还原）。

（2）,利于Mn的氧化。

（3）,利于Mn的氧化。

吊吹有利,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.2Si的氧化,Si氧化在渣钢界面反应进行，可发生如下反应：

7.2.2Si的氧化,7.2.2.1Si的氧化热力学,+，得：

7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.2Si的氧化,7.2.2.1Si的氧化热力学,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,Si氧化的条件：

（1）,有利于Si氧化（不可控条件）。

7.2.2Si的氧化,7.2.2.1Si的氧化热力学,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,Si氧化的条件：

（1）,有利于Si氧化（不可控条件）,

（2）,有利于Si氧化（可控条件）,（3）,有利于Si氧化（可控条件）,快速加石灰造渣有利于脱硅,前期wSi到达痕迹量；

后期CaO和SiO2形成稳定化合物,7.2.3Cr氧化反应的热力学,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.3.1Cr的氧化,Cr能够被氧化也能被还原，取决于熔体的组成和体系温度。

Cr氧化后得到的氧化物组成重要与含铬量有关：

1）时，生成FeCr2O4,2）时，生成Fe0.67Cr2.33O4,3）时，生成Cr3O4、Cr2O3,7.2.3Cr氧化反应的热力学,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.3.2Cr的还原,选择性氧化,温度较低时，Cr和C同时氧化；

而高温时，Cr和C就出现选择性氧化，例如T转以下，Cr先于C氧化，T转以上，C先于Cr氧化，即抑制了Cr的氧化。

去碳保铬,高温,7.2.3Cr氧化反应的热力学,7.2.3.2Cr的还原,1）wCr9%时,2）wCr9%时,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,去碳保铬的热力学条件分析：

“去碳保铬”的条件：

1）,，有利于得Cr；

2）,，有利于得Cr；

3）,，有利于得Cr；

4）,（高温真空有利于得Cr）。

7.2.3Cr氧化反应的热力学,7.2.3.2Cr的还原,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.3Cr氧化反应的热力学,7.2.3.2Cr的还原,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,7.2.3Cr氧化反应的热力学,7.2.3.2Cr的还原,7.2Mn、Si、Cr的氧化反应,“去碳保铬”的条件：

Ni含量、T、PCO一定时，wC上升wCr上升C含量、T、PCO一定时，wNi上升wCr上升C、Ni含量、T一定时，PCO下降wCr上升C、Ni含量、PCO一定时，T上升wCr上升,7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,产生大量CO气泡，造成熔池沸腾,促进“三传”，,有利于脱出钢中气体,促进温度、成分均匀，非金属夹杂物排出,作用,7.3.1.1碳氧化反应的种类,（II）,（III）,（IV）,（V）,（VI）,（VII）,反应（V）确定氧化熔炼末期钢液中的平衡氧浓度,（I）,令：

7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,7.3.1.2碳氧浓度积,钢液中碳氧反应：

m称为碳氧浓度积,1）标准碳氧浓度积：

当PCO=1时，,2）当PCO=常数时，T一定一定，wC与wO成反比：

7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,7.3.1.2碳氧浓度积,对的讨论：

一般取,7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,7.3.1.2碳氧浓度积,对的讨论：

真空脱氧利用PCO1时m降低的原理,钢液在T、wC一定时，进行真空操作,1）在熔池内部,7.3.1.3脱碳过程中钢液的碳氧浓度积,7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,熔池深度的增加，wO平增加,2）钢液表面,保持钢液有较小的深度，有利于降低wO平,在炼钢过程中，由于溶池不同地方的PCO，不同，因此发生在溶池不同地方的脱碳反应有不同的碳氧积。

3）悬浮的金属液滴当金属液滴进入溶渣或炉气中时，如果液滴表面形成CO气泡，这时所受的外压减小，脱碳反应容易进行；

如果在液滴内部形成CO气泡时，随着脱碳反应进行，内压大于外压时，液滴就会分裂成小液滴，使脱碳加速，利于降低wO平,7.3.1.3脱碳过程中钢液的碳氧浓度积,7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,促进脱碳措施,提高温度、高真空、增大钢气接触面、减小钢液厚度、钢液面少渣或无渣,1区：

2区：

3线：

碳氧反应持续进行的原因,7.3.1.3脱碳过程中钢液的碳氧浓度积,7.3脱碳反应,7.3.1脱碳反应的热力学,钢液脱碳过程中碳氧质量的关系：

7.3.2脱碳反应过程的机理,7.3脱碳反应,7.3.2.1脱碳反应过程的环节,氧从炉气向钢液的转移,氧从溶渣转入钢液,耐火材料表面或钢液气泡表面吸附的O和C发生化学反应，形成CO,CO气泡的形成及长大，经过熔池排入炉气,7.3.2脱碳反应过程的机理,7.3脱碳反应,7.3.2.1脱碳反应的主要环节,1）CO气泡的形成和排出,

（1）CO气泡的形成,钢液内部很难成核；

CO成核主要发生在耐火材料表面,

（2）CO气泡的排出,耐火材料表面形成的CO气泡在钢液层内上浮过程中，表面也会出现碳的氧化，生成的CO进入气泡使气泡的体积不断长大，所受静压力减小，上浮速度加快，并出现分裂。

7.3.2脱碳反应过程的机理,7.3脱碳反应,7.3.2.1脱碳反应的主要环节,2）钢液中碳和氧的扩散,

（1）脱碳反应的主要传质过程C、O向气液表面（主要是CO气泡表面）扩散；

CO在气相中的传质（非限制性环节），因此钢液中C、O的传质是脱碳反应的限制性环节。

（2）钢液中C、O的传质受浓度梯度的影响碳的浓度高于临界碳量时，碳浓度梯度远大于氧的浓度梯度碳的传质比氧的传质快O传质为限制性环节；

碳的浓度低于临界碳量时，碳浓度降低，传质减慢使C传质成为限制性环节。

7.3.2脱碳反应过程的机理,7.3脱碳反应,7.3.2.1脱碳反应的主要环节,2）钢液中碳和氧的扩散,临界碳量,取决于C的传质系数和供氧强度,转炉炼钢0.1%0.4%,电炉炼钢0.05%0.15%,当wCwC临时，提高供氧强度提高脱碳速率,为什么冶炼超低碳钢wC0.02%难以实现？

当wCwC临时，脱碳速率明显下降，提高供氧强度对提高脱碳速率影响不大，并且此时铁的氧化加剧,7.4脱磷反应,高炉不能脱磷转炉脱磷,益处：

能显著提高钢的硬度和强度、高温钢的抗腐蚀性（大气、海水、弱碱）以及改善钢的切削加工性能。

磷对钢性能影响,磷在钢中以Fe3P或Fe2P形态存在，使钢的塑性韧性降低，尤其低温时的韧性降低最厉害,一般钢中wP0.03%,害处：

降低钢的塑性和韧性，钢在冷压力加工时易脆裂。

（P在钢中是有害元素，含P钢在0以下会发生冷脆温度越低冷脆越强，韧性下降，抗冲击能力下降）,7.4脱磷反应,7.4.1.1钢液中P的氧化及脱磷原理,7.4.1脱磷反应热力学,钢液中P的氧化主要发生如下反应：

稳定性较差,高温下稳定的化合物,脱磷剂CaO,7.4脱磷反应,7.4.1脱磷反应热力学,7.4.1.2脱磷反应热力学（炉渣以分子理论为基础）,脱磷反应由以下几个环节组成：

7.4.1.2脱磷反应热力学,，,按分子理论（成分浓度低，,）：

则，,（理论）,（工程）,7.4脱磷反应,7.4.1脱磷反应热力学,脱磷的条件（热力学条件和非热力学条件）“三高一低”,1）,，低温利于脱磷,2）,，高碱度利于脱磷,3）,，高（FeO）含量利于脱磷,4）渣量,，高渣量利于脱磷,7.4.1.2脱磷反应热力学,7.4脱磷反应,7.4.1脱磷反应热力学,7.4.2炼钢过程中P氧化与C氧化的关系,1）前期：

T低，P先氧化脱除的P可达80%90%,2）中期：

先氧化,停止氧化,7.4脱磷反应,炼钢过程中P与C的氧化存在选择性氧化：

T转1500K,3）后期：

TC氧化减弱w（FeO）上升、R上升P与C同时氧化,“回磷”现象：

w（FeO）下降、R下降、T上升LP下降w（P2O5）下降、P上升,7.4脱磷反应,7.4.3熔渣中磷酸盐的还原,在熔炼、脱氧、合金化及浇注过程中，能形成酸性氧化物的元素大