转炉炼钢培训材料Word下载.docx
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2.脱磷、脱硫：
对绝大多数钢种来说，磷、硫为有害元素。
磷将引起钢的冷脆，而硫则引起钢的热脆。
因此要求在炼钢过程中尽量除之。
3.脱氧：
因为用氧化法炼钢，氧化去处钢铁中杂质后，钢中必然残留大量氧，还会给钢的性能带来危害，应当除去。
用人为地方法减少钢中含氧量的操作叫做脱氧。
一般是向钢流中加入比铁有更大亲氧力的元素（如Al、Si、Ca等合金）来完成。
4.去除气体和非金属夹杂物：
钢中期体主要指溶解在钢中的氢和氮。
非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、氮化物、磷化物以及它们所形成的复杂化合物。
在转炉炼钢方法中，主要靠碳氧反应时生成的CO气泡的溢出所引起的熔池沸腾来降低钢中的气体和非金属夹杂物。
5.升温与合金化：
上述所有冶金过程均须在一定高温下才能完成，同时为保证钢水能浇成合格钢锭，也要求出钢时钢水有一定的温度。
因此，将钢水加热并控制在一定的温度范围内，是炼钢必须完成的任务。
为使钢具有良好的性能或某种特殊性能，还必须根据钢中要求加入适量合金元素。
所以炼钢的基本任务包括：
脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；
去除钢中有害气体和夹杂物；
提高温度；
调整成分；
并浇成合格的钢锭或铸坯。
炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。
3.2氧气射流与溶池的相互作用
转炉炼钢通过向熔池供氧来去除金属液中的杂质元素，同时向熔池吹气以强化搅拌，实现快速炼钢。
供氧是通过氧枪喷头向熔池吹入超音速氧气射流来实现的，即氧射流。
为了使氧流有足够的能力穿入熔池，使用拉瓦尔型的多孔喷头，氧气使用压力为（10～14）×
104Pa，时，氧流出口速度可达400～440m/s。
3.2.1射流状态
3.2.1.1单孔喷头的射流状态
高压氧射流由喷头喷出后，在向前运动时，吸收了炉内气体导致氧射流流量不断增加，流股各截面速度逐渐变小，边缘速度比中间降低的快，截面逐渐扩大。
当供氧压力一定时，喷头距液面较近，则对液面的冲击力较大，冲击面积较小。
反之
3.2.1.2多孔喷头的射流状态
多孔喷头增大了射流流量，分散射流，增加流股与与熔池的接触面积，使逸出气体更均匀，吹炼更平稳。
多孔喷头射流的速度衰减要快些，射程要短些，几股射流之间还存在着相互影响。
3.2.2射流与溶池的物理作用
A.形成凹坑
（1）主要为铁的氧化物
（2）冲击深度，即不能损坏炉底又要有一定的深度（熔池深度的50-75%）。
（3）冲击面积
硬吹、软吹概念
B.熔池与射流间的相互破碎与乳化
转炉吹炼中，由于氧气射流和炉内产生的CO气体共同作用，引起氧气射流与金属液和炉渣之间的相互破碎，形成液滴和气泡，产生金属-炉渣-气泡的乳化液，它们之间的接触面积剧烈增大，加快反应速度。
3.2.3射流与溶池的化学作用
氧气射流对金属熔池的传氧方式有直接传氧和间接传氧，以间接传氧为主。
直接传氧：
金属中的氧被气态氧直接氧化
X〔R〕+y/2｛O2｝=RxOy
间接传氧：
氧气与金属接触首先将铁元素氧化
2〔Fe〕+｛O｝2=2（FeO）
生成的（FeO）溶解到金属中在氧化金属中的杂质
（FeO）=〔FeO〕
y〔FeO〕+x〔R〕=（RxOy）+y〔Fe〕
3.3转炉冶炼基本反应
3.3.1吹炼过程状况
吹炼过程金属液成分、温度和炉渣成分变化规律：
（1）硅在吹炼前期，一般在4min内即被基本氧化。
（2）锰在吹炼前期被氧化到很低，随着吹炼进行而逐步回升。
（3）磷在吹炼前期快速降低，进入吹炼中期略有回升，而到吹炼后期再度降低。
（4）硫在吹炼过程中是逐步降低的。
（5）碳在吹炼过程中快速减少，但前期脱碳速度慢，中期脱碳速度快。
（6）熔池温度在吹炼过程中逐步升高，尤以吹炼前期升温速度快。
（7）渣中的酸性氧化物（SiO2）和（P2O5）在吹炼前期逐渐增多，随着石灰的溶解增加，渣量增大而降低。
（8）渣中（FeO）前后期高，中期低。
（<
9）随着吹炼的进行，石灰溶解增多，渣中（CaO）逐渐增高，炉渣R也随之增大。
（10）吹炼初期发生脱氮，中期停滞，到末期又进行脱氮，但停吹前2-3min起但含量又上升。
3.3.2炉渣的形成与变化
转炉炼钢过程时间很短，必须快速成渣，使炉渣尽快有适当的碱度、和流动性，以便迅速地将铁水中的磷、硫等夹杂物去除到所炼钢种的要求。
3.3.2.1炉渣的形成
炉渣一般是由铁水中的硅、锰、磷、铁的氧化以及加入的石灰、白云石等渣料溶解而成；
另外还有带入转炉的高炉渣、侵蚀的炉衬等。
3.3.2.2石灰的溶解
石灰在炉渣中的溶解分三步：
第一步,液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁移，并沿气孔想石灰块内部迁移。
第二步，炉渣与石灰在反应去进行化学反应，形成新相。
反应不仅在石灰表面进行，而且在内部气孔表面上进行，其反应为：
2（FeO）+（SiO2）+CaO→（FeO）+（CaO.FeO.SiO2）
（Fe2O3）+2CaO→（2CaO.Fe2O3）
（CaO.FeO.SiO2）+CaO→（2CaO.SiO2）+（FeO）
第三步，反应产物离开反应区向炉渣转移。
石灰块表面的（2CaO.SiO2）（熔点2130℃）外壳阻碍石灰的溶解。
A.炉渣成分对石灰溶解的影响
石灰溶解速度与炉渣成分之间的统计关系为：
vcao=K（wcao+1.34wMgO+2.74wFeO+1.<
90wMnO-3<
9.1）
可见，（FeO）对石灰的溶解速度影响最大，它是石灰溶解的基本溶剂。
B.温度的影响
C.熔池搅拌的影响
D.石灰质量的影响
3.3.3吹炼过程化学反应
（1）吹炼前期20％时间里，Fe、Si、Mn元素即被大量氧化，而且Si、Mn的含量降到很低，几乎为痕迹量。
继续吹炼，它们不再氧化；
吹炼终了时，Mn有回升现象。
其反应式如下：
〔Fe]十1/2｛O2｝＝（Feo）
2（FeO）十1/2｛O2｝＝（Fe2O3）
（Fe2O3）十[Fe]＝3（FeO）
[Si]十｛O2｝＝（SiO2）（放热）
[Si]十2（FeO）＝（SiO2）十2[Fe]（放热）
（SiO2）十2（CaO）＝（2CaO.SiO2）
在碱性渣操作条件下，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（SiO2）呈结合状态。
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”。
〔Mn〕十1/2｛O2｝＝（MnO）（放热）
〔Mn〕十（Fe0）＝（Mn0）十[Fe]（放热）
〔Mn〕十[O]＝（MnO）（放热）
MnO是碱性氧化物，在吹炼前期形成（MnO.SiO2），随着渣中CaO含量的增加，会发生
（MnO.SiO2）+2（CaO）=（2CaO.SiO2）+（MnO）
（MnO）呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，（MnO）被还原，反应如下
（MnO）+〔C〕=〔Mn〕+｛CO｝
（MnO）+〔Fe〕=〔Mn〕+（Fe0）
所以吹炼终了时钢中存在残锰。
（2）Si、Mn被氧化的同时，碳也被少量氧化，当Si、Mn氧化基
本结束后，炉温达到1450℃以上时，碳的氧化速度迅速提高。
吹炼
后期，脱碳速度又有所降低，反应式如下：
〔C〕+1/2｛O｝=｛CO｝（放热）
〔C〕+（FeO）=｛CO｝+）〔Fe〕（吸热）
〔C〕+〔O〕=｛CO｝（放热）
在碳氧反应中除了与渣中FeO的反应是吸热外，都是放热反应，冶炼中期碳氧反应速度最快。
（3）由于碱性氧化性炉渣的迅速形成，大约在吹炼的40％时
间内，磷已降至0.02％。
脱P反应如下；
2〔P〕十5（FeO）十3（CaO）＝（3Ca0.P205）十5〔Fe〕（放热）
2〔P〕十5（FeO）十4（CaO）＝（4Ca0.P205）十5〔Fe〕（放热）
脱磷反应为放热反应。
冶炼的中、后期若温度过高，会发生回磷，脱氧合金加入不当也会发生回磷现象。
其反应式如
（4Ca0.P205）十2（Si02）＝2（2CaO.SiO2）十（P205）
2（P205）十5〔Si〕＝5（SiO2）十4〔P〕
（P205）十5〔Mn〕＝5（MnO）十2〔P〕
3（P205）十10〔A1〕＝5（Al203）十6〔P〕
或
2（4Ca0.P205）十5〔Si〕＝4〔P〕+5（SiO2）+8（CaO）
（4Ca0.P205）十5〔Mn〕＝2〔P〕+5（MnO）+4（CaO）
3（4Ca0.P205）十10〔A1〕＝6〔P〕+5（Al203）+12（CaO）
（4）硫在开吹后下降不明显，在吹战中、后期，高碱度活性渣形成后，温度升高才得以脱除，其反应式如下：
〔FeS]十（CaO）＝（FeO）十（CaS）（吸热）
〔FeS]十（MnO）＝（FeO）十（MnS）（吸热）
转炉内还会发生气化脱硫反应，约占脱硫总量的10%-40%。
由于硫与氧的亲和力比碳与氧、硅与氧的亲和力低得多，所以钢液中只要有存在，硫被直接氧化的可能性很小。
（CaS）十3（Fe2O3）＝｛SO2｝十6（FeO）十（CaO）
（CaS）十3/2｛O2｝＝｛SO2｝十（CaO）
课后作业
1、转炉炼钢的基本任务？
通过哪些手段完成？
2、炉渣是如何形成的？
3、氧气射流对金属熔池的传氧方式？
4、石灰石如何溶解的？
5、为什么吹炼终点钢液中的硅含量为痕迹？
6、转炉炼钢的基本反应？
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