冶金学炼钢学课件

《冶金学炼钢学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冶金学炼钢学课件（52页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、主要内容主要内容1 钢液的物理性液的物理性质2 熔渣的物理化学性熔渣的物理化学性质3熔渣与熔渣与钢液之液之间的反的反应主要内容主要内容1 钢钢液的物理性液的物理性质质1 钢液的物理性液的物理性质一一 钢的密度的密度 单位体位体积钢液所具有的液所具有的质量，常用符号量，常用符号表示，表示，单位位通常用通常用kg/mkg/m3 3。影响影响钢液密度的主要因素：温度和液密度的主要因素：温度和钢液的化学成分液的化学成分固体固体纯铁密度：密度：7880kg/m7880kg/m3 315501550时液液态的密度：的密度：7040kg/m7040kg/m3 3钢的的变化与化与纯铁类似。似。1 钢钢液的物理

2、性液的物理性质质一一 钢钢的密度的密度钢液密度随温度液密度随温度T（单位位为）的的变化化：=8523-0.8358（T+273）成分成分对钢液密度的影响液密度的影响：1600=01600-210C%-164Al%-60Si%-550Cr%-7.5Mn%+43W%+6Ni%钢钢液密度随温度液密度随温度T（单单位位为为）的）的变变化：化：铁碳熔体的密度碳熔体的密度（kg/m3）C/%密度密度150015501600165017000.007.167.047.037.006.930.106.986.966.956.896.810.207.067.016.976.936.810.307.147.067

3、.016.986.820.407.147.057.016.976.830.606.976.896.816.806.700.806.866.786.736.676.571.006.786.706.656.596.501.206.726.646.616.556.471.606.676.576.546.526.43铁铁碳熔体的密度（碳熔体的密度（kg/m3）C/%密度密度15001550二二 钢的熔点钢的熔点钢的熔点：的熔点：钢完全完全转变成均一液体状成均一液体状态时的温度，或的温度，或是冷凝是冷凝时开始析出固体的温度。开始析出固体的温度。钢的熔点的的熔点的计算算经验公式公式 T T熔熔=1538-

4、90wC%-28wP%-40wS%-17wTi%-6.2wSi%-2.6wCu%-1.7wMn%-2.9wNi%-5.1wAl%-1.3wV%-1.5wMo%-1.8wCr%-1.7wCo%-1.0wW%-1300wH%-90wN%二二 钢钢的熔点的熔点钢钢的熔点：的熔点：钢钢完全完全转变转变成均一液体状成均一液体状态时态时的温度，或是的温度，或是 -100wB%-65wO%-5wCl%-14wAs%或或T T熔熔=1536-78wC%-34wP%-30wS%-7.6wSi%-5.0wCu%-4.9wMn%-3.1wNi%-1.3wCr%-3.6wAl%-2.0wV%-2.0wMo%-2.0w

5、V%-18wTi%-100wB%-65wO%-5wCl%-三三 钢液的黏度液的黏度黏度：各种不同速度运动的液体各层之间所产生的内黏度：各种不同速度运动的液体各层之间所产生的内摩擦力。摩擦力。黏度的表示形式黏度的表示形式 （1 1）动力）动力黏黏度度，用符号，用符号表示；单位为表示；单位为PaPas(Ns(Ns/ms/m2 2，1 1泊泊=0.1Pa=0.1Pas)s)；（2）运动黏度）运动黏度，常用符号，常用符号表示，即：表示，即：=/m2/s 钢液钢液 1600 黏度黏度 0.0020.003Pas；纯铁液纯铁液 1600 黏度黏度 0.0005Pas。三三 钢钢液的黏度黏度：各种不同速度运

6、液的黏度黏度：各种不同速度运动动的液体各的液体各层层之之间间所所产产生的内生的内影响影响钢液黏度的因素：液黏度的因素：（1）温度）温度 温度升高，黏度降低。温度升高，黏度降低。（2）成分）成分 碳碳对钢液黏度的影响非常大液黏度的影响非常大 硅硅、锰、镍含量增加，含量增加，钢液黏度降低液黏度降低 钛、钨、钒、钼、铬含量增加，含量增加，钢液的黏度增加液的黏度增加（3 3）钢中非金属中非金属夹杂物的含量物的含量 含量增多，黏度增加，含量增多，黏度增加，流流动性性变差差影响影响钢钢液黏度的因素：液黏度的因素：温度高于液相温度高于液相线50时，碳含量，碳含量对钢液黏度的影响液黏度的影响温度高于液相温度高

7、于液相线线50时时，碳含量，碳含量对钢对钢液黏度的影响液黏度的影响四四 钢液的表面液的表面张力力钢液的表面液的表面张力：使力：使钢液表面液表面产生自生自发缩小小倾向的力，向的力，用符号用符号表示，表示，单位位为N/mN/m。影响影响钢液表面液表面张力的因素：力的因素：（1 1）温度）温度 钢液的表面液的表面张力是随着温度的升高而增大。力是随着温度的升高而增大。（2 2）钢液成分液成分 溶溶质元素元素对纯铁液表面液表面张力影响程度取力影响程度取决于它的性决于它的性质与与铁的差的差别大小。大小。如果溶如果溶质元素的性元素的性质与与铁相近，相近，则对纯铁液的表向液的表向张力影响力影响较小，反之小，反

8、之则就就较大。大。（3 3）钢液的接触物液的接触物 四四 钢钢液的表面液的表面张张力力钢钢液的表面液的表面张张力：使力：使钢钢液表面液表面产产生自生自发缩发缩小小倾倾向向合金元素合金元素对熔熔铁表面表面张力的影响力的影响 合金元素合金元素对对熔熔铁铁表面表面张张力的影响力的影响 硫和氧硫和氧对铁液表面液表面张力的影响力的影响 硫和氧硫和氧对铁对铁液表面液表面张张力的影响力的影响 液相液相线以上以上50，碳，碳对铁碳熔体表面碳熔体表面张力影响力影响 液相液相线线以上以上50，碳，碳对铁对铁碳熔体表面碳熔体表面张张力影响力影响 2 熔渣的物理化学性能熔渣的物理化学性能 一一 熔渣的作用、来源、分熔

9、渣的作用、来源、分类和和组成成（1）作用）作用控制控制钢液的氧化、液的氧化、还原反原反应；脱除磷、硫等脱除磷、硫等杂质元素，吸收元素，吸收夹杂物；物；防止防止钢液的吸气和散液的吸气和散热；稳定定电弧燃弧燃烧；电渣重熔渣重熔时，熔渣是，熔渣是电阻阻发热体；体；做保做保护渣，可减少氧化，防止散渣，可减少氧化，防止散热，提高，提高铸坯坯质量。量。2 熔渣的物理化学性能熔渣的物理化学性能 一一 熔渣的作用、来源、分熔渣的作用、来源、分类类和和组组成成（2）来源）来源炼钢过程程有有目目的的加加入入的的造造渣渣材材料料，如如石石灰灰、石石灰灰石石、萤石、硅石、石、硅石、铁矾土及火土及火砖块。钢铁材料中材料

10、中SiSi、MnMn、P P、FeFe等元素的等元素的氧化氧化产物物。冶冶炼过程程被侵被侵蚀的炉的炉衬耐火材料耐火材料。（2）来源）来源炼钢过炼钢过程有目的加入的造渣材料，如石灰、石灰石、程有目的加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤萤石石（3）熔渣的分）熔渣的分类与与组成成类别类别化学成分化学成分转炉中组成转炉中组成电炉中组成电炉中组成酸性酸性氧化渣氧化渣CaO+FeO+MnOSiO2 P2O55050 145050 0碱性碱性氧化渣氧化渣CaO/SiO2CaO FeOMnO MgO3.04.53555 73028 2122.53.54050 1025510 510碱性碱性还原渣还原渣（白渣）（

11、白渣）CaO/SiO2CaO CaF2Al2O3 FeOMgO CaC22.03.55055 5823 0.510 1（3）熔渣的分）熔渣的分类类与与组组成成类别类别化学成分化学成分转转炉中炉中组组成成电电炉中炉中组组成酸性成酸性C类别类别冶金反应特点冶金反应特点酸性氧化渣酸性氧化渣C、Si、Mn氧化缓慢；不能脱氧化缓慢；不能脱P、S；钢水中；钢水中O较低较低 碱性氧化渣碱性氧化渣C、Si、Mn迅速氧化；能较好脱迅速氧化；能较好脱P；能脱去能脱去50%的的S；钢水中；钢水中O较高。较高。碱性还原渣碱性还原渣（白渣）（白渣）脱脱S能力强；脱氧能力强；钢水易增碳；能力强；脱氧能力强；钢水易增碳；钢

12、水易回磷；钢水中钢水易回磷；钢水中H增加；钢水中增加；钢水中N增加增加类别类别冶金反冶金反应应特点酸性氧化渣特点酸性氧化渣C、Si、Mn氧化氧化缓缓慢慢二二 熔渣的化学性熔渣的化学性质 碱度碱度 1）熔渣碱度）熔渣碱度熔渣中碱性氧化物熔渣中碱性氧化物浓度度总和与酸性氧化物和与酸性氧化物浓度度总和之和之比，常用符号比，常用符号R表示。表示。炉料中炉料中wP0.30%时0.30%wP0.60%时二二 熔渣的化学性熔渣的化学性质质 碱度碱度酸性渣：酸性渣：R1.0 （又叫短渣）（又叫短渣）炼钢熔渣熔渣R3.0 炼钢熔渣中含有不同数量的碱性、中性和酸性氧化物，熔渣中含有不同数量的碱性、中性和酸性氧化物

13、，它它们酸、碱性的酸、碱性的强弱可排列如下：弱可排列如下：CaOMnOFeOMgOCaF2Fe2O3Al2O3TiO2SiO2P2O5 碱性碱性 中性中性 酸性酸性酸性渣：酸性渣：R17002CaOSiO221303CaOP2O518003CaOSiO22065CaOFe 2O312203CaO2SiO214852CaOFe 2O31420CaOFeOSiO21205CaO2Fe 2O31240Fe2O3SiO21217CaO2FeOSiO21205化合物熔点化合物熔点/化合物熔点化合物熔点/CaF214182MnOSiO（2）熔渣的黏度熔渣的黏度影响熔渣黏度的因素影响熔渣黏度的因素 （1）熔

14、渣的成分）熔渣的成分 一般来一般来讲，在一定的温度下，凡是能降低熔渣熔点成，在一定的温度下，凡是能降低熔渣熔点成分，在一定范分，在一定范围内增加其内增加其浓度，可使熔渣黏度降低；度，可使熔渣黏度降低；反之反之,则使熔渣黏度增大。使熔渣黏度增大。在酸性渣中在酸性渣中提高提高SiO2含量含量时，导致熔渣黏度升高，相致熔渣黏度升高，相反，提高反，提高CaO 含量，会使黏度降低含量，会使黏度降低。（2）熔渣的黏度影响熔渣黏度的因素熔渣的黏度影响熔渣黏度的因素 在碱性渣在碱性渣中，中，CaO超超过4050%后，黏度随后，黏度随CaO含量的含量的增加而增加；增加而增加；SiO2在一定范在一定范围内增加，能

15、内增加，能降低碱性渣降低碱性渣的黏度的黏度，但，但SiO2含量超含量超过一定一定值时会使熔渣会使熔渣变稠；稠；增增加加FeO含量，渣黏度含量，渣黏度显著降低著降低；碱性渣中；碱性渣中MgO 浓度超度超过910%时，熔渣熔渣变黏黏；Al2O3具有稀具有稀释碱性渣的作碱性渣的作用；用；CaF2本身熔点本身熔点较低，它能降低熔渣的黏度。低，它能降低熔渣的黏度。在碱性渣中，在碱性渣中，CaO超超过过4050%后，黏度随后，黏度随CaO含量的含量的 （2）熔渣中的固体熔点）熔渣中的固体熔点熔熔渣渣中中悬浮浮的的少少量量尺尺寸寸大大的的颗粒粒（直直径径达达几几毫毫米米），对熔熔渣渣黏黏度度影影响响不不大大

16、；而而尺尺寸寸较小小（1010-3-3-10-10-2-2mmmm）数数量多的固体量多的固体颗粒呈乳粒呈乳浊液状液状态，使熔渣黏度增加，使熔渣黏度增加。（3）温度。一般情况下，）温度。一般情况下，温度升高，熔渣的黏度降低。温度升高，熔渣的黏度降低。（2）熔渣中的固体熔点）熔渣中的固体熔点熔渣和钢水的黏度值熔渣和钢水的黏度值物质物质温度（温度（）黏度（黏度（PaPas s）水水25250.000890.00089铁水铁水142514250.00150.0015钢水钢水159515950.00250.0025稀熔渣稀熔渣159515950.00200.0020黏度中等渣黏度中等渣159515950

17、.0200.020稠熔渣稠熔渣159515950.200.20FeOFeO140014000.0300.030CaOCaO接近熔点接近熔点0.0500.050SiOSiO2 2194219421.5101.5104 4AlAl2 2O O3 3210021000.050.05熔渣和熔渣和钢钢水的黏度水的黏度值值物物质质温度（温度（）黏度（）黏度（Pas）水）水250.（3）熔渣的密度熔渣的密度熔渣的密度决定熔渣所占据的体熔渣的密度决定熔渣所占据的体积大小及大小及钢液液滴在液液滴在渣中的沉降速度（渣滴在渣中的沉降速度（渣滴在钢液中的上浮速度）。液中的上浮速度）。固体炉渣密度的近似固体炉渣密度的近

18、似计算式算式：其中：其中：i为各化合物的密度；各化合物的密度；wi为渣中各化合物的渣中各化合物的质量百分数，量百分数，%。（3）熔渣的密度熔渣的密度决定熔渣所占据的体）熔渣的密度熔渣的密度决定熔渣所占据的体积积大小及大小及钢钢液液滴液液滴化合物化合物密度密度化合物化合物密度密度化合物化合物密度密度Al2O33.97MnO5.40V2O34.87Na2O2.27P2O52.39ZrO25.56CaO3.32Fe2O35.20CaF22.80CeO27.13FeO5.90FeS4.58Cr2O35.21SiO22.32CaS2.80MgO3.50TiO24.24熔渣中化合物的密度熔渣中化合物的密度

19、化合物密度化合物密度化合物密度化合物密度化合物密度化合物密度Al2O33.97MnO5.41400时熔渣的密度与熔渣的密度与组成的关系：成的关系：熔渣的温度高于熔渣的温度高于1400时,可表示可表示为:一般一般液液态碱性渣的密度碱性渣的密度为3000kg/m3000kg/m3 3，固固态碱性渣的密碱性渣的密度度为3500kg/m3500kg/m3 3，FeOFeO40%40%的高氧化性的密度的高氧化性的密度为4000kg/m4000kg/m3 3，酸性渣的密度一般酸性渣的密度一般为3000kg/m3000kg/m3 3。1400时时熔渣的密度与熔渣的密度与组组成的关系：成的关系：（4）熔渣的表

20、面熔渣的表面张力力氧化渣氧化渣（353545%CaO45%CaO，101020%SiO20%SiO2 2，3 37%Al7%Al2 2O O3 3，8 830%FeO30%FeO，2 28%P8%P2 2O O5 5，4 410%MnO10%MnO，7 715%MgO15%MgO）的表面）的表面张力力为0.350.350.45N/m0.45N/m还原渣原渣（555560%CaO60%CaO，20%SiO20%SiO2 2，2 25%Al5%Al2 2O O3 3，8 810%MgO10%MgO，4 48%CaF8%CaF2 2）表面）表面张力力为0.350.350.45 N/m0.45 N/m

21、钢包包处理合成渣理合成渣（55%CaO55%CaO，202040%Al40%Al2 2O O3 3，2 215%SiO15%SiO2 2，2 210%MgO10%MgO）的表面）的表面张力力为0.40.40.5N/m0.5N/m（4）熔渣的表面）熔渣的表面张张力氧化渣（力氧化渣（3545%CaO，1020不同熔体的表面不同熔体的表面张力力熔熔 体体测定温度测定温度表面张力表面张力N/m熔熔 体体测定温度测定温度表面张力表面张力N/mCaOFeOAl2O3SiO2P2O5MnOSiO2CaOSiO21500140020501500400157015700.5860.5840.6900.2950.

22、0540.4150.400熔熔 渣渣钢钢 液液(.3%C)纯铁液纯铁液铜铜镍镍铅铅150015001550118314703270.3-0.81.51.7-1.91.1031.6150.473不同熔体的表面不同熔体的表面张张力熔力熔 体体测测定温度表面定温度表面张张力熔力熔 体体测测定温度表面定温度表面张张影响熔渣表面影响熔渣表面张力的因素：力的因素：温度和成分温度和成分。熔渣的表面熔渣的表面张力一般是随着温度的升高而降低力一般是随着温度的升高而降低，但高，但高温冶温冶炼时，温度的，温度的变化范化范围较小，因而影响也就不明小，因而影响也就不明显。SiOSiO2 2和和P P2 2O O5 5具

23、有降低具有降低FeOFeO熔体表面熔体表面张力的功能，而力的功能，而AlAl2 2O O3 3则相反。相反。CaOCaO一开始能降低熔渣的表面一开始能降低熔渣的表面张力，但后来力，但后来则是起到提高的作用。是起到提高的作用。MnOMnO的作用与的作用与CaOCaO类似。似。影响熔渣表面影响熔渣表面张张力的因素：温度和成分。力的因素：温度和成分。熔渣体系表面熔渣体系表面张力的力的计算（用表面算（用表面张力因子近似力因子近似计算）算）式中式中:-熔渣的表面熔渣的表面张力，力，N/m；-熔渣熔渣组元元i的摩的摩尔分数；分数；-熔渣熔渣组元元i的表面的表面张力因子。力因子。熔渣体系表面熔渣体系表面张张

24、力的力的计计算（用表面算（用表面张张力因子近似力因子近似计计算）算）3熔渣与熔渣与钢液之液之间的反的反应 一一 渣量在渣量在炼钢过程中的作用程中的作用渣量大小是控制渣量大小是控制钢中中杂质的重要参数之一。的重要参数之一。渣量大渣量大时将将 1）降低降低钢中合金元素的利用率中合金元素的利用率 2）提高）提高杂质的去除率的去除率 3）降低炉子的）降低炉子的热利用率利用率3熔渣与熔渣与钢钢液之液之间间的反的反应应 一一 渣量在渣量在炼钢过炼钢过程中的作用程中的作用不同原材料和冶不同原材料和冶炼方法方法对炉渣提出不同要求，但是炉渣提出不同要求，但是应考考虑如下内容：如下内容：1）应该有合适的碱度，以保

25、有合适的碱度，以保护炉炉衬、减少侵、减少侵蚀量，保量，保持高的脱磷、脱硫能力；持高的脱磷、脱硫能力；2）将）将钢液中的磷、硫降到符合要求的含量液中的磷、硫降到符合要求的含量时所需要的所需要的必要渣量和必要渣量和杂质去除率；去除率；3）要保）要保证渣成分和渣量，充分利用合金元素利用率。渣成分和渣量，充分利用合金元素利用率。不同原材料和冶不同原材料和冶炼炼方法方法对对炉渣提出不同要求，但是炉渣提出不同要求，但是应应考考虑虑如下内容：如下内容：渣量的确定渣量的确定 钢中元素的氧化生成物造渣材料（石灰、中元素的氧化生成物造渣材料（石灰、萤石等）石等）耐火材料耐火材料带入入 1）初初渣渣量量：炉炉内内初

26、初期期形形成成的的渣渣量量，与与钢中中元元素素氧氧化化物物的数量有关的数量有关 每吨每吨钢液中元素氧化生成氧化物的数量液中元素氧化生成氧化物的数量Q渣渣为：kg/kg钢液钢液渣量的确定渣量的确定kg/kg钢钢液液 2）渣中）渣中FeO量量（FeO+Fe2O3），和很多因素有关），和很多因素有关（C、碱度、熔池温度等）、碱度、熔池温度等）当当C0.1%时，转炉吹炉吹炼末期的氧化末期的氧化铁总量量为：对于任何炉种的氧化渣、特于任何炉种的氧化渣、特别是低碳是低碳钢（C0.05%）的）的钢液，氧化液，氧化铁为：2）渣中）渣中FeO量量（FeO+Fe2O3），和很多因素），和很多因素 3）Q石灰石灰-造

27、渣材料中石灰的加入量，与初始硅含量、炉造渣材料中石灰的加入量，与初始硅含量、炉渣碱度等有关渣碱度等有关 其中：其中：R-炉渣碱度炉渣碱度 (%SiO2)-石灰中石灰中(%SiO2)的含量，如的含量，如3%代入代入0.03 Si-钢铁料中硅的平均氧化含量，以料中硅的平均氧化含量，以0.1%为1单位位，如，如0.5%代入代入5kg/1000kg钢液钢液 3）Q石灰石灰-造渣材料中石灰的加入量，与初始硅含量、炉渣造渣材料中石灰的加入量，与初始硅含量、炉渣渣中渣中杂质含量与渣量的关系含量与渣量的关系 式中：式中：E-钢液中残存的元素含量，液中残存的元素含量，kg/100kg E-原始状原始状态下下钢、

28、渣中元素、渣中元素E的含量，的含量，kg/100kg Q渣渣-100kg钢液的炉渣重量，液的炉渣重量，kg LE-渣、渣、钢间元素的分配系数，和渣成分有关元素的分配系数，和渣成分有关kg/1000kg钢液钢液渣中渣中杂质杂质含量与渣量的关系含量与渣量的关系kg/1000kg钢钢液液已知：已知：炼钢原料原料带入的磷含量入的磷含量为P料料=0.06，脱硅，脱硅量量为Si0.3，渣中，渣中(SiO2)14，(CaO)36，(Fe%)=20%，T=1873K 求：求：1）炉渣碱度炉渣碱度R、渣量渣量Q渣渣、石灰加入量、石灰加入量Q石灰石灰（石（石灰中灰中SiO23）2）渣中）渣中(FeO)、钢中平衡磷

29、含量中平衡磷含量P平平 提示：磷的分配系数提示：磷的分配系数 已知：已知：炼钢炼钢原料原料带带入的磷含量入的磷含量为为P料料=0.06，脱硅量，脱硅量为为解：以解：以1000kg钢液液为基准基准进行行计算算 kg/1000kg钢液钢液kg/1000kg钢液钢液解：以解：以1000kg钢钢液液为为基准基准进进行行计计算算kg/1000kg钢钢液液k二二 渣量与脱氧的关系渣量与脱氧的关系脱氧脱氧剂O、（、（FeO）还原期用硅原期用硅铁脱氧脱氧时，硅，硅铁的加入量的加入量计算算 1）脱除渣中）脱除渣中(FeO)消耗的硅消耗的硅铁量量 Si2(FeO)(SiO2)2Fe （）反反应达到平衡达到平衡时，

30、Si减少和渣内减少和渣内(FeO)减少关系减少关系为：加入的硅量和平衡的硅量加入的硅量和平衡的硅量为渣量的百分数为渣量的百分数渣中原始渣中原始FeO和平衡的和平衡的FeO含量含量（1）二二 渣量与脱氧的关系脱氧渣量与脱氧的关系脱氧剂剂O、（、（FeO）加入的硅量和平）加入的硅量和平由反由反应式（式（）知：）知：按炉渣共存理按炉渣共存理论计算有：算有：将（将（1）、（）、（2）合并得：）合并得：（2）（3）由反由反应应式（式（）知：（）知：（2）（）（3）2）脱除）脱除钢中中O消耗的硅消耗的硅铁量量 Si2O(SiO2)当反当反应达到平衡达到平衡时，Si和和O的数量关系的数量关系为：所以：所以：（4）（5）2）脱除）脱除钢钢中中O消耗的硅消耗的硅铁铁量量（4）（）（5）