【正文】 冶金學(xué)之煉鋼篇 閻立懿 東北大學(xué)鋼鐵冶金研究所 2022年 5月 3日～ 6月 30日 /1教學(xué)樓 301 （ No34） 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 2 主 要 內(nèi) 容 ? 第一章 煉鋼概述 ? 第二章 煉鋼 基礎(chǔ)理論 ? 第三章 煉鋼用原材料 ? 第四章 轉(zhuǎn)爐煉鋼法 ? 第五章 電爐煉鋼法 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 3 第二章基礎(chǔ)理論 —— 熔渣的物理化學(xué)性質(zhì) ? 熔渣的主要作用 、 組成與分類 ? 熔渣的物理性質(zhì)及影響因素 ? 熔渣的化學(xué)性質(zhì) —— 分別見表： 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 4 熔渣作用、組成與分類 項(xiàng)目 內(nèi)容 特征 作用 五大作用 去除 P、 S等有害元素；參與熔池傳氧； 防止吸氣（ H、 N）；吸收非金屬夾雜物及反應(yīng)產(chǎn)物； 穩(wěn)定電弧燃燒，提高爐子熱效率、保護(hù)爐襯。 組成 堿性氧化物 中性氧化物 酸性氧化物 非氧化物 CaO、 MnO、 FeO、 MgO Fe2O3 、 Al2O3 SiO2 、 P2O5 CaF2 、 CaC2 、 CaS 分類 堿性渣 酸性渣 以 CaO 為主，能夠去除磷、硫元素 以 SiO2 為主，不能去除磷、硫元素 氧化渣 還原渣 渣有氧化能力， FeO含量 15％～ 25％，能向鋼液中供氧； 渣有還原能力， FeO含量 ％～ ％，能從鋼液中奪氧 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 5 熔渣（液態(tài)）的物理性質(zhì) 物理性質(zhì) 研究意義 影響因素 數(shù)值大小 熔點(diǎn) 影響冶煉過程溫度及其控 制 組成 ↑、 ↓， 高熔點(diǎn)成分 ↑、 ↑ 1300～ 1400℃ 黏度 元素?cái)U(kuò)散、渣 鋼間的反應(yīng)、氣體逸出 組成 ↑、 ↓ ，溫度 ↑、 ↓，未熔質(zhì)點(diǎn) ↑、 ↓ Pa?s 密度 決定渣所占有的體積及鋼 液滴在渣中的沉降速度 溫度 ↑、 ↓ ～ t/m3 表面張力 渣 鋼間的反應(yīng) 及夾雜物的吸附 組成、溫度， 但比較復(fù)雜 ～ N/m 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 6 熔渣的化學(xué)性質(zhì) 化學(xué) 性質(zhì) 研究意義 表示方法 影響因素 數(shù)值大小 堿度 影響渣、鋼間物理化學(xué)反應(yīng) 堿性氧化物濃度 ↑、 ↑,酸性氧化物濃度 ↑ 、 ↓ 氧化渣 2～ 4， 還原渣 ～ 氧化性 還原性 反映爐渣向鋼液供氧或奪氧能力 （ %FeO） ∑（ %FeO）α（ FeO） Δ[％ O] 渣中氧化鐵濃度 ↑ ，有利于化渣、脫磷， 反之有利于脫氧、脫硫 氧化渣 15％～ 30％ 還原渣 ％～ 1％ )()(2SiOwCaOwR ?2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 7 第二章 煉鋼基礎(chǔ)理論 ? 熔渣物理化學(xué)性質(zhì) ? 鋼液物理性質(zhì) ? 鋼液化學(xué)反應(yīng) ——硅錳氧化 ——鋼液脫碳 ——鋼液脫磷 ——鋼液脫氧 ——鋼液脫硫 ——鋼液氣體及夾雜物去除 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 8 鋼液物理性質(zhì) 主要包括熔點(diǎn)、密度、黏度、表面張力及導(dǎo)熱能力。 1） 鋼的熔點(diǎn) 鋼的熔點(diǎn)是確定冶煉和澆鑄溫度的重要參數(shù) ， 熔點(diǎn)指鋼完全轉(zhuǎn)變成均一液體狀態(tài)時(shí)的溫度 ， 或是鋼冷凝時(shí)開始析出固體時(shí)的溫度 。 熔點(diǎn)大小主要受化學(xué)成分的影響 。 純鐵的熔點(diǎn)約為1536~1539℃ ， 當(dāng)某元素溶入后 ， 純鐵原子之間的作用力減弱 ， 鐵的熔點(diǎn)就降低 （ 雜質(zhì)降低熔點(diǎn) ） 。 降低的程度取決于加入元素的濃度 、 原子量 ， 以及凝固時(shí)該元素在熔體與析出的固體之間的分配 。 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 9 鋼的熔點(diǎn)的近似值： t熔 =1538（或 1539） － ∑（ ΔTJ）， ℃ 或 t熔 =1536－ ∑（ ΔTJ）， ℃ 式中 ΔT —— 各元素使純鐵熔點(diǎn)的降低值， ℃ ，其中碳的影響最明顯，尤其對(duì)碳素類鋼 ； J—某元素在鋼液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)， %。 前述鋼的熔點(diǎn)約在 1450～ 1500℃ 范圍，生鐵的熔點(diǎn)約在 1100～ 1200℃ 范圍，均可以由上式估算出。 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 10 2）鋼液的密度 密度是鋼液的重要物理性質(zhì)之一 ， 對(duì)研究鋼液的結(jié)構(gòu) 、黏度 、 表面張力 ， 以及分析鋼液與爐渣 （ 包括非金屬夾雜 ）的分離 、 上浮等有重要意義 。 單位體積鋼 （ 或鋼液 ） 所具有的質(zhì)量稱為密度： ρ＝ m/V , g/cm3 、 kg/m3或 t/m3。 液態(tài)鋼和固態(tài)鋼的密度差別較大 ， 影響鋼液密度的因素主要有 溫度和化學(xué)成分 。 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 11 溫度影響 總的說來 ， 隨著溫度升高 ， 鋼液的體積增加（ 原子間距增大 ） 、 密度降低 。 如純鐵密度 ， 20℃ 時(shí)為 ， 1538℃ 時(shí)為 ，1600℃ 時(shí)為 t/m3， 這與中 、 低合金鋼液的密度 t/m3相當(dāng) 。 鋼液密度隨溫度的變化： ρ=8523 － Tk , kg/m3 式中 Tk——熱力學(xué)溫度 ， K。 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 12 成分影響 成分對(duì)鋼液密度的影響比較復(fù)雜 ， 一般認(rèn)為 ， 碳 、 硅 、 錳 、 磷 、 硫 、 鋁 、 鉻等元素增加可使純鐵密度減小 ， 其中碳的影響明顯；而 密度大的元素 鎢 、 鎳 、 銅等元素可使純鐵密度增大 ， 其中鎢的影響最大 。 鋼液的密度可按下經(jīng)驗(yàn)式 ： ρ 1600℃ =ρ ‘1600℃ ＋ ∑ （ Δρ J） 在 20℃ 時(shí) ， 鋼的密度按下經(jīng)驗(yàn)式 ： ρ 20℃ =ρ ‘20℃ ＋ ∑ （ Δρ J） 式中 ρ ‘—純鐵在某溫度下的密度 ， Δρ —某元素使純鐵密度提高值； J—某元素在鋼液中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù) ， %。 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 13 25＃鋼 1600℃ 時(shí)的密度？ 按溫度對(duì)鋼液密度的影響計(jì)算： ρ=8523－ Tk＝ 6958 kg/m3≈7 t/m3 按成分對(duì)鋼液密度的影響計(jì)算： ρ1600℃ ＝ ρ‘1600℃ － 210[%C]－ 60[%Si]－ [%Mn]－ 164[%Al]－ 55[%Cr] + 43[%W]+6[%Ni] ＝ 7030－ － － ＝ kg/m3 ≈7 t/m3 常用 鋼固態(tài)密度 見表，表中也能看出成分的大致影響情況。 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 14 名稱 鋼種 密度 /t/m3 鑄鋼 ZG4 ZG35CrMnSi 工業(yè)純鐵 DT1DT6 普通碳素鋼 Q19 Q21 Q23 Q25 Q275 （與紫銅相當(dāng)） 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 05F、 08F、 15F， 10～ 50 碳素工具鋼 T7～ T1 T7A～ T13A、 T8MnA 錳鋼 20Mn、 60Mn、 65Mn 鉻鋼 15CrA 20Cr、 30Cr、 40Cr 38CrA 軸承鋼 GCr15 高速工具鋼 W9Cr4V W18Cr4V （高于黃銅的） 不銹鋼 0Cr18Ni 1Cr18Ni Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni9 2022/5/29 東北大學(xué) /閻立懿 15 3） 鋼液的黏度 黏度是鋼液的一個(gè)重要性質(zhì)，它對(duì)冶煉溫度參數(shù)的制定、元素的擴(kuò)散、非金屬夾雜物的上浮和氣體的去除，以及鋼的凝固結(jié)晶都有很大影響。 同熔渣黏度一樣，鋼液的黏度與流動(dòng)性均表示鋼液流動(dòng)時(shí)流層內(nèi)摩擦力的大小，二者互為倒數(shù)。