【文章內(nèi)容簡介】 偏析導(dǎo)致碳氧反應(yīng)。 影響熱脆性 . 形成夾雜物 四、 鋼中氮 危害： 時效：對低碳鋼的主要危害。 時效定義：低碳鋼在冷加工后，其性能隨時間發(fā)生變化，即強度和硬 度增加，韌性降低，這種現(xiàn)象稱為時效。 脆性增加。 加劇氣泡和疏松：促使 O和 H產(chǎn)生氣泡的趨勢；加劇顯微疏松和中心疏松。 五、 鋼中氫 危害： 白點：由氫引起的內(nèi)裂紋缺陷，在鋼的縱向斷口上顯現(xiàn)為圓形或橢圓型的銀白色圓點，一般 φ110 mm。 增加脆性。 加重氣泡和疏松。 擴大奧氏體 。 思考題 鋼與鐵的區(qū)分標準是什么？ 鋼材按品質(zhì)分類分為哪幾種？ 簡述我公司煉鋼生產(chǎn)工藝流程？ 簡述煉鋼過程的主要任務(wù)？ 磷、硫?qū)︿摰奈：Γ? 第三章 轉(zhuǎn)爐煉鋼基本原理及各元素的化學(xué)反應(yīng) 在通常的氧氣轉(zhuǎn)妒煉鋼過程中，總要根據(jù)冶煉鋼種的要求，將鐵水中的 C、 Si、 Mn、 P、 S去除到規(guī)定的要求。雖然從熱力學(xué)的平衡條件來看，不論哪種煉鋼方法之間差異如何，其氣一渣一金屬相之間的反應(yīng)平衡都是相同的。但是，由于各種煉鋼方法所處環(huán)境的動力學(xué)條件不同，在冶煉過程中對反應(yīng)平衡的偏差程度也各有異。本章主要闡述氧氣轉(zhuǎn)爐內(nèi)各種煉鋼過程的基本反應(yīng) 。 學(xué)習(xí)目標 通過本章的學(xué)習(xí)了解轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中反應(yīng)的基本原理，掌握各元素在冶煉過程中的化學(xué)反應(yīng)過程。 知識要求 掌握轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中五大元素變化規(guī)律。 冶煉過程去除鋼中磷、硫有害元素的條件 第一節(jié) 轉(zhuǎn)爐煉鋼初期硅、錳變化的條件 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼是在十幾分鐘內(nèi)進行供氧和供氣操作，在這短短的時問內(nèi)要完成造渣、脫碳、脫磷、脫硫、去夾雜、去氣和升溫的任務(wù)，其吹煉過程的反應(yīng)狀況是多變的。圖 31是頂吹轉(zhuǎn)護吹煉過程中金屬液成分、溫度和爐渣成分的變化實例；圖 32是復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中的各成分變化實例。 一、在吹煉過程中金屬液成分，溫度和爐渣成分都是變化的。 Si吹煉前期，一般在 5min內(nèi)即被基本氧化。 Mn在吹煉前期被氧化到很低，隨著吹煉進行而逐步回升。在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中，錳的回升趨勢比頂吹轉(zhuǎn)爐要快些，其終點錳含量也要高些。其原因是因為復(fù)吹轉(zhuǎn)爐爐渣中 (FeO)比頂吹轉(zhuǎn)爐低些。 P在吹煉前期快速降低，進入吹煉中期略有回升，而到吹煉后期再度降低。 S在吹煉過程中是逐步降低的。 C在吹煉過程中快速減少，但前期脫碳速度慢，中期脫碳速度快。 熔池溫度在吹煉過程中逐步升高，尤以吹煉前期升溫速度快。 爐渣中的酸性氧化物 SiO2，和 P2O5在吹煉前期逐漸增多，隨著石灰的熔解增加渣量增大而降低。 吹煉過程中渣中 FeO具有規(guī)律性變化，即前后期高、中期低。而復(fù)吹轉(zhuǎn)爐在吹煉后期 (FeO)比頂吹轉(zhuǎn)爐更低一些。 隨著吹煉的進行．石灰在爐內(nèi)溶解增多，渣中 CaO逐漸增高，爐渣堿度也隨之變大。 二、冶煉過程三個階段 根據(jù)一爐鋼冶煉過程爐內(nèi)成分的變化情況，通常把冶煉過程分為三個階段： 吹煉前期 吹煉初期由于鐵水溫度不高， Si、 Mn的氧化速度比 C快，開吹 2—4min時， Si、 Mn已基本上被氧化。同時，鐵也被氧化形成 FeO進入渣中，石灰逐漸熔解，使 P也氧化進入爐渣中。 Si、 Mn、 P、 Fe的氧化放出大量熱，使熔池迅速升溫。吹煉初期爐口出現(xiàn)黃褐色的煙塵，隨后燃燒成火焰，這是由于帶出的鐵塵和小鐵珠在空氣中燃燒而形成。開吹時，由于渣料未熔化，氧氣射流直接沖擊在金屬液面上，產(chǎn)生的沖擊噪聲較刺耳，隨著渣料熔化，爐渣乳化形成而噪聲變得溫和。吹煉前期的任務(wù)是化好渣、早化渣，以利磷和硫的去除；同時也要注意造渣，以減少爐渣對爐襯材料的侵蝕。 吹煉中期 鐵水中 Si、 Mn氧化后，熔池溫度升高，爐渣也基本化好， C的氧化速度加快。此時從爐口冒出的濃煙急劇增多，火焰變大，亮度也提高；同時爐渣起泡，爐口有小渣塊濺出，這標志著反應(yīng)進入吹煉中期。吹煉中期是碳氧反應(yīng)劇烈時期，此間供入熔池中的氧氣幾乎 100％與碳發(fā)生反應(yīng)，使脫碳速度達到最大。由于碳氧劇烈反應(yīng)，使?fàn)t溫升高，渣中FeO含量降低，磷和錳在渣一金屬間分配發(fā)生變化，產(chǎn)生回磷和回錳現(xiàn)象。但此間由于高溫、低 FeO、高 CaO存在，使脫 S反應(yīng)得以大量進行。同時，由于熔池溫度升高使廢鋼大量熔化。吹煉中期的任務(wù)是脫碳和去硫，因此應(yīng)控制好供氧和底氣攪拌。防止?fàn)t渣返干和噴濺的發(fā)生。 吹煉后期 吹煉后期，鐵水中碳含量低，脫碳速度減小，從爐口排出的火焰逐漸收縮，透明度增加。這時吹入熔池中的氧氣使部分鐵氧化，使渣中 (FeO)和鋼水中 [O]含量增加。同時，溫度達到出鋼要求，鋼水中磷、硫得以去除。吹煉后期要做好終點控制，保證溫度、 C、 P、 S含量合乎出鋼要求。此外還要根據(jù)所煉鋼種要求，控制好爐渣氧化性．使鋼水中氧含量合適，以保證鋼的質(zhì)量。對于復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，則應(yīng)增大底吹供氣流量，以均勻成分、溫度、去除夾雜。若終點控制失誤，則要補加渣料和補吹。 第二節(jié) 去除鋼水中有害元素硫、磷的條件 一、 吹煉過程脫磷與脫硫 煉鋼過程脫碳是至關(guān)重要的，對于鐵水中含有的有害元素 S、 P的去除則更加重要。雖然近年來鐵水預(yù)處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，減輕了轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的脫磷、脫硫任務(wù)，但吹煉過程中磷、硫的去除仍應(yīng)引起我們高度的重視，否則將會影響鋼水質(zhì)量。 吹煉過程脫磷 磷是易氧化元素，在轉(zhuǎn)爐吹煉時期發(fā)生氧化反應(yīng)： 2[P]十 5(FeO)＝ (P205)+5Fe 然后再與渣中 (GaO)反應(yīng)，生成穩(wěn)定化合物。 (P205)+ n(CaO)=(n CaO+ P2O5) 冶煉過程中磷的氧化去除反應(yīng)為： 2[P]+5(Fe0)+n(CaO)＝ (n CaO+ P2O5)+ 5Fe 式中 n一般是 3或 4，爐渣 (FeO)和 (CaO)越多，則越有利于磷的去除。各種吹煉方法中爐渣的形成與鐵水中磷的變化情況，復(fù)合吹煉的 STB和頂吹石灰粉的 STB— P法比項吹轉(zhuǎn)爐的脫磷效果更好，其原因是冶煉前期化渣快，有利于生成穩(wěn)定的磷酸鈣。普通冶煉的石灰選渣具有更好的脫磷效果。 吹煉到達終點時，由于鋼水溫度升高，鋼液中含碳量不同，對渣中(FeO)含量有影響，因而影響終點磷含量。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了減少回磷現(xiàn)象，通常的辦法是保證冶煉后期爐渣為高堿度，并化好渣，適當(dāng)保持一定的 (FeO)含量，以穩(wěn)定去磷效果。 總之，為了去磷，吹煉過程中應(yīng)根據(jù)去磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件，首先搞好前期化渣．盡快形成高氧化性爐渣，以利在吹煉前期低溫去磷。若鐵水磷含量高，還可在化好渣的情況下倒掉部分高磷爐渣，以提高脫磷效果。而在吹煉后期，則要控制好爐渣堿度和渣中 (FeO)，保證磷被穩(wěn)定在渣中，而不發(fā)生回磷現(xiàn)象。 吹煉過程脫硫 硫使鋼材產(chǎn)生脆性，脫硫反應(yīng)表示如下， (FeS)+(CaO)=(CaS)十 (FeO) 渣中 (CaO)含量高， (FeO)含量低，有利于脫硫反應(yīng)進行。但在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼中，由于熔池供氧，使?fàn)t內(nèi)呈氧化氣氛，故渣中 (FeO)含量不低，因而使轉(zhuǎn)爐的脫硫能力受到限制。 轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，鐵水中硫的去除分為兩部分， — 部分為氣化脫硫，其反應(yīng)為 〔 S〕 +2〔 O〕 =SO2 （ S2） +2/3 O2= SO2（ O2） （ S2） +6(Fe3+)+2（ O2） = SO2+6(Fe3+) 對以上三個反應(yīng)，熱力學(xué)的分析表明， 〔 S〕 +2〔 O〕 =SO2式中反應(yīng)平衡時的 SO2分壓為 ，反應(yīng)很容易達到平衡，故可以認為鋼液中硫的氧化去除作用不大。而渣中硫的氣化反應(yīng)是主要的，由（ S2） +2/3 O2= SO2（ O2）、（ S2） +6(Fe3+)+2（ O2） = SO2+6(Fe3+)式可見，對于渣中硫的氣相轉(zhuǎn)移與爐渣中硫的活度與氧勢有關(guān)。硫在渣中的活度與爐渣堿度有關(guān)，堿度越高，硫的活度越低。因此，高堿度對氣化脫硫不利，但對爐渣脫硫有利。因此在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼中，一般認為鐵水含硫量的 10％左右是通過氣化脫硫去除的。 另 — 部分為爐渣脫硫，其反應(yīng)見 (FeS)+(CaO)=(CaS)十 (FeO)式。要實現(xiàn)爐渣脫硫，必須化好渣，沒有良好的石灰溶解，脫硫就會變成一句空話。因此要想去除硫，搞好吹煉過程中的石灰溶解成渣操作是至關(guān)重要的。對于鐵水中含硫較高時，可以在吹煉過程今依靠提高堿度或增大渣量的辦法，采取倒渣操作來提高脫硫效果。 第三節(jié) 碳在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的變化規(guī)律 一、吹煉過程中碳的氧化 氧氣持爐煉鋼過程中，碳的氧化按下列反應(yīng)進行 (31) (32) (33) (34) 一般認為，在熔池中金屬液內(nèi)的 C— O反應(yīng)是以 (3— 1)式為主，只有當(dāng)熔池金屬液中 [C]＜ ％時， (3— 4)式才比較顯著。 在氧氣射流沖擊區(qū)，碳的反應(yīng)以 (3— 2)式為主，即鐵水中的碳與吹入的氧氣直接反應(yīng)；而底吹 C02氣體時，則發(fā)生 (3— 3)式，即 CO2成為供氧體，直接參加反應(yīng)。 二、吹煉過程的脫碳速度 氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，脫碳速度的變化在整個吹煉過程分為三個階段，吹煉前期，以 Si、 Mn氧化為主，脫碳速度由于溫度升高而逐步加快；吹煉中期以碳的氧化為主，脫碳速度達到最大，幾乎為常數(shù)；吹煉后期，隨著金屬熔池中碳含量的減少，脫碳速度逐漸降低。由此可見，整個冶煉過程中脫碳速度的變比曲線近似于梯形。根據(jù)這種梯形模型，可以對氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程各階段的脫碳速度寫出下列表示式： 第 — 階段： — d〔 C〕／ dt＝ K1t 第二階段： — d〔 C〕／ dt＝ K2 第三階段： — d〔 C〕／ dt＝ K3〔 C〕 式中 K K K3—— 系數(shù)，分別受各階段主要因素影響； t—— 吹煉時間， min； C— 一熔池含碳量，％ 思考題 簡述 C、 Si、 Mn、 P、 S在冶煉過程的氧化過程？ 冶煉過程去除鋼水中磷、硫的條件？ 根據(jù)一爐鋼冶煉過程爐內(nèi)成分的變化情況，通常把冶煉過程分為哪三個階段？ 磷是易氧化元素，在轉(zhuǎn)