冶金概论-3 铁水预处理 转炉炼钢.ppt

铁水预处理工艺炼钢
铁水预处理的化学冶金学意义
􀂄化学冶金学意义：
创造最佳的冶金反应环境!
钢铁冶金工艺优化：
高炉→分离脉石、还原铁矿石
铁水预处理→脱硅、脱磷、脱硫
转炉→脱碳、升温
钢水炉外精炼→去夹杂、合金化铁水预处理(脱硫)的优越性
􀂄(1)满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种：如：船板钢、油井管钢：[S]、[P]<0.005%管线钢、Z向钢、IF钢：[S]≤0.002~0.004%
(2)减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比；
(3)炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。铁水预脱硫方法KR法
1－脱硫剂；2－搅拌器；
3－至除尘铁水预脱硫工艺铁水预脱硫扒渣工艺[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]—原理
脱硅剂主剂主要成分是氧化剂，有氧气、铁矿石、烧结矿、轧钢皮等。
还加少量的副剂，主要有石灰、萤石等。用于调节炉渣的碱度、改善炉渣流动性等。固定剂炼钢（steelmaking）主要内容3.1炼钢的基本任务3.2炼钢炉渣3.2.1炼钢炉渣的作用3.2.2炼钢炉渣的来源及其组成3.2.3炼钢炉渣的主要性质3.3炼钢过程的基本原理3.3.1炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式直接氧化方式吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧[O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O]再与元素发生间接氧化。

其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO)
(FeO)=Fe+［O］
如：2［O］+[Si]=(SiO2)或2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。3.3.2炼钢熔池中元素的氧化次序1.Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化的ΔGo线都在Fe氧化ΔGo线之上。从热力学角度来说，在炼钢吹氧过程中这些元素将受到Fe的保护而不氧化。2.Cr﹑Mn﹑V﹑Nb等元素的氧化程度随冶炼温度而定。
3.Al﹑Ti﹑Si﹑B等元素氧化的ΔGo线在图中位于较低的位置，它们最易氧化。在实际生产中，这些元素作为强脱氧剂使用。注意：虽然在炼钢温度下，Fe氧化的ΔGo线高于其它元素氧化的ΔGo线，但由于铁液中大多数为Fe原子，氧与Fe原子接触机会多，故在实际上Fe还是会氧化。3.3.3脱碳反应脱碳反应的作用3.3.4硅的氧化3.3.5锰的氧化与还原3.3.6脱磷反应用碱性炉渣进行脱磷的反应为：

在渣-金界面
3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO·P2O5)
3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO·P2O5)+5Fe

在渣-金-气界面
3(CaO)+2[P]+5/2O2=(3CaO·P2O5)
炉渣脱硫的基本反应式
[FeS]=(FeS)
+)(CaO)+(FeS)=(CaS)+(FeO)
(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)(吸热)

从反应式中可以看出，脱硫的基本条件是：高碱度、高温、低氧化性。影响脱硫反应的基本条件分析
(1)炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在3．0～3．5之间最好，过高会使黏度增加，不利硫在钢—渣之间的扩散，过低则不符合脱硫要求。
(2)氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应式中可以看出，渣中的还原性越强，即∑(FeO)越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：∑(FeO)的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫条件。
尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。
(3)温度高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应的顺利进行。
(4)钢—渣搅拌情况去硫是钢—渣界面反应，加强钢—渣搅拌扩大反应界面积有利于去硫。例如电炉(还原期)出钢时，采用钢—渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢—渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅速进行。
(5)渣量增加渣量可以减少(CaS)的相对浓度，可促进去硫反应。炉渣脱硫原理气化脱硫3.3.8钢的脱氧钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面。
1．产生夹杂。钢液凝固时，其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物，进而破坏了钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、焊接性能等。
2．形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中会再次与钢中碳反应，产生CO气体，从而会使钢锭（坯）产生气孔、疏松，甚至上涨等缺陷，严重时会导致钢锭（坯）报废。
3．晶界上的FeO和FeS还会形成低熔点(910℃)物质，使钢在热加工时发生热脆。沉淀脱氧扩散脱氧是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]-[O]反应。