冶2009-3、4班《炼钢工艺学》复习题 2012.4.5

冶2009-3.4班《炼钢工艺学》复习题（详见参考书和笔记）2012.4.5（授课教师：刘宇雁）1.铁水预处理的“三脱”是指脱硅、脱磷、脱硫。

2.铁水预处理指铁水在兑入炼钢炉之前，为除去某种有害成分( 如S、P、Si等)或提取/回收某种有益成分(如V、Nb 等)的处理过程。

或铁水在兑入转炉之前进行的脱硫、脱磷或脱硅操作。

或铁水兑入转炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。

3.铁水预处理目的及意义：主要是使其中硫、硅、磷含量降低到所要求范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。

⑪有效提高铁水质量；⑫减轻炼钢负担；⑬为优化炼钢工艺，提高钢材质量创造良好条件；⑭对特殊铁水预处理而言，可有效回收利用有益元素，实现综合利用。

4.铁水预脱硅技术的目的：铁水脱磷前必须脱硅。

⑪减少转炉石灰耗量（硅氧化形成的SiO2大大降低渣的碱度），减少渣量和铁损，改善操作和提高炼钢经济技术指标。

⑫铁水预脱P的需要，可减少脱磷剂用量、提高脱磷、脱S效率。

当铁水[Si]＞0.15%时，脱磷剂用量急剧增大。

因此，脱磷处理前需将铁水含[Si]脱至＜0.15％，这个值远远低于高炉铁水的硅含量，也就是说，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。

所以脱磷前必须先脱硅。

铁水预脱P的最佳[Si]初始：①苏打脱P：[Si]初始<0.1%②石灰熔剂脱P：[Si]初始0.10～0.15%⑬对含V或Nb等特殊铁水，预脱Si可为富集V2O5和Nb2O5等创造条件。

5.铁水预脱硫技术迅速发展的原因：⑪用户对钢的品种和质量要求提高。

⑫连铸技术的发展要求钢中硫含量进一步降低，否则连铸坯容易产生内裂，铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。

⑬铁水中碳、硅、磷等元素的含量高，可提高硫在铁水中的活度系数，而有利于脱硫，同时铁水中的氧含量低，没有强烈的氧化性气氛，有利于直接使用一些强脱硫剂，如电石（CaC2）、金属镁等；故铁水脱硫效率高。

⑭铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。

其费用比值为：高炉脱硫：铁水预处理脱硫：转炉：炉外精炼=2.6：1：16.9：6.10⑮降低炼铁和炼钢炉脱硫负担; 有利于降低消耗和成本，并增加产量。

⑯提高炼铁和炼钢经济技术指标；有效提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。

全程脱硫：高炉－铁水炉外－炼钢炉(－精炼炉)→实现铁水深度脱硫，经济有效生产超低S 高级优质钢；⑰提高钢质、扩大品种、优化工艺（改善转炉炼钢操作）；6.铁水预脱硫优点（铁水脱硫条件比钢水脱硫优越的主要原因）用优质铁水炼钢，是提高产品质量、扩大品种、增加效益和增强产品市场竞争力的重要条件之一，也是生产低硫洁净钢的基础。

铁水炉外脱硫有利于提高炼铁、炼钢技术经济指标。

通过比较各种脱硫工艺，铁水脱硫预处理工艺有如下优点：⑪铁水中[C]、[Si]较高，fs↑，提高硫的反应能力；⑫铁水中[O]较低，提高渣铁之间的硫分配比（Ls↑），脱硫效率高；⑬搅拌充分，脱硫剂利用率高，脱硫速度快；⑭铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力、节约工序能源、降低成本。

⑮故铁水脱硫费用费用比其他工序低。

7.铁水预脱硫技术的发展：铁水炉外脱硫技术在20世纪60年代氧气顶吹转炉炼钢工艺发展后得到迅速推广，在国外已趋成熟，在实际生产中大量应用，处理工艺方法约数十种之多。

先后发明的工艺大致可分为分批处理法和连续处理法两大类，其中分批处理法又可分为铺撒法/投入法(含倒包法)、机械搅拌法、吹气搅拌法、喷射法、镁脱硫法等。

目前常用的方法有喷吹法和KR机械搅拌法。

8.铁水脱硫预处理的工艺方法：⑪投掷（入）法：将脱硫剂投入铁水中。

⑫喷吹法：将脱硫剂喷入铁水中。

⑬搅拌法（KR法）：将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫。

9.常用铁水预脱硫剂有石灰、碳化钙、苏打、金属镁及复合脱硫剂等。

生产中，常用的脱硫剂有苏打灰(Na2CO3)、石灰粉(CaO)、电石粉和金属镁。

石灰、苏打、电石、金属镁10.提高铁水脱硫效果的措施：1）热力学条件。

⑪fs↑（[C]↑、[Si]↑）；⑫降低氧位，即[O]↓、（O2－）↓（加入铝）⑬脱硫剂用量↑（同时生产费用↑）；⑭控制好温度。

2）动力学条件。

⑪根据铁水条件及钢种要求，选择适当主脱硫剂。

即要满足脱硫要求，又要尽量降低脱硫成本且操作方便。

脱硫要求一般时（轻脱硫），脱硫剂组成以石灰粉为主；生产低硫生铁时，以电石粉为主（深脱硫）。

⑫添加适当促进剂。

⑬适当减小脱硫剂粒度，增大反应界面，加快脱硫速度；⑭强化熔池搅拌，增加逗留时间，减小扩散边界层厚度，提高混匀搅拌效率，均可加快脱硫反应速度；⑮控制好温度。

提高铁水温度，增大硫的传质系数；⑯选择适当的喷吹参数，以取得最佳喷吹效果。

11.选择脱硫方法的原则（铁水脱硫方案的选择）⑪铁水条件供应条件；⑫冶炼钢种要求；⑬处理规模（处理能力，作业率）、工艺流程（铁水运输方式）及总图布置（布置位置）；⑭脱硫效率及脱硫剂消耗；⑮处理成本（设备和基建费用）；⑯铁水温降；⑰预留铁水三脱的可能性；⑱环境污染12.转炉的内衬由绝热层/隔热层、永久层、工作层组成。

炼钢用耐火材料按化学性质可分为：碱性耐火材料、酸性耐火材料和中性耐火材料。

碱性耐火材料是指以CaO和MgO为主组成的耐火材料。

耐火度：是使耐火材料软化到一定程度的温度。

抗渣性：耐火材料在高温下抵抗炉渣侵蚀的能力。

13.转炉炉衬损坏原因主要为机械作用、高温作用、化学侵蚀、炉衬剥落。

或机械冲击和磨损、耐材的高温溶解、高温溶液渗透、高温下气体挥发。

转炉出钢口采用耐冲蚀性好、抗氧化性高的镁碳砖。

炉龄：转炉从开新炉到停炉，整个炉役期间炼钢的总炉数。

经济炉龄即为最佳炉龄，也就是要获得最好的生产率和最低的成本。

14.炼钢的基本任务：“四脱”（脱碳、脱氧、脱磷和脱硫），“二去（去气和去夹杂）”，“两调整”（调整温度和成分）。

或脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去气（去除有害气体）和非金属夹杂物，升温及脱氧合金化（提高温度和调整成分）。

1）脱碳：把铁水中的碳氧化脱除到所炼钢种的范围内。

2）脱磷脱硫：通过造出成分合适的炉渣，去除铁水中的磷、硫。

3）脱氧和合金化：加入脱氧剂和铁合金，降低钢液中的氧和使钢液达到钢种要求的合金成分。

4）脱气（氢、氮）和脱夹杂物：把溶解在钢液中的气体和来不及上浮排除的非金属夹杂物，通过一定的方法去除。

5）升温：把冶炼过程的金属液温度升高至出钢温度。

6）浇注：将成分和温度合格的钢水浇注成坯。

15.炼钢生产中熔渣的主要作用（有利作用）：⑪通过调整熔渣成分氧化还原钢液，使钢液中硅、锰、铬等元素氧化或还原的硫、磷、氧等元素；⑫吸收钢液中的非金属夹杂物；⑬防止炉衬的过分侵蚀；⑭覆盖钢液，减少散热和防止二次氧化和吸氢。

其他作用：在不同炼钢方法中，熔渣还有其独特的作用。

如：①氧气顶吹转炉炼钢过程→熔渣－钢液滴－气泡形成高度的乳化相→钢渣接触面积↑→加速吹炼过程。

②电弧炉炼钢时→稳弧（稳定电弧燃烧）和传热→良好的泡沫渣能包围住弧光→弧光对炉衬的辐射侵蚀↓③电渣重熔时→作电阻发热体→可重熔和精炼金属（电渣炉）④出钢时→钢液的二次氧化↓⑤浇注时→作保护渣，可减少氧化，防止散热，并改善铸坯表面质量等。

不利作用：①侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重。

②熔渣中夹带小颗粒金属及未被还原的金属氧化物，降低了金属的回收率。

③严重泡沫化熔渣会引起喷溅。

（转炉）16.熔渣的氧化性（熔渣的氧化能力）：是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量（在单位时间内从渣相向金属相供氧的数量）；通常用渣中氧化铁含量的多少表示熔渣氧化能力的强弱。

生产中常用渣中∑(%FeO)表示渣的氧化性。

17.熔渣氧化性对操作过程有何影响？如①杂质的去除程度；②钢水含氧量；③石灰溶化速度；④熔渣的泡沫程度；⑤喷溅；⑥炉衬寿命；⑦金属和铁合金的收得率。

18.熔渣与熔融金属之间应有足够大的表面张力，以有助于渣壳分离，防止熔渣卷入金属内；而熔渣与非金属夹杂物之间的表面张力越小越好，以利于熔渣对非金属夹杂物的浸润、吸附和溶解。

炉渣碱度：是指炉渣中的碱性氧化物与酸性氧化物的数量之比，一般用R=%CaO/%SiO2来表示。

溶渣粘度代表溶渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力。

影响炉渣粘度的主要因素是：炉渣成分、温度、悬浮于渣中固态微粒的尺寸和数量。

氧气顶吹转炉的传氧机理主要可分为直接传氧和间接传氧两种形式。

硅的直接氧化反应式为：[Si]+{O2}=（SiO2）和[Si]+2[O]=（SiO2）。

19.氧化脱磷的有利条件：⑪较高的炉渣碱度（3～4）；⑫氧化铁较高（15％～20％）；⑬良好流动性熔渣；⑭充分的熔池搅拌；⑮适当的温度（1450～1550℃）；⑯渣量要大，可利用多次放渣和造新渣去磷。

20.炼钢脱磷、脱硫的有利条件有哪些？答：1）脱磷反应：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]或脱P化学反应式为：2[P]+5（FeO）+3（CaO）=（3CaO·P2O5）+5[Fe]+Q由去磷反应式可知，高碱度、高氧化铁炉渣有利于去磷。

脱磷有利条件：高碱度、高（FeO）/氧化性、良好流动性熔渣、充分的熔池搅拌、适当的温度和大渣量。

氧气顶吹转炉炼钢过程中，去除[P]的任务主要是在吹炼中前期完成。

2）脱硫的有利条件：高温、高碱度、低氧化铁（FeO），良好流动性熔渣、充分的熔池搅拌和大渣量。

氧气顶吹转炉脱[S]效果比较理想的条件是在吹炼后期。

21.回磷：就是磷从熔渣中又返回到钢中，也是脱磷的逆向反应；或成品钢中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象。

回磷：磷自炉渣返回钢液的现象。

22.减少回磷的措施：为了抑制“回磷”现象，在生产中常用的办法是：在出钢前向炉内加入石灰，使炉渣变稠以防止出钢时下渣。

⑪冶炼中期，保持∑(FeO)＞10％，防止因炉渣“返干”而产生的回磷；控制终点温度不要过高，并调整好炉渣成分，使炉渣碱度保持在较高水平。

⑫出钢时，①适当提高脱氧前的炉渣碱度；②挡渣出钢，尽量避免下渣；⑬出钢后，向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；脱氧合金化时，尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧。

23.碳氧浓度积：在一定的温度和压力下钢液中的碳氧反应达到平衡时，碳和氧的质量百分浓度之积是一个常数。

24.脱碳反应对炼钢过程的作用/碳氧化在炼钢中的作用：炼钢熔池中脱碳反应基本形式为：[C]＋[O]＝CO↑和[C]＋(FeO)＝[Fe]＋CO↑。

①脱碳，将熔池中的碳氧化脱除至所炼钢种的终点要求；②放热升温，加速传质传热；③均匀熔池成分、温度；④加大钢－渣界面，加速反应的进行，也有利于熔渣的形成；⑤去气去夹杂（有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出）。

⑥爆发性的脱碳反应会造成喷溅。