炼钢的基本任务
炼钢基本原理
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3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式
氧的来源： 直接向熔池中吹入工业纯氧（>98％）； 向熔池中加入富铁矿； 炉气中的氧传入熔池。
铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化和间 接氧化。
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[Si]氧化产生大量的化学热，是转炉炼钢的主 要热量来源之一，它可使吹炼初期熔池温度能 够较快升高，有利于转炉废钢加入量增加和初 期渣熔化成渣。
[Si]氧化反应产物SiO2是酸性很强的氧化物， 它影响到炼钢的炉渣碱度和石灰加入量。
炉渣中的SiO2易侵蚀碱性炉衬，降低炼钢炉的 炉龄。
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多数意见认为氧气转炉炼钢以间接氧化为主
氧流是集中于作用区附近而不是高度分散在熔 池中； 氧流直接作用区附近温度高，Si和Mn对氧的亲 和力减弱
从反应动力学角度来看， C向氧气泡表面传质 的速度比反应速度慢，在氧气同熔池接触的表 面上大量存在的是铁原子，所以首先应当同Fe 结合成FeO。
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3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序
溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与 1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能变化 来判断。 在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该元素 被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量 氧化。 铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能 变化与温度的关系绘制成图。
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3.3 炼钢过程的基本反应
3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序 3.3.3 脱碳反应 3.3.4 硅的氧化 3.3.5 锰的氧化与还原 3.3.6 脱磷反应 3.3.7 脱硫反应 3.3.8 钢的脱氧 3.3.9 脱气 3.3.10 去除钢中夹杂物
炼钢的基本任务
炼钢的基本任务
炼钢作为重要的冶金行业，其基本任务有以下几点：
一、铁矿石的还原
炼钢的第一步是铁矿石的还原。
铁矿石中的铁氧化物需要还原成纯铁
才能进一步提纯。
而还原的过程中，需要加入适量的石灰、废钢等辅
料来控制还原过程，以保证产出的铁质量。
二、炼钢炉中的化学反应
炼钢炉中的化学反应是炼钢的主要过程。
常见的炉型有转炉炉和电弧炉。
在炉内，需要加入废钢、铁合金、氧气等物质，控制炉内的温度、压力、物料流量等参数，来达到理想的反应效果。
三、炼钢的淬火和调质
炼钢完成后，还需要对成品进行淬火和调质处理。
淬火是指把高温热
处理过的钢材迅速冷却，使其获得高硬度和耐磨性。
而调质是指先进
行淬火，然后再对钢材进行加热处理，以获得一定的韧性和强度。
四、技术创新和绿色环保
当今的炼钢行业，除了保证基本任务的完成外，还需要关注技术创新
和绿色环保。
比如，新型的冶金技术能够在节约能源的同时提高生产
效率；而废钢的循环利用则可以大幅减少炼钢过程中的能源消耗和环
境污染。
综上所述，炼钢的基本任务不仅包括铁矿石的还原，炉内的化学反应，还包括淬火和调质等后续处理。
同时，技术创新和绿色环保也是现代
炼钢行业需要重点关注的领域。
只有不断创新提升，才能够为国家的
工业和经济发展做出新的贡献。
4炼钢
生成的磷酸铁在高温下很不稳定，可重新 分解出P2O5,其分解压较大，是个不稳定的 分解出P2O5,其分解压较大，是个不稳定的 氧化物。因此，仅靠生成P2O5是不能把磷 氧化物。因此，仅靠生成P2O5是不能把磷 去除的。但P2O5是酸性氧化物，若用碱性 去除的。但P2O5是酸性氧化物，若用碱性 氧化物与其结合成稳定化合物则可去除。
（2）去除杂质,主要包括： ）去除杂质, 1)脱磷,脱硫。对绝大多数钢种来说，P．S为有 1)脱磷,脱硫。对绝大多数钢种来说，P 害杂质。P可引起钢的冷脆，而S 害杂质。P可引起钢的冷脆，而S则引起钢的热脆。 因此，要求在炼钢过程中尽量除之。 2）脱氧：由于在氧化精炼过程中，向熔池输入 大量氧以氧化杂质，至使钢液中溶入一定晕的氧。 它将大大影响钢的质量。因此，需降低钢中的含 氧量，一般是向钢液中加入比铁有更大亲氧力的 元素来完成( A1．Si．Mn等合金。 元素来完成(如A1．Si．Mn等合金。 3）去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指 溶解在钢中的氢和氮。非金属夹杂物包括氧化物， 硫化物，磷化物，氮化物以及它们所形成的复杂 化合物。在一般炼钢方法中，主要靠碳－氧反应 时产生CO气泡的逸出，所引起的熔池沸腾来降低 时产生CO气泡的逸出，所引起的熔池沸腾来降低 钢中气体和非金属夹杂物。
炉渣成分的影响：由脱磷的基本反应可知； 高碱度，高氧化铁炉渣有利于去磷。但 (CaO)和(FeO)井非可任意提高．二看之间 (CaO)和(FeO)井非可任意提高．二看之间 应有一定比值，才能取得良好的脱磷效 果．由实验数据的分析指出；一定碱度的 炉渣有一最佳(FeO)含量．在此(FeO)含量 炉渣有一最佳(FeO)含量．在此(FeO)含量 下，P的分配比(即脱磷指数) 下，P的分配比(即脱磷指数)为最大，而且 此最大值随碱度的升高而增大，见图。
钢铁冶金学(炼钢部分).
钢铁冶金学（炼钢部分）第一部分炼钢的基本任务1、钢和生铁的区别？答：C < 2.11%的Fe-C合金为钢；C > 1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元素及杂质。
生铁硬而脆，冷热加工性能差，必须经再次冶炼才能得到良好的金属特性；钢的韧性、塑性均优于生铁，硬度小于生铁。
2、炼钢的基本任务？答：钢铁冶金的任务是由生产过程碳、氧位变化决定的。
炼钢的基本任务分为脱碳，脱磷，脱硫，脱氧，脱氮、氢等，去除非金属夹杂物，合金化，升温（1200°C→1700°C），凝固成型，废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。
3、钢中合金元素的作用？答：C：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1％[C]可增加抗拉强度约980MPa；Si：增大强度、硬度的元素，每1％[Si]可增加抗拉强度约98MPa；Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等；Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构；Nb：细化钢材组织，增加强度、韧性等；V：细化钢材组织，增加强度、韧性等；Cr：增加强度、硬度、耐腐蚀性能。
4、钢中非金属夹杂物来源？答：5、主要炼钢工艺流程？答：炒钢→坩埚熔炼等→平炉炼钢→电弧炉炼钢→氧气顶吹转炉炼钢→氧气底吹转炉和顶底复吹炼钢。
主要生产工艺为转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。
与电炉相比，氧气顶吹转炉炼钢生产率高，对铁水成分适应性强，废钢使用量高，可生产低S、低P、低N的杂质钢，可生产几乎所有主要钢品种。
顶底复吹工艺过氧化程度低，熔池搅拌好，金属-渣反应快，控制灵活，成渣快。
现代炼钢流程：炼铁，炼钢（铁水预处理、炼钢、炉外精炼），连铸，轧钢，主要产品。
第二部分炼钢的基本反应1、铁的氧化和熔池的基本传氧方式？答：火点区：氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区(火点区)。
吹氧炼钢的特点：熔池在氧流作用下形成的强烈运动和高度弥散的气体－熔渣－金属乳化相，是吹氧炼钢的特点。
乳化可以极大地增加渣－铁间接触面积，因而可以加快渣－铁间反应。
钢铁冶金答案
7--1炼钢的基本任务是什么，通过哪些手段实现？答：炼钢的基本任务：四脱（脱碳，氧，磷，硫）；两去（去气和去夹杂）；两调整（调整成分和温度），采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作7--2磷和硫对钢产生哪些危害？答：磷：引起钢的冷脆，钢的塑性和冲击韧性降低，降低钢的表面张力，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。
硫：使钢的热加红性能变坏，引起钢的热脆性。
降低钢的焊接性能，引起高温龟裂。
硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。
脱硫反应：[FeS]+(CaO)=(FeO)+(CaS)-7--3实际生产中为什么要将ω[Mn]/ ω[S]作为一个指标进行控制？答：答：Mn在钢的凝固范围内生成MnS和少量FeS。
这样可有效防止钢热加工过程中的热脆，故在实际生产中将ω（Mn）/ω（S）比作为一个指标进行控制，提高ω（Mn）/ω（S），可以提高钢的延展性，当ω（Mn）/ω（S）≧7时不产生热脆。
7—4氢和氮对钢产生那些危害？答：氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和一氧化碳，氮气等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔，疏松，造成白点和发纹。
钢热加工过程中，钢中还有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，即发生“氢脆”现象。
钢中的氮是以氮化物的形式存在，他对钢质量的影响体现出双重性。
氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆，这一现象称为“老化”或“时效”原因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。
低碳钢产生的脆性比磷还严重。
钢中氮含量高时，在２５０—４５０摄氏温度范围，其表面发蓝，钢的刚度升高，冲击韧性降低，称之为“蓝脆”。
氮含量增加，钢的焊接性能变坏。
7-6外来夹杂和内生夹杂的含义是什么？答：外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材料以及钢液为大气所氧化所形成的氧化物。
内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的，包括脱氧时的脱氧产物，钢液温度下降时，S、O、N等元素溶解度下降而已非金属夹杂型式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低，偏析而发生反应的产物；固态钢相变溶解度变化生成的产物7—7钢的力学性能指标有哪些，其含义是什么？答：钢材常见的力学性能通俗解释归为四项，即：强度、硬度、塑性、韧性。
炼钢任务及基本反应
光亮较强的中心 (区域I)；
光亮较弱的外围 (区域II)。
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氧气炼钢中还存在乳化和泡沫现象
在氧流强冲击和熔池沸腾 作用下，部分金属微小液 滴弥散在熔渣中；
不需外供热源
铁水温度： 钢水温度：
1200～1300℃ 1640～1720℃
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电弧炉炼钢
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主原料：
废钢、DRI、
HBI
辅助原料：
石灰、萤石、
铁矿石等
吨位： 25～150t
功率： 500～1500kVA/t
冶炼时间：
45min～1.5h
供热： 电弧加热
类型： 交流、直流
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主要化学反应：
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炼钢任务
• 2) 脱硫；
但过高的硫会产生较多的MnS夹杂物，轧锻后的硫 化物夹杂被拉长，降低钢的强度，使钢的磨损增大， 明显的降低钢的横向机械性能，降低钢的深冲压性 能。所以，要降低钢中的硫，并加入[Mn]0.4~0.8%， 提高钢的质量。
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炼钢任务：
4)升温
1200℃ 1700℃ 伴随脱碳反应，钢的熔点升高
}
{ 4) 脱硫； 4) 脱氧、氮、氢等；
5) 合金化。
}
炉外精炼
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炉外精炼
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第二章、炼钢的基本反应
第一节、铁的氧化和熔池传氧方式 1、氧流对金属熔池的作用
顶吹氧枪O2出口速度通常 可达300～350m/s；
氧流与熔池作用，将动量 传递给金属液；
金属熔池产生循环运动。
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氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区 (火点区)
炼钢任务及基本反应
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第一章、炼钢的基本任务
炼钢工艺学-复习题
《炼钢工艺学》复习题一、填空题1、炼钢的基本任务可归纳为“四脱二去二调整”，即：脱碳、（脱氧）、脱磷、（脱硫），去气、去（夹杂），调整成分、调整（温度）。
2、钢中五大常规化学元素指（ C ）、（Mn ）、（Si ）、（P ）、（S ）。
3、钢中硫的主要危害是造成钢的（“热脆”）性，降低不锈钢的（耐腐蚀）性能。
4、钢中磷的突出危害是产生（“冷脆”）性，一般来说，用感应炉脱磷比较（困难）。
5、氧在钢液中以两种状态存在。
一种是（[O]），另一种是氧在钢液中以（氧化物夹杂）形态存在。
6、利用两种或两种以上的脱氧元素组成的脱氧剂使钢液脱氧，称为（复合脱氧）。
7、氮在奥氏体钢中有三个优点：改变高温组织、产生固溶强化和提高（抗腐蚀）能力。
但氮在铁素体不锈钢中，会导致（晶界腐蚀）。
8、感应炉炼钢的脱氧方法主要有（沉淀脱氧）和（扩散脱氧），常用（综合脱氧法）。
9、因为碳对（耐腐蚀性能）有不利的影响，奥氏体和铁素体钢很少采用碳来强化，其含碳量多在（0.15% ）以下。
10、钢的（碳）含量是影响焊接性的主要因素。
11、镍的资源比较缺乏的国家，多以（锰）和（氮）来代替不锈钢与耐热钢中的镍。
12、镍与（铬）同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。
13、按化学成分钢可以分为（非合金钢）、（低合金钢）、（合金钢）三类；按用途可分为（结构钢）、（工具钢）、（特殊性能钢）三大类。
14、钢按冶金质量水平可分为普通钢、（优质钢）和（高级优质钢）三类。
15、钢的质量等级分为（普通质量级）、（优质级）、（特殊质量级）三种级别。
16、新一代钢铁材料具有3个主要特征：（超细晶）、（高洁净度）、（高均匀性）。
17、凡在反应中物质失去电子的现象称为（氧化反应）；在反应中物质得到电子的现象称为（还原反应）。
在反应中失去电子的物质称为（还原剂），得到电子的物质称为（氧化剂）。
18、某元素氧化物的分解压力越小，说明该元素的氧化物越（稳定），分解趋势（越小）。
炼钢的基本任务
炼钢的基本任务
炼钢是将生铁或钢锭通过加热、脱碳、合金等过程，制成适用于不同用途的各种钢材的过程。
炼钢的基本任务是提高钢的质量和产量，保证钢材的性能和用途。
具体来说，炼钢的基本任务包括以下几个方面：
1. 稳定生产：通过控制生料、燃料、气体、水分等因素，使炉
内温度、压力、成分、流动等参数保持稳定，从而实现稳定生产。
2. 提高冶炼效率：通过优化炉料组合、加强热交换、提高转炉、电炉的冶炼效率，使冶炼产量尽可能高，炉渣成分、铁水温度、炉气成分等参数尽可能合理。
3. 保证钢质量：通过监测炉内温度、气氛、成分等参数，控制渣、钢、铁水的化学成分和温度，控制钢材中的杂质和非金属夹杂物含量，从而保证钢的质量。
4. 发展新工艺、新技术：不断研发新的炼钢工艺、新的冶炼设
备和技术，提高炼钢的效率、质量和环保性能，适应市场需要。
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炼钢的基本任务
１．脱碳：含碳量的不同是引起生铁同钢性能差异的 决定因素。而在不同钢种中，含碳量也荏苒是控制其性能 的最主要元素。钢中含碳量增加则硬度、强度、脆性都将 提高，延展性下降，反之，含碳量减少则硬度、强度下降 而延展性提高，铁含碳范围３～４.2% 所以，炼钢过程 必须按钢种规格将碳氧化至一定范围。 2. 脱磷、脱硫：对绝大多数钢种来说，磷、硫为有害 元素。磷将引起钢的冷脆，而硫则引起钢的热脆。因此要 求在炼钢过程中尽量除之。 3. 脱氧： 因为用氧化法炼钢， 氧化去处钢铁中杂质后， 钢中必然残留大量氧
(本节完)