钢铁冶金原理第七章_钢铁冶金原理脱氧
最新《钢铁冶金原理》考试重点
Br 0Brf B BrB f0BrFea最新《钢铁冶金原理》考试重点1、 活度、活度系数、活度的标准态：以拉乌尔定律或亨利定律为基准或参考态，引入修正后的浓度值称为活度；而此修正系数称为活度系数。
具有纯物质、假想纯物质及 =1﹪溶液蒸汽压或两定律的比例常数的状态称为活度的标准态。
2、 、 、 的含义：， 分别为以拉乌尔定律为基准或参考态，对组分浓度修正时的修正系数和以亨利定律为基准或参考态，对组分浓度修正时的修正系数。
指的是稀溶液以纯物质为标准态的活度系数，其值为常数。
3、 活度标准态选择的一般原则以及钢铁冶金过程中组分活度标准态如何选择？一般作为溶剂或浓度较高的组分可选纯物质作为标准态，若组分的浓度比较低时，可选用假想纯物质或质量为1﹪溶液作为标准态。
在冶金过程中，作为溶剂的铁，如果其中元素的溶解量不高，而铁的浓度很高时，可选纯物质作为标准态， =x [Fe]=1,Fe r =1 ；如果溶液属于稀溶液，则可以浓度代替活度（H K 标准态）；熔渣中组分的活度常选用纯物质标准态。
4、 理想溶液，稀溶液以及超额函数：理想溶液：在整个浓度范围内，服从拉乌尔定律的溶液；稀溶液：溶质蒸汽压服从亨利定律，溶剂蒸汽压服从拉乌尔定律的溶液；超额函数：实际溶液的偏摩尔量（或摩尔量）与假想其作为理想溶液时的偏摩尔量（或摩尔量）的差值。
ex BG=RT lnBrex mG=RTln BBx r∑5，为什么温度升高使实际溶液趋向于理想性质？由()2BB T T G H T∂∆∂=-∆ 知：2ln B BT r H RT∂∂=-∆当0B H ∆< 时，ln 0B T r ∂∂>；Bw当0B H ∆> 时，ln 0B T r ∂∂<。
即温度升高时，成正偏差()1B r >的溶液的B r 值减少；而成负偏差()1B r <的溶液的B r 值则增大，溶液的有序态随温度的升高而减少。
6、 活度的测定及计算方法有哪些？请说明其原理。
钢铁冶金原理课件
钢铁冶金行业的可持续发展需要技术 创新、政策引导和市场机制等多方面 的努力，推动行业向低碳化、智能化 和循环经济方向发展。
钢铁冶金行业是高能耗、高排放的行 业之一，对环境产生一定的影响，因 此需要采取措施降低能耗和减少排放 ，实现可持续发展。
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全球铁矿分布
主要集中在澳大利亚、中国、巴西等国家。
中国铁矿分布
鞍山、马鞍山、攀枝花等地区。
铁矿的采矿技术
露天开采：剥离表土 层，开采矿石。
采矿技术发展趋势： 智能化、绿色化。
地下开采：挖掘巷道 ，进行矿石开采。
铁矿的选矿原理
选矿目的
将铁矿石中的铁含量提高到60%以上。
选矿原理
根据铁矿石与脉石的物理性质差异进行分离。
。
直接还原技术
通过在低于熔点的温度下将铁矿石 还原成直接还原铁，再通过电弧炉 熔炼成钢，可减少能源消耗和环境 污染。
氢冶金技术
利用氢气作为还原剂，替代传统的 碳作为还原剂，减少温室气体排放 ，是未来钢铁工业的发展方向。
钢铁冶金的未来发展方向
1 2 3
低碳化
随着全球对环境保护的重视，钢铁冶金行业将向 低碳化方向发展，降低碳排放，提高能源利用效 率。
钢的连铸技术
总结词
连铸技术是将液态钢转变为固态钢的过程，涉及结晶、凝固和收缩等物理变化 。
详细描述
连铸过程中，液态钢流入结晶器，在冷却水的作用下逐渐结晶凝固。随着钢坯 的连续拉出，凝固过程继续进行，直至形成完整的钢坯。控制结晶速度、冷却 强度和拉坯速度是连铸技术的关键要素。
钢的轧制原理
总结词
轧制是通过一对旋转轧辊对金属施加压力，使其发生塑性变形的过程。
熔融与凝固
钢铁冶金原理
1、表面张力：垂直作用在液面上任一直线的两侧，沿液体的切面向着两侧的拉力，N/m2、穿透度：它为反应过程中，矿球半径改变的分数，用f 表示，0(1)r r f =-。
它和R 的关系为1/31(1)f R =--。
3、沉淀脱氧：向钢液中加入能与氧形成稳定化合物的元素，形成的氧化物能借自身的浮力或钢液的对流运动而排出。
4、萃取精炼：在一定温度下，在熔盐粗金属中加入附加物，附加物与金属相内杂质生成不溶解于熔盐的化合物而析出，从而达到精炼的目的。
5、二元碱度：渣中的碱性氧化物CaO 含量与酸性氧化物SiO 2含量之比为炉渣的二元碱度。
6、反应度：或称转化率，矿球已反映了的百分数，用R 表示，30(/)1r r R =-。
7、分解压：分解反应的平衡常数等于分解出的气体B 的平衡分压，规定用()B AB P 表示，称为此化合物的分解压。
8、负吸附：溶解组分质点和溶剂质点之间的作用力大于溶剂质点之间的作用力。
溶解组分在表面不出现过剩浓度，称为负吸附。
9、G-D 方程：11220BB n dG n dG ndG ++==∑ 或11220BB x dG x dG xdG ++==∑ 他表示恒温、恒压下，溶液中各组分的偏摩尔吉布斯自由能（或其他偏摩尔量）的改变不是彼此独立的，而是互相制约、互相补偿的。
10、0i γ的物理意义：1）表示溶液中组元i 在浓溶液中服从拉乌尔定律和在稀溶液中服从亨利定律两定律间的差别。
2）是组元i 在在服从亨利定律浓度段内以纯物质i 为标准态的活度系数。
3）是不同标准态的活度及活度系数相互转换的转换系数。
4）是计算元素标准溶解吉布斯能的计算参数。
11、光学碱度：在氧化物中加入显示剂，用光学的方法来测定氧化物施放“电子的能力”以表示出2O -的活度，确定其酸-碱性的光学碱度。
12、过剩碱：用碱的总量减去形成复合化合物的消耗的碱性氧化物，用来表示渣中碱性氧化物。
13、亨利定律：当溶液组分B 的浓度趋近于零（0B x →）的所谓稀溶液中，组分B 的蒸汽压与其浓度B x 成线性关系：()BH x B p K x '=,p '--组分B 在B x 的平衡蒸汽压，()H x K --比例常数。
【钢铁精品文档】钢铁冶金概论------钢冶金
会带来不利影响。
•
2)废钢
废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约 70~90%；对氧气顶吹转炉炼钢，既是主原 料之一，也是冷却效果稳定的冷却剂。通 常占装入量的30％以下，适当地增加废钢 比，可以降低转炉钢消耗和成本。
•
•本厂废钢
•返回料（废钢锭、轧钢切头）
•铁矿石要求含铁高，P和水分低；
•合成造渣剂•有加利渣入成于流锰分保动矿。施是护性石是。S炉。i有改作O衬对2助善 为渣，，于于冶合护用若半化炼成炉于是钢渣效造的调半冶，果渣调整钢炼也的剂渣碱，有中剂性加效熔。炉入措剂
冶炼石更英是砂的必利物不于质可成有少渣：的，氧造调化渣整铁材炉、渣氧碱化度锰
•锰矿石
料以。去要或除求其P、ω它MS氧n。≥化要1物8求％、使，萤用石前等应。烘 ωP<0.烤20干％燥，水ω分S<应0.小20于％3，％。
成分：[Si]、[Mn]、[P]、[S]
温度：
•铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理 热约占转炉热收入的50％。因此，铁水的温度不能过低，
•转炉炼钢重要发热否元则素热量不足，影响熔池的温升速度和元素氧化过程，也
，[Si]↑0.1%，废钢影比响化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。入炉铁水温度应
•
2.辅助材料
•石灰（CaO
••对石石灰灰是质炼量钢的主要要求造：渣材 •料，(1)具有有效脱CaPO、含脱量S高能力 ;，(2)也硫是含用量量低最; 多(3的) 残造余渣材 C料O。2少其;(质4)量活好性坏度对高冶炼工
•1）造渣剂
••） •生 菱萤白镁石云矿（石（Ca（MFgC2C）a•石OM英3•预渣g合砂）先材(用•灰用改多重同污成要也••主保含对寿护C造菱焙在料作的是善的的时染造成是要持量炉命炉渣O镁艺寿别在磷量烧炉 ，耐溶在炉萤泡加环渣分造成渣，衬，的加矿操命是很、。3后外然火解很渣石沫剧境剂是渣)分中以的生调入也作等转短硫为制后2材，短的用渣炉是M材C有减侵白渣。萤是，有炉的，）熟成用料ga萤的流量，衬将料一轻蚀云剂石C天产着冶时保O白的于，石时动，导的石，O定初，石。与可然品重炼间证云低炉也的间性会致损3灰其的期提也M以矿质要时内各，石熔内是助内，产喷坏和g主酸高是M加物量影间造种焙，O点造目熔能但生溅，熔g要性炉溅速。，和响短渣钢烧其O造渣前作够过严，并剂渣衬渣石主炉。，去的后溅衬特要除质
《钢铁冶金原理》辽宁科技大学课件
质量调控技术
介绍通过控制炼钢工艺参数和添 加合金元素等方法，实现对钢材 性能和质量的有效调控。
钢材质量检验
介绍钢材质量检验的方法和标准 ，包括化学成分分析、力学性能 试验等。
04
钢材的轧制与加工
钢材的轧制
轧制原理
介绍轧制的基本原理，包括轧制过程中的应力、 应变和温度变化，以及轧制过程中的变形抗力。
介绍电弧炉的结构、工作原理以及操作要 点，包括炉体、电极调节装置、炉料系统 等部分。
精炼设备
连铸设备
介绍精炼设备的种类、工作原理以及操作 要点，包括真空脱气装置、钢包精炼炉等 部分。
介绍连铸机的种类、工作原理以及操作要 点，包括结晶器、振动装置、拉坯矫直机 等部分。
钢的合金化与质量调控
合金元素的作用
反馈机制
教师根据学生表现给予及时反馈，指导学生改进学习方法， 提高学习效果。
THANKS
感谢观看
高炉操作
阐述高炉操作的基本原则、操作 参数控制及常见操作问题与处理 方法。
03
炼钢原理与工艺
炼钢原理
氧化还原反应
炼钢过程中涉及的氧化还原反应是核心原理，通过控制氧气、铁、碳 等元素的反应程度来达到去除杂质和调整钢的成分的目的。
相图原理
利用相图原理，了解不同成分的钢在加热、冷却过程中的相变规律， 指导炼钢工艺参数的选择。
05
钢铁冶金的环境保护与资源利用
钢铁冶金的环境影响
空气污染
钢铁冶金过程中排放的废气和烟尘含有大 量的硫氧化物、氮氧化物、粉尘等污染物
，对空气质量造成严重影响。
土壤污染
钢铁冶金过程中产生的废渣和固体废弃物 含有重金属、放射性物质和其他有害物质
钢铁冶金PPT课件
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30
20年来典型的钢铁.生产工艺流程的变化
31
（a）以往的工艺流程；（b）现代工艺流程
个人观点供参考，欢迎讨论！
.
29
6.结论
（5）须将ISO14001认证和环境评价、发布年度环境 报告纳入钢铁企业的评价体系。
（6）增强钢铁工业从业人员的环保意识和责任感， 加强有关专业培训和普及环保知识是十分重要的。
（7）钢铁工业必须发展而且要实现绿色化，就必须 解决大量的科学、技术与工程问题，因此，应该加强 钢铁工业绿色化技术开发和基础性研究。
.
16
双辊式连铸
(a)上注式，(b)下注式，(c)倾斜式，(d)水平式 1-流槽，2-浮漂，3-前箱，4-供料嘴
以上连铸的特点都是有结经器. ，起冷却的作用
17
O.O.C连铸：
1。改变连铸中冷却结晶器 的方法，反而加热结晶 器。
2. 靠金属液的表面张力将缝 隙中的金属液锁住。
2. 3. 从而改变了温度场， 成为单向凝固，有利获 得单晶。
年份
图5 1990-2000年年产10. 0万吨以上钢厂个数的变
23
化
归一化的可比能耗 kgce/t
中国钢铁工业的能耗与国际先进水平的 差距
800
781
700
683
663
620 602
600
500 日本
法国
德国
英国
中国
* 除中国的数据是2001年的外，其它均是1994年的数据。
.
24
(1) 提高资源和能源使用效率
7100
6535
6000
4000
2000
0 1990
1992
1994
钢铁冶金原理碳的氧化
2 r
：炉渣的静压力，Pa； ：气体的附加压力，Pa；（
： N m1 ；r半径，m）
故：
%C %O mPCO 0.0025 Pg m m g s s g
PCO ↑→
2 r
↑。
钢夜深度↑→ m m g ↑→
%C %O
C
：海绵铁中的C以纯石墨为标准态的活度系数。
P313解释 已知：
fC
1 1 5 X C
（1）
PC PC C X C K H fC X C
KH 0 C fC C fC PC
当海绵铁渗C饱和时：
0 C 饱 = C fC 饱
， k s FeO
A km 0 Vm
M0 A s Vm m M FeO
；
碳氧反应在炼钢过程中的作用
把钢液中的碳含量氧化降低到所炼钢号的规格内。这是炼钢的任务之一。 碳氧反应时产生大量的C0气泡，这些气泡从钢液中排出时，对熔池有一种强 烈的搅拌作用，它均匀了钢液的成分和温度，改善了各种化学反应的动力学条 件，有利于炼钢中各种化学反应的进行。 碳氧反应产物C0气泡，对于钢液中的N、H相当于一个小真空室，钢液中的气体 很容易扩散到这些上浮的C0气泡中，并随之排除到大气之中，所以脱碳反应是 去除钢中气体所必需的手段之一。 非金属夹杂物上浮的速度主要取决于非金属夹杂物的大小。碳氧反应对熔池 的搅拌作用促进了非金属夹杂物的碰撞长大，从而显著地提高了上浮速度。另 外，C0气泡表面也可粘附一部分非金属夹杂物使其上浮入渣。所以，碳氧反应 是去除钢中夹杂物所必需的手段之一。 碳的氧化反应放出大量的热，是氧气转炉炼钢的重要热源。同时，由于C0气泡 的大量产生，使转炉内产生大量的泡沫渣，增加了钢—渣接触面积，有助于反 应速度的提高。
钢铁冶金原理知识点
钢铁冶金原理1.冶金热力学研究对象：反应能否进行，即反应的可行性和方向性、反应达到平衡态的条件及该条件下反应物能达到的最大产出率。
2.平衡常数的含义：可逆化学反应达到平衡时，每个产物浓度系数次幂的连乘积与每个反应物浓度系数次幂的连乘积之比，这个比值叫做平衡常数。
3.稀溶液：一定温度和压力下，溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律的溶液。
4.正规溶液：混合焓不为0，但混合熵等于理想溶液混合熵的溶液。
5.活度系数：是指活度与浓度的比例系数。
6.试比较CO和H2还原氧化铁的特点？解CO和H2是高炉内氧化铁的间接还原剂。
它们均能使Fe2O3还原到Fe。
但它们的还原能力在不同温度下却有所不同。
在810℃，两者的还原能力相同，而在810℃以下，CO的还原能力比H2的还原能力强，但在810℃以上，则相反，氢有较强的还原能力，这反映在还原剂的分压上，随温度的升高，还原FeO所要求的CO分压增高，还原FeO 需要的H2分压则减小。
高炉下部高温区H2强烈参与还原，而使C消耗于形成CO（C 的气化反应）的量有所减少。
另，在高温区内，它们形成的产物H2O（g）及CO2均能与焦炭反应，分别形成H2及CO。
增加间接还原剂的产量。
这也就推动了碳直接还原的进行。
在还原的动力学上，由于H2在FeO上的吸附能力及扩散系数均比CO的大，所以H2还原氧化铁的速率，即使在810℃以下，也比CO的高（约5倍）。
提高还原气体中H2的浓度有利于氧化铁还原速率的增加。
7.氢和氮气对钢会产生哪些危害？答：氢在固态钢中的溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢和CO、N2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。
钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成裂纹，进而引起钢材的强度，塑性，冲击韧性的降低，发生氢脆现象。
氮含量高的钢材长时间放置，将会变脆。
原因是钢种氮化物析出速度很慢，逐渐改变钢的性能。
钢种含氮量高时，在250℃—450℃温度范围，表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为蓝脆。
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V液
V
1
，与固体产物上浮速度公式相同。
K
f M f O 1
,
aM %M
, aO %O ,
a M x O y axM ay O 1 %M x %Oy
设生成纯 M xOy ， aM xOy 1 则：K
1873K，各元素含量为0.1%时的脱氧能力顺序：
⑶ a(MxOy）↓→[%O]↓（产物的稳定性↑）
a M x O y %O x y x f M f O % M K
1 y
⑷ T↓→K↑→[%O]↓（浇铸、凝固过程夹杂物生成，钢材质量↓） 各元素脱氧常数
1 k
与T的关系：
/ K / a2Al a4 0 , lg K
脱氧后钢液的含氧量[%O]计算: Mn O MnO
lg K Mn
MnO %MnO 12760
%Mn %O
T
3.68
(1)
对于Si-Mn复合脱氧渣浓度关系：
%FeO %MnO %SiO2 饱和 100
FeO Fe O
Mn
:
K / aMn aO
K aSi a
/ 2 O
,
lg K /
/
14450 6.43 T
Si
V 0.1% V 0.3%
:
, ,
30410 lg K 11.59 T 48060 lg K 18.61 T
,
⑶ 铝合金脱氧：
， Mn Si 0 ~ 10 ，氧的去除速度提高很快。其它复合脱氧剂还有硅钙合金(Si-Ca)、
Si
锰、硅可进一步提高铝的脱氧能力，据研究在
Al
0 .2
铝钙合金(Al-Ca)、钡钙合金(Ba-Ca)、稀土(Re)复合脱氧剂等。
4、沉淀脱氧的动力学(p546)
脱氧过程可分为5个阶段：
因此复合脱氧的优越性只有在单独脱氧剂间彼此不生成稳
定的中间金属化合物时才能显示出来。
⑵ 硅锰合金脱氧： 反应： Si 2MnO SiO2 2Mn ，脱氧能力 Si Mn 。 SiO2 达饱和， aSiO 1 。
2
K
a SiO2 a2Mn aSi a2MnO
1 % Mn 2 %MnO 2 %Si MnO
2
2 %Mn lg K Si Mn lg 2 %MnO2 %Si MnO
5480 4.79 T
由于(MnO)可与(SiO2)结合成(MnO · SiO2)，降低了
a(SiO2)↓，使Si的脱氧能力↑。
Al 1ppm ： 2Al 4O Al2O4 ,
71600 23.28 T 67260 22.42 T
Al 1ppm ：2Al 3O Al2O3
C ： K / aC aO , P
CO
, K / a2Al a30 ,
2、脱氧剂的脱氧能力：
脱氧能力：一定温度下，脱氧反应达平衡时的平衡氧活度。
Me O MeO Q
aO f T
,T↓→ aO ↓→脱氧能力↑
xM yO M x Oy Q
一般将1600℃下各种脱氧剂的脱氧能力进行比较。
a M x O y axM ay O
第七章 脱氧 (p541)
§7.1 氧在冶金中的行为
1、来源： 由于炼钢炉内存在氧化条件：炉气、原料及炉衬中的氧、氧化 性炉渣，故出钢时钢液中含有一定量的氧，大量元素氧化后，钢 水含氧0.02-0.08%，一般在浇铸前要经过一定程度的脱氧，以使其 含量降低到一定限度。 2、危害： ⑴在钢凝固时，沿晶界析出 FeS+FeO+Fe 的共晶体，加剧钢中 S 的 “热脆”。
4-⑶ 脱氧产物排除
g d 2 m s V 18 m g d 2 m s m s V液 6 m 2 m 3 s
V液
m s 3 2 3 V s m
1 ，产物上浮排除。
1 x y % M %O f T K 1 1 K 称为脱氧常数； K ↓→ %O ↓→脱氧能力↑
Al>Ti>B>Si>C>V>Cr>Mn
常见元素的脱氧能力：Ca>La>Ce>Lr>Al>Si>Mn
xM yO M x Oy Q
K
a M x O y
/
:
K a a
/ 2 V
4 0
:
3 K / a2 a V 0
,
lg K /
43200 17.52 T
3、复合脱氧：用两种或两种以上脱氧元素对钢液进行脱氧。 ①一般可提高各单一元素的脱氧能力。 特点： ②可获得低熔点的液态脱氧产物，易于聚合、上浮排 除，提高钢水质量。 ⑴热力学条件： 用含有M与N的合金进行脱氧，其中M为强脱氧剂，N为弱脱氧剂。
a3G3 a4 G4 a1G1 0 ， G ， (M N ) M ； a3G3 a4 G4 a1G1 0 ， G不变 ，(M N ) M ； a3G3 a4 G4 a1G1 0 ， G ， (M N ) M 。
mM nN M m N n , G1
pM qO M p Oq , G2
(形成中间金属化合物)
rN sO N r Os , G3
k M pOq l Nr Os M pOq k Nr Os l ，G4
反应：
特点： ①操作简便，成本低，普遍采用。
Si 2O SiO2 Q Mn O MnO Q 2Al 3O Al2O3 Q 2Ce 3O Ce2O3 Q
②放热反应T↓→在浇铸与凝固过程中反应仍在进行，部分 非金属产物来不及上浮排除形成钢中夹杂缺陷。
⑵浇铸过程中[C]+[O]→CO(g)，使正在凝固的金属中产生 CO气体，
形成气泡缺陷，甚至在浇铸过程中由于CO气体的排除而出现“冒 涨”直接影响浇铸及钢的质量。
§7.2 沉淀脱氧
1、方法： 在钢液中加入与氧的亲和力大于铁的脱氧元素，形成不溶于钢 的氧化物而将氧脱除的方法。脱氧沉淀物浮入渣层。 脱氧剂：硅、锰、铅、稀土元素、碱土金属。
因此不能绝对认为复合脱氧能力大于单独脱氧能力，应具 体分析。对于常用脱氧剂：Mn、Si、Al复合脱氧剂时，不生成
中间金属化合物[MnmSinAls] ，所以， G1 0 。
G a2 G2 a3 G3 a4 G4
G3 、 G4 均为负值。 其中 G2 、
故 G G2 ， G G3，复合脱氧能力大于单独脱氧能力。
L0
（2） (3)
%FeO
%O
, %FeO %O
L0
联立求解⑴、⑵、⑶式： %O
1 L0 K Mn %Mn/ MnO
lg MnO 810 1.06 T
L0 100 %SiO2 饱和
其中，
6320 lg L0 0.734 T
⑴ 脱氧剂溶解于金属液中； ⑵ 生成初次脱氧产物的核心； ⑶ 脱氧产物核心长大；
⑷ 脱氧产物排除；
⑸ 冷却和凝固过程中的二次脱氧 。
4-⑴ 脱氧剂的溶解和均匀化 4-⑵ 脱氧产物的生核和长大
4 G r 3 GV 4 r 2 3 d (G ) 0 dr
2 r GV
1168 2.07 T
lg K /
lg K /
Cr 3%
Cr 3%
: :
K a
/
2 Cr
a
4 0
, ,
lg K / lg K /
50700 21.70 T 40740 17.28 T
K a
/
2 Cr
a
3 0
x fM axM f Oy ay O
a M x O y %O x f x f y % M K M O
1 y
降低钢液含氧量[%O]的热力学条件： ⑴ [%M]平↑→[%O]↓（脱氧剂加入量↑） ⑵ f[M]↑.f[O]↑→[%O]↓（钢液成分）
（形成低熔点互溶体或化合物）
整体脱氧反应：M m Nn kq lsO M pOq k Nr Os l , G
G a2 G2 a3G3 a4 G4 a1G1
复合脱氧的热力学条件：
G 0
用M或M+N脱氧时，脱氧能力的比较：
a2 G2 一定， G 取决于a3G3 a4 G4 a1G1 的正负：