单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第三章、脱氧与钢中非金属夹杂物,第一节、脱氧的必要性,在氧气炼钢过程均采用向金属熔池供氧以氧化去除铁,液中碳、硅、磷等杂质；,为获得高的反响效率，必须供入充足的氧；,在冶炼临近结束时，钢液实际上处于“过度氧化状态。,1650,C时，O,饱和,0.238,实际炼钢生产中钢液的溶,解氧含量,O,低于,O,饱和,；,钢液,O,含量除与温度有关,外，还与钢液其它组元含,量、炉渣氧化性、氧气炼,钢供氧参数等有关；,冶炼结束时,O,含量存在一,波动范围；,以氧气底吹转炉为例，当,终点,C,含量在,0.02,0.10,之间时，,O,含量在,0.08,0.01,之间。,。,固体钢中氧的溶解度变化,铁凝固后氧在固体,铁中的溶解度显著,降低；,铁中氧的溶解度,最大约为,80,ppm；,铁中氧的溶解度,最多为,25,ppm；,铁中氧的溶解度,仅约为,34,ppm。,这意味着在凝固以及随后的冷却过程，铁液中的溶解,氧几乎全部均要由Fe中析出。,氧对钢性能的影响,氧是在钢的凝固过程偏析倾向最严重的元素之一，氧的偏析系数1O固体钢/O钢液为0.98。,在钢凝固和随后的冷却过程，,由于溶解度急剧降低，钢中,原溶解的绝大局部氧以铁氧,化物、氧硫化物等微细夹杂,物形式在奥氏体或铁素体晶,界处富集存在；,氧化物、氧硫化物等微细夹,杂物会造成晶界脆化，在钢的加工和使用过程容易成为,晶界开裂的起点，导致钢材发生脆性破坏；,钢中氧含量增加会降低钢材的延性、冲击韧性和抗疲劳,破坏性能，提高钢材的韧脆转换温度，降低钢材的耐,腐蚀性能等。,钢液的脱氧,在氧化冶炼完成后，必须对钢液进行脱氧，将钢,液的氧含量降低到较低的水平。,对钢液进行脱氧目前主要有三种方法：,1直接沉淀脱氧法；,2扩散脱氧法；,3真空脱氧法。,直接沉淀脱氧是用与氧亲和力较铁与氧亲和力强的元素作脱氧剂，脱氧剂与钢液中的氧直接作用，发生脱氧反响，反响产物由钢液上浮排除，从而到达脱氧目的。,其中，M：脱氧元素；,O：钢液氧含量。,沉淀脱氧是目前广为采用的脱氧方法。脱氧时将脱氧剂以铁合金形式直接参加到钢液中，某些比重较轻或较易气化的脱氧剂例如铝、钙、镁等那么多采用向钢液喂丝或喂包芯线方法参加至钢液中。沉淀脱氧反响速度快，操作简便，本钱较低，但由于局部脱氧产物会滞留在钢中。,扩散脱氧是向炉渣中参加碳粉、硅铁粉、铝粉等脱氧剂，降低炉渣的FeO含量。由氧在渣钢之间的分配平衡关系式可知，当渣中FeO含量不断降低时，钢中的氧即会向炉渣中扩散，以维持氧在渣钢间的分配平衡，从而到达钢液脱氧的目的。,扩散脱氧方法目前主要应用于钢水炉外精炼。扩散脱氧的优点是脱氧产物不玷污钢液，缺点是脱氧速度较慢。,真空脱氧是指将钢液至于真空条件下，通过降低CO气体分压，促使钢液内CO反响继续进行，利用CO反响到达脱氧的目的。,真空脱氧方法的最大特点是脱氧产物CO几乎全部可由钢液排除，不玷污钢液。缺点是钢液温度损失较大，且投资和生产本钱较高。,COCO,脱氧常数K值愈大，与一定浓度脱氧元素M相,平衡的钢液O含量愈高，元素的脱氧能力愈,弱。,反之，脱氧常数K值愈低，那么元素的脱氧能力愈,强。,第四章、钢液中的气体和去除,钢中的气体:,氮气,氢气,H对钢材性能的影响：,显著降低延性氢脆；,当氢由钢中析出变成分子,态氢时，造成内部裂纹白,点。,N,对碳钢韧脆转换温度的影响,N对钢材性能的影响：,加重钢材的时效；,降低钢材的冷加工性能；,造成焊接热影响区脆化；,加剧钢材的冷脆。,气体在钢液中的溶解：,空气N2、H2O；,炉料石灰、废钢、合金、耐火材料等。,钢中气体的来源：,J.F.Elliott,Thermochemistry for Steelmaking,Vol.2,Addison-Wesley，1963,H的另一来源：水蒸气,H,2,OCOCO,2,H,2,G,29500 26.8T,H,2,O1/2O,2,H,2,G,24957057.10T,空气、炉料中水分均,为钢液H的重要来,源！,电弧炉冶炼过程，电弧温度高达4000,7000,C，高,温加速了H2、N2、H2O的解离和溶解。电弧炉炼,钢钢液N、H含量高于氧气转炉。,钢液的脱氮和脱氢,3钢水真空精炼脱除N、H,脱碳可以强烈搅拌熔池，加速N、H向,液气反响界面的传递；,脱碳反响生成大量CO气泡，在CO气泡内氮、,氢的分压近似为零；,CO气泡可成为N2、H2核心。,1利用脱碳反响脱除N、H,2钢水包内吹氩脱除N、H,低N,钢液的脱氮是尚,未解决的难题,RH处理前后钢中N的变化,V-KIP处理前后N的变化,生产低N,钢采用：,铁水预处理；,顶底复吹转炉；,不脱氧出钢；,严格保护浇铸。,不同工序钢中N含量的变化,脱氮困难的原因：,钢液中氮的溶解度高；,空气氮分压高；,液态钢温度下很难利,用化学反响脱氮；,氧、硫外表活性元素影响。,复习要点,试题类型,一、选择题(40题，共20分),二、判断题(20题，共20分),三、简答题(8题，共24分),四、计算题(12分),五、计算题(12分),六、计算题(12分),强调根本知识掌握，范围较广，没有偏题、难题。,主要复习内容,二、炼钢的根本反响,铁的氧化和熔池的根本传氧方式(直接、,间接氧化、火点区、泡沫、乳化),脱碳反响(脱碳反响重要性、CO关系、,气相压力影响等),一、炼钢的根本任务,钢与生铁的区别(成份、性能),炼钢的根本任务,主要炼钢工艺流程、方法,二、炼钢的根本反响,脱碳反响的动力学(扩散、化学反响、CO形核),硅的氧化反响(热力学分析、热效应、对其它反,应的影响等),锰的氧化与复原(热力学分析、热效应、氧化程,度),脱磷反响(有利于脱磷因素、炉渣的重要作用、,回磷),脱硫反响(有利于脱硫因素、炉渣的重要作用、,金属脱硫),三、脱氧与钢中非金属夹杂物,脱氧方式(沉淀脱氧、扩散脱氧、真空碳脱氧),元素的脱氧能力(脱氧常数K、常用脱氧元素的,脱氧能力顺序),一次脱氧产物、二次脱氧产物、三次脱氧产物。,复合脱氧及常用的复合脱氧剂,沉淀脱氧动力学(脱氧反响、脱氧产物形核、长,大、上浮等),Stokes定律运用,非金属夹杂物来源(内生、外来、二次氧化等),四、转炉炼钢工艺,转炉炼钢过程钢及渣成分的变化,转炉造渣的特点,氧枪的有关射流理论,转炉炼钢的操作制度,渣料参加量的计算方法,转炉冶炼工艺的根本常识及俗语,六、炉外精炼工艺,LF、VOD、RH CAS,工艺特点、功能及冶金效果,吹氩、喷粉、喂丝工艺的特点、功能及冶金 效果,轴承钢及不锈钢冶炼的有关工艺特点,五、电炉炼钢工艺,电炉炼钢工艺过程的工艺特点,电炉炼钢对炉料的要求及参加原那么,电炉供电及供氧的根本常识,合金参加量的计算方法,泡沫渣的形成条件及造泡沫渣的方法,八、钢液结晶与凝固结构,钢液的结晶(均质形核、非均质形核、成分过冷等),晶体的长大(树枝晶的形成),凝固结构(连铸坯的凝固结构及影响因素),七、炼钢新技术,转炉炼钢最近的新技术，如溅渣护炉、全自动,吹炼等；,电炉炼钢最近的新技术，如废钢预热、二次燃,烧等；,十一、凝固过程中气体和非金属夹杂物,钢在高温下的脆化理论,九、凝固偏析,连铸坯中夹杂物的主要来源,减少连铸坯中夹杂物和气体的主要措施,十、钢的高温力学性能及凝固收缩,什么是显微偏析和宏观偏析？,产生的原因,影响凝固偏析的主要因素,十二、连续铸钢,连铸的意义及特点,连铸机主要机型及特点,连铸主要设备及工艺,钢包、中间包、结晶器、二冷、拉矫、切割、冷床,连铸机生产能力、作业率、拉速等,拉速及影响因素(结晶器出口处凝固坯壳厚度),连铸机的生产能力计算：小时、日、年产量的计算,连铸新技术介绍,作业 3：,(2)金属熔池含碳3.8%，含硅0.13%，如渣中SiO2活度为0.25，试计算CSi优先氧化的转变温度。,解题步骤：,2、计算出钢液中C和Si的活度,1、由有关资料查到钢液组元活度相互作用系数,3、得到CSi选择氧化反响的标准自由能变化,2O 2C 2CO,G4096477.88 T,(2),Si2OSiO,2,(l),G593560230.2 T,(1),(1)(2)，得到：,2CSiO,2,(l)Si2CO (3),G 0,作业 4：,1、铁水成分如下：,C Si Mn P,(wt%),4.0 0.6 1.0 1.5,初期炉渣成分如下：,CaO MnO FeO SiO2 P2O5,(mol%),40 20 5 33 2,在初期渣成分下将碳脱除至2.0%，熔池温度为1450,，问此时是否能够脱磷？,0.08 -0.012 0.051 0.14 0.13 0.12 0 0.062,解题步骤：,1、得到CP选择氧化反响的标准自由能变化,2O 2C 2CO (1),G4096477.88 T,4/5P2O2/5(P2O5)(2),G 141152109.24 T,(1)(2)，得到：,2C2/5(P2O5)4/5P2CO (3),G 100188187.12 T,2C2/5(P2O5)4/5P2CO (3),G 100188187.12 T,4、计算炉渣中P2O5的活度系数,2、由有关资料查到钢液组元活度相互作用系数,3、计算出钢液组元活度系数,Turkdogan经验公式：,5、计算CP转换反响的自由能变化,2、在1600低碳钢液中参加含硅75的硅铁合金,2.66kg/t，假设钢液中O为0.04，假设脱氧反,应到达平衡，试计算硅的脱氧量、耗硅量及,SiO2的生成量。如降温至1520和1500时又,如何？,解题步骤：,1、计算Si-O平衡的钢液Si含量,Si+2O=SiO,2,(s),G=585700226.86 T,4、计算脱氧量,2、计算出用以脱氧的耗硅量W,Si,3、计算SiO2的生成量W,SiO2,作业 5：,根据Stokes定律计算得出不同尺寸的夹杂物在钢,液中上浮一米所需要的时间(夹杂物直径：10,500,m)。,