第五章煉鋼基本原理

1、煉鋼原理及原材料煉鋼原理及原材料一、煉鋼的基本任務(wù)一、煉鋼的基本任務(wù) 鋼和鐵都是以鐵元素為基本成分的鐵碳合金。生鋼和鐵都是以鐵元素為基本成分的鐵碳合金。生鐵和鋼所以在性能上有較大的差異，主要原因是由于鐵和鋼所以在性能上有較大的差異，主要原因是由于含碳量的不同。含碳量的不同。 生鐵含碳高，硬而脆，冷熱加工性能差；而鋼則生鐵含碳高，硬而脆，冷熱加工性能差；而鋼則具有較好的韌性，強(qiáng)度高，熱加工性能和焊接性能比具有較好的韌性，強(qiáng)度高，熱加工性能和焊接性能比生鐵好，才能加工成各種類型的鋼材而使用。生鐵除生鐵好，才能加工成各種類型的鋼材而使用。生鐵除含有較高的碳外，還含有一定量的其他雜質(zhì)。含有較高的碳外，

2、還含有一定量的其他雜質(zhì)。 所謂煉鋼所謂煉鋼，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對(duì)鋼性能的要求加入適量的合金元素，害雜質(zhì)，再根據(jù)對(duì)鋼性能的要求加入適量的合金元素，使其成為具有高的強(qiáng)度、韌性或其他特殊性能的鋼。使其成為具有高的強(qiáng)度、韌性或其他特殊性能的鋼。 煉鋼的基本任務(wù)可歸納為：煉鋼的基本任務(wù)可歸納為：（1 1）脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。）脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。 最主要任務(wù)最主要任務(wù) （2 2）去除雜質(zhì)，主要包括：）去除雜質(zhì)，主要包括：A A）脫磷、脫硫：對(duì)絕大多數(shù)鋼種來說，脫磷、脫硫：對(duì)絕大多數(shù)鋼種來說，P P、S S均為有害雜均為

3、有害雜質(zhì)。質(zhì)。P P可引起鋼的冷脆，而可引起鋼的冷脆，而S S則引起鋼的熱脆，因此，要求則引起鋼的熱脆，因此，要求在煉鋼過程中盡量除之。在煉鋼過程中盡量除之。B B）脫氧：一般是向鋼液中加入比鐵有更大親氧力的元素脫氧：一般是向鋼液中加入比鐵有更大親氧力的元素來完成（如來完成（如AlAl、SiSi、MnMn等合金）。等合金）。C C）去除氣體和非金屬夾雜物：鋼中氣體主要指溶解在鋼去除氣體和非金屬夾雜物：鋼中氣體主要指溶解在鋼中的氫和氮。非金屬夾雜物包括氧化物、硫化物、磷化物、中的氫和氮。非金屬夾雜物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它們所形成的復(fù)雜化合物。在一般煉鋼方法中，氮化物以及它們所形

4、成的復(fù)雜化合物。在一般煉鋼方法中，主要靠碳主要靠碳- -氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生COCO氣泡的逸出，所引起的熔池沸氣泡的逸出，所引起的熔池沸騰來降低鋼中氣體和非金屬夾雜物。騰來降低鋼中氣體和非金屬夾雜物。（3 3）調(diào)整鋼液成分和溫度。為保證鋼的各種物）調(diào)整鋼液成分和溫度。為保證鋼的各種物理、化學(xué)性能，除控制鋼液的碳含量和降低雜理、化學(xué)性能，除控制鋼液的碳含量和降低雜質(zhì)含量外，還應(yīng)加入適量的合金元素使其含量質(zhì)含量外，還應(yīng)加入適量的合金元素使其含量達(dá)到鋼種規(guī)格范圍。達(dá)到鋼種規(guī)格范圍。歸納為：歸納為：“四脫四脫”（碳、氧、磷和硫），（碳、氧、磷和硫），“二去二去”（去氣和去夾雜），（去氣和去夾雜），

5、“二調(diào)整二調(diào)整”（成分和溫度）。（成分和溫度）。采用的采用的主要技術(shù)手段主要技術(shù)手段為：為：供氧供氧，造渣造渣，升溫升溫，加加脫氧劑脫氧劑和和合金化操作合金化操作?，F(xiàn)代煉鋼方法：現(xiàn)代煉鋼方法：氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼，電弧爐煉鋼，電弧爐煉鋼，平爐煉鋼（已淘汰）平爐煉鋼（已淘汰）二、煉鋼原材料二、煉鋼原材料金屬料：鐵水（或生鐵塊）、廢鋼、鐵金屬料：鐵水（或生鐵塊）、廢鋼、鐵合金、直接還原鐵等合金、直接還原鐵等輔助原料（非金屬料）：造渣料、氧化輔助原料（非金屬料）：造渣料、氧化劑、冷卻劑劑、冷卻劑氧氣轉(zhuǎn)爐氧氣轉(zhuǎn)爐：一般以鐵水為主要原料，適當(dāng)加廢：一般以鐵水為主要原料，適當(dāng)加廢鋼做為冷卻劑；鋼做為

6、冷卻劑；電爐電爐：一般采用廢鋼或直接還原鐵做為主要原料；：一般采用廢鋼或直接還原鐵做為主要原料；金屬料金屬料鐵水（或生鐵塊）鐵水（或生鐵塊）轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料，占轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料，占70708585轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)鐵水的要求：轉(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)鐵水的要求： 鐵水成分直接影響轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐內(nèi)溫度、化渣和鋼水質(zhì)量鐵水成分直接影響轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐內(nèi)溫度、化渣和鋼水質(zhì)量SiSi、MnMn、S S 鐵水溫度（要求鐵水溫度（要求1250 1250 ）廢鋼廢鋼轉(zhuǎn)爐冶煉加入一定廢鋼（轉(zhuǎn)爐冶煉加入一定廢鋼（15153030左右）左右）電爐冶煉的主要原料電爐冶煉的主要原料 直接還原鐵直接還原鐵 鐵合金鐵合金作為脫氧劑和合金劑，調(diào)整鋼水

7、成分作為脫氧劑和合金劑，調(diào)整鋼水成分脫氧劑用于鋼液脫氧；合金劑用于調(diào)整鋼液成分脫氧劑用于鋼液脫氧；合金劑用于調(diào)整鋼液成分造渣材料造渣材料石灰（石灰（CaOCaO）白云石（白云石（MgOMgO）螢石（螢石（CaFCaF2 2）氧化劑氧化劑O O2 2鐵礦石鐵礦石氧化鐵皮氧化鐵皮冷卻劑冷卻劑廢鋼廢鋼富鐵礦富鐵礦氧化鐵皮氧化鐵皮石灰石石灰石輔助材料輔助材料三、煉鋼爐渣三、煉鋼爐渣 爐渣是煉鋼過程的必然產(chǎn)物。爐渣是煉鋼過程的必然產(chǎn)物。爐渣的來源：爐渣的來源： 有意加入的造渣材料；金屬爐料中各元素有意加入的造渣材料；金屬爐料中各元素氧化所形成的氧化物；廢鋼帶入的泥沙和鐵氧化所形成的氧化物；廢鋼帶入的泥沙

8、和鐵銹等；鐵礦石、燒結(jié)礦等帶入的脈石；被侵銹等；鐵礦石、燒結(jié)礦等帶入的脈石；被侵蝕的爐襯耐火材料以及加入的各種造渣材料蝕的爐襯耐火材料以及加入的各種造渣材料( (石灰或石灰石、鐵礬土、螢石、廢火磚塊石灰或石灰石、鐵礬土、螢石、廢火磚塊等等) )。 煉好鋼首先要煉好渣煉好鋼首先要煉好渣，所有煉鋼任務(wù)，所有煉鋼任務(wù)的完成幾乎都與熔渣有關(guān)。熔渣的結(jié)構(gòu)決的完成幾乎都與熔渣有關(guān)。熔渣的結(jié)構(gòu)決定著熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)，而定著熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)，而熔渣的物理熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)又影響著煉鋼的化學(xué)反應(yīng)平衡及化學(xué)性質(zhì)又影響著煉鋼的化學(xué)反應(yīng)平衡及反應(yīng)速率反應(yīng)速率。因此，在煉鋼過程中必須控制。因此，在煉鋼過程中必須控制

9、和調(diào)整好爐內(nèi)熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)。和調(diào)整好爐內(nèi)熔渣的物理化學(xué)性質(zhì)。 爐渣組成：爐渣組成：主要成分：主要成分：CaOCaO、 SiOSiO2 2、FeFe2 2O O3 3、FeOFeO、P P2 2O O5 5、CaSCaS 等等以及一以及一些復(fù)雜化合物。些復(fù)雜化合物。爐渣作用：爐渣作用：一般說來，熔煉過程中爐渣和鋼液直接接觸，參與共間一般說來，熔煉過程中爐渣和鋼液直接接觸，參與共間的物理化學(xué)反應(yīng)和傳熱過程。通過對(duì)爐渣成分及其性能、的物理化學(xué)反應(yīng)和傳熱過程。通過對(duì)爐渣成分及其性能、數(shù)量的調(diào)整，可以控制金屬中各元素的氧化和還原過程，數(shù)量的調(diào)整，可以控制金屬中各元素的氧化和還原過程，例如硅、錳、磷的

10、氧化和還原，脫硫和脫氧等。例如硅、錳、磷的氧化和還原，脫硫和脫氧等。爐渣還能吸收鋼液中的非金屬夾雜物，并防止鋼液吸收爐渣還能吸收鋼液中的非金屬夾雜物，并防止鋼液吸收氣體氣體 ( (氫和氮?dú)浜偷? )。此外，電弧爐爐渣可以起到穩(wěn)定電弧的作用；電渣爐爐此外，電弧爐爐渣可以起到穩(wěn)定電弧的作用；電渣爐爐渣作為電阻發(fā)熱體，可起重熔和精煉金屬的作用；澆注渣作為電阻發(fā)熱體，可起重熔和精煉金屬的作用；澆注過程采用液體渣或固體渣保護(hù)，可改善鋼錠質(zhì)量。過程采用液體渣或固體渣保護(hù)，可改善鋼錠質(zhì)量。煉鋼爐渣的主要性質(zhì)煉鋼爐渣的主要性質(zhì) 爐渣的堿度爐渣的堿度 爐渣中堿性氧化物濃度總和與酸性氧化物濃爐渣中堿性氧化物濃度總

11、和與酸性氧化物濃度總和之比稱之為爐渣堿度，常用符號(hào)度總和之比稱之為爐渣堿度，常用符號(hào)R R表示。熔表示。熔渣堿度的大小直接對(duì)渣鋼間的物理化學(xué)反應(yīng)如脫渣堿度的大小直接對(duì)渣鋼間的物理化學(xué)反應(yīng)如脫磷、脫硫、去氣等產(chǎn)生影響。磷、脫硫、去氣等產(chǎn)生影響。 爐料中爐料中w wPP 0.30%98%98%）（直接供氧）（直接供氧） 加入富鐵礦（加入富鐵礦（FeFe2 2O O3 3）（）（間接供氧）間接供氧） 爐氣爐氣氧的去向氧的去向：O氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)，生成生成：CO，SiO2，CO2，P2O5生成生成FeO，進(jìn)入爐渣進(jìn)入爐渣氧化方式氧化方式：直接氧化（鋼中的元素與直接氧化（鋼中的元素與氧分子氧分子直接接觸

12、被氧化）直接接觸被氧化）間接氧化（鋼液中的元素與間接氧化（鋼液中的元素與氧原子氧原子直接接觸或直接接觸或FeO接觸被氧化）接觸被氧化）直接氧化直接氧化氣體分子分解并吸附在鐵液上氣體分子分解并吸附在鐵液上 O22O吸附吸附 O吸附吸附O 溶解到鐵液中溶解到鐵液中 O吸附吸附Me=MeO 與金屬反應(yīng)與金屬反應(yīng)條件條件：O能與金屬接觸，高度分散在熔池中能與金屬接觸，高度分散在熔池中直接向金屬液吹入氧氣，氧氣與金屬液直接接觸直接向金屬液吹入氧氣，氧氣與金屬液直接接觸O22Me2MeO間接氧化間接氧化 O2Fe（FeO）在氧流區(qū)，在氧流區(qū)，F(xiàn)e多多在熔池中，在熔池中， （FeO）FeO O+Fe=FeO

13、 2O+Si=(SiO2) 5O+2P=(P2O5) O+C=CO(FeO) 元素的氧化順序元素的氧化順序 （1 1） 純氧化物的分解壓。熔池中元素被大純氧化物的分解壓。熔池中元素被大量氧化的先后次序，取決于它們與氧的親和力量氧化的先后次序，取決于它們與氧的親和力的大小。一般用該元素氧化物的分解壓來表示的大小。一般用該元素氧化物的分解壓來表示該元素與氧的親和力的強(qiáng)弱。純氧化物的分解該元素與氧的親和力的強(qiáng)弱。純氧化物的分解反應(yīng)可用下式表示：反應(yīng)可用下式表示：2MeO=2Me+O2MeO=2Me+O2 2在一定溫度下，分解反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，其平衡在一定溫度下，分解反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，其平衡常數(shù)等于氣相中

14、氧的分壓，即：常數(shù)等于氣相中氧的分壓，即：K=PK=PO2O2，此，此P PO2O2稱稱為該氧化物的分解壓。為該氧化物的分解壓。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下的分解壓，即可繪出通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下的分解壓，即可繪出P PO2O2-t-t的關(guān)系曲線圖（見下頁）。圖中曲線的位置愈低，表的關(guān)系曲線圖（見下頁）。圖中曲線的位置愈低，表明該氧化物的分解壓愈小，該氧化物愈穩(wěn)定，即該元明該氧化物的分解壓愈小，該氧化物愈穩(wěn)定，即該元素易被氧化。由圖還可以看出：素易被氧化。由圖還可以看出：1 1）在某一溫度下，幾種元素同時(shí)和氧相遇時(shí)，位置低）在某一溫度下，幾種元素同時(shí)和氧相遇時(shí)，位置低的元素先氧化。如的元素先氧化。如

15、15001500時(shí)，氧化順序?yàn)闀r(shí)，氧化順序?yàn)锳lAl、SiSi、C C、V V、MnMn。2 2）位置低的元素可將位置高的氧化物還原。煉鋼過程）位置低的元素可將位置高的氧化物還原。煉鋼過程中脫氧就是利用中脫氧就是利用AlAl、SiSi等元素將等元素將FeOFeO還原。還原。純氧化物分解壓與溫度關(guān)系純氧化物分解壓與溫度關(guān)系 四、元素的氧化和還原四、元素的氧化和還原 1 1、鐵的氧化、鐵的氧化 由于鐵元素在鐵水中相對(duì)濃度最大，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)由于鐵元素在鐵水中相對(duì)濃度最大，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量作用定律，鐵的氧化反應(yīng)是最多最快的，煉鋼初的質(zhì)量作用定律，鐵的氧化反應(yīng)是最多最快的，煉鋼初期首先一部分被氧化為氧

16、化亞鐵，反應(yīng)如下：期首先一部分被氧化為氧化亞鐵，反應(yīng)如下： O O2 2 2 Fe 2 Fe 2 2（FeOFeO） 或或 O O Fe Fe （ FeOFeO） 煉鋼過程中雜質(zhì)元素的氧化，一般講煉鋼過程中雜質(zhì)元素的氧化，一般講主要是通過（主要是通過（FeOFeO）進(jìn)行的間接氧化反應(yīng)。進(jìn)行的間接氧化反應(yīng)。 Si的氧化的氧化 硅是鋼中的有益元素，它能增加鋼的強(qiáng)度、彈性、耐硅是鋼中的有益元素，它能增加鋼的強(qiáng)度、彈性、耐熱性和耐酸性。在煉鋼金屬料熱性和耐酸性。在煉鋼金屬料鐵水和廢鋼中，均含有一鐵水和廢鋼中，均含有一定數(shù)量的硅。在煉鋼溫度下硅可氧化成為定數(shù)量的硅。在煉鋼溫度下硅可氧化成為SiOSiO2

17、 2。 在任何一種煉鋼操作中，硅的氧化反應(yīng)都進(jìn)行得很激在任何一種煉鋼操作中，硅的氧化反應(yīng)都進(jìn)行得很激烈。這是因?yàn)樵谝睙挸跗?，烈。這是因?yàn)樵谝睙挸跗?，SiOSiO2 2的分解壓力比碳、錳和磷的分解壓力比碳、錳和磷的氧化物的分解壓都低。所以它極易被氧化，氧化時(shí)放出的氧化物的分解壓都低。所以它極易被氧化，氧化時(shí)放出大量的熱量。在轉(zhuǎn)爐中幾分鐘內(nèi)硅即氧化完畢。大量的熱量。在轉(zhuǎn)爐中幾分鐘內(nèi)硅即氧化完畢。 金屬爐料未被爐渣覆蓋，或氧氣直接吹入金屬熔池時(shí)金屬爐料未被爐渣覆蓋，或氧氣直接吹入金屬熔池時(shí)，爐料中的硅可按下列反應(yīng)被氣，爐料中的硅可按下列反應(yīng)被氣態(tài)氧直接氧化態(tài)氧直接氧化 2O+Si 2O+Si(SiO

18、(SiO2 2) )當(dāng)爐渣形成后或金屬液滴和氣泡與渣接觸時(shí)，硅的氧化當(dāng)爐渣形成后或金屬液滴和氣泡與渣接觸時(shí)，硅的氧化主要在爐渣與金屬界面上進(jìn)行：主要在爐渣與金屬界面上進(jìn)行： Si +2(FeO)(SiO2)+2 Fe 由于硅的氧化是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，所以熔煉初期，由于硅的氧化是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，所以熔煉初期，爐溫不高時(shí)反應(yīng)進(jìn)行得很快。爐溫不高時(shí)反應(yīng)進(jìn)行得很快。 硅氧化時(shí)產(chǎn)生的酸性氧化物（硅氧化時(shí)產(chǎn)生的酸性氧化物（SiOSiO2 2）起初與（）起初與（FeOFeO）結(jié)合成硅酸鐵，即結(jié)合成硅酸鐵，即 （ S i OS i O2 2 ） 2 2 （ F e OF e O ） ） （ 2FeO2FeO S

19、iO SiO2 2 ） 在堿性煉鋼操作中，隨著石灰的逐漸熔化，在堿性煉鋼操作中，隨著石灰的逐漸熔化，（ FeOFeO）被更強(qiáng)的堿性氧化物（被更強(qiáng)的堿性氧化物（ CaOCaO）從硅酸鐵中置換從硅酸鐵中置換出來，形成正硅酸鈣：出來，形成正硅酸鈣： (2FeO(2FeOSiOSiO2 2)+2(CaO)+2(CaO)(2CaO(2CaOSiOSiO2 2)+2(FeO)+2(FeO) 正硅酸鈣很穩(wěn)定，故在堿性渣中，冶煉前期硅幾正硅酸鈣很穩(wěn)定，故在堿性渣中，冶煉前期硅幾乎全部被氧化，而不會(huì)再被還原。乎全部被氧化，而不會(huì)再被還原。 錳的氧化與還原錳的氧化與還原 錳在鋼中以錳在鋼中以MnOMnO、MnSM

20、nS等形式存在。錳在鋼中也是一等形式存在。錳在鋼中也是一種有益的元素，它可以防止鋼的熱脆，提高鋼的強(qiáng)度、種有益的元素，它可以防止鋼的熱脆，提高鋼的強(qiáng)度、硬度、可鍛性等機(jī)械性能。另外錳在煉鋼中還起著脫硬度、可鍛性等機(jī)械性能。另外錳在煉鋼中還起著脫氧氧劑和脫硫劑的作用。劑和脫硫劑的作用。錳在鐵液中有無限的溶解度，無論錳在鐵液中有無限的溶解度，無論在堿性操作過程或酸性操作過程中都容易被氧化，其氧在堿性操作過程或酸性操作過程中都容易被氧化，其氧化產(chǎn)物為（化產(chǎn)物為（MnOMnO）。）。 錳的氧化反應(yīng)有三種情況：錳的氧化反應(yīng)有三種情況：I I （1 1）錳與氣相中的氧直接作用）錳與氣相中的氧直接作用 Mn

21、Mn+ 1/2+ 1/2O O2 2( (MnOMnO) ) （2 2）錳與溶于金屬中的氧作用錳與溶于金屬中的氧作用 MnMn+ O+ O2 2 ( (MnOMnO) ) （3 3）錳與爐渣中氧化亞鐵作用錳與爐渣中氧化亞鐵作用 Mn+(FeOMn+(FeO) )( (MnOMnO)+ Fe)+ Fe 第三個(gè)反應(yīng)在爐渣第三個(gè)反應(yīng)在爐渣金屬界面上進(jìn)行，是錳氧化的金屬界面上進(jìn)行，是錳氧化的主要反應(yīng)。主要反應(yīng)。 錳的氧化還原與硅的氧化還原相比有以下基本特點(diǎn)：錳的氧化還原與硅的氧化還原相比有以下基本特點(diǎn)： （1 1）在冶煉初期錳和硅一樣被迅速大量氧化，但錳在冶煉初期錳和硅一樣被迅速大量氧化，但錳的氧化程

22、度要低些，這是由于硅與氧的氧化程度要低些，這是由于硅與氧的結(jié)合能力大于錳的結(jié)合能力大于錳與氧的結(jié)合能力；與氧的結(jié)合能力； （2 2）MnOMnO為弱堿性氧化物，在堿性渣中（為弱堿性氧化物，在堿性渣中（ MnOMnO）大部大部分呈自由狀態(tài)存在。因此，在一定件下可以被還原。由分呈自由狀態(tài)存在。因此，在一定件下可以被還原。由于錳的氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故溫度升高有利于錳的還于錳的氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故溫度升高有利于錳的還原。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中冶煉后期熔池中會(huì)出現(xiàn)回錳現(xiàn)象，原。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中冶煉后期熔池中會(huì)出現(xiàn)回錳現(xiàn)象，是由于鋼中有一定數(shù)量的殘錳。是由于鋼中有一定數(shù)量的殘錳。 碳的氧化碳的氧化 碳在鋼中

23、主要以碳在鋼中主要以FeFe3 3C C、MnMn3 3C C等化合態(tài)形式存在。在生等化合態(tài)形式存在。在生鐵中碳可以形成化合態(tài)，也可以形成游離的石墨態(tài)。鐵中碳可以形成化合態(tài)，也可以形成游離的石墨態(tài)。 碳的含量對(duì)鋼鐵性能的影響很大，它是區(qū)別鋼和鐵碳的含量對(duì)鋼鐵性能的影響很大，它是區(qū)別鋼和鐵的主要標(biāo)志。鋼中含碳量低時(shí)，韌性、塑性較好；含碳的主要標(biāo)志。鋼中含碳量低時(shí)，韌性、塑性較好；含碳量高時(shí)，韌性降低、硬度增大。碳在鋼中存在的狀態(tài)對(duì)量高時(shí)，韌性降低、硬度增大。碳在鋼中存在的狀態(tài)對(duì)鋼的結(jié)構(gòu)和性能的影響也很大。鋼的結(jié)構(gòu)和性能的影響也很大。 把鋼在不同溫度下加熱，并以不同的速度冷卻，可把鋼在不同溫度下加

24、熱，并以不同的速度冷卻，可以改變鋼中以改變鋼中碳的狀態(tài)和合金的晶體結(jié)構(gòu)，從而可以改變碳的狀態(tài)和合金的晶體結(jié)構(gòu)，從而可以改變鋼的性能。鋼的熱處理就是以此為理論依據(jù)的。鋼的性能。鋼的熱處理就是以此為理論依據(jù)的。 碳的氧化反應(yīng)又稱脫碳反應(yīng)或碳氧反應(yīng)，它是煉鋼碳的氧化反應(yīng)又稱脫碳反應(yīng)或碳氧反應(yīng)，它是煉鋼過程中最基本的一個(gè)反應(yīng)，貫穿煉鋼過程的始終。過程中最基本的一個(gè)反應(yīng)，貫穿煉鋼過程的始終。 1 1、氧氣流股與金屬液間的、氧氣流股與金屬液間的CO反應(yīng)反應(yīng)2C+O2=2CO+Q發(fā)生在轉(zhuǎn)爐煉鋼的氧流沖擊區(qū)、電爐的氧管插發(fā)生在轉(zhuǎn)爐煉鋼的氧流沖擊區(qū)、電爐的氧管插入鋼液吹氧脫碳區(qū)入鋼液吹氧脫碳區(qū)2 2、金屬熔池內(nèi)

25、部、金屬熔池內(nèi)部CO反應(yīng)反應(yīng)C+O=CO碳的這種氧化反應(yīng)在煉鋼過程中有著極為重要的作用：碳的這種氧化反應(yīng)在煉鋼過程中有著極為重要的作用：（1 1）使鐵水中的含碳量降低到所煉鋼種的規(guī)格范圍內(nèi)；）使鐵水中的含碳量降低到所煉鋼種的規(guī)格范圍內(nèi)；（2 2）脫碳反應(yīng)的產(chǎn)物）脫碳反應(yīng)的產(chǎn)物COCO氣體從熔池中排出時(shí)產(chǎn)生氣體從熔池中排出時(shí)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，使熔池受到激烈地?cái)噭?dòng)，從而增大了反沸騰現(xiàn)象，使熔池受到激烈地?cái)噭?dòng)，從而增大了反應(yīng)接觸界面，加速了傳質(zhì)和傳熱過程，有利于冶金應(yīng)接觸界面，加速了傳質(zhì)和傳熱過程，有利于冶金物化反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)均勻了熔池的成分和溫度；物化反應(yīng)的進(jìn)行。同時(shí)均勻了熔池的成分和溫度；（3 3

26、）上浮的）上浮的COCO氣體有利千清除鋼中氣體和夾雜物，從氣體有利千清除鋼中氣體和夾雜物，從而提高鋼的質(zhì)量。而提高鋼的質(zhì)量。 為了加速碳的氧化，保持熔池內(nèi)良好的沸騰狀態(tài)，為了加速碳的氧化，保持熔池內(nèi)良好的沸騰狀態(tài)，就必須提高爐溫，并改善爐渣的流動(dòng)性以及向爐內(nèi)就必須提高爐溫，并改善爐渣的流動(dòng)性以及向爐內(nèi)加入氧化劑（鐵礦石、氧氣等）。加入氧化劑（鐵礦石、氧氣等）。五、脫磷和脫硫五、脫磷和脫硫 1 1、脫磷、脫磷 對(duì)絕大多數(shù)鋼種來說，磷是有害元素。隨著磷含對(duì)絕大多數(shù)鋼種來說，磷是有害元素。隨著磷含量的增加，將降低鋼的塑性、韌性，即出現(xiàn)鋼的脆性現(xiàn)量的增加，將降低鋼的塑性、韌性，即出現(xiàn)鋼的脆性現(xiàn)象。由于

27、在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，所以通常稱為象。由于在低溫時(shí)更為嚴(yán)重，所以通常稱為“冷脆性冷脆性”。一般隨鋼中碳、氮、氧含量的增加，磷的這種有害作用一般隨鋼中碳、氮、氧含量的增加，磷的這種有害作用增強(qiáng)。另外，磷在鋼錠中的偏析度很大，更突出了其有增強(qiáng)。另外，磷在鋼錠中的偏析度很大，更突出了其有害作用。因此，絕大多數(shù)鋼種含磷量的要求是越低越好害作用。因此，絕大多數(shù)鋼種含磷量的要求是越低越好（一般要求把磷去除到（一般要求把磷去除到0 0045045以下）。只以下）。只有在個(gè)別鋼有在個(gè)別鋼種（如炮彈鋼、易切削鋼等）中磷才作為合金元素使用。種（如炮彈鋼、易切削鋼等）中磷才作為合金元素使用。 在高爐冶煉中，由于爐內(nèi)的還

28、原性氣氛，礦石中的在高爐冶煉中，由于爐內(nèi)的還原性氣氛，礦石中的磷幾乎全部進(jìn)入鐵水，因而從金屬中脫除磷，乃是煉鋼磷幾乎全部進(jìn)入鐵水，因而從金屬中脫除磷，乃是煉鋼過程的重要任務(wù)，造渣的目的之一就是為了脫磷。過程的重要任務(wù)，造渣的目的之一就是為了脫磷。 煉鋼的脫磷反應(yīng)是在金屬和爐渣的界面上進(jìn)行的，煉鋼的脫磷反應(yīng)是在金屬和爐渣的界面上進(jìn)行的，其反應(yīng)式為：其反應(yīng)式為： 2 2 PP + 5+ 5(FeO)(FeO) (P(P2 2O O5 5) + 5 ) + 5 FeFe 3 3(FeO) (FeO) + + (P(P2 2O O5 5) ) (3FeO(3FeOP P2 2O O5 5) ) 在煉鋼

29、過程中，由于上述化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，在煉鋼過程中，由于上述化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，煉鋼初期，爐溫不高時(shí)對(duì)脫磷反應(yīng)是有利的。煉鋼初期，爐溫不高時(shí)對(duì)脫磷反應(yīng)是有利的。 由于生成的磷酸鐵（由于生成的磷酸鐵（ 3FeO3FeOP P2 2O O5 5）在高溫下是不穩(wěn)定）在高溫下是不穩(wěn)定的化合物，當(dāng)爐溫升高時(shí)，它可以重新分解，使磷又進(jìn)的化合物，當(dāng)爐溫升高時(shí)，它可以重新分解，使磷又進(jìn)入金屬。為了使磷酸鐵不發(fā)生分解反應(yīng)，需向爐內(nèi)加入入金屬。為了使磷酸鐵不發(fā)生分解反應(yīng)，需向爐內(nèi)加入石灰，使石灰，使磷酸鐵轉(zhuǎn)比為穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)為：磷酸鐵轉(zhuǎn)比為穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)為： (3FeO(3FeOP P2 2O

30、O5 5) + 4) + 4(CaO)(CaO) (4CaO(4CaOP P2 2O O5 5) )+ +3 3(FeO)(FeO)綜上所述，堿性煉鋼爐內(nèi)脫磷的總反應(yīng)為：綜上所述，堿性煉鋼爐內(nèi)脫磷的總反應(yīng)為： 2 2P+5P+5(FeO)(FeO)+4+4(CaO)(CaO)(4CaO(4CaOP P2 2O O5 5) )+5+5FeFe【放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)】 由以上反應(yīng)式可見，有利脫磷的基本條件是：由以上反應(yīng)式可見，有利脫磷的基本條件是： （1 1）提高爐渣堿度，即提高（）提高爐渣堿度，即提高（ CaOCaO）的含量；的含量； （2 2）提高爐渣氧化性，即提高（）提高爐渣氧化性，即提高（ F

31、eOFeO）的含量；的含量； （3 3）脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以較低的溶池溫度有）脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以較低的溶池溫度有利于脫磷；利于脫磷； （4 4）加大渣量，即降低（）加大渣量，即降低（P P2 2O O5 5）含量，也有利于脫含量，也有利于脫磷。磷。 但在實(shí)際生產(chǎn)中還需對(duì)以上的脫磷條件作具體的但在實(shí)際生產(chǎn)中還需對(duì)以上的脫磷條件作具體的分析。高堿度、高氧化性爐渣有利于脫磷。但（分析。高堿度、高氧化性爐渣有利于脫磷。但（CaOCaO）和和（FeOFeO）并非可以任意提高，二者之間應(yīng)有一定比值，才并非可以任意提高，二者之間應(yīng)有一定比值，才能取得良好的效果。（能取得良好的效果。（FeOFeO）

32、能與（能與（P P2 2O O5 5）生成磷酸鐵，生成磷酸鐵，而且能促進(jìn)石灰的熔化。當(dāng)（而且能促進(jìn)石灰的熔化。當(dāng)（ CaOCaO）含量一定時(shí)，增加含量一定時(shí)，增加（FeOFeO）對(duì)脫磷有利，但對(duì)脫磷有利，但 （FeOFeO）過高時(shí)將稀釋（過高時(shí)將稀釋（CaOCaO）的脫磷作用；（的脫磷作用；（CaOCaO）能與（能與（P P2 2O O5 5）給合生成穩(wěn)定的化合給合生成穩(wěn)定的化合物，是脫磷的充分條件。但（物，是脫磷的充分條件。但（CaOCaO）過高將使?fàn)t渣變粘影過高將使?fàn)t渣變粘影響脫磷的動(dòng)力學(xué)條件而不利于脫磷。響脫磷的動(dòng)力學(xué)條件而不利于脫磷。 低溫雖然對(duì)脫磷有利，但溫度過低，則石灰不低溫雖然對(duì)

33、脫磷有利，但溫度過低，則石灰不易熔化，堿性渣不易形成，爐渣粘度高，爐渣中各易熔化，堿性渣不易形成，爐渣粘度高，爐渣中各組分的擴(kuò)散困難，反而對(duì)脫磷不利。組分的擴(kuò)散困難，反而對(duì)脫磷不利。 渣量增加，由金屬轉(zhuǎn)入爐渣的總磷量也增加，渣量增加，由金屬轉(zhuǎn)入爐渣的總磷量也增加，從而降低了鋼中的磷含量。但過分增大渣量，由于從而降低了鋼中的磷含量。但過分增大渣量，由于渣層增厚會(huì)引起一系列的問題，如熔池不易沸騰、渣層增厚會(huì)引起一系列的問題，如熔池不易沸騰、溫度不均勻、爐渣流動(dòng)性不好和容易引起噴濺等。溫度不均勻、爐渣流動(dòng)性不好和容易引起噴濺等。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中常采用多次倒渣造新渣的措施因此，在實(shí)際生產(chǎn)中常采用多次

34、倒渣造新渣的措施來提高脫磷的效率。來提高脫磷的效率。鋼液鋼液回回P P現(xiàn)象：在冶煉或出鋼過程中，如果爐內(nèi)現(xiàn)象：在冶煉或出鋼過程中，如果爐內(nèi)熱力學(xué)條件或動(dòng)力學(xué)條件發(fā)生變化，而導(dǎo)致爐溫?zé)崃W(xué)條件或動(dòng)力學(xué)條件發(fā)生變化，而導(dǎo)致爐溫太高，堿度，太高，堿度，F(xiàn)eOFeO過低，會(huì)導(dǎo)致已脫除到渣中的過低，會(huì)導(dǎo)致已脫除到渣中的P P重新返回到鋼液中，這個(gè)過程成為回重新返回到鋼液中，這個(gè)過程成為回P P。1 1、爐溫過高；、爐溫過高；2 2、冶煉結(jié)束向爐內(nèi)或鋼包中加入鐵合金等脫氧，使渣、冶煉結(jié)束向爐內(nèi)或鋼包中加入鐵合金等脫氧，使渣中中FeOFeO降低，脫氧產(chǎn)物使堿度降低；降低，脫氧產(chǎn)物使堿度降低；3 3、鐵合金本

35、身帶入一定量的、鐵合金本身帶入一定量的P；防止回防止回P P措施：措施：轉(zhuǎn)爐：防止下渣，即防止?fàn)t渣進(jìn)入鋼包，采用的方法是：轉(zhuǎn)爐：防止下渣，即防止?fàn)t渣進(jìn)入鋼包，采用的方法是： 出渣前加石灰稠化渣，并擋渣出鋼；出渣前加石灰稠化渣，并擋渣出鋼； 出鋼時(shí)向鋼包中投入石灰，保持堿度出鋼時(shí)向鋼包中投入石灰，保持堿度回回 磷磷 現(xiàn)現(xiàn) 象象 2 2、脫硫、脫硫 和磷相似，硫?qū)Υ蠖鄶?shù)鋼種而言是有害元素。一和磷相似，硫?qū)Υ蠖鄶?shù)鋼種而言是有害元素。一般認(rèn)為，硫在鋼中主要以般認(rèn)為，硫在鋼中主要以FeSFeS形式存在。形式存在。 FeSFeS能無限地溶于液體鐵中，但幾乎不能溶于固能無限地溶于液體鐵中，但幾乎不能溶于固態(tài)

36、鐵中（僅為態(tài)鐵中（僅為0.0150.0150.0200.020）。當(dāng)鋼液凝固時(shí)，）。當(dāng)鋼液凝固時(shí)，F(xiàn)eSFeS即與鐵形成低熔點(diǎn)（即與鐵形成低熔點(diǎn)（985985）的共晶體析出于鐵的晶粒的共晶體析出于鐵的晶粒周界上，形成連續(xù)的或不連續(xù)的網(wǎng)狀組織，從而破壞了周界上，形成連續(xù)的或不連續(xù)的網(wǎng)狀組織，從而破壞了金屬基體的完整性，減弱了晶粒間的結(jié)合力。當(dāng)鋼在軋金屬基體的完整性，減弱了晶粒間的結(jié)合力。當(dāng)鋼在軋制、鍛造等熱加工時(shí)（制、鍛造等熱加工時(shí)（90090012001200），此種晶體周界），此種晶體周界即被熔化而破裂，造成鋼的熱脆。即被熔化而破裂，造成鋼的熱脆。 當(dāng)鋼液中含氧量高時(shí)，在鋼液凝固過程中，以氧

37、當(dāng)鋼液中含氧量高時(shí)，在鋼液凝固過程中，以氧化鐵形式析出的氧還會(huì)與化鐵形式析出的氧還會(huì)與FeSFeS形成熔點(diǎn)僅形成熔點(diǎn)僅940940的的 FeSFeS一一FeOFeO共晶體，使熱脆現(xiàn)象加劇。此外，硫還使鋼的焊接共晶體，使熱脆現(xiàn)象加劇。此外，硫還使鋼的焊接性能和抗腐性能降低，硫化物夾雜等能使鋼的塑性和沖性能和抗腐性能降低，硫化物夾雜等能使鋼的塑性和沖擊韌性降低，而且硫是鋼中偏析度最大的元素。為此，擊韌性降低，而且硫是鋼中偏析度最大的元素。為此，除個(gè)別鋼種（如易切削鋼）外，一般鋼種要求含硫量在除個(gè)別鋼種（如易切削鋼）外，一般鋼種要求含硫量在0.0550.055以下。對(duì)某些特殊要求的鋼，其含硫量甚至要

38、以下。對(duì)某些特殊要求的鋼，其含硫量甚至要求在求在0.0050.005以下。以下。 煉鋼使用的金屬料和造渣料（主要是鐵水和石煉鋼使用的金屬料和造渣料（主要是鐵水和石灰）帶入金屬熔池中的硫量往往高于成品灰）帶入金屬熔池中的硫量往往高于成品鋼的要求，鋼的要求，因此脫硫也是煉鋼的重要任務(wù)之一，這也是冶煉過因此脫硫也是煉鋼的重要任務(wù)之一，這也是冶煉過程中造堿性渣的另一主要目的。程中造堿性渣的另一主要目的。 硫是活潑的非金屬元素之一，在煉鋼溫度下能硫是活潑的非金屬元素之一，在煉鋼溫度下能夠與很多金屬和非金屬元素給合成氣、液相的化合夠與很多金屬和非金屬元素給合成氣、液相的化合物，為發(fā)展各種脫硫方法創(chuàng)造了有利

39、條件。各種脫物，為發(fā)展各種脫硫方法創(chuàng)造了有利條件。各種脫硫方法的實(shí)質(zhì)都是將溶解在金屬液中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)榻鹆蚍椒ǖ膶?shí)質(zhì)都是將溶解在金屬液中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僖褐胁蝗芙獾南?，進(jìn)入熔渣或經(jīng)熔渣再?gòu)臍庀嘁輰僖褐胁蝗芙獾南?，進(jìn)入熔渣或經(jīng)熔渣再?gòu)臍庀嘁莩?，在煉鋼過程中主要出，在煉鋼過程中主要是通過爐渣來脫硫，氣化去是通過爐渣來脫硫，氣化去硫所占比例較小。硫所占比例較小。 爐渣去硫就是通過渣中的堿性氧化物爐渣去硫就是通過渣中的堿性氧化物 CaOCaO、MnOMnO、MgOMgO（主要是主要是CaOCaO）把來自金屬的硫結(jié)合成穩(wěn)定的硫化物把來自金屬的硫結(jié)合成穩(wěn)定的硫化物CaSCaS、MnSMnS、MgSMgS等，由于

40、這些硫化物在金屬液中溶解度等，由于這些硫化物在金屬液中溶解度很小，因此保證了硫不斷由金屬液轉(zhuǎn)入爐渣，其反應(yīng)步很小，因此保證了硫不斷由金屬液轉(zhuǎn)入爐渣，其反應(yīng)步驟如下：驟如下： 硫由金屬液向爐渣擴(kuò)散硫由金屬液向爐渣擴(kuò)散 FeSFeS ( (FeSFeS ) ) 在爐渣中硫轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化合物在爐渣中硫轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化合物 （ FeSFeS）（）（ CaOCaO）（）（ CaSCaS）（）（ FeOFeO） 所以總的脫硫反應(yīng)式為所以總的脫硫反應(yīng)式為: : FeSFeS （ CaOCaO） （ CaSCaS）（）（ FeOFeO）【吸熱反吸熱反應(yīng)應(yīng)】 從脫硫反應(yīng)式可見，爐渣堿度、（從脫硫反應(yīng)式可見，爐渣堿

41、度、（ FeOFeO）、溫度和渣量）、溫度和渣量等因素都對(duì)去硫有直接的影響。等因素都對(duì)去硫有直接的影響。為了提高爐渣脫硫的效為了提高爐渣脫硫的效率，應(yīng)利用如下幾個(gè)脫硫的有利條件：率，應(yīng)利用如下幾個(gè)脫硫的有利條件：（1 1）高堿度）高堿度 由脫硫反應(yīng)式可知，提高爐渣堿度，即增加渣由脫硫反應(yīng)式可知，提高爐渣堿度，即增加渣（CaOCaO）含量有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，但脫硫是在金屬）含量有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，但脫硫是在金屬液液爐渣界面進(jìn)行反應(yīng)，在煉鋼溫度下，若爐渣堿度過爐渣界面進(jìn)行反應(yīng)，在煉鋼溫度下，若爐渣堿度過高，爐渣粘度增大，從而增加了反應(yīng)物（高，爐渣粘度增大，從而增加了反應(yīng)物（FeSFeS）通過金

42、）通過金屬液屬液爐渣界面的阻力和降低了脫硫產(chǎn)物（爐渣界面的阻力和降低了脫硫產(chǎn)物（CaSCaS）離）離開開反應(yīng)區(qū)的擴(kuò)散速度。因此，在提高堿度的同時(shí)，必須保反應(yīng)區(qū)的擴(kuò)散速度。因此，在提高堿度的同時(shí)，必須保證爐渣具有良好的流動(dòng)性。證爐渣具有良好的流動(dòng)性。 （2 2）高溫）高溫 由于脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以高溫有利于脫硫，由于脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以高溫有利于脫硫，同時(shí)高溫可以促進(jìn)石灰的熔化和改善爐渣的流動(dòng)性，在同時(shí)高溫可以促進(jìn)石灰的熔化和改善爐渣的流動(dòng)性，在轉(zhuǎn)爐、平爐中，高溫還能強(qiáng)化熔池沸騰，有利于擴(kuò)散過轉(zhuǎn)爐、平爐中，高溫還能強(qiáng)化熔池沸騰，有利于擴(kuò)散過程，從而使脫硫速度加快。程，從而使脫硫速度加快。

43、 （3 3）低（）低（FeOFeO） 根據(jù)化學(xué)中的質(zhì)量作用定律，減少生成物的濃度，根據(jù)化學(xué)中的質(zhì)量作用定律，減少生成物的濃度，即降低渣中（即降低渣中（FeOFeO）的含量，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。的含量，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。如在電爐煉鋼的還原期，爐渣的脫硫能力隨著渣中如在電爐煉鋼的還原期，爐渣的脫硫能力隨著渣中（FeOFeO）含量的降低而顯著增大。但在氧化性的轉(zhuǎn)爐煉含量的降低而顯著增大。但在氧化性的轉(zhuǎn)爐煉鋼中，爐渣中有適量的（鋼中，爐渣中有適量的（FeOFeO），），反而有利于去硫。這反而有利于去硫。這主要是由干渣中有足夠的（主要是由干渣中有足夠的（FeOFeO）有助于加速石灰的熔有助于加速石

44、灰的熔解，促進(jìn)爐渣堿度的提高和使?fàn)t渣流動(dòng)性變好，改善了解，促進(jìn)爐渣堿度的提高和使?fàn)t渣流動(dòng)性變好，改善了脫硫的動(dòng)力學(xué)條件。脫硫的動(dòng)力學(xué)條件。 （4 4）大渣量）大渣量 增大渣量或采用多次倒渣造新渣的措施可以稀釋增大渣量或采用多次倒渣造新渣的措施可以稀釋生成物（生成物（CaSCaS）的濃度，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。但這的濃度，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。但這樣作會(huì)增加煉鋼時(shí)間，耗費(fèi)熱量以及降低金屬收得率等。樣作會(huì)增加煉鋼時(shí)間，耗費(fèi)熱量以及降低金屬收得率等。六、脫氧和合金化六、脫氧和合金化 （一）脫氧的目的（一）脫氧的目的 如前所述，煉鋼主要是一個(gè)氧化反應(yīng)過程，將生鐵如前所述，煉鋼主要是一個(gè)氧化反應(yīng)過程，將

45、生鐵煉成鋼，就是靠氧化劑把其中的雜質(zhì)含量降低到要求的煉成鋼，就是靠氧化劑把其中的雜質(zhì)含量降低到要求的范圍內(nèi)。所以不論是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，還是其它煉鋼方法，范圍內(nèi)。所以不論是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，還是其它煉鋼方法，在冶煉終了時(shí)鋼液中都免不了熔入了過多的氧。如果不在冶煉終了時(shí)鋼液中都免不了熔入了過多的氧。如果不把這些氧脫除到一定程度，將會(huì)嚴(yán)重影響鋼錠、鑄件把這些氧脫除到一定程度，將會(huì)嚴(yán)重影響鋼錠、鑄件和和鋼材的質(zhì)量：鋼材的質(zhì)量： 1.1.破壞鋼錠的合理結(jié)構(gòu)：如果澆注未經(jīng)脫氧的鋼液，破壞鋼錠的合理結(jié)構(gòu)：如果澆注未經(jīng)脫氧的鋼液，隨著溫度的不斷降低，由于碳和氧反應(yīng)生成隨著溫度的不斷降低，由于碳和氧反應(yīng)生成COCO氣

46、泡嚴(yán)氣泡嚴(yán)重時(shí)使得澆注澡作無法進(jìn)行，輕者也會(huì)使部分重時(shí)使得澆注澡作無法進(jìn)行，輕者也會(huì)使部分COCO氣泡氣泡殘留于鋼中，成為不規(guī)則的氣泡造成鋼錠報(bào)廢。殘留于鋼中，成為不規(guī)則的氣泡造成鋼錠報(bào)廢。2 2降低鋼的機(jī)械性能：由于氧在液體鋼中溶解度校大，降低鋼的機(jī)械性能：由于氧在液體鋼中溶解度校大，而在固體鋼中的溶解度很小。氧以氧化物夾雜的形式而在固體鋼中的溶解度很小。氧以氧化物夾雜的形式存在于鋼中，使鋼的塑性、沖擊韌性和其他機(jī)械性能存在于鋼中，使鋼的塑性、沖擊韌性和其他機(jī)械性能降低。降低。3 3加劇鋼的熱脆傾向：如前所述，殘留于鋼中的加劇鋼的熱脆傾向：如前所述，殘留于鋼中的FeOFeO能同能同F(xiàn)eSFe

47、S形成低熔點(diǎn)的共晶體，從而增加了硫的形成低熔點(diǎn)的共晶體，從而增加了硫的“熱脆熱脆”危害。危害。 由于鋼中溶解過多的氧有這些害處，所以，所有由于鋼中溶解過多的氧有這些害處，所以，所有的鋼種在冶煉終了時(shí)必須進(jìn)行一定程度的脫氧，并在脫的鋼種在冶煉終了時(shí)必須進(jìn)行一定程度的脫氧，并在脫氧的同時(shí)，使鋼中硅、錳及其他合金元素的含量達(dá)到成氧的同時(shí)，使鋼中硅、錳及其他合金元素的含量達(dá)到成品鋼規(guī)格的要求。完成合金化任務(wù)。品鋼規(guī)格的要求。完成合金化任務(wù)。 （二）脫氧方法（二）脫氧方法 鋼的脫氧操作可以在鋼包與鋼錠模中進(jìn)行，也可以鋼的脫氧操作可以在鋼包與鋼錠模中進(jìn)行，也可以在煉鋼爐內(nèi)進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐主要是在鋼包中進(jìn)行，而電

48、爐則在煉鋼爐內(nèi)進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐主要是在鋼包中進(jìn)行，而電爐則在爐內(nèi)進(jìn)行。在爐內(nèi)進(jìn)行。 現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)中所采用的脫氧方法，根據(jù)脫氧劑加入現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)中所采用的脫氧方法，根據(jù)脫氧劑加入方法和脫氧機(jī)理的不同，主要分為三類：沉淀脫氧、擴(kuò)方法和脫氧機(jī)理的不同，主要分為三類：沉淀脫氧、擴(kuò)散脫氧和真空脫氧。散脫氧和真空脫氧。1 1沉淀脫氧沉淀脫氧 沉淀脫氧是煉鋼中常用的一種脫氧方法。轉(zhuǎn)爐煉鋼沉淀脫氧是煉鋼中常用的一種脫氧方法。轉(zhuǎn)爐煉鋼多采用這種方法。沉淀脫氧就是直接向鋼液中加入與氧多采用這種方法。沉淀脫氧就是直接向鋼液中加入與氧親和力比鐵與氧親和力大的元素（脫氧劑），使它奪取親和力比鐵與氧親和力大的元素（脫氧劑），使

49、它奪取溶解于鋼中的的氧，生成不溶于鋼液的氧比物，上浮進(jìn)溶解于鋼中的的氧，生成不溶于鋼液的氧比物，上浮進(jìn)入爐渣，從而降低鋼中的氧含量。由于加入的脫氧入爐渣，從而降低鋼中的氧含量。由于加入的脫氧元素元素是在鋼液中直接與氧反應(yīng)，所以又叫直接脫氧。是在鋼液中直接與氧反應(yīng)，所以又叫直接脫氧。 沉淀脫氧的特點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)便，脫氧速度快，時(shí)間沉淀脫氧的特點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)便，脫氧速度快，時(shí)間短。但由于脫氧反應(yīng)主要在鋼液內(nèi)部進(jìn)行短。但由于脫氧反應(yīng)主要在鋼液內(nèi)部進(jìn)行，鋼中會(huì)有脫，鋼中會(huì)有脫氧產(chǎn)物，而形成非金屬夾雜，影響鋼的質(zhì)量。氧產(chǎn)物，而形成非金屬夾雜，影響鋼的質(zhì)量。 沉淀脫氧使用的各種脫氧元素通常以鐵合金或純金沉淀脫

50、氧使用的各種脫氧元素通常以鐵合金或純金屬的方式直接加入鋼包內(nèi)的鋼液中，或在煉鋼爐內(nèi)預(yù)先屬的方式直接加入鋼包內(nèi)的鋼液中，或在煉鋼爐內(nèi)預(yù)先加入部分合金對(duì)鋼液進(jìn)行預(yù)脫氧。常用的脫氧劑主要有：加入部分合金對(duì)鋼液進(jìn)行預(yù)脫氧。常用的脫氧劑主要有：硅鐵、錳鐵、鋁以及硅鈣、硅錳鈣等復(fù)合脫氧劑。硅鐵、錳鐵、鋁以及硅鈣、硅錳鈣等復(fù)合脫氧劑。 2 2擴(kuò)散脫氧擴(kuò)散脫氧 擴(kuò)散脫氧是以氧在金屬液與爐渣間的分配定律作為基擴(kuò)散脫氧是以氧在金屬液與爐渣間的分配定律作為基礎(chǔ)的。根據(jù)這個(gè)定津，當(dāng)溫度一定礎(chǔ)的。根據(jù)這個(gè)定津，當(dāng)溫度一定時(shí)，氧在金屬液與爐渣時(shí)，氧在金屬液與爐渣間的分配比為一常數(shù)，即：間的分配比為一常數(shù)，即： L L0

51、0 （FeOFeO）/ O / O 常數(shù)常數(shù) 式中式中L L0 0 氧的分配系數(shù)。氧的分配系數(shù)。 因此，只要人為降低渣中（因此，只要人為降低渣中（FeOFeO）的含量，必將引起氧）的含量，必將引起氧自金屬液向爐渣的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除金屬液中氧的自金屬液向爐渣的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除金屬液中氧的目的。目的。 擴(kuò)散脫氧法一般應(yīng)用于電爐煉鋼中。生產(chǎn)中將炭粉、擴(kuò)散脫氧法一般應(yīng)用于電爐煉鋼中。生產(chǎn)中將炭粉、硅鐵粉、硅鈣粉或鋁粉等脫氧劑加入渣中，依靠粉狀脫硅鐵粉、硅鈣粉或鋁粉等脫氧劑加入渣中，依靠粉狀脫氧劑對(duì)爐渣的還原作用，使渣中（氧劑對(duì)爐渣的還原作用，使渣中（FeOFeO）含量降低，從而含量降低，從

52、而達(dá)到降低鋼液中達(dá)到降低鋼液中OO的目的，其脫氧反應(yīng)可表示為：的目的，其脫氧反應(yīng)可表示為： O O Fe Fe （FeOFeO） y y（FeOFeO） x x（MeMe）（）（MexOyMexOy） y Fey Fe 擴(kuò)散脫氧的特點(diǎn)是脫氧元素不直接加入鋼液中，而擴(kuò)散脫氧的特點(diǎn)是脫氧元素不直接加入鋼液中，而是通過是通過O O 向爐渣中擴(kuò)散，來減少鋼液中向爐渣中擴(kuò)散，來減少鋼液中O O 的含量，的含量，因此又叫間接脫氧。因此又叫間接脫氧。 擴(kuò)散脫氧的優(yōu)點(diǎn)是，由于脫氧反應(yīng)在爐渣中進(jìn)行，擴(kuò)散脫氧的優(yōu)點(diǎn)是，由于脫氧反應(yīng)在爐渣中進(jìn)行，脫氧產(chǎn)物不易進(jìn)入鋼液中，故鋼液較純凈，所以是生產(chǎn)脫氧產(chǎn)物不易進(jìn)入鋼液中

53、，故鋼液較純凈，所以是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的一種很好的脫氧方法，其缺點(diǎn)是操作較復(fù)雜，優(yōu)質(zhì)鋼的一種很好的脫氧方法，其缺點(diǎn)是操作較復(fù)雜，脫氧速度慢，時(shí)間長(zhǎng)。因此，實(shí)際操作中常采用擴(kuò)散脫脫氧速度慢，時(shí)間長(zhǎng)。因此，實(shí)際操作中常采用擴(kuò)散脫氧與沉淀脫氧相結(jié)合的綜合脫氧方法。氧與沉淀脫氧相結(jié)合的綜合脫氧方法。3 3真空脫氧真空脫氧 所謂真空脫氧是將已煉成的鋼液，置于真空條件所謂真空脫氧是將已煉成的鋼液，置于真空條件下，利用鋼液中的碳作為脫氧劑進(jìn)行脫氧。其反應(yīng)為：下，利用鋼液中的碳作為脫氧劑進(jìn)行脫氧。其反應(yīng)為： O O C C COCO 在真空下，由于在真空下，由于 COCO分壓下降，破壞了鋼液中碳、分壓下降，破壞了鋼

54、液中碳、氧的平衡關(guān)系，使碳的脫氧能力大大提高。真空脫氧氧的平衡關(guān)系，使碳的脫氧能力大大提高。真空脫氧的最大特點(diǎn)是它的脫氧產(chǎn)物的最大特點(diǎn)是它的脫氧產(chǎn)物COCO不污染鋼液，而且在不污染鋼液，而且在COCO上浮的過程中，還會(huì)把上浮的過程中，還會(huì)把鋼中的氣體（氮、氫）和非金鋼中的氣體（氮、氫）和非金屬夾雜物帶走。屬夾雜物帶走。 （三）鋼的合金化（三）鋼的合金化 加入某一種或幾種合金元素，使其在鋼中的加入某一種或幾種合金元素，使其在鋼中的含量達(dá)到成品鋼規(guī)格的操作過程，通稱合金化。含量達(dá)到成品鋼規(guī)格的操作過程，通稱合金化。實(shí)際上，脫氧和合金化經(jīng)常是同時(shí)進(jìn)行的。加入實(shí)際上，脫氧和合金化經(jīng)常是同時(shí)進(jìn)行的。加入

55、鋼中的脫氧劑一部分消耗于鋼的脫氧，轉(zhuǎn)化為脫鋼中的脫氧劑一部分消耗于鋼的脫氧，轉(zhuǎn)化為脫氧產(chǎn)物而排出；另一部分則為鋼液所吸收，起合氧產(chǎn)物而排出；另一部分則為鋼液所吸收，起合金化的作用。而加入鋼中的合金元素，因其與氧金化的作用。而加入鋼中的合金元素，因其與氧的親和力多半比鐵強(qiáng)，也必然起一定的脫氧作用。的親和力多半比鐵強(qiáng)，也必然起一定的脫氧作用。 合金元素的加入方法主要取決于它們的被氧化程度，合金元素的加入方法主要取決于它們的被氧化程度，以及合金元素的熔點(diǎn)，比重和加入量的多少。以及合金元素的熔點(diǎn)，比重和加入量的多少。 對(duì)于不氧化的元素，如鎳、鉑、銅等，它們與氧的對(duì)于不氧化的元素，如鎳、鉑、銅等，它們與

56、氧的結(jié)合力都比較小，因此，可在裝料時(shí)加入，也可在化鐵爐結(jié)合力都比較小，因此，可在裝料時(shí)加入，也可在化鐵爐內(nèi)與生鐵一起熔化。內(nèi)與生鐵一起熔化。 對(duì)于弱氧化元素，如鎢、鉻等，它們與氧的親和力對(duì)于弱氧化元素，如鎢、鉻等，它們與氧的親和力不大，按冶煉方法不同，一般以鐵合金形式加入鋼包內(nèi)。不大，按冶煉方法不同，一般以鐵合金形式加入鋼包內(nèi)。 對(duì)于那些易氧化的元素，如鋁、硅、硼、釩、鈦等，對(duì)于那些易氧化的元素，如鋁、硅、硼、釩、鈦等，它們既易被鋼液中熔解的氧所氧化，也易被渣中氧化鐵所它們既易被鋼液中熔解的氧所氧化，也易被渣中氧化鐵所氧比，所以為了減少燒損，應(yīng)盡量在脫氧良好的情況下加氧比，所以為了減少燒損，應(yīng)

57、盡量在脫氧良好的情況下加入，特入，特別是對(duì)于比較昂貴的合金元素。如釩、鈮、鈦等，別是對(duì)于比較昂貴的合金元素。如釩、鈮、鈦等，應(yīng)在最后加入，以提高它們的回收率。應(yīng)在最后加入，以提高它們的回收率。七、鋼中氣體和非金屬夾雜物七、鋼中氣體和非金屬夾雜物 （一）鋼中的氣體（一）鋼中的氣體 鋼中的氣體主要是指氧、氮、氫這三種氣體。在鋼中的氣體主要是指氧、氮、氫這三種氣體。在煉鋼生產(chǎn)中，由于大氣和水分直接參與冶金反應(yīng)過程，煉鋼生產(chǎn)中，由于大氣和水分直接參與冶金反應(yīng)過程，這些氣體不可避免地會(huì)進(jìn)入到鋼液中去，從而對(duì)產(chǎn)品的這些氣體不可避免地會(huì)進(jìn)入到鋼液中去，從而對(duì)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量帶來各種影響。氧對(duì)鋼性能的影響已在

58、前面性能和質(zhì)量帶來各種影響。氧對(duì)鋼性能的影響已在前面敘述，這里主要討論鋼中氮和氫。敘述，這里主要討論鋼中氮和氫。 氮和氫僅微溶于鋼液中（約氮和氫僅微溶于鋼液中（約1 110ppm10ppm之間），它們?cè)谥g），它們?cè)诠腆w鋼中的溶解量更小，但它固體鋼中的溶解量更小，但它們對(duì)鋼性能的影響卻很大。們對(duì)鋼性能的影響卻很大。 鋼中的氮主要來源于氧氣、爐氣和所加入的金屬爐鋼中的氮主要來源于氧氣、爐氣和所加入的金屬爐料。氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼，其含氮量主要受氧氣純度的影響。料。氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼，其含氮量主要受氧氣純度的影響。鋼中的氮能增加鋼的時(shí)效硬化性，即含氮高的鋼在經(jīng)長(zhǎng)時(shí)鋼中的氮能增加鋼的時(shí)效硬化性，即含氮高的

59、鋼在經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間放置后，性能不斷變比，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和間放置后，性能不斷變比，鋼的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和沖擊韌性顯著下降。鋼材的時(shí)效硬化，有時(shí)可能造成鋼在沖擊韌性顯著下降。鋼材的時(shí)效硬化，有時(shí)可能造成鋼在使用和冷加工過程中的斷裂。使用和冷加工過程中的斷裂。 另外，鋼中氮還是導(dǎo)致另外，鋼中氮還是導(dǎo)致“藍(lán)脆藍(lán)脆”的主耍原因。所謂的主耍原因。所謂“藍(lán)脆藍(lán)脆”是指是指250250450450這個(gè)溫度范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)度升高、這個(gè)溫度范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)度升高、沖擊韌性下降。由于鋼在這種溫度下加熱時(shí)，表面發(fā)藍(lán)，沖擊韌性下降。由于鋼在這種溫度下加熱時(shí)，表面發(fā)藍(lán)，因而叫因而叫“藍(lán)脆藍(lán)脆”。但在一定條件下，氮也作為一種重要合。但在一定條件下，氮也作為一種重要合金元素來應(yīng)用。一般采用中間合金和滲氮方法加入鋼中。金元素來應(yīng)用。一般采用中間合金和滲氮方法加入鋼中。如高鉻鋼中加入氮，可提高其強(qiáng)度而又不降低塑性。在不如高鉻鋼中加入氮，可提高其強(qiáng)度而又不降低塑性。在不銹鋼中氮可增強(qiáng)其抗腐蝕的能力；對(duì)鋼部件進(jìn)行表面滲氮銹鋼中氮可增強(qiáng)其抗腐蝕的能力；對(duì)鋼部件進(jìn)行表面滲氮處理，則可提高其耐磨處理，則可提高其耐磨性、抗蝕性和疲勞性能。性、抗蝕性和疲勞性能。 鋼中的氫主要來源于煉鋼用原材料，此外氫鋼中的氫主要來源于煉鋼用原材料，此外氫也可來自大氣中的水分。鋼中氫危害性極大，隨也可來自大氣中的水分。鋼