冶金学第七章氧化熔炼反应

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1、第七章氧化熔炼反应氧化熔炼反应的物理化学原理前言锰、硅、铬、钒、铌、钨的氧化反应脱碳反应脱硫反应脱磷反应脱氧反应1234506吸气及脱气反应71前言铁水炼钢过程的任务：●降碳：使碳降低到钢种所需的碳量，但碳氧化之前，硅锰都大量氧化。●脱S、P：高炉炉料中P全部进入铁水中，S部分进入。●脱氧：以免造成浇注时二次沸腾及钢锭疏松、皮下气泡等缺陷。●脱气：[H]、[N]●合金化：加入合金元素。●去除夹杂：去除各类氧化物。●去除有害元素：Cu、Cd、As、Sb、Bi。021.1元素氧化的类型●[M]被吹入金属液中气态氧直接氧化。●[M]在钢渣界面被(FeO)氧化。●[M]被溶解于金属液的[O]所氧化

2、。1氧化熔炼反应的物理化学原理31.2熔池中元素氧化的ΔGO－T图1.2.1ΔGO－T图的作法由以下反应组合：41.2.2ΔGO－T图的应用●比较铁液中元素在标准状态下氧化的顺序。●以2[Fe]+2[O]=2FeO(l)的ΔGO－T为分界线，可将铁液中元素的氧化分为两类：aΔGO－T线之上的元素在炼钢过程中不会氧化bΔGO－T线之下的元素在炼钢过程中全部或大部分氧化●炼钢过程中，合金元素加入的时间及有害元素去除的办法：a．在炼钢过程中不被氧化的有害元素，应在选择时加以剔除，如Pb、Sn、Cu。b．在炼钢过程中不被氧化的、是炼钢过程所需的元素，可在入炉原料中加入，如W、Mo、Ni。c．Cr、

3、Mn、Nb、V等在电炉中部分氧化，还原期加入。d．Si、Ti、Al等基本上能完全氧化，脱氧时引入，出钢时加。51.2.3铁熔体中氧的氧势61.3熔体中元素氧化的热力学条件－由等温方程判断7例题：(P193)元素氧化的热力学条件及影响因素：●温度大多数元素的氧化程度均减少，但碳是例外。●熔渣组成：a碱性渣的氧化性大于酸性渣的氧化性。b熔渣碱度及元素氧化物的性质。形成碱性氧化物的元素在酸性渣下易氧化。●多中元素同时存在时，出现了选择性氧化。ΔG最小的元素最先氧化。82.1Mn主要在钢渣界面上反应：———————锰硅铬钒铌钨的氧化反应29影响LMn的因素：●温度炼钢后期温度高，碳强烈氧化，(Fe

4、O)降低，出现回锰现象。●熔渣组成aFeO-MnO二元渣系，理想氧化物熔体。b酸性渣中c实际的碱性渣,R>2102.2Si主要在钢渣界面上反应：———————11影响LSi的因素：●温度强放热反应,出现回硅现象。●熔渣组成122.3Cr铬氧化形成氧化铬的组成与铬含量有关。13用控制温度及体系压力的方法，控制金属熔体中元素的氧化，达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的，这种方法称为选择性氧化。2.3.1炼钢熔池中元素的选择性氧化选择性氧化的定义注意点：●目的：保留、富集●方法：控制温度、压力★142.3.2以去碳保铬分析选择性氧化的温度条件●标准状态下选择性氧化转换(化)温度的计算———

5、—————————共轭反应15已知条件：●非标准态下选择性氧化的转换温度的计算————————————★计算要点：金属熔池中元素活度的计算16●转换(化)温度与反应各物质的化学计量数无关●转换(化)温度与钢液元素氧化的方式无关例：吹氧元素的氧化反应是吹氧进行，共轭反应不变，转换温度不变。但是，元素氧化反应的热效应不一样，反应速度不同。●选择性氧化转换(化)温度T转的注意事项————————17●当形成的氧化物溶解于熔渣时，需要计算熔渣中氧化物的活度。计算要点：▲反应的标准吉布斯自由能计算▲金属熔池中元素活度的计算▲熔渣中组元活度的计算182.3.3选择性氧化的压力条件的计算温度T一定时(通

6、常是冶炼所能达到的温度条件)，可以计算出所需要的压力条件，即CO的分压：PCO计算要点：▲反应的标准吉布斯自由能计算▲金属熔池中元素活度的计算▲熔渣中组元活度的计算192.3.4选择性氧化在冶金中的应用●去碳保铬（Cr）●去碳保锰(Mn)●去钒（V）保碳（铁水提钒）●去(Nb)保碳2.4V2.5Nb20脱碳反应3.1碳氧化反应对炼钢的作用●熔池传热，均匀成分。强烈的搅拌作用，促进热量及物质传递。●去除[H]、[N]有害气体，去除夹杂。●扩大渣金反应面积。3.2碳氧化的反应及碳氧积3.2.1碳氧化反应分类3213.2.2碳氧积223.3碳氧化的热效应●氧气直接氧化碳●溶解氧间接氧化碳●冷矿石

7、氧化碳●熔渣中的(FeO)氧化碳233.4脱氧过程中钢液的含氧量●与熔渣层平衡的[%O]●与炉底处CO气泡及[C]平衡的[%O]●熔池实际的[%O]24脱磷反应4.1脱磷的原理4.1.1磷在钢中的危害危害：冷脆。铁中含磷量要求：低磷生铁：P<0.3%中磷生铁：P<0.3~1.0%高磷生铁：P<1.0~2.0%钢中最大允许的磷量是0.02~0.05%某些特殊钢要求：0.008~0.0015%4.1.2脱磷原理P2O5的ΔG