有关炼钢炉渣基本知识

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,*,一 有关炼钢炉渣的基本知识,二 炼钢过程中的主要渣系相图,三 熔渣的结构理论,5.2,炼钢炉渣（,1,）,一 有关炼钢炉渣的基本知识,1,炼钢炉渣分类,2,熔渣组成的主要来源,3,炉渣化学组成,4,炼钢生产过程中熔渣的主要作用,5,固体保护渣用于连铸对提高产品的质量和产量起显著的作用,1,炼钢炉渣分类,根据炼钢过程目的的不同，,炼钢炉渣可分为,4,类,：,1,）以铁水预脱硫为目的的还原渣。,2,）精炼粗金属，其中元素氧化形成的氧化物组成的炉渣，称为氧化渣，主要指转炉炼钢渣。,3,）将原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以利于下道工序将它回收的炉渣，称为富集渣，例如吹炼含钒、铌生铁得到的钒渣、铌渣等。,4,）采用各种造渣材料预先配制的炉渣，称为合成渣。如连铸用保护渣。炼钢工艺的发展对熔渣提出了新要求，应选择、采用合适的渣系以满足冶金生产的需要。,2,熔渣组成的主要来源,（,1,）生铁或废钢中所含元素（铝、锰、磷、硫、钒、铬、铁等）氧化时形成的氧化物；,（,2,）作为氧化剂或冷却剂使用的矿石和烧结矿等；,（,3,）金属材料带入的泥沙或铁锈；,（,4,）加入的造渣材料（石灰、石灰石、萤石、铁钒土、粘土砖块等）；,（,5,）由炉衬浸蚀熔于炉渣的耐火材料；,（,6,）脱氧剂、合金的脱氧产物，熔渣的脱硫产物。,3,炉渣化学组成,不同冶炼方法对熔渣的要求不一样，其成分也不同；同一冶炼方法的不同阶段熔渣成分是不断变化的。碱性渣可以去除钢中的有害元素,P,、,S,，酸性渣可以降低气体和夹杂，氧化渣可以向熔池传氧，还原渣可以脱氧并提高脱硫效率。,根据炉渣的来源，炉渣化学组成见表,5-4,。（,P52,）,4,炼钢生产过程中熔渣的主要作用,（,1,）通过调整熔渣成分氧化还原钢液，使钢液中硅、锰、铬等元素氧化或还原的硫、磷、氧等元素；,（,2,）吸收钢液中的非金属夹杂物；,（,3,）防止炉衬的过分侵蚀；,（,4,）覆盖钢液，减少散热和防止二次氧化和吸氢。,5,固体保护渣用于连铸对提高产品的质量和产量起显著的作用,（,1,）起隔热保温、防止钢液的氧化和氮化作用。,（,2,）吸收钢液中的非金属夹杂物。,（,3,）改善钢凝固时的传热，减少凝固过程中的热应力。,二 炼钢过程中的主要渣系相图,1,主要二元渣系相图,2,主要三元相图,1,主要二元渣系相图,（,1,）,CaO-SiO2,相图,(2)MnO-SiO2,相图,（,3,）,CaO-CaF2,相图,（,4,）,CaO-Al2O3,相图,（,1,）,CaO-SiO,2,相图,相图中有,2CaOSiO2,（用,C2S,表示）、,CaOSiO2,（用,CS,表示）两个稳定化合物，其中,2CaOSiO2,的熔点高达,2030,，会造成熔渣返干；相图中还有两个不稳定的,3CaOSiO2,（用,C3S,表示）和,3CaO2SiO2,（用,C3S2,表示）化合物。,CaO-SiO2,系对碱性熔渣来说是最重要的二元系。,C2S,：熔点,2130,，由熔点到常温有三种晶型：；冷却到,675,，体积膨胀高达,12%,，这个转变往注导致炉渣和耐火材料的粉化或碎裂。,(2)MnO-SiO,2,相图,相图中有,MnOSiO2,和,2MnOSiO2,两种较低熔点的稳定化合物，,MnOSiO2,熔点,1251,，,2MnOSiO2,熔点,1345,，为了保证浇铸时钢液的流动性，促使夹杂物上浮，应尽量使得钢液中形成,MnOSiO2,和,2MnOSiO2,脱氧产物，,MnOSiO2,中一个锰原子、一个硅原子，两者原子量比值为：,=56/28=2.0,，故一般钢种要求,2.5,有时要求 大于,2.8,，甚至在,3.0,以上。,（,3,）,CaO-CaF,2,相图,CaF2,的熔点仅为,1390,与,CaO,形成的共晶熔点为,1360,，对,CaO,来说，随,CaF2,成分增加，熔点迅速降低，可见,CaF2,有利于渣化。,（,4,）,CaO-Al,2,O,3,相图,CaO-Al2O3,相图中有,12CaO-7Al2O3,、,CaO-Al2O3,、,CaO-2Al2O3,、,CaO-6Al2O3,等多个稳定化合物，这些化合物的熔点随,Al2O3,含量增多而升高，以,12CaO-7Al2O3,的熔点最低,(1455),。为了防止连铸钢水中,Al2O3,夹杂堵塞水口，可以通过喷粉、喂线等措施生成,12CaO-7Al2O3,加以解决。,2,主要三元相图,（,1,）,CaO-FeO-SiO2,相图,（,2,）,CaO-SiO2-Al2O3,相图,（,1,）,CaO-FeO-SiO,2,相图,炼钢化渣应考虑应用,CaO-FeO,-SiO2,相图,。图,5-13,是,CaO-FeO,-SiO2,熔渣三元状态图的等温截面图，看起来虽然复杂，实际上它仍然是由成分三角形、共晶点和一系列等温线组成。偏,CaO,顶角处熔点最高；,SiO2,角温度线较密，说明有大范围的硅酸盐分熔区；在两者之间是炼钢温度,1600,以下的两个液相区，一个是从,CaO.SiO2,组成点开始伸向,FeO,角方向，熔点随,FeO,含量的升高而降低；另一个是从,2,CaO.SiO2,组成点开始，熔点也随,FeO,含量的升高而降低，但最低温度仍在,1300,以上，转炉炼钢熔渣成分就在此区域内变化。,这个相图中共晶点是一个三元化合物,CaO-FeO,-SiO2,，熔点约,1200,。,FeO,含量较高是炉渣容易熔化的主要原因。,（,2,）,CaO-SiO,2,-Al,2,O,3,相图,为获得良好的连铸结晶器保护渣的性能、保证炉外精炼渣的熔化以及保证脱氧产物的上浮排出，需要应用,CaO-SiO2-Al2O3,相图。,具体选择在,(,CaO,)/(SiO2)=0.65,1.10,，,(Al2O3),10%,，熔化温度在,1000,的范围较为合适。,三 熔渣的结构理论,目前公认的熔渣结构理论有：分子理论、离子理论和分子离子共存理论。,1,熔渣的分子理论,2,熔渣的离子理论,3,熔渣的分子离子共存理论,1,熔渣的分子理论,(1),熔渣是由各种电中性的自由氧化物分子（如,FeO,、,CaO,、,MgO,、,Al2O3,、,SiO2,、,P2O5,等）及他们之间形成的复杂化合物分子（如,CaOSiO2,、,2CaOSiO2,、,2FeOSiO2,、,4CaOP2O5,等）即自由简单分子和复杂分子组成的理想溶液。,(2),各种自由氧化物和其形成的复杂化合物分子之间存在着生成和分解的平衡反应，处于化学动平衡状态。,(3),熔渣中每种氧化物都有两种不同的存在状态，以简单氧化物分子存在的叫自由氧化物，以复杂化合物分子存在的，叫结合氧化物。而只有自由氧化物分子才有与钢液反应的能力。,(4),假定熔渣是理想溶液时，自由氧化物的浓度就等于其活度，用质量分数表示，可以应用质量作用定律。,2,熔渣的离子理论,(1),熔渣中存在如,Fe2+,、,Ca2+,、,Mn2+,、,Al3+,、,Mg2+,等的阳离子和如,O2-,、,S2-,、,F-,、,SiO44-,、,PO43-,、,AlO33-,等的阴离子，阴阳离子所带电荷总量相等，熔渣本身呈电中性。,(2),在酸性渣中，,SiO44-,离子的氧被共有、聚合成类似,SiO44-,正四面体基本结构，聚合成多种形式的巨大的阴离子团，见图,5-15,，这造成同样温度下，酸性渣比碱性渣粘度高。硅氧复合阴离子结构的变化是通过简单硅氧复合阴离子的聚合，形成更为复杂的硅氧复合阴离子进行的。这种聚合是由熔渣中,O/,Si,原子比决定的。随着,O/,Si,原子比的降低，符合阴离子的结构变复杂，表现在聚合的四面体数增多，而离子的半径变大。,(3),认为熔渣中不同阴离子之间或不同阳离子之间是没有区别的，也就是阴阳离子是理想溶液。,(4),为了保持钢渣界面电中性，钢渣界面上阳离子或原子得到电子，阴离子失去电子。发生传氧和脱硫等电极反应。,3,熔渣的分子离子共存理论,综合了分子理论和离子理论的优点，分子离子共存理论认为：,（,1,）熔渣由简单阳离子和阴离子,Fe2+,、,Ca2+,、,O2-,、,S2-,、,F-,等及未分解的化合物,SiO2,、硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐等组成；,（,2,）离子和分子之间存在着动平衡关系，其反应遵守质量作用定律；,（,3,）认为熔渣中分子、离子是理想溶液。,