1第四節(jié)轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度

造渣是煉鋼的一項重要操作。由于轉(zhuǎn)爐冶煉時間短，必須快速成渣，才能滿足冶煉進程和強化冶煉的要求。造渣對避免噴濺、減少金屬損失和提高爐襯壽命都有直接關系。煉鋼就是煉渣。1第四節(jié)轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度造渣是煉鋼的一項重要操作。2轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度一.成渣過程來源：渣料、金屬元素氧化產(chǎn)物和脫磷、硫產(chǎn)物、爐襯等。1.煉鋼對爐渣要求轉(zhuǎn)爐冶煉各期，都要求爐渣具有一定的：a.堿度R；b.合適的氧化性∑(FeO)c.流動性；d.適度泡沫化。2轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度一.成渣過程3爐渣的作用：①、脫磷、硫；②、保溫、防止金屬再氧化及吸氣；③、吸收上浮的夾雜物及反應產(chǎn)物；④、減少爐襯的蝕損。主要成分是：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS、FeS、MnS等。3爐渣的作用：主要成分是：4液態(tài)爐渣主要來自鐵水中Si、Mn、Fe的氧化物。希望爐渣具有較高的氧化性∑(FeO)，以促進石灰熔化，迅速提高爐渣堿度R。因前期[C]-[O]反應滯后，熔池攪拌較弱，溫度偏低，渣中∑(FeO)

積累。2.轉(zhuǎn)爐成渣過程吹煉初期:4液態(tài)爐渣主要來自鐵水中Si、Mn、Fe的氧化物。2.轉(zhuǎn)爐成5取樣表明：初期渣的主要礦物為鈣鎂橄欖石m[(Fe.Mn.Mg.Ca)SiO4]和玻璃體(SiO2)<7~8%，自由氧化物(RO)相很少。鈣鎂橄欖石：是錳橄欖(2MnO.SiO2)、鐵橄欖石(FeO.SiO2)、鎂橄欖石(MgO.SiO2)和硅酸二鈣(2CaOSiO2)的混合晶體。5取樣表明：6轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度吹煉中期:由于爐溫升高石灰進一步熔化，同時因為Vc加快而導致渣中∑(FeO)逐漸降低，使石灰熔化速度有所減緩。隨著C-O反應進行，爐渣泡沫化程度迅速提高。由于C-O反應大量消耗渣中∑(FeO)，以及有時得不到超過渣系液相線的正常過熱溫度，使化渣條件惡化，引起爐渣異相化，并出現(xiàn)“返干”。6轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度吹煉中期:7“返干”—轉(zhuǎn)爐煉鋼的吹煉中期,由于脫碳速度大,大量的CO氣泡能沖破渣層而排出,爐渣堿度高,∑(FeO)較低,SiO2

、P205表面活性物質(zhì)的活度降低,因此引起泡沫渣的條件不如吹煉初期,熔渣出現(xiàn)

固相質(zhì)點即“返干”現(xiàn)象。要求：爐渣氧化性（通常含∑(FeO)

不低于8~9%）。避免：ⅰ爐渣“返干”、噴濺，中期渣粘度要適宜；ⅱ泡沫渣過渡噴濺；ⅲ氧槍操作不當引起噴濺。7“返干”—轉(zhuǎn)爐煉鋼的吹煉中期,由于脫碳速度大,大量8轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度原因:隨著爐渣R的提高，CaO與SiO2的親和力比其它氧化物大，CaO逐漸取代鈣鎂橄欖石中的其它氧化物，在石灰表面生成高熔點的堅硬致密的2CaOSiO2殼層，阻礙了新鮮爐渣向石灰內(nèi)部的滲入，導致石灰溶解速度下降。石灰與鈣鎂橄欖石和玻璃體SiO2作用時，生成CaOSiO2，3CaO2SiO2，2CaOSiO2和3CaOSiO2等產(chǎn)物，其中最可能和最穩(wěn)定乃是熔點2130℃為的2CaOSiO2。P198~1998轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度原因:9910吹煉末期:Vc下降，渣中∑(FeO)再次增高，石灰繼續(xù)熔化并加快了熔化速度。同時，熔池中乳化和泡沫現(xiàn)象趨于減弱和消失。要保證去P、S所需的爐渣高堿度R

，同時要控制好終渣氧化性∑(FeO)=15%~20%，末期渣要化透作粘。在吹煉末期，RO相急劇增加，生成的3CaOSiO2也分解為CaOSiO2和CaO，并有2CaO.Fe2O3生成。10吹煉末期:11轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度二.石灰熔化機理石灰熔化關系到成渣的快慢，成渣又影響脫、脫硫。從爐渣下層取出未熔石灰塊，觀察其斷面并分析從外到內(nèi)各層的化學成分可知，爐渣由表及里向石灰塊內(nèi)部滲透，表面有反應產(chǎn)物形成。石灰熔化是復雜的多相（固-液）反應。固態(tài)液態(tài)渣11轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度二.石灰熔化機理固態(tài)液態(tài)渣12其過程可分為：第一步，液相爐渣經(jīng)石灰塊外部擴散邊界層向反應區(qū)擴散，并沿氣孔向石灰塊內(nèi)部遷移；第二步，爐渣與石灰在反應區(qū)進行化學反應并形成新相，反應不僅在石灰塊外表面上進行，而且在內(nèi)部氣孔表面上進行；第三步，反應產(chǎn)物離開反應區(qū)向爐渣熔體中轉(zhuǎn)移。12其過程可分為：13冶煉初期末、剛進入中期13冶煉初期末、剛進入中期14顯然，加速石灰熔化的關鍵是克服石灰熔化的限制環(huán)節(jié)。首先應極力避免形成高熔點堅硬致密的2CaOSiO2殼層，當其產(chǎn)生后，應該設法迅速破壞掉這一阻礙石灰熔化的殼層，以保成爐渣組分能夠迅速不斷地向石灰表面和內(nèi)部滲入。轉(zhuǎn)爐條件下石灰熔化速度的近似公式為：

=k(CaO+1.35MgO+1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1)exp{-2550/T}式中：k—系數(shù)；VC—脫碳速度；

T—溫度，K；G—石灰重量。14顯然，加速石灰熔化的關鍵是克服石灰熔化的限制環(huán)節(jié)。首先應15轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度影響石灰熔化速度的主要因素有：參與熔化反應成分的濃度;流體力學有關的傳質(zhì);熔池溫度;反應面積;石灰質(zhì)量等。爐渣成分——首先，F(xiàn)eO對石灰的熔化速度具有決定性的有利作用，它是石灰熔化的基本熔劑。15轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度影響石灰熔化速度的主要因素有：16轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度作用：第一，它能顯著降低爐渣粘度，從而加速石灰熔化過程中傳質(zhì)；第二，它能改善爐渣對石灰的潤濕和爐渣向石灰孔隙中的滲透；最根本的原因是：它的離子半徑不大（），而且與CaO同屬立方晶系，這些都有利于向CaO晶格中遷移并生成低熔點物質(zhì)；因此,大大減少石灰塊表面的2CaOSiO2生成，降低其熔點，使2CaOSiO2變疏松。16轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度作用：17三.造渣方法1.石灰加入量石灰加入量主要根據(jù)鐵水中硅、磷和爐渣堿度確定。在鐵水含磷量較低，采用單渣操作和用廢鋼做冷卻劑時，石灰加入量X可用下式計算：

金屬料

式中(%CaO)有效—石灰中的CaO有效含量=(%CaO)-R(%SiO2)石灰；

2.14—MSiO2/MSi，即SiO2與Si相對分子量之比；R=(%CaO)/(%SiO2)—堿度。

17三.造渣方法18轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度但鐵水中含磷較高并假定金屬料中含磷量的90%氧化進入爐渣，則石灰加入量X可用下式計算：式中：為P2O5相對分子質(zhì)量與P相對分子質(zhì)量之比。18轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度但鐵水中含磷較高并假定金屬料中含磷量的919轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度2.造渣方法在生產(chǎn)實踐中，一般根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法。常用的造渣方法有單渣法、雙渣法和雙渣留渣法。通常，轉(zhuǎn)爐渣料采用分批加入法，頭批料在開吹時加入，加入量為渣料總量的1/2~1/3，以后分多批少量加入。經(jīng)鐵水三脫處理后，可進行少渣操作。19轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度2.造渣方法20四.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷、脫硫1.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷(氧化脫磷)1）磷在鋼中的存在形式及其對鋼性能的影響高爐煉鐵是還原性氣氛，無法去除磷，它必然隨鐵礦石進入鐵水。大量文獻證明，磷是以Fe2P（也有報道Fe3P）的形態(tài)存在于鋼中。在大多數(shù)鋼中磷是有害元素，希望它的含量越少越好。20四.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷、脫硫21轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度磷可溶于鋼液中，是有效的硬化劑（僅次于碳）。能使鋼的屈服強度提高。如：易切削鋼、低碳鍍錫薄板。但能使鋼的塑性和韌性變壞。特別是在低溫下，韌性變壞尤為顯著，即：能導致鋼的“冷脆”。原因：凝固后磷原子富集于鐵素體晶界形成固溶強化所引的。磷對焊接性能、電磁性能都有不利的影響。21轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度磷可溶于鋼液中，是有效的硬化劑（僅次于碳22磷與氧的親和力>鐵與氧的親和力。但在煉鋼溫度(T:1400-1600℃)下，鋼液中的磷是不能被氧化去除的。因為：2[P]+5[O]=P2O5(g)△G0=-177350+127.32Tcal>02）脫磷反應（游離態(tài)的磷很活潑，易與氧化合。但自然界沒有游離態(tài)的磷，它是以礦物形式存在）。22磷與氧的親和力>鐵與氧的親和力。2）脫磷反應23但當有堿性氧化物存在時，磷氧化形成的P2O5(g)就能與之結(jié)合為穩(wěn)定的磷酸鹽，可保留于渣中。這些磷酸鹽是：3FeO.P2O5

、3MnO.P2O5

、3MgO.P2O5、3CaO.P2O5或(4CaO.P2O5)。在一般煉鋼渣系下，3CaO.P2O5和3Feo.P2O5數(shù)量最多，是最主要脫磷產(chǎn)物。23但當有堿性氧化物存在時，磷氧化形成的P2O5(g)就能與24轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度分子理論的脫磷反應式如下：（渣-金界面反應）氧化脫磷5(Feo)=5[Fe]+5[O]2[P]+5[O]=(P2O5)(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+————————————————————2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5[Fe]24轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度分子理論的脫磷反應式如下：（渣-金界面反25離子理論的脫磷反應式為：[P]+(O2-)+[O]=(PO43-)lgK=40067/T-15.06其中：K=a(4CaO.P5O2)/[%P]2a5(Feo)a4(CaO)脫磷率：LP=(%P2O5)/[%P]2=Ka5(Feo)a4(CaO)磷酸鹽容量Cp=(P%)/aPaO2.5

表示渣的脫磷能力。（離子理論,p172）則：LP=(%P)/[%P]=Cp.aO2.5fp還原脫磷略。25離子理論的脫磷反應式為：26轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫磷條件由上式可得到脫磷的熱力學條件：

a.提高a(Feo)和a(CaO)對脫磷反應有利；（a(Feo)可通過加氧化鐵皮、鐵礦石或提高槍位來實現(xiàn)。a(CaO)

可通過加石灰和熔劑，使R>2.5）。

b.

降低(4CaO.P2O5)的活度，對脫磷反應有利；（通過放渣及造新渣來實現(xiàn)）。

26轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫磷條件27c.較低的溫度對脫磷反應有利。（1400-1500℃）冶煉初、中前期。因放熱反應，溫度升高不利于反應進行。脫磷的動力學條件：加強攪拌（增大渣-金反應界面），改善爐渣流動性等都有利脫磷反應的進行。

27c.較低的溫度對脫磷反應有利。2828292930轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度問題：分析轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉過程初、中、末期爐渣的變化與脫磷的關系。初：T低，(Feo)高，R低；中：T升高，(Feo)低，R升高；末：T升高，(Feo)高，R升高。結(jié)論：頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷的最佳時期為：

冶煉的初期和脫碳前期。30轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度問題：31轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度4）.“回磷”問題在脫氧、合金化及澆注過程中，由于T升高，(Feo)低，R低（脫氧劑Fe-Si的產(chǎn)物SiO2），渣中的磷可被還原，又進入鋼液中的現(xiàn)象稱為“回磷”。防止“回磷”的辦法：應盡可能不在爐內(nèi)進行脫氧、合金化，設法使爐渣不進入鋼包。采取鐵水爐外脫磷及保護澆鑄等措施。31轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度4）.“回磷”問題32轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度5）鐵水爐外脫磷的條件a.首先要脫[Si]使其低于0.2%（依據(jù)：氧勢圖）;b.T低（1300-1400℃），對脫磷反應有利;c.設備簡單，操作方便。（可在出鐵溝中或在魚雷罐車中進行。通過吹O2或加燒結(jié)礦、鐵精礦粉等）;d.可減輕轉(zhuǎn)爐負擔，實現(xiàn)少渣或無渣操作，提高鋼的品種和質(zhì)量。目前，最佳的鐵水爐外脫磷器是轉(zhuǎn)爐。脫磷劑多以Ca系為主。32轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度5）鐵水爐外脫磷的條件33傳統(tǒng)鋼鐵流程33傳統(tǒng)鋼鐵流程34多功能RH[C]>3.5%0.04%[P]=0.11%[S]≤0.005%T=1350℃[S]≤0.005%T=1300℃0.004%[P]≤0.005%[P]≤0.01%0.065%0.001%[P]≤0.003%T=1650℃新流程34多功能RH[C]>3.5%0.04%[P]=0.11%[352.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫硫1）硫在鋼中的存在形式及其對鋼性能的影響從Fe-S二元系相圖可知，硫能溶解于液態(tài)鐵中形成無限溶液。鋼鐵中的含量約為：0.001-0.1%。硫在液態(tài)純鐵中，究竟以何種狀態(tài)存在？到目前為止還不能完全確定。多數(shù)觀點認為它以[FeS]的形式存在，少數(shù)[MnS]。硫在鐵中的溶解熱較高，擴散系數(shù)較小。352.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫硫363637轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度硫的影響很多，是煉鋼的雜質(zhì)元素，希望它的含量越少越好?！盁岽唷薄且环N斷裂現(xiàn)象。指鋼中的FeS-FeO形成低熔點（940℃）共晶物，軋制時的加熱溫度是1100℃，軋制時鋼中的FeS-FeO變?yōu)橐簯B(tài)，該處就是斷裂區(qū)。此外，硫?qū)︿摰臋C械、焊接和切削性能都有影響。鋼中的硫化夾雜物會引起“坑蝕”、疲勞斷裂等現(xiàn)象。37轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度硫的影響很多，是煉鋼的雜質(zhì)元素，希望它的3838392）脫硫反應轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫硫分為:氣態(tài)脫硫和爐渣脫硫。氣態(tài)脫硫：是轉(zhuǎn)爐煉鋼整個脫硫過程中的一個組成部分，占10%左右。其分子理論反應式為：[S]+{O2}={SO2}

或[FeS]+{O2}={SO2}+[Fe]氣態(tài)脫硫的條件是：要具有一定氧勢，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的一次反應區(qū)具有較高的氧濃度，故具備此條件。（由爐氣成分的檢測結(jié)果可證實）392）脫硫反應40爐渣脫硫：（渣-金界面反應）占轉(zhuǎn)爐煉鋼整個脫硫過程中的90%左右。其分子理論反應式為：[S]+（CaO）=（CaS）+[O]

或[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）屬弱吸熱反應，K=a（CaS）a[O]/a[S]a（CaO）式中a[O]=f0[%O]；a[S]=fs[%S]。離子式為：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]K=aS2-a[O]/aO2-aS脫硫率LS=（%S）/[%S]=Kfsa（CaO）/f0[%O]p17540爐渣脫硫：（渣-金界面反應）占轉(zhuǎn)爐煉鋼整個脫硫41轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫硫條件由上式可知，脫硫的熱力學條件為：a.增加（CaO），即：提高R，對脫硫反應有利；

b.降低（FeO）、（CaS）（放渣），對脫硫反應有利；c.提高T（1550-1600℃后），對脫硫反應有利。脫硫的動力學條件為：加強攪拌，增大渣-金反應界面，對脫硫反應有利。41轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫硫條件42問題：分析轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉過程初、中、末期爐渣的變化與脫硫的關系。初：T低，(Feo)高，R低；中：T升高，(Feo)低，R升高；末：T升高，(Feo)高，R升高。結(jié)論：頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣所具有的高氧化性，對脫硫是不利的，但它具有的良好動力學條件和高R

，使其脫硫的較好時期為：冶煉的中、后期。脫硫率LS可達40%左右。42問題：分析轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉過程初、中、末期爐渣的變化與脫硫的434）鐵水預脫硫的條件a.鐵水中的[C]、[Si]、[Mn]含量較高，這些元素有利提高fs，從而使脫硫率LS提高；同時，可使脫硫劑（Ca系、Na系、純金屬Mg及稀土）的利用率提高。b.鐵水中的[O]含量較低（氧勢低），對脫硫反應有利。

c.設備簡單，操作方便。（可在出鐵溝中或在魚雷罐車、鐵水罐中進行）。434）鐵水預脫硫的條件44轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度d.可減輕高爐負擔，降低焦比（高爐的還原性氣氛對脫硫反應有利，但脫硫還需增加R即：加石灰。石灰或石灰石的吸熱，使高爐的焦比增加，代價太大）。e.可減輕轉(zhuǎn)爐負擔，實現(xiàn)少渣或無渣操作，提高鋼的品種和質(zhì)量。

*避免“回硫”3.鐵水同時脫磷、脫硫的原理

視體系氧勢而定，一般是氧化脫磷、還原脫硫，選擇Ca系渣較多。（也有同時還原脫磷、脫硫）44轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度d.可減輕高爐負擔，降低焦比（高爐的還原45轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度分析:根據(jù)電中性原理,在渣-金界面上發(fā)生的電化學反應必然是同時進行陽極反應和陰極反應.在LD氧化精煉的條件下:陽極反應為脫磷:[P]陰極反應為脫硫:可見同時脫磷、脫硫是可能的.但要注意的是:在氧化條件下脫硫,必須選擇脫硫能力強的堿性渣劑.45轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度分析:465、深度脫硫金屬Mg，Ca的脫硫Mg(g)+[S]=(MgS)(s)

Ca(l)+[S]=(CaS)(s) Ca(g)+(S)=(CaS)(s) 注意：當用金屬脫硫劑時，其脫硫反應為放熱過程，因此為強化脫硫宜低溫操作。465、深度脫硫47五、吹損與噴濺在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，出鋼量總是比裝入量少，這些吹煉過程中損失的金屬量叫做吹損。吹損=（裝入量-出鋼量）/裝入量×100%吹損由化學損失、煙塵損失、渣中鐵珠和氧化鐵損失、噴濺損失等幾部分組成。(1)化學損失將鐵水和廢鋼吹煉成鋼水，需去除碳、磷、硫，而硅和錳也會發(fā)生氧化。(2)煙塵損失。吹煉過程中氧槍中心區(qū)的鐵被氧化，生成紅棕色煙塵隨爐氣排出而損失，煙塵損失一般為金屬裝入量的0.8%～1.3%。47五、吹損與噴濺48(3)渣中氧化鐵損失爐渣中含有氧化鐵，除渣時倒出造成鐵損失。

(4)渣中鐵珠損失轉(zhuǎn)爐渣中，有一部分金屬液滴懸浮于爐渣中形成鐵珠，倒渣時隨渣倒出造成鐵損。(5)噴濺損失轉(zhuǎn)爐吹煉中，若操作控制不當將會產(chǎn)生噴濺，有可能使部分金屬隨爐渣起噴出爐外，造成金屬損失。噴濺量隨原料條件和操作水平高低而變，一般約占裝入量的0.5%~2.5%。48(3)渣中氧化鐵損失49噴濺是頂吹轉(zhuǎn)爐操作過程中經(jīng)常見到的一種現(xiàn)象。噴濺的類型有爆發(fā)性噴濺、泡沫性噴濺和金屬噴濺。爆發(fā)性噴濺熔池內(nèi)碳氧反應不均衡發(fā)展，瞬時產(chǎn)生大量的co氣體。這是發(fā)生爆發(fā)性噴濺的根本原因。泡沫性噴濺在鐵水Si、P含量高，渣中Si02、P205含量較高，渣量大時，再加上熔渣內(nèi)TFe較高，熔渣表面張力降低，熔渣泡沫太多，阻礙著co氣體通暢排出，使渣層厚度增加，嚴重時能夠上漲到爐口。49噴濺50金屬噴濺渣中TFe過低，熔渣流動性不好，氧氣流直接接觸金屬液面，由于碳氧反應生成的co氣體排出時，帶動金屬液滴飛出爐外，形成金屬噴濺。飛濺的金屬液滴粘附于氧槍噴嘴上，嚴重惡化了氧槍噴嘴的冷卻條件，導致噴嘴損壞。金屬噴濺又稱為返干性噴濺。50金屬噴濺51思考題：1.在LD煉鋼過程中，爐渣是如何變化和形成的？2.為什么要使用活性石灰（用石灰熔化機理進行分析）？成渣速度對冶煉有何影響？3.在LD煉鋼過程中脫磷、脫硫有何特點和條件？4.為何要進行鐵水預處理（三脫）？分析其優(yōu)勢。5.重要概念:爐渣“返干”、“回磷”、活性石灰、噴濺51思考題：1.在LD煉鋼過程中，爐渣是如何變化和形成的？52第四節(jié)轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度

造渣是煉鋼的一項重要操作。由于轉(zhuǎn)爐冶煉時間短，必須快速成渣，才能滿足冶煉進程和強化冶煉的要求。造渣對避免噴濺、減少金屬損失和提高爐襯壽命都有直接關系。煉鋼就是煉渣。1第四節(jié)轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度造渣是煉鋼的一項重要操作。53轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度一.成渣過程來源：渣料、金屬元素氧化產(chǎn)物和脫磷、硫產(chǎn)物、爐襯等。1.煉鋼對爐渣要求轉(zhuǎn)爐冶煉各期，都要求爐渣具有一定的：a.堿度R；b.合適的氧化性∑(FeO)c.流動性；d.適度泡沫化。2轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度一.成渣過程54爐渣的作用：①、脫磷、硫；②、保溫、防止金屬再氧化及吸氣；③、吸收上浮的夾雜物及反應產(chǎn)物；④、減少爐襯的蝕損。主要成分是：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS、FeS、MnS等。3爐渣的作用：主要成分是：55液態(tài)爐渣主要來自鐵水中Si、Mn、Fe的氧化物。希望爐渣具有較高的氧化性∑(FeO)，以促進石灰熔化，迅速提高爐渣堿度R。因前期[C]-[O]反應滯后，熔池攪拌較弱，溫度偏低，渣中∑(FeO)

積累。2.轉(zhuǎn)爐成渣過程吹煉初期:4液態(tài)爐渣主要來自鐵水中Si、Mn、Fe的氧化物。2.轉(zhuǎn)爐成56取樣表明：初期渣的主要礦物為鈣鎂橄欖石m[(Fe.Mn.Mg.Ca)SiO4]和玻璃體(SiO2)<7~8%，自由氧化物(RO)相很少。鈣鎂橄欖石：是錳橄欖(2MnO.SiO2)、鐵橄欖石(FeO.SiO2)、鎂橄欖石(MgO.SiO2)和硅酸二鈣(2CaOSiO2)的混合晶體。5取樣表明：57轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度吹煉中期:由于爐溫升高石灰進一步熔化，同時因為Vc加快而導致渣中∑(FeO)逐漸降低，使石灰熔化速度有所減緩。隨著C-O反應進行，爐渣泡沫化程度迅速提高。由于C-O反應大量消耗渣中∑(FeO)，以及有時得不到超過渣系液相線的正常過熱溫度，使化渣條件惡化，引起爐渣異相化，并出現(xiàn)“返干”。6轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度吹煉中期:58“返干”—轉(zhuǎn)爐煉鋼的吹煉中期,由于脫碳速度大,大量的CO氣泡能沖破渣層而排出,爐渣堿度高,∑(FeO)較低,SiO2

、P205表面活性物質(zhì)的活度降低,因此引起泡沫渣的條件不如吹煉初期,熔渣出現(xiàn)

固相質(zhì)點即“返干”現(xiàn)象。要求：爐渣氧化性（通常含∑(FeO)

不低于8~9%）。避免：ⅰ爐渣“返干”、噴濺，中期渣粘度要適宜；ⅱ泡沫渣過渡噴濺；ⅲ氧槍操作不當引起噴濺。7“返干”—轉(zhuǎn)爐煉鋼的吹煉中期,由于脫碳速度大,大量59轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度原因:隨著爐渣R的提高，CaO與SiO2的親和力比其它氧化物大，CaO逐漸取代鈣鎂橄欖石中的其它氧化物，在石灰表面生成高熔點的堅硬致密的2CaOSiO2殼層，阻礙了新鮮爐渣向石灰內(nèi)部的滲入，導致石灰溶解速度下降。石灰與鈣鎂橄欖石和玻璃體SiO2作用時，生成CaOSiO2，3CaO2SiO2，2CaOSiO2和3CaOSiO2等產(chǎn)物，其中最可能和最穩(wěn)定乃是熔點2130℃為的2CaOSiO2。P198~1998轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度原因:60961吹煉末期:Vc下降，渣中∑(FeO)再次增高，石灰繼續(xù)熔化并加快了熔化速度。同時，熔池中乳化和泡沫現(xiàn)象趨于減弱和消失。要保證去P、S所需的爐渣高堿度R

，同時要控制好終渣氧化性∑(FeO)=15%~20%，末期渣要化透作粘。在吹煉末期，RO相急劇增加，生成的3CaOSiO2也分解為CaOSiO2和CaO，并有2CaO.Fe2O3生成。10吹煉末期:62轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度二.石灰熔化機理石灰熔化關系到成渣的快慢，成渣又影響脫、脫硫。從爐渣下層取出未熔石灰塊，觀察其斷面并分析從外到內(nèi)各層的化學成分可知，爐渣由表及里向石灰塊內(nèi)部滲透，表面有反應產(chǎn)物形成。石灰熔化是復雜的多相（固-液）反應。固態(tài)液態(tài)渣11轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度二.石灰熔化機理固態(tài)液態(tài)渣63其過程可分為：第一步，液相爐渣經(jīng)石灰塊外部擴散邊界層向反應區(qū)擴散，并沿氣孔向石灰塊內(nèi)部遷移；第二步，爐渣與石灰在反應區(qū)進行化學反應并形成新相，反應不僅在石灰塊外表面上進行，而且在內(nèi)部氣孔表面上進行；第三步，反應產(chǎn)物離開反應區(qū)向爐渣熔體中轉(zhuǎn)移。12其過程可分為：64冶煉初期末、剛進入中期13冶煉初期末、剛進入中期65顯然，加速石灰熔化的關鍵是克服石灰熔化的限制環(huán)節(jié)。首先應極力避免形成高熔點堅硬致密的2CaOSiO2殼層，當其產(chǎn)生后，應該設法迅速破壞掉這一阻礙石灰熔化的殼層，以保成爐渣組分能夠迅速不斷地向石灰表面和內(nèi)部滲入。轉(zhuǎn)爐條件下石灰熔化速度的近似公式為：

=k(CaO+1.35MgO+1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1)exp{-2550/T}式中：k—系數(shù)；VC—脫碳速度；

T—溫度，K；G—石灰重量。14顯然，加速石灰熔化的關鍵是克服石灰熔化的限制環(huán)節(jié)。首先應66轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度影響石灰熔化速度的主要因素有：參與熔化反應成分的濃度;流體力學有關的傳質(zhì);熔池溫度;反應面積;石灰質(zhì)量等。爐渣成分——首先，F(xiàn)eO對石灰的熔化速度具有決定性的有利作用，它是石灰熔化的基本熔劑。15轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度影響石灰熔化速度的主要因素有：67轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度作用：第一，它能顯著降低爐渣粘度，從而加速石灰熔化過程中傳質(zhì)；第二，它能改善爐渣對石灰的潤濕和爐渣向石灰孔隙中的滲透；最根本的原因是：它的離子半徑不大（），而且與CaO同屬立方晶系，這些都有利于向CaO晶格中遷移并生成低熔點物質(zhì)；因此,大大減少石灰塊表面的2CaOSiO2生成，降低其熔點，使2CaOSiO2變疏松。16轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度作用：68三.造渣方法1.石灰加入量石灰加入量主要根據(jù)鐵水中硅、磷和爐渣堿度確定。在鐵水含磷量較低，采用單渣操作和用廢鋼做冷卻劑時，石灰加入量X可用下式計算：

金屬料

式中(%CaO)有效—石灰中的CaO有效含量=(%CaO)-R(%SiO2)石灰；

2.14—MSiO2/MSi，即SiO2與Si相對分子量之比；R=(%CaO)/(%SiO2)—堿度。

17三.造渣方法69轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度但鐵水中含磷較高并假定金屬料中含磷量的90%氧化進入爐渣，則石灰加入量X可用下式計算：式中：為P2O5相對分子質(zhì)量與P相對分子質(zhì)量之比。18轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度但鐵水中含磷較高并假定金屬料中含磷量的970轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度2.造渣方法在生產(chǎn)實踐中，一般根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法。常用的造渣方法有單渣法、雙渣法和雙渣留渣法。通常，轉(zhuǎn)爐渣料采用分批加入法，頭批料在開吹時加入，加入量為渣料總量的1/2~1/3，以后分多批少量加入。經(jīng)鐵水三脫處理后，可進行少渣操作。19轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度2.造渣方法71四.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷、脫硫1.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷(氧化脫磷)1）磷在鋼中的存在形式及其對鋼性能的影響高爐煉鐵是還原性氣氛，無法去除磷，它必然隨鐵礦石進入鐵水。大量文獻證明，磷是以Fe2P（也有報道Fe3P）的形態(tài)存在于鋼中。在大多數(shù)鋼中磷是有害元素，希望它的含量越少越好。20四.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷、脫硫72轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度磷可溶于鋼液中，是有效的硬化劑（僅次于碳）。能使鋼的屈服強度提高。如：易切削鋼、低碳鍍錫薄板。但能使鋼的塑性和韌性變壞。特別是在低溫下，韌性變壞尤為顯著，即：能導致鋼的“冷脆”。原因：凝固后磷原子富集于鐵素體晶界形成固溶強化所引的。磷對焊接性能、電磁性能都有不利的影響。21轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度磷可溶于鋼液中，是有效的硬化劑（僅次于碳73磷與氧的親和力>鐵與氧的親和力。但在煉鋼溫度(T:1400-1600℃)下，鋼液中的磷是不能被氧化去除的。因為：2[P]+5[O]=P2O5(g)△G0=-177350+127.32Tcal>02）脫磷反應（游離態(tài)的磷很活潑，易與氧化合。但自然界沒有游離態(tài)的磷，它是以礦物形式存在）。22磷與氧的親和力>鐵與氧的親和力。2）脫磷反應74但當有堿性氧化物存在時，磷氧化形成的P2O5(g)就能與之結(jié)合為穩(wěn)定的磷酸鹽，可保留于渣中。這些磷酸鹽是：3FeO.P2O5

、3MnO.P2O5

、3MgO.P2O5、3CaO.P2O5或(4CaO.P2O5)。在一般煉鋼渣系下，3CaO.P2O5和3Feo.P2O5數(shù)量最多，是最主要脫磷產(chǎn)物。23但當有堿性氧化物存在時，磷氧化形成的P2O5(g)就能與75轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度分子理論的脫磷反應式如下：（渣-金界面反應）氧化脫磷5(Feo)=5[Fe]+5[O]2[P]+5[O]=(P2O5)(P2O5)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+————————————————————2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5[Fe]24轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度分子理論的脫磷反應式如下：（渣-金界面反76離子理論的脫磷反應式為：[P]+(O2-)+[O]=(PO43-)lgK=40067/T-15.06其中：K=a(4CaO.P5O2)/[%P]2a5(Feo)a4(CaO)脫磷率：LP=(%P2O5)/[%P]2=Ka5(Feo)a4(CaO)磷酸鹽容量Cp=(P%)/aPaO2.5

表示渣的脫磷能力。（離子理論,p172）則：LP=(%P)/[%P]=Cp.aO2.5fp還原脫磷略。25離子理論的脫磷反應式為：77轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫磷條件由上式可得到脫磷的熱力學條件：

a.提高a(Feo)和a(CaO)對脫磷反應有利；（a(Feo)可通過加氧化鐵皮、鐵礦石或提高槍位來實現(xiàn)。a(CaO)

可通過加石灰和熔劑，使R>2.5）。

b.

降低(4CaO.P2O5)的活度，對脫磷反應有利；（通過放渣及造新渣來實現(xiàn)）。

26轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫磷條件78c.較低的溫度對脫磷反應有利。（1400-1500℃）冶煉初、中前期。因放熱反應，溫度升高不利于反應進行。脫磷的動力學條件：加強攪拌（增大渣-金反應界面），改善爐渣流動性等都有利脫磷反應的進行。

27c.較低的溫度對脫磷反應有利。7928802981轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度問題：分析轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉過程初、中、末期爐渣的變化與脫磷的關系。初：T低，(Feo)高，R低；中：T升高，(Feo)低，R升高；末：T升高，(Feo)高，R升高。結(jié)論：頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼脫磷的最佳時期為：

冶煉的初期和脫碳前期。30轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度問題：82轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度4）.“回磷”問題在脫氧、合金化及澆注過程中，由于T升高，(Feo)低，R低（脫氧劑Fe-Si的產(chǎn)物SiO2），渣中的磷可被還原，又進入鋼液中的現(xiàn)象稱為“回磷”。防止“回磷”的辦法：應盡可能不在爐內(nèi)進行脫氧、合金化，設法使爐渣不進入鋼包。采取鐵水爐外脫磷及保護澆鑄等措施。31轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度4）.“回磷”問題83轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度5）鐵水爐外脫磷的條件a.首先要脫[Si]使其低于0.2%（依據(jù)：氧勢圖）;b.T低（1300-1400℃），對脫磷反應有利;c.設備簡單，操作方便。（可在出鐵溝中或在魚雷罐車中進行。通過吹O2或加燒結(jié)礦、鐵精礦粉等）;d.可減輕轉(zhuǎn)爐負擔，實現(xiàn)少渣或無渣操作，提高鋼的品種和質(zhì)量。目前，最佳的鐵水爐外脫磷器是轉(zhuǎn)爐。脫磷劑多以Ca系為主。32轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度5）鐵水爐外脫磷的條件84傳統(tǒng)鋼鐵流程33傳統(tǒng)鋼鐵流程85多功能RH[C]>3.5%0.04%[P]=0.11%[S]≤0.005%T=1350℃[S]≤0.005%T=1300℃0.004%[P]≤0.005%[P]≤0.01%0.065%0.001%[P]≤0.003%T=1650℃新流程34多功能RH[C]>3.5%0.04%[P]=0.11%[862.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫硫1）硫在鋼中的存在形式及其對鋼性能的影響從Fe-S二元系相圖可知，硫能溶解于液態(tài)鐵中形成無限溶液。鋼鐵中的含量約為：0.001-0.1%。硫在液態(tài)純鐵中，究竟以何種狀態(tài)存在？到目前為止還不能完全確定。多數(shù)觀點認為它以[FeS]的形式存在，少數(shù)[MnS]。硫在鐵中的溶解熱較高，擴散系數(shù)較小。352.轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫硫873688轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度硫的影響很多，是煉鋼的雜質(zhì)元素，希望它的含量越少越好。“熱脆”—是一種斷裂現(xiàn)象。指鋼中的FeS-FeO形成低熔點（940℃）共晶物，軋制時的加熱溫度是1100℃，軋制時鋼中的FeS-FeO變?yōu)橐簯B(tài)，該處就是斷裂區(qū)。此外，硫?qū)︿摰臋C械、焊接和切削性能都有影響。鋼中的硫化夾雜物會引起“坑蝕”、疲勞斷裂等現(xiàn)象。37轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度硫的影響很多，是煉鋼的雜質(zhì)元素，希望它的8938902）脫硫反應轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫硫分為:氣態(tài)脫硫和爐渣脫硫。氣態(tài)脫硫：是轉(zhuǎn)爐煉鋼整個脫硫過程中的一個組成部分，占10%左右。其分子理論反應式為：[S]+{O2}={SO2}

或[FeS]+{O2}={SO2}+[Fe]氣態(tài)脫硫的條件是：要具有一定氧勢，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的一次反應區(qū)具有較高的氧濃度，故具備此條件。（由爐氣成分的檢測結(jié)果可證實）392）脫硫反應91爐渣脫硫：（渣-金界面反應）占轉(zhuǎn)爐煉鋼整個脫硫過程中的90%左右。其分子理論反應式為：[S]+（CaO）=（CaS）+[O]

或[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）屬弱吸熱反應，K=a（CaS）a[O]/a[S]a（CaO）式中a[O]=f0[%O]；a[S]=fs[%S]。離子式為：[S]+（O2-）=（S2-）+[O]K=aS2-a[O]/aO2-aS脫硫率LS=（%S）/[%S]=Kfsa（CaO）/f0[%O]p17540爐渣脫硫：（渣-金界面反應）占轉(zhuǎn)爐煉鋼整個脫硫92轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫硫條件由上式可知，脫硫的熱力學條件為：a.增加（CaO），即：提高R，對脫硫反應有利；

b.降低（FeO）、（CaS）（放渣），對脫硫反應有利；c.提高T（1550-1600℃后），對脫硫反應有利。脫硫的動力學條件為：加強攪拌，增大渣-金反應界面，對脫硫反應有利。41轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣制度3）脫硫條件93問題：分析轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉過程初、中、末期爐渣的變化與脫硫的關系。初：T低，(Feo)高，R低；中：T升高，(Feo)低，R升高；末：T升高，(Feo)高，R升高。結(jié)論：頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣所具有的高氧化性，對脫硫