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转炉炼钢的基本任务及原理 董娟 转炉炼钢 转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。 转炉按耐火材料分为酸性和碱性， 按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹； 按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。 转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。 转炉炼钢图示 1.1转炉炼钢的基本任务 炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂； 3.提高温度； 4.调整成分 炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。 氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢钢锭或铸坯。 1.3 转炉炼钢炉渣 1.3.1 炼钢炉渣的作用 1.3.2 炼钢炉渣的来源及其组成 1.3.3 炼钢炉渣的主要性质 1.3.1 炼钢炉渣的作用 作用： 通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属中各元素的氧化和还原过程； 向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气（H、N）。 其它作用。如：保护渣。 副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。 1.3.2 炼钢炉渣的来源及其组成 炼钢炉渣的来源： 加入的各种造渣材料及被侵蚀炉衬； 炼钢中化学反应的产物：氧化物和硫化物； 废钢带入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却剂带入的脉石。 炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化物和氟化物。 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。 1.3.3 炼钢炉渣的主要性质 碱度(basicity)： R＝1.3～1.5，低碱度渣； R＝1.8～2.0，中碱度渣； R≥2.5， 高碱度渣； 氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁（ ％∑ FeO）含量来表示。 把Fe2O3折合成FeO有两种计算方法：全氧法和全铁法。全铁法较合理。 炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的影响。 转炉冶炼的基本原理 物料平衡 2.1.2炼钢熔池中氧的来源 氧的来源： 直接向熔池中吹入工业纯氧（98％）； 向熔池中加入富铁矿； 炉气中的氧传入熔池。 铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化(direct oxidation)和间接氧化(indirect oxidation)。 2.1.3直接氧化方式 直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。 当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被氧化。 反应可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 [Si]+｛O2}=（SiO2） [Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。 2.1.3间接氧化方式 吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧[O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O]再与元素发生间接氧化。 其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+［O］ 如： 2［O］+[Si]=(SiO2) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　或 2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。 2.1.4炼钢熔池中元素的氧化次序 溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能变化来判断。 在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量氧化。 铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能变化与温度的关系绘制成图。 脱碳反应的作用 脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用外，其反应产物CO气体的上浮排除使得脱碳反应给炼