冶2008-3班《炼钢⼯艺学》复习题（详见课本和笔记）2011.4.11
（授课教师：刘宇雁）5
2.铁⽔预处理指铁⽔在兑⼊炼钢炉之前，为除去某种有害成分( 如S、P、Si等)或提取/
回收某种有益成分(如V、Nb 等)的处理过程。或铁⽔在兑⼊转炉之前进⾏的脱硫、脱磷或脱硅操作。或铁⽔兑⼊转炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷⽽进⾏的处理过程。3.铁⽔预处理⽬的及意义：主要是使其中硫、硅、磷含量降低到所要求范围，以简化炼 钢过程，提⾼钢的质量。
有效提⾼铁⽔质量；?减轻炼钢负担；
为优化炼钢⼯艺，提⾼钢材质量创造良好条件；
对特殊铁⽔预处理⽽⾔，可有效回收利⽤有益元素，实现综合利⽤。
4.铁⽔预脱硅技术的⽬的：
铁⽔脱磷前必须脱硅。
减少转炉⽯灰耗量（硅氧化形成的SiO2⼤⼤降低渣的碱度），减少渣量和铁损，改善操作和提⾼炼钢经济技术指标。
铁⽔预脱P的需要，可减少脱磷剂⽤量、提⾼脱磷、脱S效率。
当铁⽔[Si]＞0.15%时，脱磷剂⽤量急剧增⼤。因此，脱磷处理前需将铁⽔含[Si]脱⾄＜0.15％，这个值远远低于⾼炉铁⽔的硅含量，也就是说，只有当铁⽔中的硅⼤部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脱磷前必须先脱硅。
铁⽔预脱P的最佳[Si]
：
初始
①苏打脱P：[Si]
初始<0.1%
②⽯灰熔剂脱P：[Si]
初始0.10～0.15%
对含V或Nb等特殊铁⽔，预脱Si可为富集V2O5和Nb2O5等创造条件。
5.铁⽔预脱硫技术迅速发展的原因：
⽤户对钢的品种和质量要求提⾼。
连铸技术的发展要求钢中硫含量进⼀步降低，否则连铸坯容易产⽣内裂，铁⽔脱硫可满⾜冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。铁⽔中碳、硅、磷等元素的含量⾼，可提⾼硫在铁⽔中的活度系数，⽽有利于脱硫，同时铁⽔中的氧含量低，没有强烈的氧化性⽓氛，有利于直接使⽤⼀些强脱硫剂，如电⽯（CaC2）、⾦属镁等；故铁⽔脱硫效率⾼。
铁⽔脱硫费⽤低于⾼炉、转炉和炉外精炼的脱硫费⽤。其费⽤⽐值为：⾼炉脱硫：铁⽔预处理脱硫：转炉：炉外精炼=2.6：1：16.9：6.10 ?降低炼铁和炼钢炉脱硫负担; 有利于降低消耗和成本，并增加产量。
提⾼炼铁和炼钢经济技术指标；有效提⾼钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。
全程脱硫：⾼炉－铁⽔炉外－炼钢炉(－精炼炉)→实现铁⽔深度脱硫，经济有效⽣产超低S⾼级优质钢；
提⾼钢质、扩⼤品种、优化⼯艺（改善转炉炼钢操作）；
6.铁⽔预脱硫优点（铁⽔脱硫条件⽐钢⽔脱硫优越的主要原因）
⽤优质铁⽔炼钢，是提⾼产品质量、扩⼤品种、增加效益和增强产品市场竞争⼒的重要条件之⼀，也是⽣产低硫洁净钢的基础。铁⽔炉外脱硫有利于提⾼炼铁、炼钢技术经济指标。通过⽐较各种脱硫⼯艺，铁⽔脱硫预处理⼯艺有如下优点：
铁⽔中[C]、[Si]较⾼，fs↑，提⾼硫的反应能⼒；
铁⽔中[O]较低，提⾼渣铁之间的硫分配⽐（Ls↑），脱硫效率⾼；
搅拌充分，脱硫剂利⽤率⾼，脱硫速度快；
铁⽔脱硫可提⾼炼铁炼钢的⽣产能⼒、节约⼯序能源、降低成本。
故铁⽔脱硫费⽤费⽤⽐其他⼯序低。
7.铁⽔预脱硫技术的发展：铁⽔炉外脱硫技术在20世纪60年代氧⽓顶吹转炉炼钢⼯艺发展后得到迅速推⼴，在国外已趋成熟，在实际⽣产中⼤量应⽤，处理⼯艺⽅法约数⼗种之多。先后发明的⼯艺⼤致可分为分批处理法和连续处理法两⼤类，其中分批处理法⼜可分为铺撒法/投⼊法(含倒包法)、机械搅拌法、吹⽓搅拌法、喷射法、镁脱硫法等。⽬前常⽤的⽅法有喷吹法和KR机械搅拌法。
8.铁⽔脱硫预处理的⼯艺⽅法：?投掷（⼊）法：将脱硫剂投⼊铁⽔中。?喷吹法：将脱硫剂喷⼊铁⽔中。?搅拌法（KR法）：将通过中空机械搅拌器向铁⽔内加⼊脱硫剂，搅拌脱硫。
9.常⽤铁⽔预脱硫剂有⽯灰、碳化钙、苏打、⾦属镁及复合脱硫剂等。
⽣产中，常⽤的脱硫剂有苏打灰(Na2CO3)、⽯灰粉(CaO)、电⽯粉和⾦属镁。
⽯灰、苏打、电⽯、⾦属镁
10.提⾼铁⽔脱硫效果的措施：
1）热⼒学条件。
fs↑（[C]↑、[Si]↑）；?降低氧位，即[O]↓、（O2－）↓（加⼊铝）
脱硫剂⽤量↑（同时⽣产费⽤↑）；?控制好温度。
2）动⼒学条件。
根据铁⽔条件及钢种要求，选择适当主脱硫剂。即要满⾜脱硫要求，⼜要尽量降低脱硫成本且操作⽅便。脱硫要求⼀般时（轻脱硫），脱硫剂组成以⽯灰粉为主；⽣产低硫⽣铁时，以电⽯粉为主（深脱硫）。
添加适当促进剂。?适当减⼩脱硫剂粒度，增⼤反应界⾯，加快脱硫速度；
强化熔池搅拌，增加逗留时间，减⼩扩散边界层厚度，提⾼混匀搅拌效率，均可加快脱硫反应速度；
控制好温度。提⾼铁⽔温度，增⼤硫的传质系数；
选择适当的喷吹参数，以取得最佳喷吹效果。
11.选择脱硫⽅法的原则（铁⽔脱硫⽅案的选择）
铁⽔条件供应条件；?冶炼钢种要求；
折叠炕桌处理规模（处理能⼒，作业率）、⼯艺流程（铁⽔运输⽅式）及总图布置（布置位置）；?脱硫效率
及脱硫剂消耗；?处理成本（设备和基建费⽤）；
铁⽔温降；?预留铁⽔三脱的可能性；?环境污染
12.转炉的内衬由绝热层/隔热层、永久层、⼯作层组成。
转炉内衬由隔热层、永久层、⼯作层组成。
炼钢⽤耐⽕材料按化学性质可分为：碱性耐⽕材料、酸性耐⽕材料和中性耐⽕材料。
碱性耐⽕材料是指以CaO和MgO为主组成的耐⽕材料。
耐⽕度：是使耐⽕材料软化到⼀定程度的温度。
抗渣性：耐⽕材料在⾼温下抵抗炉渣侵蚀的能⼒。
13.转炉炉衬损坏原因主要为机械作⽤、⾼温作⽤、化学侵蚀、炉衬剥落。或机械冲击
和磨损、耐材的⾼温溶解、⾼温溶液渗透、⾼温下⽓体挥发。
转炉出钢⼝采⽤耐冲蚀性好、抗氧化性⾼的镁碳砖。
炉龄：转炉从开新炉到停炉，整个炉役期间炼钢的总炉数。
经济炉龄即为最佳炉龄，也就是要获得最好的⽣产率和最低的成本。
14.炼钢的基本任务：“四脱”（脱碳、脱氧、脱磷和脱硫），“⼆去（去⽓和去夹杂）”，“两 调整”（调整温度和成分）。
炼钢的基本任务是：脱碳、去硫、去磷、去⽓、去⾮⾦属夹杂，升温及脱氧合⾦化。
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；?吸收钢液中的⾮⾦属夹杂物；?防⽌炉衬的过分侵蚀；?覆盖钢液，减少散热和防⽌⼆次氧化和吸氢。
其他作⽤：在不同炼钢⽅法中，熔渣还有其独特的作⽤。如：
①氧⽓顶吹转炉炼钢过程→熔渣－钢液滴－⽓泡形成⾼度的乳化相→钢渣接触⾯积↑
→加速吹炼过程。
②电弧炉炼钢时→稳弧（稳定电弧燃烧）和传热→良好的泡沫渣能包围住弧光→弧
光对炉衬的辐射侵蚀↓
③电渣重熔时→作电阻发热体→可重熔和精炼⾦属（电渣炉）
④出钢时→钢液的⼆次氧化↓
⑤浇注时→作保护渣，可减少氧化，防⽌散热，并改善铸坯表⾯质量等。
不利作⽤：
①侵蚀耐⽕材料，降低炉衬寿命，特别是低碱度熔渣对炉衬的侵蚀更为严重。
②熔渣中夹带⼩颗粒⾦属及未被还原的⾦属氧化物，降低了⾦属的回收率。
③严重泡沫化熔渣会引起喷溅。（转炉）
16.熔渣的氧化性（熔渣的氧化能⼒）：是指在⼀定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供
氧的数量（在单位时间内从渣相向⾦属相供氧的数量）；通常⽤渣中氧化铁含量的多少表⽰熔渣氧化能⼒的强弱。⽣产中常⽤渣中∑(%FeO)表⽰渣的氧化性。
17.熔渣氧化性对操作过程有何影响？如①杂质的去除程度；②钢⽔含氧量；③⽯灰溶
化速度；④熔渣的泡沫程度；⑤喷溅；⑥炉衬寿命；⑦⾦属和铁合⾦的收得率。18.熔渣与熔融⾦属之间应有⾜够⼤的表⾯张⼒，以有助于渣壳分离，防⽌熔渣卷⼊⾦
属内；⽽熔渣与⾮⾦属夹杂物之间的表⾯张⼒越⼩越好，以利于熔渣对⾮⾦属夹杂物的浸润、吸附和溶解。
炉渣碱度：是指炉渣中的碱性氧化物与酸性氧化物的数量之⽐，⼀般⽤R=%CaO/%SiO2来表⽰。
溶渣粘度代表溶渣内部相对运动时各层之间的内摩擦⼒。
影响炉渣粘度的主要因素是：炉渣成分、温度、悬浮于渣中固态微粒的尺⼨和数量。
氧⽓顶吹转炉的传氧机理主要可分为直接传氧和间接传氧两种形式。
硅的直接氧化反应式为：[Si]+{O2}=（SiO2）和[Si]+2[O]=（SiO2）。
19.氧化脱磷的有利条件：
较⾼的炉渣碱度（3～4）；?氧化铁较⾼（15％～20％）；
良好流动性熔渣；?充分的熔池搅拌；?适当的温度（1450～1550℃）；
渣量要⼤，可利⽤多次放渣和造新渣去磷。
莫氏变径套20.炼钢脱磷、脱硫的有利条件有哪些？
答：1）脱磷反应：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]
或脱P化学反应式为：2[P]+5（FeO）+3（CaO）=（3CaO·P2O5）+5[Fe]+Q
由去磷反应式可知，⾼碱度、⾼氧化铁炉渣有利于去磷。
脱磷有利条件：⾼碱度、⾼（FeO）/氧化性、良好流动性熔渣、充分的熔池搅
拌、适当的温度和⼤渣量。
氧⽓顶吹转炉炼钢过程中，去除[P]的任务主要是在吹炼中前期完成。
2）脱硫的有利条件：⾼温、⾼碱度、低氧化铁（FeO），良好流动性熔渣、充分的熔池搅拌和⼤渣量。
氧⽓顶吹转炉脱[S]效果⽐较理想的条件是在吹炼后期。
21.回磷：就是磷从熔渣中⼜返回到钢中，也是脱磷的逆向反应；或成品钢中磷含量⾼
于终点磷含量也属回磷现象。
回磷：磷⾃炉渣返回钢液的现象。
22.减少回磷的措施：
为了抑制“回磷”现象，在⽣产中常⽤的办法是：在出钢前向炉内加⼊⽯灰，使炉渣变稠以防⽌出钢时下渣。
冶炼中期，保持∑(FeO)＞10％，防⽌因炉渣“返⼲”⽽产⽣的回磷；控制终点温度不要过⾼，并调整好炉渣成分，使炉渣碱度保持在较⾼⽔平。
出钢时，①适当提⾼脱氧前的炉渣碱度；②挡渣出钢，尽量避免下渣；
出钢后，向钢包渣⾯加⼀定量⽯灰，增加炉渣碱度；脱氧合⾦化时，尽可能采取钢包脱氧，⽽不采取炉内脱氧。
23.碳氧浓度积：在⼀定的温度和压⼒下钢液中的碳氧反应达到平衡时，碳和氧的质量
百分浓度之积是⼀个常数。
24.脱碳反应对炼钢过程的作⽤/碳氧化在炼钢中的作⽤：
炼钢熔池中脱碳反应基本形式为：[C]＋[O]＝CO↑和[C]＋(FeO)＝[Fe]＋CO↑。
①脱碳，将熔池中的碳氧化脱除⾄所炼钢种的终点要求；
②放热升温，加速传质传热；③均匀熔池成分、温度；
④加⼤钢－渣界⾯，加速反应的进⾏，也有利于熔渣的形成；
⑤去⽓去夹杂（有利于⾮⾦属夹杂的上浮和有害⽓体的排出）。
绝缘软母排
感应门制作⑥爆发性的脱碳反应会造成喷溅。
25.碳氧反应发⽣的必要条件是：必须存在过剩氧，即[O]实际＞[O]平衡。
26.钢中氧的危害性主要表现在以下⽅⾯（1）产⽣夹杂；（2）形成⽓泡；（3）加剧硫的
危害。
27.脱氧任务：
输电线路覆冰
炼钢炉内氧的存在形态有⽓态氧、溶解在渣中的氧、溶解在钢中的氧。
按钢种要求降低钢液中溶解的氧；?排除脱氧产物；?控制残留夹杂的形态和分布。
炼钢⽣产常⽤的脱氧⽅法有沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧。
28.沉淀脱氧：将块状脱氧剂沉⼊钢液中，熔化、溶解后与钢中氧反应⽣成稳定的氧化
物并上浮进⼊炉渣，以降低钢中氧的脱氧⽅法。
沉淀脱氧：直接向钢液中加⼊脱氧剂，以夺取溶解在钢液中的氧，并⽣成不溶于钢液的氧化物或复合氧化物⽽排⾄炉渣中。
扩散脱氧：通过不断减低炉渣中（FeO）含量来相应降低钢液中氧含量的⽅法称为扩散脱氧。
常⽤的脱氧剂有锰铁、硅铁、铝和复合脱氧剂等。
29.促使脱氧产物上浮的措施：
上浮速度↑；?形成液态的脱氧产物。?形成与钢液间界⾯张⼒⼤的脱氧产物。
pgd-47630.合⾦元素加⼊⼀般的原则：
脱氧元素先加，合⾦化元素后加；
脱氧能⼒较强、且⽐较贵重的合⾦，应在钢⽔脱氧良好的情况下加⼊，以提⾼合⾦的收得率。?熔点⾼，不易氧化的元素，可加在炉内。
钢中⽓体主要指氢和氮，⼀般来说氮的含量较⾼，且较难去除。
钢中⾮⾦属夹杂物按来源可分为内⽣夹杂和外来夹杂。
钢中⾮⾦属夹杂物按加⼯性能可分为塑性夹杂物、脆性夹杂物、球状(点状)不变形夹杂物。
31.氧⽓顶吹转炉设备除转炉外还包括供氧、供料、废⽓处理及回收系统等附属系统。
32.按⾦属熔池（炉底）形状转炉炉型可分为：筒球型、锥球型、截锥型。
33.烟⽓净化回收装置：⽬前主要有湿法（OG法）和⼲法（LT法）两种除尘⽅式。（原
始含尘量100～150g/Nm3降⾄＜100mg/Nm3，排放标准）
转炉烟⽓采⽤未燃法、湿式净化回收系统称为OG系统。
34.转炉的烟尘排放浓度环保要求：随着⼯业和科学技术的发展，环境保护问题越来越
引起⼈们的重视，根据《⼯业三废排放标准》规定，⼤于12吨的转炉的烟尘排放浓度≯150mg／Nm3（烟⽓），⼩于12吨转炉的烟尘排放浓度＜200mg／Nm3（烟⽓）。
⽽烟⽓的实际烟尘浓度为80～150g／Nm3（烟⽓），⾼出国家规定排放标准的上千倍，所以转炉烟⽓必须进⾏净化处理后⽅可排放。
35.采⽤炉烟⽓净化回收系统条件：
CO：50～70%，O2：＜1~2%，≥100t转炉，要求实现负能炼钢。
在炼钢过程中消耗能量⼩于回收能量，称为负能炼钢。
36.对铁⽔温度的要求：⾼（≥1250℃）且稳定。
37.炼钢对废钢的基本要求：
(1)废钢表⾯应清洁⼲燥（清洁、少锈、⽆混杂）。
(2)废钢中不得混有铁合⾦（有害的残余⾦属元素如铜、锌、铅、锡、锑、砷等；部
分合⾦结构钢中五害元素为Pb、As、Sb、Bi、Sn，对优质合⾦结构钢，五害元素含量应分别控制在≯
0.02％。）。
(3)废钢中不得混有封闭器⽫、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。以保证安全⽣产。
(4)废钢要有明确的化学成分；废钢中有⽤的合⾦元素应尽可能在冶炼过程中回收利
⽤；对有害元素含量应限制在⼀定范围以内。
(5)不同性质的废钢分类存放。
(6)废钢要有合适的块度和外形尺⼨。
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