6 炼钢的任务、原材料和耐火材料
一、炼钢的任务（“四脱”（碳、氧、磷和硫）；“二去”（去气和去夹杂）；“二调整”（成分和温度）。
三、夹杂物分类
1. 按来源可以分成外来夹杂和内生夹杂
2. 根据成分不同，夹杂物可分为：氧化物，硅酸盐，硫化物，氮化物。 一个度导航3. 按加工性能，夹杂物可分为：塑性夹杂，脆性夹杂，点状不变形夹杂，
4. ISO4967-79（参考ASTM分类）规定：钢中夹杂物分为A、B、C、D四大类，分别为：硫化物、氧化铝、硅酸盐和球状氧化物。
铁水的要求：
（1）成分；（2）带渣量：不得超过0.5%（高炉渣中S、SiO2、Al2O3量较高）。 （3）温度：入炉铁水应大于1250℃（物理热），并且要相对稳定。
2. 废钢分类、要求：
根据来源分为：返回废钢；加工废钢；折旧废钢。
要求：
1)外形尺寸和块度：应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度＜转炉口直径的1/2，废钢单重一般≤300kg。
2）废钢中不得混有铁合金、属和橡胶、封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。
3）废钢的硫、磷含量均不大于0.050%
4）废钢应清洁干燥
5）不同性质的废钢分类存放（合金废钢）
阀门专机5. 石灰的作用、要求、活性石灰
作用：主要用于造渣、脱P、脱S，用量比较大；能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱S，脱P效果，减少转炉热损失和对炉衬的侵蚀。
要求：石灰CaO含量高，SiO2和S含量低；
生过烧率低，活性高；块度适中；保持清洁、干燥和新鲜；粒度要求：转炉20-50mm，电炉20-60mm。
分凝器活性石灰：通常把在1050-1150℃温度下焙烧的具有高反应能力的体积密度小，气孔率高，比表面积大，晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软性石灰。 6. 萤石作用；白云石作用；合成造渣剂：
萤石（CaF2）作用：助熔作用——加速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。但大量使用萤石增加喷。
白云石（CaCO3.MgCO3）作用：转炉中代替部分石灰造渣→减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命。
溅渣护炉操作中调整渣中的MgO含量。
合成造渣剂：是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。
特点：熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂，成渣速度快。
五、耐火材料
1. 耐火材料：凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料。
4.主要耐材使用部位：
硅酸铝系的粘土砖在混铁炉、罐车和铸锭系统大量使用。
硅酸铝系的高铝砖在许多重要部位使用，电炉炉顶、钢包内衬、滑动水口、浸入式水口等。
碱性耐火材料中：
（1）镁砂及白云石砂的烧结：电炉和转炉的炉壁；
（2）镁砖、镁铬砖、镁铝砖：电炉的炉墙、炉底及炉外精炼；
（3）白云石砖、镁白云石砖：早期转炉炉衬，炉外精炼；
（4）镁碳砖：转炉炉衬及炉外精炼重要部位。
5. 耐材损毁原因：（1）溶渣的浸蚀（2）耐火材料在高温高真空下的损毁（3）耐火材料的剥落
第三章钢生产的理论基础
一、熔渣的作用、来源、分类与特点、组成
1. 熔渣的作用：控制钢液的氧化还原反应；脱除杂质（S、P），吸收夹杂物；防止钢液的吸气；防止钢液的散热；稳定电弧燃烧（对EAF和LF）；防止钢液的二次氧化（钢包/中包覆盖剂、结晶器保护渣）；炉渣是电阻发热体（对电渣重熔）。
熔渣的不利作用：钢液混渣，降低钢质；侵蚀耐火材料，降低炉衬寿命；夹带金属及金属氧化物，降低了金属的回收率。
2. 熔渣的来源：加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块。氧化产物，Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物。被侵蚀的炉衬等耐火材料。
3. 熔渣的分类、特点及组成
熔渣分为碱性氧化渣、碱性还原渣（白渣）
特点：碱性氧化渣：[C],[Si],[Mn]迅速氧化；能较好脱P；能脱去50%的S；钢水中[O]较高。
碱性还原渣（白渣）：脱S能力强；脱氧能力强；钢水易增碳；钢水易回磷；钢水中[H]增加；钢水中[N]增加。 熔渣的氧化性：也称熔渣的氧化能力，是指在一定的温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量。
对炼钢的影响：（体现在熔渣自身、对钢水和对炼钢操作工艺影响三个方面） 熔渣的氧化性决定了脱磷、脱碳以及夹杂物的去除等。
影响化渣速度，影响熔渣粘度，影响熔渣向熔池传氧；影响钢水含氧量[O]，影响钢水脱磷，影响铁合金收得率，影响炉衬寿命，影响金属收得率
四、氧的来源、直接氧化、间接氧化
1. 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。
2. 两种氧化方式：铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化和间接氧化。
直接氧化：是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。（往往发生于铁液与气相界面上）
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间接氧化：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。（往往发生于渣——金界面）
五、硅、锰氧化反应及影响因素、残锰的作用
1. 硅氧化反应及影响因素：
硅的氧化：
气——金界面上［Si］+O2=（SiO2）
渣——金界面上（为主）
［Si ］+2［O ］=（SiO2） ［Si ］+2（FeO ）=（SiO2）+2Fe
［Si ］+2（FeO ）+2（CaO ）=（Ca2SiO4）+2Fe
硅的氧化和还原反应的影响因素：
温度低有利于硅的氧化；
炉渣中降低SiO2的成分含量或增加CaO 、FeO 含量，有利于硅的氧化，炉渣氧化能力越强，越有利硅的氧化；
金属液成分金属液中增加硅元素含量，有利于硅的氧化；
炉气氧分压越高，越有利于硅的氧化。
2. 锰氧化反应及影响因素：
锰的氧化： 锰反应，形成在高温下是稳定的MnO
在气-金界面上［Mn ］+1/2O2=（MnO ）
在渣-金界面上
［Mn ］+［O ］=（MnO ）
［Mn ］+（FeO ）=（MnO ）+Fe
锰的还原∶（MnO ）+［C ］=[MnO]+{CO}
影响锰的氧化和还原反应的因素有：
温度低有利于锰的氧化；
炉渣碱度高，使(MnO)的活度提高，在大多数情况下，（MnO ）基本以游离态存在； 如果a(MnO)>1.0，则不利于锰的氧化。炉渣氧化性强，则有利于锰的氧化；
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能增加Mn 元素活度的元素，其含量增加，有利于锰的氧化；
炉气氧分压越高，越有利于锰的氧化。
3．残锰的作用：
防止钢水的过氧化，或避免钢水中含过多的过剩氧，以提高脱氧合金的收得率，降低钢中氧化物夹杂；可作为钢液温度高低的标态，炉温高有利于（MnO ）的还原，残锰含量高；能确定脱氧后钢水的含锰量达到所炼钢种的规格，并节约Fe-Mn 用量。
六、脱碳反应及作用、碳氧浓度积、过剩氧及其出现原因
1. 脱碳反应及作用：
利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。
作用：碳氧反应不仅完成脱碳任务；加大钢—渣界面，加速反应的进行；均匀熔池中成分和温度；有利于熔渣的形成；有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；放热升温。
2. 碳氧浓度积：
温度一定，K 是定值，若令m=[%C] ·[%O]， fC.fO=1，则m=1/k, 1600℃时，K=400，m=0.0025，m 即为碳氧浓度积。当达到平衡时，m 为一常数。
3. 过剩氧及出现原因：
过剩氧：将炼钢熔池中实际的含氧量与碳氧平衡的理论含氧量之间的差距，称之为过剩氧。
出现过剩氧，m 值高于理论值的原因：
与脱碳速度有关，脱碳速度大，过剩氧小;
理论含氧量的条件为Pco=1atm ，而实际炉中Pco 大于或小于1atm 。
含碳量处于低碳时，[%O]实还受aFeO 和温度的影响。当钢水中含碳量一定时，含氧量随温度的增加而略有增加。
七、脱磷反应及其影响因素、回磷现象及避免措施
][][.O C CO a a P K =][%][%11][][O C f f a a K o c O C ⋅⋅⋅==
1. 脱磷反应及影响因素：
脱磷反应：是在金属液与熔渣界面进行的，首先是[P]被氧化成（P2O5），而后与（CaO）结合成稳定的磷酸钙：
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]、2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe] 影响因素：
炼钢温度的影响：脱磷反应是强放热反应，温度降低，脱磷反应的平衡常数KP增大，LP增大，因此，从热力学观点，低温脱磷比较有利。但是，低温不利于获得流动性良好的高碱度炉渣。
炉渣成分的影响：主要表现为炉渣碱度和炉渣氧化性的影响。碱度越高，渣中CaO的有效浓度越高，LP越大，脱磷越完全；随着炉渣(FeO)含量增加，LP增大，促进了脱磷。
金属成分的影响：钢液中与氧结合能力高的元素含量降低时，脱磷才能顺利进行。
渣护炉技术：渣中MgO含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷产生不利影响。
2. 回磷现象及避免措施：
回磷现象：回磷现象就是磷从熔渣中又返回到钢中；成品钢中磷含量高于终点磷含量也属回磷现象。
避免回磷的措施：挡渣出钢，尽量避免下渣；适当提高脱氧前的炉渣碱度；
出钢后向钢包渣面加一定量石灰，增加炉渣碱度；
尽可能采取钢包脱氧，而不采取炉内脱氧；加入钢包改质剂。
八、炉渣脱硫反应及影响因素、气化脱硫反应、提高脱硫速率的措施
脱硫主要通过炉渣脱硫和气化脱硫两种途径来实现，炉渣脱硫占主导。
1.炉渣脱硫反应及影响因素：
炉渣脱硫反应：（ [S]+（O2-）=（S2-）+[O]）
影响因素：炼钢温度的影响：属于吸热反应，高温有利于脱硫反应进行。高温能促进石灰溶解和提高炉渣流动性。
炉渣碱度的影响：炉渣碱度高，游离CaO多，或（O2-）增大，有利于脱硫。但过高的碱度，常出现炉渣粘度增加，反而降低脱硫效果。
炉渣中(FeO)的影响：从热力学看(FeO)高不利于脱硫。当炉渣碱度高时、流动性差时，炉渣中有一定量的(FeO)，可助熔化渣。
金属液成分的影响： [C]、[Si]能增加硫的活度系数f[S]，降低氧活度，有利于脱硫。
脱硫的有利条件：高温，高碱度，低（FeO），好流动性。
2.气化脱硫反应：
金属液中[S]以气态SO2的方式被去除，反应式可表示为：[S]+2[O2-]= {SO2}
气化脱硫的最大可能是钢水中[S]进入炉渣后，再被气化去除：[S2-]+2/3 O2== SO2↑+( O2-)
S2+2CO=2COS SO2+3CO=2CO2+COS
3.提高脱硫速率的措施：
反应界面积A越大，脱硫速率就越快。熔池沸腾程度，渣钢间的乳化状况，喷吹搅拌的程度等均对渣、钢界面的大小产生影响。
炉渣粘度低、熔池活跃、钢水和炉渣的含硫量差值大时，km、ks大，脱硫速率快。
炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等操作工艺条件均在Ls产生影响，一切旨在提高Ls的措施均可促进脱硫反应。
弹片开关十、脱氧方式及特点；脱氧能力、脱氧反应机理；合金化操作原则
1．脱氧方式及特点：
按脱氧原理，脱氧方法分为：
沉淀脱氧法：又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。特点：在钢液内部进行，脱氧速度快；但生成的脱氧产物有可能难以完全上浮而成为钢中非金属夹杂。
扩散脱氧法：又叫间接脱氧。将粉状的脱氧剂如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。特点：在渣中进行，钢液中的氧需要向渣中转移，故脱氧速度慢，脱氧时间长；但脱氧产物在渣相内形成，不在钢中生成非金属夹杂物。
真空脱氧法：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]----[O]反应。（常用于炉外精炼）特点：脱氧产物为气体，易于排除，不会对钢造成非金属夹杂的污染，故这种脱氧方法的钢液洁净度高；但需要有专门的真空设备。
镇静钢的脱氧可分为两种类型：包内脱氧；炉内预脱氧，钢包内终脱氧。
脱氧能力：可用同一条件下与相同含量的脱氧元素相平衡的残余氧量来表示。
Al的脱氧能力最大，Si的脱氧能力次之，常用于终脱氧和镇静钢脱氧。Mn的脱氧能力最小，常用于预脱氧和沸腾钢脱氧。
3氧反应机理：
分以下几个步骤： 1)脱氧剂加热熔化，溶解到钢水； 2)脱氧元素[Me]和钢水中[O]反应生成脱氧产物，有时在渣-钢界面和渣中（O）反应生成；3)脱氧产物上浮至渣中。
4.合金化操作原则：脱氧元素先加，合金化元素后加；脱氧能力比较强，而且比较贵重的合金，应在钢水脱氧良好的情况下加入；熔点高，不易氧化的元素，可加在炉内。
降低钢中气体的措施：
提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢和铁合金；对含水分的原材料进行烘烤干燥，采用高纯度的氧气等。尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度。在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸腾来降低钢水中的气体含量。用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等方法对钢水进行脱气处理。采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。
3.降低钢中夹杂物的措施：
在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素[O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高钢的洁净度，从根本上减少内生夹杂物。
提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减少外来夹杂物数量。
采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢液中排除。
应用钢包冶金如真空脱氧﹑吹Ar搅拌﹑喷粉处理等和中间包冶金如采用堰、坝﹑导流板﹑过滤器﹑湍流控制器等控流装置，去除钢水中的夹杂物。
采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收氧﹑氢﹑氮。
第四章转炉炼钢
软吹：飞溅“软吹”，（氧压很低或位很高，氧气射流冲击速度小）
硬吹：穿透“硬吹”（氧压很低或位很高，氧气射流冲击速度小）
一炉钢的冶炼过程：从装料到出钢，倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、
溅渣护炉和倒渣几个阶段。
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