主要内容 1 钢液的物理性质 2 熔渣的物理化学性质 3熔渣与钢液之间的反应.

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1 主要内容 1 钢液的物理性质 2 熔渣的物理化学性质 3熔渣与钢液之间的反应

2 1 钢液的物理性质 一 钢的密度 单位体积钢液所具有的质量，常用符号ρ表示，单位通常用kg/m3。
一 钢的密度 单位体积钢液所具有的质量，常用符号ρ表示，单位通常用kg/m3。 影响钢液密度的主要因素：温度和钢液的化学成分 固体纯铁密度：7880kg/m3 1550℃时液态的密度：7040kg/m3 钢的变化与纯铁类似。

3 钢液密度随温度T（单位为℃）的变化： ρ= （T+273） 成分对钢液密度的影响： ρ1600℃=ρ01600℃-210[C]%-164[Al]% -60[Si]%-550[Cr]%-7.5[Mn]% + 43[W]%+6[Ni]%

4 铁碳熔体的密度（kg/m3） [C]/% 密度 1500℃ 1550℃ 1600℃ 1650℃ 1700℃ 0.00 7.16 7.04
7.03 7.00 6.93 0. 10 6.98 6.96 6.95 6.89 6.81 0.20 7.06 7.01 6.97 0.30 7.14 6.82 0.40 7.05 6.83 0.60 6.80 6.70 0.80 6.86 6.78 6.73 6.67 6.57 1.00 6.65 6.59 6.50 1.20 6.72 6.64 6.61 6.55 6.47 1.60 6.54 6.52 6.43

5 二 钢的熔点 钢的熔点：钢完全转变成均一液体状态时的温度，或是冷凝时开始析出固体的温度。 钢的熔点的计算经验公式
T熔= w[C]%-28w[P]%-40w[S]%-17w[Ti]% -6.2w[Si]%-2.6w[Cu]%-1.7w[Mn]%-2.9w[Ni]% -5.1w[Al]%-1.3w[V]%-1.5w[Mo]%-1.8w[Cr]% -1.7w[Co]%-1.0w[W]%-1300w[H]%-90w[N]%

6 - 100w[B]%-65w[O]%-5w[Cl]%-14w[As]%
或 T熔= w[C]%-34w[P]%-30w[S]%-7.6w[Si]% -5.0w[Cu]%-4.9w[Mn]%-3.1w[Ni]%-1.3w[Cr]% - 3.6w[Al]%-2.0w[V]%-2.0w[Mo]%-2.0w[V]% -18w[Ti]%

7 三 钢液的黏度 黏度：各种不同速度运动的液体各层之间所产生的内摩擦力。 黏度的表示形式
（1）动力黏度，用符号µ表示；单位为Pa•s (N•s/m2，1泊=0.1Pa•s)； （2）运动黏度，常用符号ν表示，即：ν=μ/ρ m2/s 钢液 ℃ 黏度 0.002～0.003Pa•s； 纯铁液 ℃ 黏度 Pa•s。

8 影响钢液黏度的因素： （1）温度 温度升高，黏度降低。 （2）成分 碳对钢液黏度的影响非常大 硅、锰、镍含量增加，钢液黏度降低 钛、钨、钒、钼、铬含量增加，钢液的黏度增加 （3）钢中非金属夹杂物的含量 含量增多，黏度增加，流动性变差

9 温度高于液相线50℃时，碳含量对钢液黏度的影响

10 四 钢液的表面张力 钢液的表面张力：使钢液表面产生自发缩小倾向的力，用符号σ表示，单位为N/m。 影响钢液表面张力的因素：
（1）温度 钢液的表面张力是随着温度的升高而增大。 （2）钢液成分 溶质元素对纯铁液表面张力影响程度取决于它的性质与铁的差别大小。如果溶质元素的性质与铁相近，则对纯铁液的表向张力影响较小，反之则就较大。 （3）钢液的接触物

11 合金元素对熔铁表面张力的影响

12 硫和氧对铁液表面张力的影响

13 液相线以上50℃，碳对铁碳熔体表面张力影响

14 2 熔渣的物理化学性能 一 熔渣的作用、来源、分类和组成 （1）作用 控制钢液的氧化、还原反应； 脱除磷、硫等杂质元素，吸收夹杂物；
防止钢液的吸气和散热； 稳定电弧燃烧； 电渣重熔时，熔渣是电阻发热体； 做保护渣，可减少氧化，防止散热，提高铸坯质量。

15 （2）来源 炼钢过程有目的加入的造渣材料，如石灰、石灰石、萤石、硅石、铁矾土及火砖块。 钢铁材料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物。
冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料。

16 （3）熔渣的分类与组成 类别 化学成分 转炉中组成 电炉中组成 酸性 氧化渣 CaO+FeO+MnO SiO2 P2O5 50 50 1~4
~4 碱性 CaO/SiO2 CaO FeO MnO MgO 3.0~4.5 35~ ~30 2~8 2~12 2.5~3.5 40~ ~25 5~ ~10 还原渣 （白渣） CaO CaF2 Al2O3 FeO MgO CaC2 2.0~3.5 50~ ~8 2~3 <0.5 <10 <1

17 类别 冶金反应特点 酸性氧化渣 [C]、[Si]、[Mn]氧化缓慢；不能脱P、 S；钢水中[O]较低 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

18 二 熔渣的化学性质 ❀ 碱度 1）熔渣碱度 熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比，常用符号R表示。
炉料中w[P]<0.30%时 0.30%≤w[P]＜0.60%时

19 酸性渣：R<1.0 又叫长渣：渣中SiO2含量高，高温下可拉成细丝，冷却后呈黑亮色玻璃状。 碱性渣：R> （又叫短渣） 炼钢熔渣R≥3.0 炼钢熔渣中含有不同数量的碱性、中性和酸性氧化物，它们酸、碱性的强弱可排列如下： CaO＞MnO＞FeO＞MgO＞CaF2＞Fe2O3＞Al2O3＞TiO2＞SiO2＞P2O5 碱性 中性 酸性

20 2）过剩碱 碱性氧化物全都是等价地确定出酸性氧化物对碱性氧化物的强度，并假定两者是按比例结合，结合以外的碱性氧化物的量 表示方法 过剩碱=NCaO+NMgO+NMnO-2NSiO2-3NP2O5 -NFe2O3-NAl2O3 实质：实际上是用O2-的摩尔数来表示熔渣的碱度 碱性氧化物离解产生O2- ，酸性氧化物则消耗O2- 。

21 ❀ 氧化性 1）熔渣的氧化性 指一定温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量。 在其他一定的情况下，熔渣的氧化性决定了脱磷、脱碳以及夹杂物的去除等。 由于氧化物分解后不同，只有（FeO）和（Fe2O3）才能向钢中传氧，而（Al2O3）、（SiO2）、（MgO）、（CaO）等不能传氧。

22 2）熔渣氧化性的表示方法 熔渣的氧化性通常是用∑w（FeO）% 表示， 包括（FeO）本身和Fe2O3折合成（FeO）两部分。 将Fe2O3折合成FeO有两种方法 全氧折合法 全铁折合法

23 注：通常按全铁法将Fe2O3折算成FeO（原因是取出的渣样在冷却的过程中，渣样表面的低价铁有一部分被空气氧化成高价铁，即FeO氧化成Fe3O4，因而使分析得出的Fe2O3量偏高，用全铁法折算，可抵消此误差）。

24 熔渣氧化性用氧化铁的活度来表示显得更精确。部分氧化铁会以复杂分子形式存在，不能直接参与反应，氧化铁的浓度反映不出实际参加反应的有效浓度。
在1600℃下，由实验测定在纯FeO渣中，金属铁液中溶解的[%O]饱和 =0.23 。[%O]饱和与温度间有着下列关系： ★

25 式 只适用于铁液中除氧外而无其他的杂质元素的情况，对于钢液而言，该式就不适合了。
[%O]可以应用氧浓度电池直接测出来。 式 只适用于铁液中除氧外而无其他的杂质元素的情况，对于钢液而言，该式就不适合了。 熔渣对钢液的氧化能力一般是用钢液中与熔渣相平衡的氧含量和钢液中实际氧含量之差来表示，即： ★

26 3）炉渣氧化性在炼钢过程中的作用 影响化渣速度和炉渣黏度。 渣中FeO能促进石灰溶解，加速化渣，改善炼钢反应动力学条件，加速传质过程；渣中Fe2O3和碱性氧化物反应生成铁酸盐，降低熔渣熔点和粘度，避免炼钢渣“返干”。 影响熔渣向熔池传氧、脱磷和钢水的含氧量。 低碳钢水含氧量明显受熔渣氧化性的影响，当钢水含

27 碳量相同时，熔渣氧化性强，则钢水含氧量高，且有利于脱磷。
影响铁合金和金属收得率及炉衬寿命。 炉渣氧化性越强，铁合金和金属收得率越低；熔渣氧化性强，炉衬寿命降低。

28 三 熔渣的物理性质 （1）熔渣的熔点 熔渣的熔化温度：固态渣完全转化为均匀液态时的温度； 熔渣的凝固温度：液态熔渣开始析出固体成分时的温度。
熔渣的熔化温度与熔渣的成分有关，一般说来，熔渣中高熔点组元越多，熔化温度越高。

29 熔渣中常见的氧化物的熔点 化合物 熔点/℃ CaO 2600 MgO·SiO2 1557 MgO 2800 2MgO·SiO2 1890
1713 CaO·MgO·SiO2 1390 FeO 1370 3CaO·MgO·2SiO2 1550 Fe2O3 1457 2CaO·MgO·2SiO2 1450 MnO 1783 2FeO·SiO2 1205 Al2O3 2050 MnO·SiO2 1285

30 化合物 熔点/℃ CaF2 1418 2MnO·SiO2 1345 CaO·SiO2 1550 CaO·MnO·SiO2 >1700 2CaO·SiO2 2130 3CaO·P2O5 1800 3CaO·SiO2 >2065 CaO·Fe 2O3 1220 3CaO·2SiO2 1485 2CaO·Fe 2O3 1420 CaO·FeO·SiO2 1205 CaO·2Fe 2O3 1240 Fe2O3·SiO2 1217 CaO·2FeO·SiO2

31 （2） 熔渣的黏度 影响熔渣黏度的因素 （1）熔渣的成分
一般来讲，在一定的温度下，凡是能降低熔渣熔点成分，在一定范围内增加其浓度，可使熔渣黏度降低；反之, 则使熔渣黏度增大。 在酸性渣中提高SiO2含量时，导致熔渣黏度升高，相反，提高CaO 含量，会使黏度降低 。

32 在碱性渣中，CaO超过40~50%后，黏度随CaO含量的增加而增加；SiO2在一定范围内增加，能降低碱性渣的黏度，但SiO2含量超过一定值时会使熔渣变稠；增加FeO含量，渣黏度显著降低；碱性渣中MgO 浓度超过9～10%时，熔渣变黏；Al2O3具有稀释碱性渣的作用；CaF2本身熔点较低，它能降低熔渣的黏度。

33 （2）熔渣中的固体熔点 熔渣中悬浮的少量尺寸大的颗粒（直径达几毫米），对熔渣黏度影响不大；而尺寸较小（ mm）数量多的固体颗粒呈乳浊液状态，使熔渣黏度增加。 （3）温度。一般情况下，温度升高，熔渣的黏度降低。

34 熔渣和钢水的黏度值 物质 温度（℃） 黏度（Pa·s） 水 25 0.00089 铁水 1425 0.0015 钢水 1595 0.0025
稀熔渣 0.0020 黏度中等渣 0.020 稠熔渣 0.20 FeO 1400 0.030 CaO 接近熔点 <0.050 SiO2 1942 1.5×104 Al2O3 2100 0.05

35 （3）熔渣的密度 熔渣的密度决定熔渣所占据的体积大小及钢液液滴在渣中的沉降速度（渣滴在钢液中的上浮速度）。 固体炉渣密度的近似计算式：
其中：ρi为各化合物的密度； wi为渣中各化合物的质量百分数，%。

36 熔渣中化合物的密度 化合物 密度 Al2O3 3.97 MnO 5.40 V2O3 4.87 Na2O 2.27 P2O5 2.39
ZrO2 5.56 CaO 3.32 Fe2O3 5.20 CaF2 2.80 CeO2 7.13 FeO 5.90 FeS 4.58 Cr2O3 5.21 SiO2 2.32 CaS MgO 3.50 TiO2 4.24

37 1400℃时熔渣的密度与组成的关系： 熔渣的温度高于1400℃时,可表示为: 一般液态碱性渣的密度为3000kg/m3，固态碱性渣的密度为3500kg/m3，FeO＞40%的高氧化性的密度为4000kg/m3，酸性渣的密度一般为3000kg/m3。

38 （4）熔渣的表面张力 氧化渣（35～45%CaO，10～20%SiO2，3～7%Al2O3，8～30%FeO，2～8%P2O5，4～10%MnO，7～15%MgO）的表面张力为0.35～0.45N/m 还原渣（55～60%CaO，20%SiO2，2～5%Al2O3，8～10%MgO，4～8%CaF2）表面张力为0.35～0.45 N/m 钢包处理合成渣（55%CaO，20～40%Al2O3，2～15%SiO2，2～10%MgO）的表面张力为0.4～0.5N/m

39 不同熔体的表面张力 熔 体 测定温度 ℃ 表面张力 N/m CaO FeO Al2O3 SiO2 P2O5 MnO·SiO2
CaO·SiO2 1500 1400 2050 400 1570 0.586 0.584 0.690 0.295 0.054 0.415 0.400 熔 渣 钢 液 (.3%C) 纯铁液 铜 镍 铅 1550 1183 1470 327 ～1.5 1.103 1.615 0.473

40 影响熔渣表面张力的因素：温度和成分。 熔渣的表面张力一般是随着温度的升高而降低，但高温冶炼时，温度的变化范围较小，因而影响也就不明显。 SiO2和P2O5具有降低FeO熔体表面张力的功能，而Al2O3则相反。CaO一开始能降低熔渣的表面张力，但后来则是起到提高的作用。MnO的作用与CaO类似。

41 熔渣体系表面张力的计算（用表面张力因子近似计算）
式中: 熔渣的表面张力，N/m； -熔渣组元i的摩尔分数； -熔渣组元i的表面张力因子。

42 3熔渣与钢液之间的反应 一 渣量在炼钢过程中的作用 渣量大小是控制钢中杂质的重要参数之一。 渣量大时将 1） 降低钢中合金元素的利用率
2）提高杂质的去除率 3）降低炉子的热利用率

43 不同原材料和冶炼方法对炉渣提出不同要求，但是应考虑如下内容：
1）应该有合适的碱度，以保护炉衬、减少侵蚀量，保持高的脱磷、脱硫能力； 2）将钢液中的磷、硫降到符合要求的含量时所需要的必要渣量和杂质去除率； 3）要保证渣成分和渣量，充分利用合金元素利用率。

44 钢中元素的氧化生成物＋造渣材料（石灰、萤石等）＋耐火材料带入
渣量的确定 钢中元素的氧化生成物＋造渣材料（石灰、萤石等）＋耐火材料带入 1）初渣量：炉内初期形成的渣量，与钢中元素氧化物的数量有关 每吨钢液中元素氧化生成氧化物的数量Q渣为： kg/kg钢液

45 2）渣中ΣFeO量—（FeO+Fe2O3），和很多因素有关（[C]、碱度、熔池温度等）

46 3）Q石灰-造渣材料中石灰的加入量，与初始硅含量、炉渣碱度等有关
其中：R-炉渣碱度 (%SiO2)-石灰中(%SiO2)的含量，如3%代入0.03 △[Si]-钢铁料中硅的平均氧化含量，以0.1%为1单位 ，如0.5%代入5 kg/1000kg钢液

47 [E]-钢液中残存的元素含量，kg/100kg ΣE-原始状态下钢、渣中元素E的含量，kg/100kg Q渣-100kg钢液的炉渣重量，kg
渣中杂质含量与渣量的关系 式中： [E]-钢液中残存的元素含量，kg/100kg ΣE-原始状态下钢、渣中元素E的含量，kg/100kg Q渣-100kg钢液的炉渣重量，kg LE-渣、钢间元素的分配系数，和渣成分有关 kg/1000kg钢液

48 已知：炼钢原料带入的磷含量为[P％]料=0. 06％，脱硅量为Δ[Si％]＝0
已知：炼钢原料带入的磷含量为[P％]料=0.06％，脱硅量为Δ[Si％]＝0.3％，渣中(SiO2％)＝14％，(CaO％)＝36％，(ΣFe%)=20%，T=1873K 求：1） 炉渣碱度R、 渣量Q渣、石灰加入量Q石灰（石灰中SiO2＝3％） 2）渣中(FeO％)、钢中平衡磷含量[P％]平 提示：磷的分配系数

49 解：以1000kg钢液为基准进行计算 kg/1000kg钢液 kg/1000kg钢液

50 二 渣量与脱氧的关系 脱氧剂→[O]、（FeO） 还原期用硅铁脱氧时，硅铁的加入量计算 1）脱除渣中(FeO)消耗的硅铁量
[Si]＋2(FeO)＝(SiO2)＋2[Fe] （★） 反应达到平衡时，[Si]减少和渣内(FeO)减少关系为： 为渣量的百分数 （1） 加入的硅量和平衡的硅量 渣中原始FeO和平衡的FeO含量

51 由反应式（★）知： 按炉渣共存理论计算有： 将（1）、（2）合并得： （2） （3）

52 当反应达到平衡时，[Si]和[O]的数量关系为：
[Si]＋2[O]＝(SiO2) 当反应达到平衡时，[Si]和[O]的数量关系为： 所以： （4） （5）