第八章第 1 、2 節
教學重點和難點：煉鋼爐渣的組成、作用及性質是重點，元素氧化的規律及矽的氧化是難點。
教學程序：
第八章煉鋼基本原理
第一節煉鋼爐渣
一、爐渣的**、組成和作用
1．爐渣的**
爐渣又叫熔渣，是煉鋼過程中產生的。爐渣的主要**有：
1) 由造渣材料或爐料帶入的物質。 如加入石灰、白雲石、螢石等，金屬材料中的泥沙或鐵鏽，也將使爐渣中含有（feo）、（sio2）等。這是爐渣的主要**。
2) 元素的氧化產物。含鐵原料中的部分元素如si、mn、p、fe等氧化後生成的氧化物，如si02、mn0、fe0、p205等。
3) 爐襯的侵蝕和剝落材料。由於高溫、化學侵蝕、機械沖刷等方面原因使爐襯剝落，則耐火材料進入渣中。
4）合金元素脫氧產物及爐渣脫硫產物。如用al脫氧化生成的（al2o3），用si脫氧生成的（sio2），以及脫硫產物（cas）等。
2．爐渣的組成
化學分析表明，煉鋼爐渣的主要成分是：ca0、si02、fe203、fe0、mg0、p205、mn0、cas等，這些物質在爐渣中能以多種形式存在，除了上面所說的簡單分子化合物以外，還能形成複雜的復合化合物，如2fe0·si02、2ca0·si02、4ca0·p205等。
3．爐渣的作用
煉鋼過程中熔渣的主要作用可歸納成如下幾點：
1)通過調整爐渣的成分、性質和數量，來控制鋼液中各元素的氧化還原反應過程，如脫碳、脫磷、脫氧、脫硫等；
2)吸收金屬液中的非金屬夾雜物；
3)覆蓋在鋼液上面，可減少熱損失，防止鋼液吸收氣體；
4)能吸收鐵的蒸發物，能吸收轉爐氧流下的反射鐵粒，可穩定電弧爐的電弧；
5)沖刷和侵蝕爐襯，好的爐渣能減輕這種不良影響，延長爐襯壽命。
由此可以看出：造好渣是實現煉鋼生產優質、高產、低消耗的重要保證。因此實際生產中常講：煉鋼就是煉渣。
二、爐渣的化學性質和物理性質
熔渣的化學性質主要是指熔渣的鹼度、氧化性和還原性。
熔渣的物理性質主要是指爐渣的熔點和黏度。
1．爐渣的化學性質
(1)熔渣的鹼度爐渣中常見的氧化物有酸、鹼性之分，其分類如下：
鹼度是指爐渣中鹼性氧化物與酸性氧化物濃度的比值，用「r」來表示。
鹼度是判斷熔渣鹼性強弱的指標。去磷、去硫以及防止金屬液吸收氣體等都和熔渣的鹼度有關，因此鹼度是影響渣、鋼反應的重要因素。
由於熔渣中ca0和si02的數量最多，約為渣量的60％以上，所以在熔渣含磷不高時，常以ca0與si02濃度之比表示熔渣的鹼度，即：
r 若爐渣中含磷量較高，也可以表示為：
r 根據鹼度高低，熔渣可分為三類：
a. r<1酸性渣
b. r=1 中性渣
r<1．5低鹼度渣
c. r>1鹼性渣 r=1．8～2．2 中鹼度渣
r>2．5高鹼度渣
(2)熔渣的氧化性爐渣的氧化性是指熔渣所具備的氧化能力的大小。它對煉鋼過程中的成渣速度、去磷、去硫、噴濺、金屬收得率和終點鋼水含氧量等均有重大影響。
根據爐渣的分子理論，fe0能同時存在於渣—鋼之中，並在渣—鋼之間建立一種平衡(feo)/ [feo]，所以一般認為渣中的氧是通過fe0傳遞到鋼液中的。因而熔渣中的feo含量便可代表熔渣所具備的氧化能力的大小，即熔渣的氧化性通常用渣中氧化亞鐵總量乏(fe0)表示。
渣中氧化鐵含量即渣的氧化性，它對熔渣的反應能力及物理效能有重要的影響。轉爐熔渣fe0過低，造渣困難，爐渣的反應能力低。熔渣fe0過高，又會造成噴濺，增加金屬損失及爐襯侵蝕。
因此，渣中氧化鐵的含量應適當，在轉爐冶煉過程中，一般控制在10％～20％為好。
(3)熔渣的還原性熔渣的還原性和氧化性是爐渣的同一種化學性質的兩種不同說法。
在鹼性電弧爐還原期操作中，要求爐渣具有高鹼度、低氧化性、流動性好的特點，以達到鋼液脫氧、去硫和減少合金元素燒損的目的。所以應降低渣中的fe0，提高渣的還原性。
電弧爐還原期出鋼時，一般要求渣中的fe0質量分數應小於0．5％，以滿足出鋼時對渣還原性的要求。
2．熔渣的物理性質
(1)熔渣的黏度黏度是表示熔渣內部各部分質點間移動時的內摩擦力的大小。黏度的單位是泊(p)，1p=0．1pa·s(帕·秒)。
黏度與流動性正好相反，黏度低則流動性好。
冶煉時，若熔渣的黏度過大，則物質在鋼液及熔渣之間的傳遞緩慢，不利於煉鋼反應的迅速進行；但若黏度過小，又會加劇爐襯的侵蝕。所以在煉鋼時，希望獲得適當黏度的爐渣。
影響熔渣黏度的主要因素是熔渣成分和溫度。熔池溫度越高，渣的黏度越小，流動性越好。實際操作中，黏度的調節主要是靠控制渣中的fe0、鹼度和加入螢石等來實現的。
(2)熔渣的熔點熔渣是多元組成物，成分複雜，當它由固相轉變成液相時，是逐漸進行的，不存在明顯的熔點，其熔化過程有乙個溫度範圍。通常熔渣的熔點是指爐渣完全轉變成均勻液體狀態時的溫度。
不同的氧化物和復合氧化物的熔點是不同的，爐渣中各種氧化物的熔點見表8—1。
表8—1 爐渣中各種氧化物的熔點
爐渣中最常見的氧化物大部分都有很高的熔點。煉鋼溫度下，這些氧化物很難熔化。但實際上，它們相互作用生成了各種複雜化合物，這些化合物的熔點低於原氧化物的熔點，從而降低了熔渣的熔點。
降低爐渣熔點的主要措施是：加入一定的助熔劑，如礦石(fe203)、螢石(caf2)等，以便形成低熔點的多元系化合物。
第一節鐵、矽、錳的氧化
在煉鋼過程中，氧供入金屬熔池後，元素隨即開始氧化。無論是氧氣頂吹轉爐或是其它煉鋼方法，元素的氧化速度可以不同，但都是按一定的次序進行的。一般地講，矽、錳最先被大量氧化，而碳隨後被迅速氧化，磷的氧化基本上可與碳同時進行。
元素氧化具有不同次序的原因，是由於各元素與氧的親和力不同，與氧親和力強的元素可以奪取更多的氧，首先開始大量氧化；反之，與氧親和力弱的元素則奪得較小的氧，它的氧化就慢些。
1、當溫度t＜1400℃時，元素的氧化順序是：
si mn c p fe
2、當1400℃＜t＜1530℃時元素的氧化順序是：
si c mn p fe
3、當t＞1530℃時，元素的氧化順序是：
c si mn p fe
鐵和氧的親和力小於si、mn、p與氧的親和力，但由於金屬液中鐵的濃度最大，質量分數為90％以上，所以鐵最先被氧化，生成大量的fe0，並通過fe0使其與氧親和力大的si、mn、p等被迅速氧化。
在轉爐中，si、mn、p、fe在冶煉初期的大量氧化，使熔池溫度迅速上公升，為碳的迅速氧化提供了有利條件；同時也對爐渣的鹼度和流動性等產生了較大的影響。
一、鐵的氧化
鐵的氧化反應是乙個極其重要的氧化反應，它是其他元素進行氧化反應的基礎。向金屬液供氧的方式有兩種：一是直接供氧，即吹入氧氣；二是間接供氧，且加入礦石。
因此鐵的氧化方式也有兩種：直接氧化和間接氧化。
直接氧化是指鋼液中的元素直接和氧分子進行接觸，而被氧化的反應，如：
間接氧化反應是指金屬液中的元素直接和氧原子或fe0接觸而被氧化的反應，如：
[fe]+[o]=[feo] (放熱)
鐵被氧化後，其反應產物fe0一部分進入爐渣，一部分繼續存留在金屬液中，並在金屬液—熔渣之間建立動態平衡，它應服從分配定律，即
在一定溫度下，為一常數，稱為氧在爐渣和金屬液中的分配係數。
二、矽的氧化
1．矽的氧化反應式
在鹼性煉鋼法中，si的氧化對成渣過程、爐襯的侵蝕等都有重要的影響。
理論上si的氧化反應也有直接氧化和間接氧化之分，但實際上，金屬液中的si、mn元素很難直接與氣態氧反應，所以金屬液中si、mn、p元素的氧化均以間接氧化反應為主。
矽的間接氧化反應式如下：
si的氧化產物只溶於渣，不溶於鋼液。
2．si氧化反應的主要特點
si氧化反應的主要特點如下：
1) 由於si與氧的親和力很強，所以在冶煉初期，金屬液中的si便已基本氧化完畢。例如：轉爐吹氧3min後，si基本上全被氧化。
同時，由於si的氧化產物si02，在爐渣中完全被鹼性氧化物如ca0等結合，無法被還原出來，因此矽的氧化是十分完全徹底的，最後只有微量的矽殘留在鋼液中。
2) si氧化反應是乙個強烈的放熱反應，低溫有利於si氧化反應的迅速進行。si是轉爐吹煉過程中重要的發熱元素。目前在轉爐生產中，為了減少渣量，降低熱損失，並提高金屬收得率，已在廣泛推廣使用低si鐵水(叫[si]<0．3％)，由降低鐵水[si]所失去的部分化學熱，正在靠其他方法來解決，如提高鐵水溫度等。
三、錳的氧化
1．mn的間接氧化反應式
[mn]+(feo)=(mno)+(fe) 放熱
[mn]+[feo]=(mno)+[fe] 放熱
mn的氧化產物只溶於渣，不溶於鋼液。
2．mn氧化的特點
1)mn的氧化反應是放熱反應，低溫有利於mn的氧化，故mn的氧化主要在冶煉前期進行。
2)由於氧化產物mn0是鹼性氧化物，故鹼性渣中不利於mn的氧化。因此mn不可能向si那樣完全被氧化。
3)當熔池溫度公升高後，mn的氧化反應會逆向進行，發生mn的還原，即產生「回錳」現象，使鋼液中的「餘錳」增加。
小結：本次課講授了煉鋼爐渣的**、組成和作用，講述了煉鋼爐渣的鹼度、氧化性、黏度等性質指標，同時講解了鋼中元素氧化的規律及鐵、矽、錳的氧化情況。
2．煉鋼爐渣的組成和作用是什麼?
3．什麼是爐渣鹼度、爐渣氧化性？
4．什麼是直接傳氧？什麼是間接傳氧？
5．錳的氧化有何特點？
本章總結提公升
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2 6數列本章小結
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