钢铁冶金学(炼铁)课件第3章A
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钢冶金学重庆科技学院:王宏丹气体:氧气、氩气、氮气金属料——铁水铁水是转炉炼钢的主要原材料,一般占装入量的70%~100%;铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的主要热源。
对铁水温度的要求:●铁水温度是铁水含物理热多少的标志,铁水物理热占转炉热量收入的50%左右。
●铁水温度过低,会导致炉内热量不足,影响熔池升温和元素氧化进程,同时不利于化渣和去除杂质,还容易导致喷溅。
●我国企业一般规定铁水入炉温度应大于1250℃,并且保持稳定。
高炉出铁温度在1350~1450℃。
金属料——铁水金属料——铁水对铁水化学成分的要求:●[Si]:发热元素,是铁水化学热的主要提供者。
通常铁水中的硅含量为0.50%-0.80%为宜。
现在的普遍观点:[Si]是有害的,应尽可能地降低铁水中的Si含量,原因如下:少渣冶炼,减少转炉冶炼过程的造渣量。
铁水预处理脱磷的需要!要脱磷,得先脱硅!金属料——铁水对铁水化学成分的要求:●[Mn]:锰是弱发热元素,铁水中Mn氧化后形成的MnO能有效促进石灰溶解,加快成渣,减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。
同时铁水含Mn高,终点钢中余锰高,从而可减少合金化时所需的锰铁合金,有利于提高钢水纯净度。
金属料——铁水对铁水化学成分的要求:●[P]:来源于矿石,100%还原进入铁水,是应该严格控制的元素,目前采取预处理、转炉脱磷等方式解决低P钢的冶炼问题。
高P 矿石的利用,是当今资源利用的主要研究方向,应予以密切关注!一般要求铁水 [P]≤0.20%。
●[S]:是高炉造渣操作应尽量降低的,脱硫率应高!高炉铁水炉外预处理脱硫是“解放高炉”的方向!我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过0.05%。
金属料——铁水对铁水带渣量的要求:●高炉渣中含S 、SiO 2、Al 2O 3量较高;●过多的高炉渣进入转炉内会导致石灰消耗量增多,转炉渣量增大,容易造成喷溅,金属收得率降低,降低炉衬寿命;●兑入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%;●铁水带渣量大时,在铁水兑入转炉之前应进行扒渣。
钢铁冶金学(炼铁部分)第一章概论1、试述3种钢铁生产工艺的特点。
答:钢铁冶金的任务:把铁矿石炼成合格的钢。
工艺流程:①还原熔化过程(炼铁):铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁;②氧化精炼过程(炼钢):铁→精炼(脱C、Si、P等)→钢。
高炉炼铁工艺流程:对原料要求高,面临能源和环保等挑战,但产量高,目前来说仍占有优势,在钢铁联合企业中发挥这重大作用。
直接还原和熔融还原炼铁工艺流程:适应性大,但生产规模小、产量低,而且很多技术问题还有待解决和完善。
2、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。
答:特点:①在逆流(炉料下降及煤气上升)过程中,完成复杂的物理化学反应;②在投入(装料)及产出(铁、渣、煤气)之外,无法直接观察炉内反应过程,只能凭借仪器仪表简介观察;③维持高炉顺行(保证煤气流合理分布及炉料均匀下降)是冶炼过程的关键。
三大过程:①还原过程:实现矿石中金属元素(主要是铁)和氧元素的化学分离;②造渣过程:实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离;③传热及渣铁反应过程:实现成分与温度均合格的液态铁水。
3、画出高炉本体图,并在其图上标明四大系统。
答:煤气系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。
4、归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。
答:①高的含铁品位。
矿石品位基本上决定了矿石的价格,即冶炼的经济性。
②矿石中脉石的成分和分布合适。
脉石中SiO2和Al2O3要少,CaO多,MgO 含量合适。
③有害元素的含量要少。
S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害,K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和高炉顺行有害。
④有益元素要适当。
Mn、Cr、Ni、V、Ti等和稀土元素对提高钢产品性能有利。
上述元素多时,高炉冶炼会出现一定的问题,要考虑冶炼的特殊性。
⑤矿石的还原性要好。
矿石在炉内被煤气还原的难易程度称为还原性。
褐铁矿大于赤铁矿大于磁铁矿,人造富矿大于天然铁矿,疏松结构、微气孔多的矿石还原性好。
⑥冶金性能优良。
冷态、热态强度好,软化熔融温度高、区间窄。
主要内容:第一章 冶金过程热力学基础,热力学基础,反应热力学分析 第二章 冶金过程动力学基础,动力学基础,反应动力学分析 第三章 铁的还原,铁氧化物还原的热力学,动力学分析第四章 碳的氧化反应,风口前碳的燃烧,生铁渗碳,炼钢脱碳 第五章 硅,锰,铬,钒等元素的氧化和还原 第六章 磷的去除,脱磷的热力学及动力学分析 第七章 硫的脱除,脱硫的热力学及动力学分析 第八章 脱氧,脱氧的热力学动力学分析第九章 钢中的非金属夹杂物,来源,对钢性能的影响,去除 参考书目:⑴钢铁冶金物理化学,北科大,陈襄武,冶金出版社(硕士教材) ⑵冶金热力学,北科大,李文超,冶金出版社⑶★钢铁冶金原理,重庆大学,黄希祜,冶金出版社(第三版)(本科教材)第一章 冶金过程热力学基础主要内容: §1.1 化学反应的热效应及自由能变化 §1.2 溶液的热力学性质(活度及活度系数) §1.3 冶金炉渣理论和性质 §1.4 氧化还原反应热力学⑴冶金过程热力学研究的主要任务: 利用化学热力学原理,分析计算冶金反应过程的热力学函数变化,判断反应的可能性、方向性及最大限度。
⑵冶金过程动力学研究的主要任务:利用化学动力学原理,分析计算冶金反应进行的途径、机理及速度。
§1.1 化学反应的热效应及自由能变化§1.1.1 热力学函数(体系的状态函数) 一,焓H :pV U H +=(U :内能)焓H 又称为热焓,它是体系的状态函数。
一个体系在等压下发生状态变化时,其焓变即为该过程的热效应。
备注:U :体系内质点所具有的总能量。
1221H H dT C H q T T p p -==∆=⎰二,熵S :熵也是体系的状态函数,体系中质点排列的状态数越多,越混乱,S 值越大,自发过程总是向着熵增大的方向进行。
备注:S :体系中排列混乱的度量。
对于可逆过程,Tq dS 可δ=Tq S S S 可=-=∆12T q dS 可δ≥不可逆 可逆 (状态变化时)绝热过程:0≥dS 不可逆可逆(自发)三,吉布斯自由能G :TS H G -=,TS H G -∆=∆ 对于等温等压过程,0≤∆G 自发平衡态§1.1.2 热力学函数之间的关系根据U 、H 、S 、G 等热力学状态函数的定义及其性质可得出共同的关系式:另:0,≥V U dS 。