5.2炼钢炉渣(2).ppt

一一 熔渣的化学性质二 熔渣的物理性质三 保护渣一不均匀渣系 5.2炼钢炉渣（炼钢炉渣（2）一一 熔渣的化学性质1碱度2熔渣氧化性3熔渣的容量性质4熔渣溶解气体的能力1碱度（1）组成炉渣的氧化物分类：按照氧化物对氧离子的行为，把氧化物分为三大类。酸性氧化物：SiO2、P2O5、V2O5、Fe2O3碱性氧化物：FeO、CaO、MgO、MnO、TiO两性氧化物：Al2O3、TiO2利用氧化物酸性或碱性的相对大小，可以确定简单氧化物与复杂氧化物之间化学反应的方向。即碱性强的氧化物能从复杂化合物中将碱性弱的氧化物取代出来，成为自由氧化物。（2）碱度定义它主要对炼钢过程中的脱硫和脱磷有重要作用它主要对炼钢过程中的脱硫和脱磷有重要作用。因为硫和磷的氧化物均呈酸性，所以要保证去除磷硫，熔渣必须有足够多的碱性氧化物。熔渣中碱性氧化物浓度总和熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比称为熔渣碱度。与酸性氧化物浓度总和之比称为熔渣碱度。常用符号R表示。碱度是判断熔渣碱性强弱的指标。去磷、去硫以及防止金属液吸收气体等都和熔渣碱度是判断熔渣碱性强弱的指标。去磷、去硫以及防止金属液吸收气体等都和熔渣的碱度有关，它还决定着熔渣中许多组元的活度，因此碱度是影响渣钢反应的重要的碱度有关，它还决定着熔渣中许多组元的活度，因此碱度是影响渣钢反应的重要因素。因素。（3）光学碱度 光学碱度较好的反映了氧化物碱度大小的本质，是渣碱度研究中的一个飞跃。2熔渣氧化性(1)（1）定义：熔渣的氧化性是指熔渣向金属熔池传氧的能力，即熔渣的氧化性是指熔渣向金属熔池传氧的能力，即单位时间内自熔渣向金属熔池供氧的数量。单位时间内自熔渣向金属熔池供氧的数量。（2）影响因素：熔渣的氧化性与渣中氧化铁的浓度有关熔渣的氧化性与渣中氧化铁的浓度有关，因为仅有FeO才能在金属液中溶解，并使其中的元素氧化。（3）表示炉渣的氧化能力的方法：全氧法：（5-11）全铁法：（5-12）炼钢为了保证石灰的熔化，保证类似碳氧反应类的氧化反应，需要熔渣有一定的氧化性，调节熔渣的氧化性对加速或减缓炼钢中调节熔渣的氧化性对加速或减缓炼钢中很多反应、对耐火材料侵蚀有很大影响。很多反应、对耐火材料侵蚀有很大影响。根据熔渣的分子理论，部分氧化铁会以复杂分子形式存在，不能直接参加反应，用熔渣中的氧化铁活度表示熔渣氧化性更精确。2熔渣氧化性(2)（4）转炉炼钢头批料只加渣料总量的1/2-2/3的原因：相同的情况下，在熔渣碱度R=2左右时，熔渣的氧化性最强，脱磷效果最好。这是由于根据熔渣的分子理论，当R高时，CaO含量过剩，与CaO形成复杂分子；当R 低时，含量过剩，与FeO形成复杂分子；当R=1.87时,熔渣中复杂分子主要以2CaO形式存在，和FeO都是简单分子，此时氧化铁活度最高，有利于脱磷，转炉炼钢头批料只加渣料总量的1/2-2/3就是根据这个道理。2熔渣氧化性(3)（5）熔渣的还原性当钢液与熔渣接触时，如其内的氧能和熔渣自发扩散而降低，即熔渣能自钢液中吸取氧，则这种熔渣具有还原性。当熔渣中 0.5%时，钢中氧向渣中扩散，称为还原渣。其还原性主要取决于氧化铁含量与碱度。其还原性主要取决于氧化铁含量与碱度。在还原性精炼时，常把降低氧化铁含量和选择合理的碱度作为控制钢液中氧含量的重要条件。3熔渣的容量性质炼钢生产中对钢的性能有害的物质如硫、磷、氮、氢等均能在熔渣中溶解，并保留于其中。把熔渣具有容纳这些物质的能力称之为炉渣的容量性。（1）硫容量熔渣的硫容量用熔渣的硫容量用CS表示表示。它是熔渣中以重量百分比浓度表示的硫浓度与一定氧分压和硫分压平衡的关系式。随着碱性氧化物浓度的增加而增大。硫容量表示了熔渣的脱硫能力硫容量表示了熔渣的脱硫能力。熔渣的硫容量越大，硫的分配比越大，其进入熔渣中的硫浓度就越大。熔渣和金属液的氧化性越强，硫的分配比就越小。（2）磷容量磷容量和硫容量一样，它表示熔渣吸收或溶解磷氧化物的能力。磷容量与温度及碱度有关。4熔渣溶解气体的能力熔渣能溶解气体（H2、N2），并且有不同的透气性。熔渣的透气性熔渣的透气性是指气体质点通过熔渣的强度，用气体的溶解度与其在渣内的扩散系数的乘积表示。二 熔渣的物理性质1熔渣的粘度2熔渣的密度3熔渣的热容和导热性4熔渣的熔化温度 5熔渣的表面张力及界面张力6炼钢熔渣的导电性7熔渣的密度及导热性1熔渣的粘度粘度是熔渣的主要物理性质之一，它代表熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力。（1）熔渣粘度对炼钢生产的影响（2）表观粘度（3）影响熔渣粘度的因素（4）熔渣粘度的稳定性（5）长渣、短渣（1）熔渣粘度对炼钢生产的影响粘度对于渣和金属间的传质和传热速率有密切关系，因而它影响着渣钢反应的反应速率和炉渣传热的能力。过粘的渣使熔池不活跃，冶炼不能顺利进行。过稀的渣容易喷溅，而且严重侵蚀炉衬和耐火材料，降低炉子寿命。因此，炼钢过程要求熔渣有适宜的粘度，这个性质不仅关系到冶炼过程能否顺利进行，而且对传热、传质，从而对反应的速率以及金属在熔渣中的损失、溅渣护炉效果、炉衬的寿命等都有影响。（2）表观粘度由于固相质点的存在而使熔渣增大的粘度，称为表观粘度。（3）影响熔渣粘度的因素(1)炼钢过程实用的渣系粘度随温度和组成变化很大。能使炼钢渣粘度显著提高的组分是MgO（1012%）、Cr2O3（56%）。当这些组分的量超过上述值时，使熔渣的粘度增大。提高温度，加入Al2O3（57%）、CaF2(25%)、Fe2O3等助熔剂时，可降低炼钢渣的粘度。渣中氧化铁含量的增加是促进石灰迅速熔化，转变为均匀性渣渣中氧化铁含量的增加是促进石灰迅速熔化，转变为均匀性渣的最有效的措施。因此，在炼钢过程中，熔渣中应保持足够量的最有效的措施。因此，在炼钢过程中，熔渣中应保持足够量的的FeO。当碱度从0.9到3.2，温度在15501600时，粘度都小于0.075Pas。当碱度高于4.2时，温度降低时粘度急剧增加。碱性氧化渣的碱度在1.83.2区间时，冶炼温度对其粘度的影响很小，这样炉内不同地区的渣都有良好的流动性，可保证金属液和熔渣间的反应顺利进行。（3）影响熔渣粘度的因素(2)熔渣组成一定时，提高温度可使粘度降低。但是相同熔点不同组成的熔渣，其粘度取决于组元在渣中存在的状态，如离子半径的大小及数量的多少等。还原渣的粘度不仅决定于碱度而且也和CaF2含量有关。悬浮于渣中固态微粒的尺寸和数量是影响熔渣粘度的重要因素。在转炉炼钢终渣中，提高（MgO）降低（FeO）使渣稠化，出钢时稠渣粘附在炉衬上可减少下一炉初渣的侵蚀；但稠化的程度要适当，否则会影响炼钢的正常操作。渣的合适粘度在渣的合适粘度在0.02一一0.1Pas之间，相当于轻机油的粘度。之间，相当于轻机油的粘度。钢液的粘度在钢液的粘度在0.0025Pas左右，相当于松节油的粘度；熔左右，相当于松节油的粘度；熔渣比金属熔池的粘度高渣比金属熔池的粘度高10倍左右。倍左右。（4）熔渣粘度的稳定性所谓熔渣粘度的稳定性是指一定温度下熔渣成分在一定范围内所谓熔渣粘度的稳定性是指一定温度下熔渣成分在一定范围内变化时，粘度不急剧变化；或者说当渣组成一定时温度变化而变化时，粘度不急剧变化；或者说当渣组成一定时温度变化而粘度变化很小。粘度变化很小。为了顺利地进行冶炼，不希望熔渣粘度急剧波动。三元或多元等粘度图中，等粘度线取得很近的区域表明熔渣粘度的稳定性小，所以此成分范围的渣不宜选用。（5）长渣、短渣长渣：炉渣碱度为0.9的酸性渣，温度降低时粘度平稳增大，此种类型的炉渣常称为长渣。短渣：当碱度高于4.2时，温度降低时粘度急剧增加,此种渣称为短渣。一般情况下，同样温度的酸性渣比碱性渣的粘度大一般情况下，同样温度的酸性渣比碱性渣的粘度大，主要因为渣中以或更大的离子团存在的缘故。而温度在而温度在1450以下，酸性渣比碱性渣的粘度低。因此浇注用的保护渣多以下，酸性渣比碱性渣的粘度低。因此浇注用的保护渣多为偏酸性的熔渣。为偏酸性的熔渣。2熔渣的密度密度是熔渣的基本性质之一，它影响着液滴与介质间的相对运动速度，也决定着渣所占据的体积大小。普通的液态碱性渣密度为3.0103kgm-3，固态碱性渣为3.5103kgm-3，而高氧化铁渣（40FeO）为4.0103kgm-3，酸性渣一般为3.0103kgm-3。渣中存在弥散的气泡时，密度要低一些。3熔渣的热容和导热性熔渣的焓表明单位质量的熔渣升高温度时所吸收的热量，它的大小与熔渣热容有直接关系。在实际生产中熔渣的焓常和热的利用及热平衡联系在一起。熔渣导热系数和成分有关，也和温度的高低分不开，温度越高导热系数越大。在电弧护内高温区炉渣导热系数大，对加热熔池有利。在炼钢操作中，没有搅拌和对流也没有气泡的多元系炉渣的导热系数为8.34-12.55kJm-1h-1K-1，在渣层厚度d为100一150mm时，其热阻d/=0.00960.0143m2hKkJ-1。沸腾炉渣的导热性比静止的高20一40倍，在炼钢操作中已注意到并利用了炉渣的这种性质，如在沸腾时供给大的电功率或热功率等。无论是在平静的还是在沸腾的情况下，渣的导热性都比金属液低（沸腾的金属液热阻约为0.00005 m2hKkJ-1，比炉渣低34倍），炉渣上层温度一般比钢液高40一80。4熔渣的熔化温度炼钢炉渣是由许多复杂化合物组成的，绝大部分复杂化合物熔点低于各简单氧化物的熔点。所以，耐火材料要求杂质少、纯度高。炉渣的熔化温度炉渣的熔化温度是固态渣完全转化为均匀的液态时的温度。同理液态熔渣开始析出固体成分时的温度为熔渣的凝固温度。熔渣的熔化温度与熔渣的成分有关熔渣的熔化温度与熔渣的成分有关，可通过相图确定。一般来说，熔渣中高熔点组元越多，熔化温度越高。5熔渣的表面张力及界面张力熔渣的表面张力和界面张力是研究气体-熔渣-金属液界面反应的重要数据。熔渣表面张力和渣钢界面张力是熔渣的重要性质，对于冶金过程动力学及钢液和熔渣的乳化和分离等，均有密切关系。冶炼中石灰等固体料在熔渣内的溶解，熔渣对耐火材料的侵蚀，泡沫渣的形成与消除，金属和熔渣的分离，新相的形成，钢液中夹杂物的排除等均与钢液、熔渣的表面张力或熔渣、金属液的界面张力有关。（1）熔渣的表面张力（2）熔渣的起泡性能（3）熔渣的界面张力（1）熔渣的表面张力熔渣的表面张力（0.30.6Nm-1）和成分有关，也和气氛的组成及压力有关，主要决定于熔体质点间化学键的性质。（2）熔渣的起泡性能泡沫渣：泡沫渣：在炼钢过程中，当有气体进入熔渣内，被分散成微小气泡，熔渣的体积膨胀，形成有分隔膜隔开的、密集排列的蜂窝状气孔的结构，称为泡沫渣泡沫渣。泡沫渣的影响泡沫渣的影响：虽能增大炉气-渣-金属液间反应的界面及速率，但它的导热性差，在某些条件下会恶化熔渣对金属液的传热。（3）熔渣的界面张力界面张力：当两凝聚相（液固、液液）接触时，质点间出现的张力称为界面张力。界面张力随接触物质的不同而改变，其大小取决于界面层分子受两相分子引力的差异，差异越大，界面张力也越大。表面张力的实质是液体与空气间的界面张力。接触角接触角是在液滴位于另一相上的接触点对液滴表面所作切线（表面张力线）与界面张力线之间的夹角。接触角也表征一液相沿另一相铺展的程度，其值越小，则润湿或铺展的程度就越大，而界面张力也就越小。固体或液体表面对其它液体介质吸着现象叫吸附作用，吸附作用又叫润润湿湿。影响因素：界面张力受两相中存在的表面活性组分的影响很大，但同一表面活性物在金属液中存在时比在熔渣中存在时对界面张力的影响更大。应用：脱氧和渣洗过程应选择开始反应快而最终钢渣界面张力很大的脱氧生成物和渣系，使钢中非金属夹杂和夹渣都容易降低。6炼钢熔渣的导电性从熔渣的离子理论可知，熔渣具有导电性。熔渣电阻率的倒数称为比电导率比电导率，简称比电导，用表示，单位是-1cm-1，比电导率越大，熔渣的导电能力越强比电导率越大，熔渣的导电能力越强。熔渣的比电导率随离子数量增多，随温度升高熔渣粘度的降低而增大；酸性渣的比电导率比碱性渣的大1060倍；此外，熔渣氧化性，尤其是低价氧化铁增多会提高比电导。炉渣组成和温度决定了电导率的大小，它对电弧炉的供电制度炉渣组成和温度决定了电导率的大小，它对电弧炉的供电制度和热的分配影响很大。和热的分配影响很大。电渣重熔用渣的电导率直接关系到熔炼温度和电制度，对重熔钢的质量和技术经济指标有较大关系。从稳定工艺和提高钢质量方而看，希望渣的粘度要适当，电导率随温度的变化要小。7熔渣的密度及导热性熔渣的密度为2.83.2103kgm-3。熔渣的密度主要与离子间的键能有关。离子间的键能越小，密度越小。熔渣的导热系数m-1K-1。比金属液的低一个数量级，因而厚度为0.1米的熔渣层的热阻大约等于厚度为1米的金属液层的热阻。炼钢渣的导热系数在900以下几乎与温度无关，保持在1.7Wm-1K-1左右，900以上连续下降。在转炉炼钢过程中，传热主要是以对流方式完成的，这在极大程度上和熔渣的搅拌强度有关。例如，沸腾的熔渣的导热系数要比静止的熔渣层的导热系数高2040倍。三 保护渣一不均匀渣系1作用 2结构 3选择渣系时要考虑的因素 4选择渣料时应考虑的物理参数 1作用可减少或防止钢液的二次氧化。2结构在使用过程中保护渣基本上可分为上层（粉状层）、中层（烧结层，有时称半熔层）、下层（熔融层）。各层的作用各层的作用：粉状层粉状层是多孔的粉状物，它可有效地防止辐射散热，提高熔化层和接触钢液面处的温度，因而可防止低温浇注时钢坯表面产生的表面结疤、重皮等缺陷，也使熔渣有效地吸收上浮的夹杂物。中层中层是粉渣到熔渣间的过渡层，其厚度过大对改善锭坯表面质量不利。熔融层熔融层作用是吸收钢液内析出的夹杂物，改善结晶器壁和凝固坯壳间的传热，均匀钢凝固层的温差，减轻热应力，以利于减少裂纹，并提高结晶器的使用寿命。3选择渣系时要考虑的因素（1）钢的浇注速度，如浇注速度较快，就要求固态的保护渣要很快的呈现“三层结构”；（2）要求具有良好的熔融特性，即熔融温度低，并与浇注速度相适应的成渣速率；（3）较低的粘度和较小的界面张力，良好的铺展性能。4选择渣料时应考虑的物理参数（1）熔化温度：一般在1100一1200，过高不易形成熔融层；过低渣熔化快，耗渣量大，不利于保温。（2）熔化速率：熔化速率既要保证行足够的熔融渣量，又要有“三层结构”，起到保温、隔热作用。熔速太快，保温、隔热性能下降，渣消耗量增加；熔速太慢，影响钢坯下部表面质量和渣对钢的保护作用。一般说来，适量增加渣中碳含量(一般7）可减少保护渣的熔化速率。渣粒越细保护渣的熔化速率越快。（3）粘度：浇注过程中温度变化不大，粘度的变化主要是由成分变化引起的，保证成分稳定才能保证其粘度稳定。偏酸性渣具有长渣的特点，即使成分有所变化，粘度也不会变化很大。从基本渣系（如CaO-Al2O3-SiO2）等粘度线图中距离宽些的区域选择成分能满足上述要求，如SiO24060%，2050%，Al2O3530%的渣粘度在6.87.5Pas之间。