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- 1、炼钢原理（炼钢的原理方程式）
- 2、10个转炉炼钢的基本原理问答
1、炼钢原理（炼钢的原理方程式）
炼钢原理(炼钢原理方程)
我们在这里谈论的不是帕维尔·科尔查金在完全瘫痪和失明后钢铁般的意志，而是真正的钢铁是如何炼成的。
很多人都知道，所有的钢铁起初只是地下的一堆红色或黑色的石头，也就是铁矿石。然而，经过一些操作，这些石头已经成为我们生活中随处可见、工程中不可或缺的重要材料。这个转变过程令人惊叹。至少对我这样好奇的人来说很神奇。
大约十年前，我住在山西，主要是产煤区和铁矿区。由于生产煤炭和铁矿石，周围的洗煤厂、焦化厂和铁厂必不可少。所以，当时我接触到了大量的炼铁、炼铁厂人员。
我很好奇。为了观察炼铁过程，我无数次被别人赶着走，穿上一堆渣铁去捡渣铁。后来也和朋友一起做了小炼铁炉，但是时间久了。现在这些小炼铁炉不准炼了。
那么，钢是如何制造的呢？它是如何从一堆矿石变成一块型钢或钢筋的？我们分开说吧。但是需要注意的是，我们说的不是数据，而是具体的流程。
I:从矿石到生铁
不管什么钢，它的前身都是生铁。因此，成为钢铁的首要条件是将矿石提炼成生铁。
很多人想象它无非是提炼。把从地里挖出的铁矿石直接扔进炼铁炉里炼就行了。不是生铁吗？当然，事情不会这么简单。矿石挖出地面后，首先要进行筛选，也就是选矿。里面有高低口味，不能混在一起。
可以直接入炉的块状铁矿石不多，大部分都要粉碎。
也就是说，这些精选出来的矿石经过分级后，各种味道会被粉碎成铁矿石泡沫，堆在一起进行第一步的提炼，这就是所谓的“烧结”。每个铁厂都会有一个烧结车间，有些粗铁厂直接烧结在一个空的空地上。
这些矿物粉末、燃料和溶剂混合在一起，堆积成一堆。点火后会变成燃烧状态，这样燃料才能更好的燃烧。燃烧结束后，这些矿粉也凝聚在一起，然后进入冶铁炉。
放入冶铁炉的铁矿石会加入一些东西，以免“冶炉”。什么是熔炉？众所周知，在这一步精炼中，烧结铁矿石需要精炼成铁水。这些火热的热熨斗很烫，会粘在冶铁炉上。所以一定要有东西把它们和炼铁炉分开，也就是防止它们粘在炼铁炉上。
因此，人们会在这些烧结铁矿石中加入类似“白云石”的东西。白云石也是一种矿石，通常呈蓝白色，藏在山中。哪里有铁矿石，哪里就一定有白云石矿。
这种矿石非常脆，而且层次分明。一旦发现这样的矿石，大部分都是山。也就是说，白云石是在一座山中发现的，而山的内部大部分都是这样的石头。因此，白云岩的洞穴非常大。
毫不夸张地说，矿井的内走道空可以直接让车在里面掉头，又高又宽。煤矿、铁矿之类的都是小汽车。当这些白云石被开采时，它们都被130辆卡车直接拉进来。你可以想象里面的空房间有多大。
这些白云石具有将铁水从铁炉中分离出来的作用，使铁水不接触铁炉。当熔化完成后，它将从出水口流入每个模具。这是生铁，大部分地方和铁厂都叫面包铁。
铁水流出后，剩余的炉渣被倾倒并运出。这是铁渣，有些地方用于筑路。会有源源不断的铁水附着在这些铁渣上，所以会有人在这些废料上捡起来。这些东西叫渣铁，所以我都捡了起来，不过主要是观察炼铁厂的炼铁情况。
面包是所有生铁最初的样子，其实金砖最初的样子也是如此。这些面包烙铁有一部分是直接用来生产各种器具的，比如用生铁做的农业机械刹车锅，人们吃的大铁锅，都是将面包烙铁直接熔化后进入专用模具制作而成的。它的质地很脆。因为杂质多，很容易破碎和折断。
但是大部分都被提炼成了钢铁。
ⅱ:从生铁到钢材
正如我们上面所说，生铁中有许多杂质。如果你想成为钢铁或熟铁，你必须净化它。因为杂质太多的生铁经不起锻造，没有韧性。就像矿石提炼生铁一样，生铁需要再次熔化成铁水才能变成熟铁或钢，但这里要求的温度要高得多。说白了，生铁炼成钢的过程，就是一个除杂、净化、过滤的过程。
在将生铁转化为铁水进行净化的过程中，需要一种叫做“转炉”的特殊东西。这个东西在旋转的时候可以带动里面的铁水。在铁水翻滚的过程中，会吹入无数的氧气，在氧气的吹送下，铁水中的杂质会被高温氧化，同时转炉的温度也会升高。
在转炉加热的第一步去除杂质后，铁水将被清洗。你没看错，就是打扫卫生。清洗钢水及其附件以获得更高的纯度。当然具体过程很复杂，没有我们说的那么简单。这一步叫“炉外精炼”。
炉外精炼的铁水实际上是钢水，但里面仍有杂质和气泡，需要去除才能达到纯净钢的要求。此时，需要将钢水表面形成空。这一步叫做“抽水”。
在真实空钢水表面，气泡破碎后消失，杂质一点点被提取出来。此时钢水基本纯净，净化后的钢水需要搅拌，但在搅拌过程中，钢水已经严重冷却，需要再次加热。
加热冷却后会变成标准钢吗？不，它需要精炼。所谓精炼，就是将不同比例的原料加热后喷入钢水中，达到精炼的目的。
这些精炼的钢水被倒入模具中，变成“钢锭”。在此基础上，通过喷涂不同的合金原料制成各种合金钢。这里就不细说了。
ⅲ:综上所述，从矿石到铁有四个步骤，即破碎、烧结、炉内冶炼和出钢。从生铁到钢有几个步骤，分别是预处理、转炉炼钢、炉外精炼、泵送、搅拌、加热、出钢。
这里我们没有提到任何数据，只是从矿石到生铁和钢材的过程，基本上是一线操作流程。当然，如果你有对具体数据感兴趣的朋友，可以看看《钢铁冶金概论》。
今天，随着新技术日和新月，许多新技术已经取代了传统的炼钢方法。然而，这些都是艺术世代。钢铁从遥远的古代就被人们重视和锻造，这经历了一个艰难的过程。中国最早的炼钢可以追溯到汉代，可见历史之悠久。
我相信在技术进步的未来，会有新的炼钢方法，但无论它如何变化，从零到一，会有一到一百甚至无限。你怎么想呢?
2、10个转炉炼钢的基本原理问答
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1、什么是超音速氧射流，什么是马赫数？
速度大于音速的氧流为超音速氧射流。超过音速的程度通常用马赫数量度，即氧流速度与临界条件下音速的比值，用符号Ma代表。显然，马赫数没有单位。
马赫数的大小决定喷头氧气出口速度，也决定氧射流对熔池的冲击能量。马赫数过大则喷溅大，清渣费时，热损失加大，增大渣料消耗及金属损失，而且转炉内衬易损坏;马赫数过低，会造成搅拌作用减弱，氧气利用系数降低，渣中TFe含量增加，也会引起喷溅。当Ma>2.0时，随马赫数的增长氧气的出口速度增加变慢，要求更高理论设计氧压，这样，无疑在技术上不够合理，经济上也不划算。
目前国内推荐Ma=1.9～2.1。
2、氧气射流与熔池的相互作用的规律
超音速氧流其动能与速度的平方成正比，具有很高的动能。当氧流与熔池相互作用时，产生如下效果：
(1)形成冲击区。氧流对熔池液面有很高的冲击能量，在金属液面形成一个凹坑，即具有一定冲击深度和冲击面积的冲击区。
(2)形成三相乳化液。氧流与冲击炉液面相互破碎并乳化，形成气、渣、金属三相乳化液。
(3)部分氧流形成反射流股。
3、氧气顶吹转炉的传氧载体有哪些？
氧气顶吹转炉内存在着直接传氧与间接传氧两种途径。直接传氧是氧气被钢液直接吸收，其反应过程是：[Pe]+1/2{O2｝=[FeO]，[FeO]=[Fe]+[O];间接传氧是氧气通过熔渣传人金属液中，其反应式为(FeO)=[FeO]、[FeO]=[Pe]十[O]。氧气顶吹转炉传氧以间接传氧为主。
氧气顶吹转炉的传氧载体有以下几种。
(1)金属液滴传氧。氧流与金属熔池相互作用，形成许多金属小液滴。被氧化形成带有富氧薄膜的金属液滴，大部分又返回熔池成为氧的主要传递者;熔池中的金属几乎都经历液滴形式，有的甚至多次经历液滴形式，金属液滴比表面积大，反应速度很快。
(2)乳化液传氧。氧流与熔池相互作用，形成气-渣-金属的三相乳化液，极大地增加了接触界面，加快了传氧过程。
(3)熔渣传氧。熔池表面的金属液被大量氧化，而形成高氧化铁熔渣，这样的熔渣是传氧的良好载体。
(4)铁矿石传氧。铁矿石的主要成分是Fe2O3、Fe3O4，在炉内分解并吸收热量，也是熔池氧的传递者。
顶吹转炉的传氧主要靠金属液滴和乳化液进行，所以冶炼速度快，周期短。
（转炉吹炼工艺示意图）
4、什么是硬吹？什么是软吹？
硬吹是指枪位低或氧压高的吹炼模式。当采用硬吹时，氧气流股对熔池的冲击力大，形成的冲击深度较深，冲击面积相对较小，因而产生的金属液滴和氧气泡的数量也多，气—熔渣—金属乳化充分，炉内的化学反应速度快，特别是脱碳速度加快，大量的CO气泡排出，熔池搅动强烈，熔渣的TFe含量较低。
软吹是指枪位较高或氧压较低的吹炼模式。在软吹时，氧气流股对熔池的冲击力减小，冲击深度变浅，冲击面积加大，反射流股的数量增多，对于熔池液面搅动有所增强，脱碳速度缓慢，因而对熔池内部的搅动相应减弱，熔渣中的TFe含量有所增加。
软吹和硬吹都是相对的。
5、转炉内金属液中各元素氧化的顺序是怎样的？
氧化物分解压越小，元素越易氧化。在炼钢温度下，常见氧化物的分解压排列顺序如下：
因为转炉内是多相反应，因此铁水中元素的氧化顺序还与其浓度有关，所以吹炼开始元素氧化顺序为Fe、Si、Mn、P、C等。
6、碱性操作条件下，为什么吹炼终点钢液中硅含量为痕量？
吹炼开始首先是Fe、Si被大量氧化，并放出热量，反应式为：
[Fe]+1/2{O2｝=(FeO)(放热)
[Si]+{O2｝=(SO2)(放热)
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe](放热)
在以碱性渣操作时，熔渣R>3.0，渣中存在着大量自由状态的(CaO)，SiO2是酸性氧化物，全部与CaO等碱性氧化物形成类似(2CaO·SiO2)的复杂氧化物，渣中SiO2呈结合状态。熔渣分子理论认为，只有自由氧化物才有反应能力，因此在吹炼后期温度升高SiO2也不会被还原，钢中硅含量为“痕量”。
可见在以碱性渣操作条件下，硅的氧化反应非常彻底。
7、在碱性操作条件下吹炼终了时，钢液中为什么会有余锰？
与硅相似，锰也很容易被氧化，反应式为：
[Mn]+1/2{O2｝=(MnO)(放热)
[Mn]十(FeO)=(MnO)+[Fe](放热)
[Mn]+[O]二(MnO)(放热)
锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期所形成的(MnO·SiO2)，随着渣中CaO含量的增加，会发生(MnO·SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2)+(MnO)反应，(MnO)呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，(MnO)被还原，即：(MnO)+[C]=[Mn]+{CO｝或(MnO)+[Fe]=(FeO)十[Mn]吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。
余锰高，可以降低钢中硫的危害。但在冶炼工业纯铁时，要求锰含量越低越好，应采取措施降低终点锰含量。
根据化学平衡移动的原理，影响余锰量的因素有：
(1)炉温高利于(MnO)的还原，余锰含量高。
(2)碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，余锰量增高。
(3)降低熔渣中(FeO)含量，可提高余锰含量。因此钢中碳含量高、减少补吹、降低平均枪位、有复吹，余锰含量都会增高。
(4)铁水中锰含量高，单渣操作，钢中余锰也会高些。
8、在炼钢过程中碳氧反应的作用是什么
炼钢过程中碳氧反应不仅完成脱碳任务，还有以下作用：
(1)加大钢—渣界面，加速物理化学反应的进行。
(2)搅动熔池，均匀成分和温度。
(3)有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出。
(4)有利于熔渣的形成。
(5)放热升温。
(6)爆发性的碳氧反应会造成喷溅。
9、熔池中脱碳速度的变化与哪些因素有关？
炼钢碳氧反应主要以[C]十[O]={CO｝方式进行，其正反应速度表达式是νC=k正ω[C]ω[O]，反应速度受[C]和[O]两个浓度的影响，但钢液中[O]浓度随渣中TFe升高而增加。转炉内碳氧反应在吹炼初期虽然渣中TFe高，但由于炉温较低，影响传氧，碳氧反应速度较慢;在吹炼后期由于金属中ω[C]低，碳氧反应速度也降低;只有吹炼中期能够保证碳氧反应以较快速度进行，最高脱碳速度在(0.4～0.6)%/min。
10、影响脱磷的因素有哪些？
根据平衡移动的原理，从脱磷反应式可以看出，只有提高(FeO)和(CaO)的浓度，降低(4CaO·P2O5)浓度，反应才向正反应方向进行，终点[P]含量才会降低。
因此，高碱度、高氧化铁含量的熔渣，有利于脱磷，这两者缺一不可。
增加渣中FeO含量，可加速石灰的渣化和改善熔渣的流动性，有利于脱磷反应。
提高碱度可增加(CaO)的有效浓度，有利于提高脱磷效率;但碱度并非越高越好，加入过多的石灰，渣化不好，影响熔渣的流动性，对脱磷反而不利。
脱磷反应是强放热反应，因而炉温过高，反应则向逆反应方向进行，钢中磷含量不仅不能降低，反而会产生回磷;炉温过低，不利于石灰的渣化，并影响熔渣流动性，也阻碍脱磷反应的进行。
若原料中磷含量高，最好是采用炉外脱磷处理;也可采用双渣操作，或适当的加大渣量，这样就相对降低了4(CaO·P2O5)浓度，利于反应继续向正反应方向进行，对脱磷有利。脱磷是钢—渣界面反应，因此具有良好流动性的熔渣，进行充分的熔池搅动，会加速脱磷反应，提高脱磷效率。
当前采用溅渣护炉技术，渣中MgO含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷也有影响。
总之，脱磷的条件是：高碱度、高氧化铁含量、良好流动性的熔渣;充分的熔池搅动;适当的温度和大渣量。
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