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2.3.1 硅锰氧化
炼钢用的钢铁料含有硅、锰，对成品钢硅、锰的含 量也有要求。因此，很有必要了解硅、锰在炼钢过程中 的氧化和还原规律。
炉料中的硅锰主要由铁水（生铁）、废钢等带入， 在钢中无限溶解。在炼钢温度下被氧化成SiO2、MnO进 入渣中。在一般碳素废钢中含[Si] 0.17％～0.37％，[Mn] 0.35％～0.80％。
分析：该反应是在钢中及渣-钢界面上进行的，是放
热反应，锰氧化产生大量的热，也是转炉炼钢的热源之
钢液的密度可按下经验式： ρ1600℃=ρ‘1600℃＋∑（Δρ·J）
在20℃时，钢的密度按下经验式： ρ20℃=ρ‘20℃＋∑（Δρ·J）
式中 ρ‘—纯铁在某温度下的密度，Δρ—某元素使纯 铁密度提高值；J—某元素在钢液中的质量百分数，%。
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e.g 25＃钢1600℃时的密度？
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3）钢液的黏度 黏度是钢液的一个重要性质，它对冶炼温度参数的 制定、元素的扩散、非金属夹杂物的上浮和气体的去除， 以及钢的凝固结晶都有很大影响。 同熔渣黏度一样，钢液的黏度与流动性均表示钢液 流动时流层内摩擦力的大小，二者互为倒数。 一些液体的黏度见下表：
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影响因素
组成↑、 ↓， 高熔点成分↑、 ↑
数值大小 1300～1400℃
黏度
元素扩散、渣-钢间的反应、组成↑、 ↓ ，温度↑、
气体逸出
↓，未熔质点↑、 ↓
0.02 Pa•s
密度
决定渣所占有的体积及钢 液滴在渣中的沉降速度
表面张力
渣-钢间的反应 及夹杂物的吸附
温度↑、 ↓
按温度对钢液密度的影响计算： ρ=8523－0.8358 Tk＝6958 kg/m3≈7 t/m3
按成分对钢液密度的影响计算： ρ1600℃＝ρ‘1600℃－210[%C]－60[%Si]－7.5[%Mn]－
164[%Al]－55[%Cr] + 43[%W]+6[%Ni] ＝7030－52.5－16.2－4.9＝6956.4 kg/m3 ≈7 t/m3 常用钢固态密度见表，表中也能看出成分的大致影响 情况。
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影响钢液黏度因素主要是温度和成分。 温度影响 随温度升高黏度降低，即流动性变好。这是由于温度 升高钢液密度降低、原子间距离增大、相互吸引力减小。 成分影响 成分对钢液黏度影响比较复杂！ 碳 钢液中的碳对黏度的影响非常大，这主要是因为 碳含量使钢的密度和熔点发生变化，从而引起黏度的变化。
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硅、锰、镍能使钢的熔点降低，所以含量增加，钢液 黏度降低，尤其含量很高时，降低更显著。
钛、钨、钒、钼、铬含量增加则使钢液的黏度增加， 因这些元素易生成高熔点、体积大的各种碳化物。
钢液中非金属夹杂物含量增加，钢液黏度增加，流动 性变差。
初期脱氧产物生成，夹杂物含量高，黏度增大，夹杂 物不断上浮或形成低熔点夹杂物，黏度又下降。脱氧不良， 钢液流动性一般不好-。
ρ=8523 － 0.8358 Tk , kg/m3 式中 Tk——热力学温度，K。
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成分影响 成分对钢液密度的影响比较复杂，一般认 为，碳、硅、锰、磷、硫、铝、铬等元素增加可使纯铁密 度减小，其中碳的影响明显；而密度大的元素钨、镍、铜 等元素可使纯铁密度增大，其中钨的影响最大。
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熔渣作用、组成与分类
项目
内容
特征
作用 组成 分类
五大作用
去除P、S等有害元素；参与熔池传氧； 防止吸气（H、N）；吸收非金属夹杂物及反应产物； 稳定电弧燃烧，提高炉子热效率、保护炉衬。
碱性氧化物 中性氧化物 酸性氧化物 非氧化物
碱性渣 酸性渣
CaO、 MnO、 FeO、 MgO Fe2O3 、Al2O3 SiO2 、P2O5
20Mn、60Mn、65Mn
15CrA 20Cr、30Cr、40Cr
38CrA
GCr15
W9Cr4V W18Cr4V 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、Cr18Ni9Ti、
2Cr18Ni9
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密度/t/m3 7.8 7.87
7.85 （与紫铜相当）
7.81 7.74 7.82 7.80 7.81 8.3 8.7（高于黄铜的） 7.85
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S、O是很强的表面活性物质，只要含有很少量的S、 O就能使钢液的表面张力大大下降 。原因是它们在钢 液中的生成物FeS、Fe0被排挤到钢液的表面，浓度出 现偏差，导致表面张力急剧下降。
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Ni 、 Co 影 响 较 小 ， 原 因 是与铁的性质相近；
△H= - 542kJ/mol
或[Si]+2（FeO）=（ SiO2）＋2[Fe]
+ 2） 2（CaO）+（SiO2）=（2CaO·SiO2 ）
[Si]+ 2[O] 或 2（FeO）+2（CaO）=（2CaO·SiO2）+ 2[Fe]
分析：该反应是在钢中及渣-钢界面上进行的，是放
热反应，硅氧化产生大量的热，是转炉炼钢的主要热源。
范围时，钢液中存在
δ-Fe、γ-Fe两种晶体结
构(体心立方——面心
立方)，密度是随碳含
量的增加而增加,表面
张力增加。
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5）钢的导热能力
钢的导热能力可用导热系数或热导率来表示，指在 稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1℃， 在1s内，通过1m2面积传递的热量，即当体系内维持单位 温度梯度时，在单位时间内流经单位面积的热量，钢的 导热系数用符号λ表示，导出单位为W/（m·℃）。
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影响钢液表面张力的因素很多，主要有温度、成分 及钢液接触物，其中影响最大的还是钢液成分。
温度影响
对于一般液体温度升高、表面张力减少，但对于碳 素钢液来说，表面张力是随着的温度升高而增大。原因 之一是温度升高表面活性物质，如C、O等的热运动增强， 使钢液表面过剩浓度减小或浓度均匀化，从而引起表面 张力增大。这也可从成分影响得到解释。
几种液体的黏度比较
液体名称 纯铁液
钢液（水） 稀熔渣
碱性正常渣 稠熔渣 松节油 轻机油 水
温度/℃ 1600 1600 1600 1600 1600 25 25 15
黏度/ Pa•s 0.0005
0.002～0.003 0.002
0.02～0.10 0.2
0.0025 0.02～0.10
0.001
反应的有利条件是：低温，高氧化性（高O、高FeO
），高碱度（高CaO或低SiO2），对于造碱性渣的炼钢来 说，硅氧化的很彻底，后期温度提高后也不还原。
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（2）锰的氧化
[Mn]+[O]=（ MnO）
△H= - 244kJ/mol
或/和[Mn]+（FeO）=（ MnO）＋ [ Fe]
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4）钢液的表面张力
钢液的表面张力对新相的生成，如CO气泡的产生、 钢液凝固过程中结晶核心的形成；对相间反应，如脱氧 产物、夹杂物和气体从钢液中的排除，渣钢分离，钢液 对耐火材料的侵蚀等有着重要影响。
使钢液表面产生自动缩小的力称为钢液的表面张力， 用 符 号 σ表示，单位为N/m。钢液的表面张力普遍高于炉 渣的，大约在1.5 N/m。
组成、温度， 但比较复杂
2.5～3.0 t/m3 0.35～0.5 N/m
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温度影响 总的说来，随着温度升高，钢液的体积增加 （原子间距增大）、密度降低。
如纯铁密度，20℃时为7.88， 1538℃时为7.23 ， 1600℃时为7.03 t/m3，这与中、低合金钢液的密度7.0 t/m3相当。钢液密度随温度的变化：
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成分影响
1550℃时，纯铁液的表面张力约为1.7～1.9 N/m。 溶质元素对纯铁液表面张力的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 纯铁液的表面张力影响较小，反之则就较大。一般来讲， 金属元素的影响较小，非金属元素的影响则较大。
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温度对钢热导率的影响
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2.3 钢液的化学反应
炼钢是在高温下、多相参加的复杂物理化学过程， 如温度在1600～1700℃范围，气-渣-钢-耐火材料间进行： 熔化与凝固、分解与化合、溶解与析出及氧化与还原反 应等。
主要进行：硅锰氧化反应，钢液脱磷、脱碳、脱氧、 脱硫反应，以及气体与夹杂物去除等。
CaF2 、CaC2 、CaS
以CaO 为主，能够去除磷、硫元素 以SiO2 为主，不能去除磷、硫元素
氧化渣 还原渣
渣有氧化能力，FeO含量15％～25％，能向钢液中供氧； 渣有还原能力，FeO含量0.5％～1.0％，能从钢液中夺氧
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熔渣（液态）的物理性质
物理性质
影响钢导热系数的因素主要有钢液的 成 分 、 温 度 、 组织、非金属夹杂物含量及钢中晶粒的细化程度等。
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