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(一)炼钢的基本原理


温度转换
K----开氏(绝对)温度 oF---华氏温度 oC---摄氏温度 oRa---蓝氏温度 oR----列氏温度 0 -459.67 -273.15 0 -218.52
热力学定律
热力学第三定律 不可能用有限个手段和程度使物体冷却到 绝对温度零度。 在绝对温度零度是所有春物体的完美结 晶体的上等于零。 绝对温度不能达到。
内能
系统的内能是它具有的各种形式能量的总和 。它包括系统内分子运动的动能,分子和 分子间相互作用的势能、分子内部原子和 电子运动的能量以及原子核内的能量等。 但内能不包括系统作宏观机械运动的动能 和系统在外力场中的势能。
热力学定律
热力学零定律 如果两个热力学系统与第三个热力学系统 处于平衡,它们也必定处于热平衡。
热力学定律
热力学第二定律 “一切自动过程都是不可逆的”。或者,实际上能够自然发生的过 程都是不可逆的。 dS=dQ/T 不能把热量从低温系统传给高温系统而不 引起其他变化。也就是说,不能使单一热 源取热使之完全转化为有用功而不产生其 他影响。
不可逆过程,熵(△H)的增量大于零。 指出物理现象的方向性。 永动机是不可能的。
物理化学原理概要
五、化学反应热效应和盖斯定律 若以相同的反应物,经过不同的途径得到相同的生成物,则反应的恒 压热效应或恒容热效应是一定的,与过程的途径无关。不难理解,既 已明确过程在恒压或恒容下进行,热效应当然不再和过程有关。
△ H=H生成物-H反应物
六、基尔霍夫定律 过程焓变的温度系数等于由该过程所引起的热容的变化。
表面张力
熔融铁合金的表面张力是阐明钢铁冶炼过程 中各种界面现象所不可缺少的重要性质。 例如钢液内CO气泡的生成和长大,脱氧产物 的生成、凝聚和排出,金属的熔渣和钢液分离, 金属的凝固等等,都与钢液的表面张力有密切的 关系,因此,液体的表面张力与其质点间作用力 大小有密切关系,液体内部质点间的作用力越大, 则对表面层质点的吸引力就越强,所以表面张力 也就越大。 表面张力在一定程度上反映了液体内部质点间 作用力的大小。通常液体的表面张力与液体的化 学键性质有密切的关系。
表面张力 金属键表面张力最大,共价键次之,离子键熔体又 次之,而分子型液体具有弱结合的范德瓦尔力, 所以它们的表面张力都非常小。 其中H2O为极性分子,它的表面张力又稍大些。 温度对液体的表面张力有较大的影响,单组元液 体的表面张力,一般随着温度的升高而减小,在 达到沸点时,液相和气相之间的界面消失,则表 面张力为零。熔融铁合金的表面张力也随着温度 的升高而减小。
三、表面现象
又称为表面张力,它的单位是达因/厘米。 降低表面张力的过程是自发的。 如果某一溶质能降低溶剂的表面张力,这种溶质就会被吸附到表面 上,直到和浓度均匀化的趋向达到平衡为止,这种现象称为吸附现象。 降低表面张力的物质称为表面活性物质。例如炉渣中Feo越高其表 面张力越小。对钢液而言,C、O、P、S都是降低表面张力的物质。 溶液表面张力的大小,除受成分影响外,还和温度等因素有关。表面 张力的增大和减小,不仅对新相生成有影响,还对相间反应(如非金 属夹杂物和气体从钢中的排除、泡沫渣的形成、炉衬的侵蚀等)有直 接的影响
(三)炼钢熔渣
1、熔渣的来源和组成: 2、熔渣的作用 (1)通过调整熔渣成分来氧化或还原钢液(例如使钢液中的S、Mn, Cr等氧化或还原)并去除钢液中的有害元素如S,P、O等; (2)覆盖钢液,减少散热和防止吸收H,N等气体; (3)吸收钢液中的非金属夹杂物; (4)防止炉衬的过分侵蚀。 (5)特殊作用 如在氧气顶吹转炉中,熔渣、金属液滴和气泡形成高度弥散的乳化 相,增大了接触面积,加速吹炼过程;在电弧炉冶炼中,熔渣起到稳定 电弧燃烧的作用;电渣熔炼的熔渣作为电阻发热体,重熔并精炼金属等 等。 危害 熔渣也有不利的作用,例如强氧化性渣严重侵蚀炉衬;粘稠渣常有 小的钢珠,降低钢的收得率;微小的渣粒混入钢中成为外来夹杂等。所 以,应该选择适当的熔渣组成并控制其性质和数量以取得良好的技术经 济指标。
钢液粘度及影响因素
3)夹杂物。 有些合金元素加入钢中,会显著地使钢液变粘。这主要是由 于在钢液中形成大量的固态夹杂物所致。例如,硅钢中加 铝量过多时,因钢液中出现较多带有尖锐棱角的夹杂物刚 玉(AI203)会使钢液变粘。含铬较高的钢常因铬氧化生成 Cr203,这种高熔点氧化物分布在钢液中显然会使钢液粘 度大大增加。 相反,如果夹杂物本身熔点较低,在钢液的温度下形成具有 较大过热度的液态夹杂物,就会使钢液流动性提高。例如 铬不锈钢和铬镍不锈钢中当硅含量超过0.6%时,由于形 成铬尖晶石的液体夹杂物,就会使钢液流动性提高。 总之,在研究钢液粘度时必须综合温度、成分,夹杂物等各 方面的影响进行全面分析,才 能得到比较正确的结论。
钢液粘度及影响因素
(1)温度。随着温度增高,粘度降低,即流动性增加。 (2)成分。铁碳熔体的粘度随碳浓度的变化具有复杂的关系, 通常认为这与组元构有关。 在碳浓度低于0.15%时,因为铁碳熔体中含有较多的氧,所 以随着碳浓度的增加而氧浓度激 烈下降,使其粘度降低。至于钢中其它常见元素,Mn、Si、 P、Al,S等元素有使熔铁粘度 下降的趋势。特别是P、Al、S仅以较低的含茧就使熔铁粘 度急剧下降。这些元素降低熔铁 粘度的原因j寸能是由于增加了原壬间空惊厦,也叫罢是由 于削弱了铁原子之间的相互作用 力。
如果 必然 1=3 2=3 , 1=2。
热力学定律
热力学第一定律(能量守恒定律) “一个孤立系统的各种形式的能量总和是一个常量”。 AU=U2一U1=Q+W 在炼钢过程中,除了因体积变化做膨胀功外,很少遇到其 它种类的功。如上所述,系统对外做功取负值, 即W= -P△V,故对恒压过程△U=Qp一P△V (炼钢 常态) 恒温过程△U=Qp ( △V=0) 一个独立能量的能量可以可以互相转换,从一种形式转变 为另一种形式,但是,不能产生也不可能毁灭。
(二)熔铁的物理性质
一、密度 二、熔点 纯铁的熔点为1538℃。将任何溶质元素加入溶剂纯铁中,,均将 引起铁熔点的下降,即使这些元素的熔点很高<如W、Mo等)也不例 外。造成这种现象的根本原因是由于形成溶液之后,溶剂浓度降低, 因而蒸汽压降低,所以熔点也随之降低。 一般说来,溶质元素的半径越大时,使纯铁的熔点降低越少。常见 元素对纯铁熔点的降低按下列顺序减小:C,P、S、Ti、Si,Cu、 Mn.Ni、A1.V、Mo,Co、W。 三、粘度 粘度是钢液的重要性质之一,钢液粘度增大时元素在其中的扩散速 度减慢,影响炼钢过程中的化学反应速度。钢液粘度的增加还直接影 响钢中气体和非金属夹杂物的排除,影响钢液凝固时的补缩,偏析等。
稀溶液剂亨利定律
亨利定律 在T、P一定时,达到平衡时其他在液体里的溶解 度和气体的平衡分压成正比。 在一定温度的封闭容器内气体的分压与该气体溶 解在该溶液内的摩尔浓度成正比。 稀溶液 稀溶液中溶质的蒸汽压服从亨利定律 P2=KC2 (C∝P)
物理化学原理概要
热力学第一定律 一、内能 系统的内能是它具有的各种形式能量的总和。它包括系统内分子运动 的动能,分子和分子间相互作用的势能、分子内部原子和电子运动的 能量以及原子核内的能量等。但内能不包括系统作宏观机械运动的动 能和系统在外力场中的势能。 二、热力学第一定律 “一个孤立系统的各种形式的能量总和是一个常量”。 AU=U2一U1=Q+W 在炼钢过程中,除了因体积变化做膨胀功外,很少遇到其它种类的功。 如上所述,系统对外做功取负值, 即W=-P△V,故对恒压过程△U=Qp一P△V (炼钢常态) 恒温过程△U=Qp ( △V=0)
气体在渣中的溶解度
氮在渣中的溶解度 氮在渣中可能以N3-离子形式存在,也有人认为 以CN-或CaCN2及Si3SN2形式存在。氮由气相经 熔渣而转入金属的溶解过程,大致传递,氮在氧 化渣中的溶解能力不大,但在电石渣中的溶解度 却很大。通常金属中含氮量比起渣中含量要高很 多,这说明氮在渣和金属间的分配系数不大。 氢在渣中的溶解度 氢在炼钢渣中一般认为以OH-形式存在。氢由炉 气经熔渣进入金属的大致也是传递过程。一般认 为碱性渣的分配系数LH=cH)/ci-ii比酸性渣大些。
炼钢工艺技术
技术交流的安排
1、热力学的基本概念 2、热力学的基本内容 3、熔渣理论、 4、炼钢的基本原理 5、低成本生产洁净钢的论述 6、夹杂物的分类及危害 7、夹杂物的来源及减少夹杂物的工艺措施 8、钢铁生产中的成本构成 9、降低钢铁生产成本的工艺措施 10、炼钢过程中新技术的探讨
熔渣结构的基本理论
一,熔渣结构的分子理论---申克(Schenck) 二、熔渣结构的离子理论 三、分子一离子共存理论 考虑到熔渣的分子理论和离子理论在解释 现象时都存在一定的困难,苏联的丘依科教 授提出了关于熔渣结构的第三种理论:分子 一离子共存理论
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二元系熔渣相图
三元系熔渣相图
熔渣的碱度
简单表示: CaO/SiO2 真实碱度:CaO+aMgO+bMnO+cFeO SiO2+dP2O5+eAl2O3+fFe2O3 光学碱度: 用电势表示。 光学碱度是指玻璃中氧化物给出电子的能力与自由氧化物(以氧化钙为 基准)给出电子能力的比值。由于玻璃和熔渣本质近似,故人们将其 移植到熔渣研究领域。氧化物的“理论光学碱度”与阴离子电负性x 的关系如下:入(拉米达)=0.74/(x-0.26) 式中 :入——理论光学碱度; x——阳离子的电负性。 ∑摩尔乘积 氧化物 电负性 光学碱度 CaO 1.0 1.0 MgO 1.2 0.78 FeO 0.51 Al2O3 1.5 0.605 SiO2 1.8 1.8 MnO P2O5 2.1 0.59 0.4
熔渣的还原性
在碱性电弧炉还原期操作中,要造成高碱 度、低氧化铁和流动性良好的还原渣以达 到脱氧、脱硫和减少合金元素烧损的目的。 在平衡条件下熔渣的还原能力即还原性主 要决定于渣中氧化铁的含量和碱度。 当渣中(Feo)一定时,碱度为1.87时钢中 [O]最高。碱度大于1.87时,[O]随碱度提高 而降低。不过,当碱度大于3.5时影响就不 明显了。
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