第二讲 氧气转炉内的基本反应 一、炼钢的基本任务
二、转炉内的基本反应及吹炼过程五大元素的变化规律 本讲小结：
第二讲 氧气转炉内的基本反应
内容介绍：
本讲分内容分为三部分： 1．炼钢的基本任务
2．炉内的基本反应，重点是碳氧反应 3．吹炼过程中五大元素的变化规律
一、炼钢的基本任务
炼钢的基本任务为脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去气、去夹杂物，调整钢的化学成分和调整钢水温度。
可归纳为“四脱二去二调整”。
二、转炉内的基本反应及吹炼过程五大元素的变化规律
碳、硅、锰、磷、硫是钢中的重要元素，统称为钢中五大元素，在1300～1400℃它们氧化的次序该是：
Si→Mn→C→Fe→P→S 1．Si、Mn的氧化
在冶炼初期硅的氧化反应 进行 得很激烈，锰的氧化反应也很容易进行。只有在硅、锰元素被大量氧化后，磷和碳的氧化反应才能充分进行。
（1）钢中硅的氧化 直接氧化。反应式如下： [Si]+{O2}=（SiO2）kJ/mol
在碱性炼钢条件下，当炉渣形成后，反应式如下： [Si]+2（FeO）+（CaO）=（CaO*SiO2）+2[Fe] kJ/mol
硅实际上几乎全部被氧化。而生成的CaO*SiO2很稳定，不会发生硅的还原。 在氧气转炉炼钢中，开吹几分钟内硅即迅速被氧化完毕，并放出大量的热。 （2）钢中锰的氧化 [Mn]+1/2{O2}=（MnO） [Mn]+[O]=（MnO）
[Mn]+（FeO）=（MnO）+[Fe]
第三个反应是在炉渣和金属界面上进行的，是锰氧化的主要反应。
在氧气转炉冶炼时，锰和硅一样在开吹后的几分钟内迅速被氧化，但随着渣中（MnO）含量增
高和熔池温度的升高会出现回锰现象。也就是说当铁水中含锰较高或减少放渣次数时, 钢中残锰即会升高。
（3）吹炼过程中Si、Mn成分的变化
1）吹炼初期，硅、锰迅速被氧化，进一步吹炼时硅的含量基本不变。
2）吹炼中后期，由于熔池温度升高，渣碱度高，有可能使锰从渣中还原出来。温度和渣碱度越高，回锰也越高（余锰高）。
3）吹炼末期，渣中含量提高，会使锰重新氧化。 2．碳的氧化
（1）氧气转炉内碳氧反应式及反应区 碳氧反应主要通过间接氧化完成，反应式为： [C]+[O]={CO}
碳氧反应CO气泡的生成地点，大致可分为下列五种情况： 1）高速氧流作用区。 2）炉渣-金属界面： 3）金属-炉渣-气体乳浊液： 4）炉底与炉衬的粗糙表面： 5）沸腾熔池中的气泡表面： （2）吹炼过程的脱碳速度
① 吹炼第Ⅰ期（即吹炼初期）：碳的氧化速度很小，随着熔池[Si]的降低，脱碳速度增大。当熔池温度升到1458℃碳开始氧化，当温度升到1480℃时碳才激烈氧化。
②吹炼第Ⅱ期：此时熔池温度已大于1500℃，是碳激烈氧化的阶段，脱碳速度基本不变，随着供氧量的增加，脱碳速度加快。供氧量越大脱碳速度越大。最大可达（0．3～0．5）%C/分。
vc=k[%O]
③吹炼第Ⅲ期：当[C]降到0．2%以后，供氧量已不是控制环节，主要取决于[C]的扩散。所以vc
和[C]含量成正比。因此，随着[%C]的降低，脱碳速度vc减小。
vc=k[%C]
把脱碳速度vc取决于供氧量的高碳范围和脱碳速度vc取决于[C]扩散的低碳范围之间的碳的交界值，称为临界含碳量C临。即
[%C]＞C临vc=k[%O] [%C]＜C临vc=k[%C]
临界含碳量愈低，脱碳愈容易, 在常压条件下，临界含碳量C临=0．15%～0．20%。
（3）LD炉中的脱磷
石灰脱磷的反应写成下列形式：
2[P]+5（FeO）+3（CaO）=（Ca3P2O8）+5[Fe]或2[P]+5（FeO）+4（CaO）=（Ca4P2O9）+5[Fe]脱磷要求熔渣高碱度、高（FeO）含量、偏低温度，大渣量（必要时采用换渣操作），炉渣的流动性要良好。
①吹炼前期：熔池温度偏低，对脱磷极为有利。
②吹炼中期：熔池温度升高，碳激烈氧化，强烈地消耗渣中FeO含量，使∑（FeO）降到7%～10%不仅碱度上升迟缓，而且出现所谓“返干”现象。所以这阶段[P]变化不大，甚至出现回磷现象。
③吹炼末期：熔池温度虽然达到最高，但由于高碱度、高FeO炉渣已造好，特别是脱碳速度已大为降低。所以这阶段对脱磷也是有利的，使[P]进一步降低。
必须指出，采用脱磷处理的铁水，吹炼过程中不必考虑脱磷。 ④防止回磷
当出钢温度高，渣碱度低，或钢水严重侵蚀钢包砖衬，尤其是当钢水接近浇完时回磷更严重。 防止回磷的措施有：减少金属在钢包内停留时间；提高钢包内渣层的原始碱度；用碱性包衬；用挡渣球、滑动水口等机械方法防止下渣。
（3）LD炉中脱硫 脱硫反应式
[FeS]+ （CaO）=（CaS）+（FeO）
促进脱硫反应的基本要素是高温、造高碱度、低FeO熔渣。转炉中是无法同时达到这三个要求的，特别是低FeO这一条件在整个吹炼过程中都做不刭。所以转炉炼钢的脱硫能力是有限的。为此应对铁水进行脱硫预处理，提高转炉冶炼的技术经济指标。
本讲小结：
1．炼钢的基本任务是：
四脱（脱碳、脱磷、脱硫、脱氧） 二去（去气、去夹杂物） 二调整（调整成分、调整温度） 2．转炉内的基本反应
（１）Si、Mn的氧化
①直接氧化：[Si]+{O2}=（SiO2） [Mn]+1/2{O2}=（MnO） ②碱性渣形成：
[Si]+2（FeO）+（CaO）=（CaO×SiO2）+2[Fe] [Mn]+（FeO）=（MnO）+[Fe]
在碱性渣下Si、Mn迅速被氧化，Si不会被还原；Mn会随着温度升高、炉渣碱度增加而被还原。 （2） 氧气转炉内碳氧
碳氧反应主要通过间接氧化完成，反应式为：[C]+[O]={CO}
氧气转炉内碳氧反应CO气泡的生成地点主要是在金属-炉渣-气体乳浊液：其次在高速氧流作用区。
吹炼过程的脱碳速度： [%C]＞C临 vc=k[%O] [%C]＜C临 vc=k[%C] （３）脱磷的反应
2[P]+5（FeO）+3（CaO）=（Ca3P2O8）+5[Fe]或2[P]+5（FeO）+4（CaO）=（Ca4P2O9）+5[Fe] 脱磷要求熔渣高碱度、高（FeO）含量、偏低温度，大渣量（必要时采用换渣操作），炉渣的流动性要良好。
防止回磷的措施有：减少金属在钢包内停留时间；提高钢包内渣层的原始碱度；用碱性包衬；用挡渣球、滑动水口等机械方法防止下渣。
（４）脱硫反应式
[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）
促进脱硫反应的基本要素是高温、造高碱度、低FeO熔渣。转炉中是无法同时达到这三个要求的，特别是低FeO这一条件在整个吹炼过程中都做不刭。所以转炉炼钢的脱硫能力是有限的。为此应对铁水进行脱硫预处理，提高转炉冶炼的技术经济指标。
3．吹炼过程五大元素的变化规律
（１）吹炼初期：Si、Mn迅速被氧化；碳氧反应微弱；脱磷有利，去硫甚少。
（２）吹炼中期：可能产生回Mn、回磷；C-O反应激烈，脱碳速度与供氧强度成正比；硫少量去除。
（３）吹炼后期：Mn可进一步被氧化；脱碳速度随[C]后含量降低而减小；磷、硫可进一步降低。必须指出：脱磷取决于造渣好坏，脱硫量总体而言是很少的。
课程结构
第三讲 装料及供氧 一、装料 二、供氧 本讲小结：
第三讲 装料及供氧