文档介绍：第一讲概论及热力学基础
主要内容
钢的定义-炼钢的宗旨(钢冶金学中的三大重点问题)
热力学基础
1 最重要精炼反应概述
2 金属多元系中的活度
3 炉渣结构
4 气体平衡
5 氧化平衡之铁-氧系
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一、概论
1、钢的定义:
定义1:通常钢是指在固态可以变形的各种铁基合金。
定义2:对于铁-%的部分才列入钢的范畴。把此界限推广,。
钢包括大量不同用途的品种,不同用途对性能有不同要求。各种钢的性能由它的化学成分、热处理工艺和变形加工工艺所决定。炼钢生产的第一步,就是冶炼出指定成分的粗钢;第二步再将粗钢加工变形和热处理制成成品钢。狭义的炼钢就是指第一步
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2 、炼钢的宗旨-炼钢过程简介(四脱二去)
炼钢的原料是生铁、废钢和海绵铁。
这些物质的性质在冶炼过程中有很大改变,还要去除夹杂物和一些溶解元素。这些工作概括起来称为“精炼”,然后再对钢液进行合金化。精炼和合金化都在熔融态进行。
生铁大部分是以熔融状态(称为铁水)加入炉内;而废钢和海绵铁则以固态入炉,因此需使它们熔化。
熔化所需热量:精炼过程铁水中元素氧化放热来提供;
外界供给。
液态钢在熔炼后紧接着就浇铸并凝固。
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3、钢冶金学中的三个重点:
重点1: 热力学定律
由于精炼过程中化学反应的多样性,以及不同钢种化学成分的多样性,描述这些过程将涉及相当广泛的内容。精练过程涉及的化学反应有:氧化、造渣、脱气、脱氧和去除夹杂等。
化学的和热力学的规律控制着这些操作和过程。同样凝固过程中钢组织的形成也受热力学规律的制约。甚至熔化和凝固相变过程中的热交换也服从热力学规律。因此热力学定律在钢冶金学问题中占有很重要地位.
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重点2: 三传原理
精炼过程不仅要求反应物之间化学反应要进行完全,而且要
求反应物和产物以必要的速率进入和迁出反应区。化学反应本身
也必须以适当速率进行。同样,在熔化和凝固过程中出现的热量
也须在一定时间内完成转变或迁移。
物质的传递是指冶金反应器内气体、炉渣和金属相中的传质;热的传递是指向炉料传入热量和从炉料传出热量,以及炉料内部的传热等。
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传递过程的速率与进行该过程的交换面积密切相关。因此在弥散系中进行的传递过程通常远比在稠密系中快得多,因为弥散系中交换面积大,可以有更多的物质越过这些界面顺利地转移到体系内部。冶金生产充分利用了这一原理,以便使过程实现高效率,为了控制弥散系中的传输现象和物质及热的转换,必须掌握弥散系内物料运动和物质及热的转换的物理基础。这些原理连同物质及热的传输原理,构成了钢冶金学问题中继热力学之后的第二个重点。
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重点3:反应器理论
热力学规律、传质及传热规律和物料运动规律等的本身虽然
和反应器的结构无关,但是都是在反应器内起作用,也只能在反
应器内加以考察。事实上,各种过程通常都是在一个具体的反应
器内进行,而且许多单一过程耦合成复杂体系。要描述这些体系
需要反应器理论知识。反应器理论把传质和传热方程及其几何条
件,与弥散系中物料衡算及热量衡算结合在一起;对于非均相反
应器,除上述方程外还需加上描述混合过程的方程。反应器理论
在冶金中应用才刚刚开始,仍在不断发展中。反应器理论是钢冶
金学中的第三个重点。
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二、热力学基础
1、最重要精炼反应概述
若把钢的成分与生铁、海绵铁及废钢的成分作一比
较,就可以看出精炼过程需要进行的化学变化的概貌。
表2—l,目前炼钢原料主要是LD生铁。
生铁的特点是含碳高,此外还含有其它伴随元素。
(大多数)钢种成分表
C
P
S
N
Si和Mn
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取决于钢用途
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表2-1 不同用途生铁的平均成分
C Si Mn P S
炼钢生铁