炼钢过程及原理

生铁中的各种杂质，在高温下，在不同程度上都与氧有较大的亲和力。因此可以利用氧化的方法使它们成为液体、固体或气体氧化物，液体和固体氧化物在高温下与炉衬和加入炉内的熔剂起作用，结合成炉渣，并在扒渣时被排除炉外，气体也在钢水沸腾时被CO带到炉外。

在炼钢炉内，杂质的氧化主要是依靠FeO的存在而实现的。

2Fe+O2→2FeO

1、硅元素的氧化

硅与氧有较大的亲和力，因此硅的氧化很迅速，它在冶炼初期就已经完全被氧化而生成SiO2：

Si+2FeO→SiO2+2Fe

同时SiO2又和FeO反应形成硅酸盐：

2FeO+SiO2→2FeO·SiO2

这种盐是炉渣中很重要的一部分，它与CaO作用生成稳定化合物2CaO·SiO2和FeO，前者牢固存在于炉渣中，后者变成了渣中的游离成分，使渣中FeO的含量增加，对促进杂质的氧化是比较有利的。其反应如下：

2FeO·SiO2+2CaO→2CaO·SiO2+2FeO

2、锰元素的氧化

锰也是易氧化的元素，它所生成的MnO有较高的熔点，MnO在金属液中并不溶解，但是它与SiO2形成化合物浮在液体金属表面，成为炉渣的一部分。

Mn+FeO→MnO+Fe

2MnO+SiO2→2MnO·SiO2

硅、锰的氧化反应放出大量的热，可以使炉温迅速提高（这一点对转炉炼钢特别重要），大大加速了碳的氧化过程。

3、碳元素的氧化

碳的氧化需要吸收大量的热能，所以必须在较高的温度下才能进行。碳的氧化又是炼钢过程中很重要的一个反应：

C+FeO→CO+Fe

由于碳氧化时生成了CO气体，它从液体金属中逸出时起强烈的搅拌作用，这种作用叫做“沸腾”。产生沸腾的结果，可以促使熔池成分和温度均匀，加速金属与炉渣界面的反应，同时也有利于去除钢中气体和夹杂物。

4、磷元素的氧化

磷的氧化在不太高的温度下即可发生，去磷过程由几个反应组合而成，其反应如下：

2P+5FeO→P2O5+5Fe

P2O5+3FeO→3FeO·P2O5

当在碱性炉渣中有足够的CaO时会发生如下反应：

3FeO·P2O5+4CaO→4CaO·P2O5+3FeO

所生成的4CaO·P2O5是稳定的化合物，它牢固地保持在炉渣中，因而达到了去磷的目的。

必须注意，钢水在脱氧过程中，要加入硅铁、锰铁等脱氧剂，因而常常在脱氧以后，炉渣呈现酸性，而使3FeO·P2O5遭到破坏，从中还原出P2O5，而P2O5是不稳定的氧化物，它在高温下易被碳还原，产生回磷现象。这也说明了在酸性炉内去磷是十分困难的。为了防止这种现象的产生，必须适当地增加炉渣碱度和渣量，提高炉渣氧化性等。