煉鋼過(guò)程物理化學(xué)

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)是利用物理化學(xué)原理和方法研究煉鋼過(guò)程的理論、機(jī)理及基本規(guī)律的學(xué)科。它是冶金過(guò)程物理化學(xué)的主要內(nèi)容之一。通過(guò)煉鋼物理化學(xué)的研究,可以改進(jìn)煉鋼舊工藝,創(chuàng)造煉鋼新工藝、新技術(shù),提高鋼的品質(zhì),縮短冶煉時(shí)間,降低物耗及能耗,并對(duì)擴(kuò)大鋼的品種提供理論基礎(chǔ)。 

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)基本信息

中文名 煉鋼過(guò)程物理化學(xué) 外文名 physical chemistry ofsteelmaking
領(lǐng)????域 冶金過(guò)程物理化學(xué) 意????義 改進(jìn)煉鋼舊工藝,創(chuàng)造煉鋼新工藝
出現(xiàn)時(shí)間 20世紀(jì)初 研究?jī)?nèi)容 煉鋼過(guò)程的物理化學(xué)變化

從學(xué)科的角度來(lái)看,煉鋼過(guò)程物理化學(xué)包括3部分:煉鋼過(guò)程熱力學(xué);煉鋼過(guò)程動(dòng)力學(xué);煉鋼熔體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)煉鋼過(guò)程熱力學(xué)

研究煉鋼反應(yīng)的兩方面問(wèn)題:(1)反應(yīng)能否進(jìn)行,也即反應(yīng)的可能性和方向性;(2)反應(yīng)達(dá)到平衡的條件及該條件下能得到的反應(yīng)產(chǎn)物最大產(chǎn)出率。

煉鋼過(guò)程包括錯(cuò)綜復(fù)雜的多相、多元素的不同反應(yīng)。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算,可以研究促進(jìn)或抑制反應(yīng)、改變反應(yīng)方向,或使不能進(jìn)行的反應(yīng)變?yōu)槟軌蜻M(jìn)行的熱力學(xué)條件。化學(xué)反應(yīng)的吉布斯能變量△G,是判斷反應(yīng)在等溫等壓條件下能否發(fā)生的依據(jù)。根據(jù)吉布斯能變量最小原理,改變溫度、活度、壓力及添加劑等條件,可以改變反應(yīng)的△G,從而使反應(yīng)按希望的方向進(jìn)行。通過(guò)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯能△G°可以計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù),即反應(yīng)的限度。因而在給定某些反應(yīng)物質(zhì)的組成時(shí),可以計(jì)算指定產(chǎn)物的最大產(chǎn)出率。參加反應(yīng)的物質(zhì)存在于鋼液、熔渣之內(nèi),進(jìn)行熱力學(xué)分析及計(jì)算時(shí),熔體中物質(zhì)的濃度必須換成“有效濃度”即活度。幾十年來(lái)已積累了很多高溫熔體的熱力學(xué)數(shù)據(jù),如焓△H、熵△S、吉布斯能△G及活度系數(shù)等,可以基本上滿足煉鋼工作者進(jìn)行熱力學(xué)分析及計(jì)算的需要。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)煉鋼過(guò)程動(dòng)力學(xué)

研究煉鋼反應(yīng)的速率及機(jī)理,找出提高或控制反應(yīng)速率的途徑。從分子觀點(diǎn)出發(fā),研究冶金反應(yīng)的速率、反應(yīng)級(jí)數(shù)及活化能稱為微觀動(dòng)力學(xué)。但煉鋼過(guò)程中的氣—液、氣—固或氣—液—固反應(yīng)經(jīng)常都在流動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生,并伴有傳質(zhì)及傳熱現(xiàn)象。近20年來(lái),傳遞現(xiàn)象理論被引用于研究煉鋼過(guò)程。研究存在傳質(zhì)、傳熱和動(dòng)量傳遞現(xiàn)象時(shí)的煉鋼過(guò)程的速率及機(jī)理稱為宏觀動(dòng)力學(xué)、在這里,“速率”指整個(gè)多步驟多相過(guò)程的綜合速率以及確定速率隨環(huán)境的變化;而機(jī)理則用以解釋構(gòu)成整個(gè)反應(yīng)的所有各步驟,并指明控制過(guò)程速率的限制性環(huán)節(jié)。如果在冶金爐或鋼包內(nèi)研究煉鋼過(guò)程的宏觀動(dòng)力學(xué),則應(yīng)研究物料在容器內(nèi)的混合及停留時(shí)間等,因而涉及到冶金容器的形狀和操作的最優(yōu)化問(wèn)題。這樣煉鋼過(guò)程動(dòng)力學(xué)即過(guò)渡到冶金反應(yīng)工程學(xué)的范疇。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)煉鋼熔體

包括鐵液及熔渣。研究煉鋼過(guò)程必須對(duì)它們的各種性質(zhì)加以測(cè)定或計(jì)算。屬于熱力學(xué)性質(zhì)的有熔體物質(zhì)的熱容、焓、熵生成吉布斯能及活度(包括鐵液中各元素的活度相互作用系數(shù))等;屬于動(dòng)力學(xué)及傳遞性質(zhì)的有擴(kuò)散系數(shù)、黏度、傳質(zhì)系數(shù)及傳熱系數(shù)等;屬于電化學(xué)性質(zhì)的有電導(dǎo)率、遷移數(shù)及分解電動(dòng)勢(shì)等;屬于物理性質(zhì)的有密度、熱導(dǎo)率、表面(界面)張力、磁導(dǎo)率、蒸氣壓及雜質(zhì)或氣體在熔體中的溶解度等。熔體性質(zhì)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。建立熔體的結(jié)構(gòu)模型,從而計(jì)算其組分的活度是一個(gè)重要研究課題,但迄今仍未得到一個(gè)能普遍適用于任何組成的熔體(熔渣及含不同元素的鐵液)的結(jié)構(gòu)模型。熔體物理性質(zhì)數(shù)據(jù)基本上還是依靠測(cè)定。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)造價(jià)信息

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臺(tái) 13% 北京禹輝水處理技術(shù)有限公司廣東辦事處
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臺(tái)·月 深圳市2020年1月信息價(jià)
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臺(tái)·月 深圳市2018年12月信息價(jià)
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臺(tái)·月 深圳市2018年11月信息價(jià)
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臺(tái)·月 深圳市2018年9月信息價(jià)
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臺(tái)·月 深圳市2017年9月信息價(jià)
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物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-40Y DN1000|406臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-12-08
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-1Y DN25|2143臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-11-21
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-1.5Y DN40|2570臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-09-26
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-28Y DN700|9699臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-08-25
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-2.5Y DN65|5034臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-08-05
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-2Y DN50|1957臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-06-24
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-18Y DN450|969臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-06-10
物理化學(xué)一體機(jī) SG-ES-8Y DN200|1590臺(tái) 1 查看價(jià)格 杭州安康水處理設(shè)備有限公司廣州分公司 廣東  廣州市 2015-04-20

20世紀(jì)30年代以來(lái),煉鋼過(guò)程物理化學(xué)在促進(jìn)鋼鐵工業(yè)蓬勃發(fā)展中起了重大的作用。下面舉兩個(gè)實(shí)例。

(1)不銹鋼冶煉工藝的改進(jìn)和新工藝的發(fā)明。奧氏體鉻鎳不銹鋼含碳量越低則抗腐蝕性越強(qiáng)。冶煉過(guò)程中鎳不被氧化,而鉻與碳均能被氧化。如何去碳保鉻,減少鉻的損失,是不銹鋼冶煉的關(guān)鍵問(wèn)題。1926~1940年間,不銹鋼冶煉采用“配料熔化法”,即將符合成分的原料配好,在電弧爐熔化得不銹鋼。為了抵消電極增碳,配料時(shí)盡量采用低碳原料。當(dāng)時(shí)只能冶煉C≥0.1%的不銹鋼。加工過(guò)程中積累了大量不銹鋼廢料。將這些廢料返回電爐重熔時(shí),由于電極增碳,熔化后鋼液含碳量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。向熔池加入鐵礦,只能使鉻氧化而不能脫碳。因之,大量不銹鋼廢料不能返回應(yīng)用,成為當(dāng)時(shí)困擾不銹鋼冶煉的一大難題。熱力學(xué)研究證明,只有熔池溫度再大幅度地提高,才能去碳保鉻,而氧化劑Fe2O3不能提高熔池溫度(用Fe2O3氧化時(shí),每氧化掉1%Cr,熔池溫度提高8℃;而每氧化掉0.1%C,熔池溫度下降20℃)。

1939年美國(guó)人發(fā)明“返回吹氧法”,向熔池吹入氧氣,提高熔池溫度,使之高于鉻、碳的氧化轉(zhuǎn)化溫度。(用氧氣作氧化劑,每氧化1%Cr,熔池溫度提高110℃;每氧化掉0.1%C,熔池溫度提高12℃)。在大量使用不銹鋼返回料的條件下,熔池碳可由0.35%降到0.05%或更低,而Cr只氧化約2%。鉻還可進(jìn)一步利用FeSi從渣中還原,大部分收回,這就解決了不銹鋼廢鋼的利用問(wèn)題。返回吹氧法雖能使用返回鋼,但還受到配料的限制,鉻不能一次配足到應(yīng)有的含量。

(2)控制硫化物夾雜的形態(tài)以提高鋼的品質(zhì)。近代石油工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、核工業(yè)等對(duì)鋼的品質(zhì)和機(jī)械性能提出更高的要求。純凈鋼的需要越來(lái)越大。在50年代,硫、磷脫到0.05%或以下,即達(dá)到了一般鋼的要求;而現(xiàn)在多數(shù)普通鋼要求達(dá)到0.02%以下。對(duì)特殊鋼,例如低合金高強(qiáng)度鋼,硫、磷應(yīng)脫到0.005%或更低,即所謂“ppm級(jí)(10-6級(jí))”的標(biāo)準(zhǔn)。石油運(yùn)輸鋼管在嚴(yán)寒低溫下要求有高的沖擊韌性。汽車(chē)鋼板、深沖薄板為避免加工及使用過(guò)程中產(chǎn)生裂紋及撕裂,也要求有高的沖擊韌性和高的彎曲可塑性。以?shī)A雜物存在于鋼內(nèi)的硫及其形態(tài)對(duì)該兩種性能起決定性作用。60~70年代間,煉鋼物理化學(xué)工作者發(fā)現(xiàn),對(duì)特殊要求的管、板型材,不僅要減少硫的含量,更重要的是要改善硫化物在鋼中存在的形態(tài),使鋼的沖擊韌性具有均向性。在深度脫氧后,硫以球形或多角形MnS存于鋼內(nèi),但在軋制過(guò)程中,球形MnS被拉伸成長(zhǎng)條夾雜物,致使鋼樣在縱向、橫向及垂直向有不同的沖擊值,在室溫到100℃時(shí)以縱向的沖擊值為最高。當(dāng)溫度降到0℃以下,3個(gè)方向的沖擊值均降到近于零。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)鋼液加入很強(qiáng)的脫硫劑如鈣、鎂、鈦、鋯或稀土元素時(shí),MnS變?yōu)樵摷尤朐氐牧蚧?,仍呈球形或多角形,但此硫化物在軋制過(guò)程中保留原形,不被延長(zhǎng)變形。此種鋼材在3個(gè)方向沖擊值很接近,而且在從0℃降到-40℃時(shí),各方向的沖擊值雖然不同程度地下降,但仍保留相當(dāng)高的韌性。這樣就解決了鋼在韌性上的各向異性的問(wèn)題,提高了鋼的冷加工可塑性,保證管、板型材能在低溫、高負(fù)荷下使用,同時(shí)又有優(yōu)良的表面質(zhì)量。為了減少含硫量并改善硫化物形態(tài),鐵水預(yù)處理、爐外精煉、噴射冶金或喂線法、鈣處理技術(shù)等新技術(shù)、新工藝在工業(yè)上廣泛地發(fā)展起來(lái)。在此期間,硫化物形態(tài)控制與高爐動(dòng)態(tài)模擬模型、固體電解質(zhì)電池直接定氧一起曾被譽(yù)為鋼鐵冶金領(lǐng)域的三大發(fā)明。

此外,自20世紀(jì)70年代以來(lái)煉鋼過(guò)程動(dòng)力學(xué)的研究非?;钴S。每一煉鋼反應(yīng)通常有幾個(gè)步驟,但熱力學(xué)只解決反應(yīng)物質(zhì)的初始及終止時(shí)的熱力學(xué)狀態(tài)及反應(yīng)的吉布斯能變化,對(duì)中間過(guò)程和步驟則不過(guò)問(wèn)。從動(dòng)力學(xué)角度看,過(guò)程中速率最慢的步驟是控制整個(gè)反應(yīng)速率的限制性環(huán)節(jié)。動(dòng)力學(xué)分析每個(gè)步驟,求出此速率最慢的限制性環(huán)節(jié),提出措施以縮短完成反應(yīng)的時(shí)間。氣—液二相反應(yīng)如脫氫、脫氮,液—液二相反應(yīng)如脫硫、脫磷等等,均通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析提高了去除有害氣體和元素的效率。

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐發(fā)明之后,煉鋼時(shí)間大為縮短,煉鋼成本降低,因而逐步代替了平爐煉鋼。而頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法又抑制了頂吹的噴濺,進(jìn)一步降低鐵耗,配以爐外精煉,可以煉制優(yōu)質(zhì)合金鋼。對(duì)熔池內(nèi)速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的冷態(tài)模型模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型數(shù)值法計(jì)算,為底吹噴射裝置的設(shè)計(jì)和操作提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

凝固動(dòng)力學(xué)的研究改善了連鑄設(shè)備的設(shè)計(jì),使鋼坯晶體組織及表面質(zhì)量得以改善,內(nèi)部偏析減小。

人類(lèi)自進(jìn)入銅器時(shí)代以來(lái),就發(fā)明了冶煉金屬及使用金屬的方法,并逐步發(fā)展成為大規(guī)模的冶金工業(yè),特別是鋼鐵工業(yè)。但冶煉技術(shù)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)停留在技藝階段,人們擅長(zhǎng)冶煉技術(shù)而不知其原理。自從冶金物理化學(xué)學(xué)科逐步建立和發(fā)展之后,人們才開(kāi)始了解冶煉過(guò)程的規(guī)律,使得冶煉新工藝、新技術(shù)、新方法、新設(shè)備不斷被發(fā)明創(chuàng)造出來(lái),促進(jìn)人類(lèi)文明的蓬勃發(fā)展。

物理化學(xué)應(yīng)用于冶金過(guò)程首先自煉鋼工藝開(kāi)始。1925年英國(guó)法拉第學(xué)會(huì)(Faraday society)召開(kāi)煉鋼物理化學(xué)的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,引起全世界冶金工作者廣泛的興趣,使煉鋼工作者產(chǎn)生了把煉鋼由技藝發(fā)展為科學(xué)的期望。1926年,美國(guó)赫爾蒂(C.H.Herty)在美國(guó)礦業(yè)局領(lǐng)導(dǎo)下組織煉鋼物理化學(xué)專門(mén)研究小組,進(jìn)行較有系統(tǒng)的研究工作。已有《鋼脫氧——紀(jì)念C.H.Herty論文集》在1967年問(wèn)世。德國(guó)申克(H.Schenck)著述的舉世聞名的《鋼鐵冶金物理化學(xué)導(dǎo)論》一書(shū)在1932~1934年出版并被譯成英、俄、意等國(guó)文字。英國(guó)人麥堪斯(A.McCance)在1938年總結(jié)此前物理化學(xué)在平爐煉鋼的應(yīng)用,寫(xiě)成專文發(fā)表于該年的英國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)雜志(JISI)。

美國(guó)人啟普曼(J.Chipman)于1942年所著的《1600℃的化學(xué)》提出煉鋼化學(xué)理論上應(yīng)探討的問(wèn)題。德國(guó)奧爾遜(W.Oelsen)總結(jié)了1948年以前德國(guó)學(xué)者在鋼鐵冶金物理化學(xué)方面的成就。同年英國(guó)法拉第學(xué)會(huì)召開(kāi)過(guò)程冶金物理化學(xué)國(guó)際會(huì)議,論文集雖已包括有色金屬,但仍以煉鋼過(guò)程為主。1956年啟普曼在美國(guó)麻省理工學(xué)院召開(kāi)國(guó)際煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議,其論文集《煉鋼物理化學(xué)》于1958年出版。1958年英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室召開(kāi)規(guī)模更大的冶金物理化學(xué)會(huì)議,名為《金屬溶液及金屬間化合物物理化學(xué)》的論文集共2冊(cè)于1959年出版。1959年美國(guó)礦冶學(xué)會(huì)召開(kāi)過(guò)程冶金物理化學(xué)國(guó)際會(huì)議,其論文集2冊(cè)于1961年出版。啟普曼教授于1962年退休,他的學(xué)生為慶祝他在冶金物理化學(xué)方面的貢獻(xiàn),組織了國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,論文集《煉鋼—啟普曼會(huì)議》于1965年出版。1970年德國(guó)亞琛高等工業(yè)學(xué)校為紀(jì)念申克教授70壽辰組織煉鋼動(dòng)力學(xué)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,論文集《煉鋼過(guò)程動(dòng)力學(xué)》于1972年出版,并有英文版于1975年出版。1971年英國(guó)煉鋼協(xié)會(huì)及舍費(fèi)爾大學(xué)組織冶金化學(xué)國(guó)際會(huì)議,論文集《鋼鐵的化學(xué)冶金》于1973年出版。1978年在法國(guó)凡爾賽召開(kāi)了鋼鐵冶金物理化學(xué)國(guó)際會(huì)議,其論文集預(yù)印本名為《物理化學(xué)和煉鋼》,一部分已被譯為中文于1984年在北京出版。

近20年來(lái),專門(mén)性的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,例如真空熔煉、噴射冶金、電渣重熔冶煉等領(lǐng)域的專業(yè)研討會(huì),召開(kāi)頻仍,煉鋼過(guò)程物理化學(xué)是這些學(xué)術(shù)會(huì)議的重要討論內(nèi)容??傊?,自20世紀(jì)20年代開(kāi)始,煉鋼物理化學(xué)已被公認(rèn)為促進(jìn)世界鋼鐵工業(yè)蓬勃發(fā)展的柱石。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)常見(jiàn)問(wèn)題

煉鋼過(guò)程的脫碳、脫硫、脫磷、脫氧、去除鋼中氣體和鋼中非金屬夾雜物以及合金元素的去留;簡(jiǎn)而言之,即“四脫、二去”及合金化。煉鐵是鐵礦石還原的過(guò)程(例如在高爐中),原料中的不少元素可還原入鐵。它們中有有益元素如C、Si、Mn等,也有有害元素如S、P等,還有某些礦石中含有的V、Nb、Ti等,其大部分或局部被還原到生鐵中。煉鋼則是一個(gè)氧化過(guò)程,如何保留有益元素,排除有害雜質(zhì),使鋼達(dá)到必要的性能,這是煉鋼物理化學(xué)的中心問(wèn)題。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)脫碳

生鐵含碳很高,一般大于2.5%。大量的碳使得生鐵性脆,不能進(jìn)行冷、熱加工以制成各種半成品或材料。因此在煉鋼過(guò)程通過(guò)氧化去除多余的碳。鋼的性質(zhì)與其含碳量有關(guān),為達(dá)到所煉鋼種的適宜含碳量及適宜的澆注溫度,必須研究煉鋼脫碳反應(yīng)機(jī)理。

脫硫、脫磷 硫、磷來(lái)源于煉鐵時(shí)所用的原料,即鐵礦石、冶金焦及熔劑。硫使鋼鐵“熱脆”,而磷使鋼鐵“冷脆”。在適當(dāng)條件下,硫在高爐煉鐵過(guò)程中可去掉大部分,而另一部分必須在煉鋼過(guò)程中去除。礦石中的磷則全部被還原進(jìn)入生鐵,必須在煉鋼過(guò)程中去除。通常煉鋼脫硫反應(yīng)和煉鋼脫磷反應(yīng)均須在適當(dāng)溫度下通過(guò)適當(dāng)組成的爐渣來(lái)完成。對(duì)于合金鋼,為避免合金元素的氧化,有時(shí)脫硫、脫磷必須在還原氣氛下來(lái)完成。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)脫氧

煉鋼過(guò)程用氧氣(或Fe2O3)進(jìn)行氧化,導(dǎo)致鋼液含有大量溶解氧(以[O]表示),它會(huì)使鋼在軋制過(guò)程中龜裂,不能成材。因之,在鋼液凝固之前,必須在爐內(nèi)或爐外將鋼中的氧脫除。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)去除氣

體 煉鋼是在大氣下進(jìn)行的;加入的熔劑石灰或鐵合金等經(jīng)常含有水分,因此鋼液中會(huì)有一定量的以原子形式存在的氫和氮,即[H]和[N]。氫造成“氫脆”(即白點(diǎn)),氮能與合金元素生成氮化物影響鋼的性能。而過(guò)量氣體會(huì)造成鋼錠氣泡。因而鋼液在凝固前或在凝固過(guò)程中必須進(jìn)行脫氣處理。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)去除非金屬夾雜

脫氧生成的氧化物或化合物,以及脫硫生成的硫化物均不溶于鋼液,在鋼液凝固時(shí)形成非金屬夾雜物存在鋼內(nèi),大大地影響鋼的性能,特別是鋼的強(qiáng)度和沖擊韌性。在鋼液凝固前使夾雜物上浮排除,并且控制凝固過(guò)程形成夾雜物的形態(tài)和分布,是煉鋼物理化學(xué)的一個(gè)研究課題。

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)合金化

生鐵如含鈮或釩,采取適當(dāng)工藝可使它們先行氧化進(jìn)入渣中,再?gòu)脑鼰捴畦F合金。使用鐵合金及煉制合金鋼時(shí),研究合金元素的加入順序及方法,可避免或減少合金元素的燒損。

20世紀(jì)50年代以來(lái),在中國(guó),冶金過(guò)程物理化學(xué)的學(xué)科逐步建立。北京科技大學(xué)、東北大學(xué)及中南工業(yè)大學(xué)三所大學(xué)相繼組成專門(mén)的教學(xué)和研究隊(duì)伍。全國(guó)第一屆冶金過(guò)程物理化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)于1962年在上海召開(kāi),第二屆于1964年于長(zhǎng)沙召開(kāi)。自1976年以后該學(xué)術(shù)會(huì)議恢復(fù)定期舉行。發(fā)表的論文中相當(dāng)大的部分屬于煉鋼過(guò)程物理化學(xué)的范疇。此外,全國(guó)煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議也有不少關(guān)于煉鋼過(guò)程物理化學(xué)的論文。在學(xué)術(shù)水平上,已有不少研究領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際水平,但尚有一些領(lǐng)域?qū)儆诳瞻讌^(qū)。為了促進(jìn)鋼鐵工業(yè)向高質(zhì)量、現(xiàn)代化發(fā)展,必須大力進(jìn)行煉鋼物理化學(xué)的研究。下列領(lǐng)域值得重視:

(1)結(jié)合中國(guó)礦產(chǎn)資源特點(diǎn),研究鋼中有害雜質(zhì)的去除和有益元素的提取,相應(yīng)地研究有關(guān)元素在金屬液中的熱力學(xué)行為及動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

(2)超純凈鋼冶煉的物理化學(xué)及其對(duì)高質(zhì)量鋼管、鋼板(包括高壓石油鋼管及深沖薄板)機(jī)械性能的作用。

(3)凝固過(guò)程動(dòng)力學(xué),對(duì)連鑄鋼坯性能的影響。

(4)鋼鐵廠環(huán)境保護(hù)和資源再生的物理化學(xué)。2100433B

煉鋼過(guò)程物理化學(xué)文獻(xiàn)

物理化學(xué)論文 物理化學(xué)論文

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物理化學(xué)論文 氯鹽環(huán)境下混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕機(jī)理與防護(hù) 姓名 - 學(xué)號(hào) - 指導(dǎo)老師 - 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點(diǎn),造價(jià)較低,常用于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)中。但是,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也有其自身的缺點(diǎn)?;炷两Y(jié)構(gòu)是一種抗壓強(qiáng)度很高而 抗拉強(qiáng)度很低的脆性材料,因而在普通鋼筋混凝土中特別是受彎鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件 中,結(jié)構(gòu)通常是帶裂縫工作的。裂縫是否有病害,常與混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境,保護(hù) 層厚度等有密切聯(lián)系。國(guó)內(nèi)外大量研究表明,海洋環(huán)境下導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕 破壞的主要因素是氯離子進(jìn)入混凝土中,并在鋼筋表面聚集,當(dāng)鋼筋表面的氯離子濃 度超過(guò)一定的限值,鋼筋鈍化膜就會(huì)發(fā)生破壞,鋼筋開(kāi)始銹蝕。 氯鹽環(huán)境下鋼筋銹蝕的熱力學(xué)基礎(chǔ) 在氯鹽環(huán)境中,氯離子的去極化作用,加速了混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕。而裂縫 的存在,無(wú)疑會(huì)加快氯離子進(jìn)入混凝土內(nèi)鋼筋表面的路徑。鋼筋銹蝕是鋼筋與其周?chē)?孔隙夜中氧氣和水發(fā)

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石材物理化學(xué)特性 石材物理化學(xué)特性

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編號(hào) 名稱 產(chǎn)地 壓縮強(qiáng)度 Mpa- Compressive Strength 彎曲強(qiáng)度 Mpa-Flexural Strength 肖氏硬度 HSD --- 福建 --- G603 晉江巴厝白 晉江 156.60 15.80 92.60 G614 洪塘白 同安 222.10 24.50 97.00 G684 福鼎黑 福鼎 140.30 28.20 96.00 G636 安海白 晉江安海 198.60 15.60 103.00 G623 海滄白 福建 169.80 17.10 108.00 G633 晉江內(nèi)厝白 晉江 172.20 20.10 103.00 G654 長(zhǎng)樂(lè)屏南芝麻黑 111.60 20.90 102.00 G640 東石白 187.30 16.20 95.00 G612 漳浦青 漳浦灶山 136.10 34.70 98.00 G696 永定紅 永定縣洪山鄉(xiāng) 134.20 1

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現(xiàn)代煉鋼方法都是在高溫(一般1773~1973K)條件下的火法冶金過(guò)程。即是要完成煉鋼反應(yīng),就必須提供一定的熱量。但煉鋼方法不同,熱量的來(lái)源和數(shù)量也不相同。如轉(zhuǎn)爐煉鋼的熱源主要是鐵水的物理熱和鐵水中發(fā)熱元素氧化放出的化學(xué)熱;電弧爐煉鋼主要熱源是電能轉(zhuǎn)化成的熱量。煉鋼過(guò)程中提供的熱量與煉鋼過(guò)程消耗的和煉完鋼以后保留下的熱量之間,在數(shù)量關(guān)系上是守恒的。金屬熔池的溫度控制與熱量的收支密切相關(guān),而熱量的收支又與物料的收支密不可分。因而研究煉鋼熱平衡離不開(kāi)煉鋼過(guò)程物料平衡。

煉鋼過(guò)程

加料

加料:向電爐或轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入鐵水或廢鋼等原材料的操作,是煉鋼操作的第一步。

造渣

造渣:調(diào)整鋼、鐵生產(chǎn)中熔渣成分、堿度和粘度及其反應(yīng)能力的操作。目的是通過(guò) 渣--金屬反應(yīng)煉出具有所要求成分和溫度的金屬。例如氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐造渣和吹氧操作是為了生成有足夠流動(dòng)性和堿度的熔渣,能夠向金屬液面中傳遞足夠的氧,以便把硫、磷降到計(jì)劃鋼種的上限以下,并使吹氧時(shí)噴濺和溢渣的量減至最小。

出渣

出渣:電弧爐煉鋼時(shí)根據(jù)不同冶煉條件和目的在冶煉過(guò)程中所采取的放渣或扒渣操作。如用單渣法冶煉時(shí),氧化末期須扒氧化渣;用雙渣法造還原渣時(shí),原來(lái)的氧化渣必須徹底放出,以防回磷等。

熔池?cái)嚢?/h3>

熔池?cái)嚢?向金屬熔池供應(yīng)能量,使金屬液和熔渣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),以改善冶金反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。熔池?cái)嚢杩山逯跉怏w、機(jī)械、電磁感應(yīng)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

脫磷

減少鋼液中含磷量的化學(xué)反應(yīng)。磷是鋼中有害雜質(zhì)之一。含磷較多的鋼,在室溫或更低的溫度下使用時(shí),容易脆裂,稱為"冷脆"。鋼中含碳越高,磷引起的脆性越嚴(yán)重。一般普通鋼中規(guī)定含磷量不超過(guò) 0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼要求含磷更少。生鐵中的磷,主要來(lái)自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學(xué)穩(wěn)定性相近。在高爐的還原條件下,爐料中的磷幾乎全部被還原并溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物,脫磷就只能在(高)爐外或堿性煉鋼爐中進(jìn)行。

鐵中脫磷問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和解決,在鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展史上具有特殊的重要意義。鋼的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始于1856年貝塞麥(H.Bessemer)發(fā)明的酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法。但酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼不能脫磷;而含磷低的鐵礦石又很少,嚴(yán)重地阻礙了鋼生產(chǎn)的發(fā)展。1879年托馬斯(S.Thomas)發(fā)明了能處理高磷鐵水的堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法,堿性爐渣的脫磷原理接著被推廣到平爐煉鋼中去,使大量含磷鐵礦石得以用于生產(chǎn)鋼鐵,對(duì)現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的發(fā)展作出了重大的貢獻(xiàn)。

堿性渣的脫磷作用 脫磷反應(yīng)是在爐渣與含磷鐵水的界面上進(jìn)行的。鋼液中的磷 【P】和氧 【O】結(jié)合成氣態(tài)P2O5的反應(yīng)

電爐底吹

電爐底吹:通過(guò)置于爐底的噴嘴將N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等氣體根據(jù)工藝要求吹入爐內(nèi)熔池以達(dá)到加速熔化,促進(jìn)冶金反應(yīng)過(guò)程的目的。采用底吹工藝可縮短冶煉時(shí)間,降低電耗,改善脫磷、脫硫操作,提高鋼中殘錳量,提高金屬和合金收得率。并能使鋼水成分、溫度更均勻,從而改善鋼質(zhì)量,降低成本,提高生產(chǎn)率。

熔化期

熔化期:煉鋼的熔化期主要是對(duì)平爐和電爐煉鋼而言。電弧爐煉鋼從通電開(kāi)始到爐 料全部熔清為止、平爐煉鋼從兌完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務(wù)是盡快將爐料熔化及升溫,并造好熔化期的爐渣。

氧化期

氧化期和脫碳期:普通功率電弧爐煉鋼的氧化期,通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有認(rèn)為是從吹氧或加礦脫碳開(kāi)始的。氧化期的主要任務(wù)是氧化鋼液中的碳、磷;去除氣體及夾雜物;使鋼液均勻加熱升溫。脫碳是氧化期的一項(xiàng)重要操作工藝。為了保證鋼的純凈度,要求脫碳量大于0.2%左右。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展,電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進(jìn)行。

精煉期

精煉期:煉鋼過(guò)程通過(guò)造渣和其他方法把對(duì)鋼的質(zhì)量有害的一些元素和化合物,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)選入氣相或排、浮入渣中,使之從鋼液中排除的工藝操作期。

還原期

還原期:普通功率電弧爐煉鋼操作中,通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時(shí)間稱為還原期。其主要任務(wù)是造還原渣進(jìn)行擴(kuò)散、脫氧、脫硫、控制化學(xué)成分和調(diào)整溫度。高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。

爐外精煉

爐外精煉:將煉鋼爐(轉(zhuǎn)爐、電爐等)中初煉過(guò)的鋼液移到另一個(gè)容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過(guò)程,也叫二次冶金。煉鋼過(guò)程因此分為初煉和精煉兩步進(jìn)行。初煉:爐料在氧化性氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉:將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣、脫氧、脫硫,去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等。將煉鋼分兩步進(jìn)行的好處是:可提高鋼的質(zhì)量, 縮短冶煉時(shí)間,簡(jiǎn)化工藝過(guò)程并降低生產(chǎn)成本。爐外精煉的種類(lèi)很多,大致可分為常壓下?tīng)t外精煉和真空下?tīng)t外精煉兩類(lèi)。按處理方式的不同,又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。

鋼液攪拌

鋼液攪拌:爐外精煉過(guò)程中對(duì)鋼液進(jìn)行的攪拌。它使鋼液成分和溫度均勻化,并能促進(jìn)冶金反應(yīng)。多數(shù)冶金反應(yīng)過(guò)程是相界面反應(yīng),反應(yīng)物和生成物的擴(kuò)散速度是這些反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,其冶金反應(yīng)速度很慢,如電爐中靜止的鋼液脫硫需30~60分鐘;而在爐精煉中采取攪拌鋼液的辦法脫硫只需3~5分鐘。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下,夾雜物上浮除去,排除速度較慢;攪拌鋼液時(shí),夾雜物的除去速度按指數(shù)規(guī)律遞增,并與攪拌強(qiáng)度、類(lèi)型和夾雜物的特性、濃度有關(guān)。

鋼包喂絲

鋼包喂絲:通過(guò)喂絲機(jī)向鋼包內(nèi)喂入用鐵皮包裹的脫氧、脫硫及微調(diào)成分的粉劑,如Ca-Si粉、或直接喂入鋁線、碳線等對(duì)鋼水進(jìn)行深脫硫、鈣處理以及微調(diào)鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態(tài)的功能。

研究煉鋼過(guò)程熱平衡是為了很好地控制煉鋼過(guò)程中的熔池溫度,全面掌握煉鋼設(shè)備的物料和能量利用情況、工作能力和熱效率,為改進(jìn)煉鋼工藝、實(shí)現(xiàn)煉鋼設(shè)備的優(yōu)化操作探索途徑,并為降低原材料消耗及合理利用和節(jié)約能源提供方向。二是可以判斷收支各項(xiàng)在冶煉過(guò)程中起作用的大小,以便對(duì)能源合理利用;三是可以發(fā)現(xiàn)熱工上和吹煉中存在的問(wèn)題加以改進(jìn)。四是可為設(shè)計(jì)或校核煉鋼設(shè)備及其附屬系統(tǒng)和煉鋼車(chē)間提供依據(jù)。五是為研究煉鋼過(guò)程,制定煉鋼操作工藝提供參數(shù)。也是提高煉鋼終點(diǎn)命中率,制定煉鋼過(guò)程自動(dòng)控制數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。

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