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生鐵中的各種雜質(zhì)，在高溫環(huán)境下，不同程度上都與氧有較大的親和力。因此可以利用氧化的方法使它們成為液體、固體或氣體氧化物，液體和固體氧化物在高溫下與爐襯和加入爐內(nèi)的熔劑進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)合成爐渣，并在扒渣時被排除爐外，氣體也在鋼水沸騰時被CO帶到爐外。

在煉鋼爐內(nèi)，雜質(zhì)的氧化主要是依靠FeO的存在而實現(xiàn)的。

2Fe＋O₂→2FeO

硅與氧有較大的親和力，因此硅的氧化很迅速，它在冶煉初期就已經(jīng)完全被氧化而生成SiO₂：

Si+2FeO→SiO₂+2Fe

同時SiO₂又和FeO反應(yīng)形成硅酸鹽：

2FeO+SiO₂→2FeO·SiO₂

這種鹽是爐渣中很重要的一部分，它與CaO作用生成穩(wěn)定化合物2CaO·SiO₂和FeO，前者牢固存在于爐渣中，后者變成了渣中的游離成分，使渣中FeO的含量增加，對促進(jìn)雜質(zhì)的氧化是比較有利的。其反應(yīng)如下：

2FeO·SiO₂+2CaO→2CaO·SiO₂+2FeO

錳也是易氧化的元素，它所生成的MnO有較高的熔點，MnO在金屬液中并不溶解，但是它與SiO₂形成化合物浮在液體金屬表面，成為爐渣的一部分。

Mn+FeO→MnO+Fe

2MnO+SiO₂→2MnO·SiO₂

硅、錳的氧化反應(yīng)放出大量的熱，可以使?fàn)t溫迅速提高（這一點對轉(zhuǎn)爐煉鋼特別重要），大大加速了碳的氧化過程。

碳的氧化需要吸收大量的熱能，所以必須在較高的溫度下才能進(jìn)行。碳的氧化又是煉鋼過程中很重要的一個反應(yīng)：

C+FeO→CO+Fe

由于碳氧化時生成了CO氣體，它從液體金屬中逸出時起強(qiáng)烈的攪拌作用，這種作用叫做“沸騰”。產(chǎn)生沸騰的結(jié)果，可以促使熔池成分和溫度均勻，加速金屬與爐渣界面的反應(yīng)，同時也有利于去除鋼中氣體和夾雜物。

磷的氧化在不太高的溫度下即可發(fā)生，去磷過程由幾個反應(yīng)組合而成，其反應(yīng)如下：

2P+5FeO→P₂O₅+5Fe

P₂O₅+3FeO→3FeO·P₂O₅

當(dāng)在堿性爐渣中有足夠的CaO時會發(fā)生如下反應(yīng)：

3FeO·P₂O₅+4CaO→4CaO·P₂O₅+3FeO

所生成的4CaO·P₂O₅是穩(wěn)定的化合物，它牢固地保持在爐渣中，因而達(dá)到了去磷的目的。

必須注意，鋼水在脫氧過程中，要加入硅鐵、錳鐵等脫氧劑，因而常常在脫氧以后，爐渣呈現(xiàn)酸性，而使3FeO·P₂O₅遭到破壞，從中還原出P₂O₅，而P₂O₅是不穩(wěn)定的氧化物，它在高溫下易被碳還原，產(chǎn)生回磷現(xiàn)象。這也說明了在酸性爐內(nèi)去磷是十分困難的。為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須適當(dāng)?shù)卦黾訝t渣堿度和渣量，提高爐渣氧化性等。

硫是以FeS的形式存在。當(dāng)爐渣中有足夠的CaO時，同樣也能將硫去除，反應(yīng)如下：

FeS+CaO→CaS+FeO

生成的CaS并不溶于鋼水中，而形成了爐渣浮在鋼水表面。

上面這個反應(yīng)是可逆反應(yīng)，而且是在含有FeO的爐渣中進(jìn)行的，當(dāng)FeO與CaS發(fā)生作用時，會使硫重新回到鋼水中，所以去硫效率隨渣中FeO的含量減少而增高。

而渣中含有足夠的碳時，反應(yīng)就不同了：

CaO+FeS+C→CaS+Fe+CO

由于碳奪去了FeO中的氧，失去了CaS與FeO作用的可能性，使反應(yīng)不能逆向進(jìn)行，這就是為什么電爐煉鋼時去硫要比其他兩種方法來得完全的原因。 

在去硫過程中，錳也起了促進(jìn)去硫的作用，其過程如下：

FeS+MnO→MnS+FeO

生成的MnS幾乎不溶于鋼水而進(jìn)入渣中。因此，去硫的作用隨錳的氧化而加大。

通過上述一系列氧化反應(yīng)以后，雖然雜質(zhì)被氧化了，達(dá)到了去除的目的，但是也由于氧化的結(jié)果，使鋼水中含有較多的FeO，也就是說鋼水中存在著大量的氧，給鋼帶來很大的危害，一方面使鋼帶有大量氣泡；另一方面也使鋼出現(xiàn)熱脆和冷脆現(xiàn)象，而且危害性隨含碳量的增加而加大。

因此，在煉鋼過程的最后，還必須設(shè)法去除鋼水中大量存在著的氧。通常采用的方法是在鋼水中加入一些脫氧劑，如錳鐵、硅鐵、鋁等，它們強(qiáng)烈地從FeO中奪取氧而達(dá)到脫氧的目的，其反應(yīng)如下：

FeO+Mn→MnO+Fe

2FeO+Si→SiO₂+2Fe

3FeO+2Al→Al₂O₃+3Fe

整個煉鋼過程由氧化和還原兩個過程組成，通常把碳、硅、錳、磷的氧化稱為氧化期內(nèi)的反應(yīng)，把脫硫和脫氧稱為還原期內(nèi)的反應(yīng)。從以上各項反應(yīng)式中可以看到，為了清除金屬中的雜質(zhì)，必須考慮多方面的因素，但是其中最主要的因素就是造渣和除渣。

爐渣在煉鋼過程中具有下列重要作用：

①爐渣應(yīng)保證煉鋼過程按一定反應(yīng)方向來進(jìn)行（氧化或還原）。

②爐渣應(yīng)保證最大限度地去除金屬中的有害雜質(zhì)（磷和硫），以及防止?fàn)t氣中的氣體（氮氣和氫氣）進(jìn)入到金屬中。

③爐渣應(yīng)保證操作過程中鐵和其他有價值的元素?fù)p失最小。

轉(zhuǎn)爐煉鋼法就是利用空氣或氧氣，采取底吹、側(cè)吹和頂吹的方式，使鐵水中的元素氧化到規(guī)定限度，從而得到成分合格的鋼的一種煉鋼方法。

②電爐煉鋼

電爐是利用電能轉(zhuǎn)變成熱能來煉鋼的，常用的電爐有兩種：電弧爐和感應(yīng)電爐。電弧爐用得最廣，宜于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼；感應(yīng)電爐用于冶煉高級合金鋼和有色合金。

③平爐煉鋼

隨著工業(yè)的發(fā)展，金屬加工工業(yè)中積累了大量廢鋼。當(dāng)時無法用轉(zhuǎn)爐將它重新吹煉成鋼，因此煉鋼工作者們就尋找一種用廢鋼作原料的煉鋼方法。1864年由法國人馬丁發(fā)明了平爐煉鋼法。

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的迅速發(fā)展，逐漸取代了平爐煉鋼法。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一些新的煉鋼方法不斷出現(xiàn)，比如鋼水的真空處理、電渣爐熔煉、真空感應(yīng)電爐熔煉等方法，早已得到了越來越多的使用。

來源：金屬材料的世界

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