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第一章1.为什么说“要炼好钢先要造好渣”？造渣是炼钢工艺过程的重要组成部分。在非真空冶炼中，炉渣是炼钢过程的必然产物也是炼钢过程中不可缺少的媒介物；如果没有炉渣，必要的炼钢物理化学反应难以完成，而合格的钢液就难以保证。一、炼纲炉渣的主要来源：炼钢过程中各种元素被氧化而形成的氧化物；各种造渣材料(石灰、萤石、白云石，耐火砖块等)；氧化剂或冷却剂(矿石、石灰石等)所带入的脉石；金属原材料带入的泥砂和铁锈；被腐蚀的炉衬耐火材料；铁合金的脱氧产物、脱硫产物等。可见炉渣来源于金属原材料、辅助材料和炉衬三个方面，在炼钢过程中成为高温熔体。二、炉渣对炼钢过程具有重要作用：一般说来，炼钢过程中熔渣和钢液直接接触，参与其间的物理化学反应和传质传热过程，通过对炉渣成分及其性能、数量的调整，可以控制金属熔池中各元素的氧化相还原过程。其作用可以大致归纳为：(1)熔渣直接参与脱硫、脱磷等钢液与熔渣界面间的反应。(2)熔渣是氧的传递媒介，控制金属熔池中各元素的氧化还原过程。(3)熔渣是钢液中各种元素氧化产物的汇集体。熔渣密度要比钢浓密度小得多，这样，钢渣自然分开，而元索氧化产物的密度也远低于钢液的密度，可以上浮到纲液表面，进入熔渣。(4)熔渣对钢液有保护作用。熔渣可以减缀合金元素在氧化气氛中的氧化烧损，可以减缓钢液吸收气体和减少钢液的热损失。(5)炉渣的其它作用：电渣沪熔渣作为电阻发热体，可以起到重熔和精炼金属的作用，平炉熔渣是传热介质，通过它把热量传给金属熔池；电弧炉熔渣可起稳定电弧的作用，对稳定工艺操作过程十分有利2.炼钢造渣时，要考虑哪些炉渣性质，这些性质对炼钢质量有哪些影响？(一)炉渣的碱度所谓碱度，就是炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物浓度的比值。碱度对脱磷、脱硫和防止钢液吸收气体等炼钢过程有重要影响，而且它还影响着炉渣中许多组元的活度，因此碱度是影响渣和钢之间反应的重要因素。(二)炉渣的氧化性和还原性炉渣有氧化渣和还原渣之分。炼钢氧化精炼时依靠炉渣高氧化性来保证脱磷、脱碳的进行，而在还原精炼时，炉渣必须有高的还原性才能有效地进行脱氧、脱硫等冶金反应。(三)炉渣的粘度粘度是炉渣的主要物理性质之一，它代表着熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力。炉渣粘度对渣/钢间反应的动力学过程影响极大。一般说，炉渣粘度大，流动性不好，传质传热能力差，使反应物和反应产物扩散速度降低，影响炼钢反应进行的速度，而过稀的熔渣容易喷溅，热反射能力强，热损失增加，并加速炉衬浸蚀。所以在炼钢实践中，必须控制合宜的炉渣粘度。(四)炉渣的表面张力和界面张力炼钢反应是多相反应，很多反应在相界面上进行，因此炉渣表面张力和渣钢界面张力对炼钢过程有重要意义。扩散过程、熔渣吸收非金属夹杂物以及钢液与熔渣的分离等，都和炉渣的表面张力有关（五）炉渣的导电性电弧炉冶炼和电渣重熔时，炉渣的电导率对于供电制度和热分配影响很大3.按在熔铁中的溶解度，可将各种元素分哪几类？各种元素在熔铁中溶解度的大小与原子半径大小、晶格类型以及与铁原子的相互作用力有关。元素的原子半径与铁原于半径(1.22108cm)越相近，晶格类型与铁相同，其性质与铁原子越相似，则它们与铁原子之间的相互作用力与铁原子本身间的相互作用力就越相近，也就越容易溶解。根据在1600C时熔铁中元素溶解的数量可将元素分为四类：(1)完全溶解的元素(2)部分溶解的元素(3)溶解很少的元素(4)成气态的金属元素可以根据元素溶解数量的多少和倾向，认识冶炼和凝固过程中元素含量变化的原因，从而合理地控制冶炼工艺条件，达到控制钢和合金的化学成分和提高钢质量的目的。第二章1.氧在钢液中有哪几中存在形式？炼钢过程中是如何向熔池中传氧的？（1）氧在钢液中以两种形式存在。一种是溶解于钢液中的氧，以单原子形式或FeO形式存在。氧在钢液中的溶解度是随温度的升高而增大的，如图2-1所示。在冶炼过程中，如果溶解在钢液中氧量过高，超过平衡值，或者即使达到平衡值，在钢液冷却过程中也会发生过饱和现象，这些过饱相的氧，以FeO形式析出。钢液中以单原子形式或FeO形式存在的氧，通常都以[O]表示。在钢掖中还会有另一种以夹杂物形态存在的氧。当钢浓中含有脱氧元素时，溶解于钢液中的氧就会与之结合而成为氧化物夹杂。（2）熔炼过程中向金属熔池传氧可以分为直接传氧和间接传氧两种类型。一、直接传氧向熔池吹氧或无渣时氧气与金属液面直接接触就属于这种情况。直接传氧机理是：在氧气与金属液接触的表面上，气体氧分子分解为两个氧原子并被吸附于铁液表面上，随后吸附的氧溶解于金属液中或被金属直接吸收二、间接传氧炉渣是氧的传递媒介，氧的传递是通过FeO的氧化来完成的。当含氧炉气与熔渣接触时，(FeO)被氧化成(Fe2O3)，后者从熔渣表面迁移到钢渣界面，在那里被金属[Fe]还原成(FeO)，此(FeO)按分配定律进入金属液为游离的[O]。2.元素的氧化度在炼钢中有何意义？各种元素被氧化的难易程度称为元素的氧化度，氧化度大的元素，容易被氧化。在炼钢过程中，可以用元素的氧化度来表示元素的被氧化趋势。合金元素的氧化度可以用一定温度下，与溶于金属液内一定含量的合金元素相平衡的氧的浓度来表示，与较低氧浓度相平衡的元素，具有较大的氧化度；反之，与较高氧浓度相平衡的元素，其氧化度较小。在同—温度下，不同元素在相同含量时，氧化度不同；而同一元素在不同含量时，其氧化度也不同。应当指出，合金元素的氧化度与通称的元素脱氧能力二者是等价的，属于同一概念。3.如何判定氧化物的稳定性？(一)纯氧化物稳定性的判定纯氧化物的稳定性可用氧化物的标准生成自由能或分解压大小来判定。1．氧化物标准生成自由能根据热力学第二定律，自由能G可以用作判断在恒温恒压条件下化学反应能否进行的依据。由于各氧化物的化学成分不同，为相互比较，我们采用由纯元素与1大气压(101.3kPa)下的1摩尔O2化合生成氧化物的自由能(标准生成自由能)来进行讨论。对于氧化物生成反应：yxyyxOM2OM22（2-6）KRTGln0（2-7）式中0G为氧化物标准生成自由能，其值越小，氧化反应越易进行，MxOy越稳定，即氧化物稳定性越好，而该元素被氧化的趋势就越大；K为平衡常数；T为绝对温度；R为常数依据0G判断化学反应方向性是有局限性的，它只适用于特定的标淮状态的条件，所以用0G只能对化学反应做一般性的估计。在实际生产中，由于钢液中合金元素含量的差别甚大，温度也不是恒定不变的，所以元素的氧化度或脱氧能力要根据实际情况进行比较。2．氧化物的分解压纯氧化物的分解反应：2OM2OM2yxyyx（2-8）当分解达到平衡时，平衡常数K为：yyxyxaPaK2OMO2M2（2-9）式中，PO2为氧化物的分解压，由于M系纯物质，MxOy系纯氧化物，其活度均等于1，所以PO2直接决定了平衡常数K的大小，也就决定了氧化物的稳定性。现在设0G分解代表氧化物的标准分解自由能，0G生成代表氧化物的标准生成自由能，则：0G生=0G分=RTlnPO2可以看出，氧化物分解压PO2越小，则氧化物分解反应的平衡常数K值越小，则该氧化物越不容易分解，越稳定。而分解压较大的氧化物由于稳定性较差，则较易被还原为元素。(二)熔渣中氧化物稳定性的判定炼钢反应多为渣钢之间的反应，反应物质并非纯态。如电渣重熔过程就存在着渣中不稳定氧化物对钢中活泼元素Al、Ti的氧化过程或Cr2O3、SiO2等不稳定氧化物的还原过程，为了判断这些过程进行的方向，必须了解熔渣中氧化物稳定性的判定方法。对于(2-6)式，当M及MxOy不是纯物质时)OM(2O]M[22yxyyx（2-11）2O2M][2)OM(1PaaKyxyyx其中a(MxOy)与a[M]分别为平衡时渣中氧化物及钢中冶金元素的活度，PO2为平衡时氧的分压。考虑到)(12O纯氧化物PK，所以yxyyxaaPPyx2M][2)OM(OO)OM(22纯（2-12）由(2-12)式可见：(1)熔渣中氧化物稳定性与其纯状态的稳定性有关，纯氧化物的分解压如PO2(纯MxOy)越大，则PO2越大，氧化物越不稳定。也就是说，与氧化物本身的属性有关；(2)熔渣中氧化物稳定性与渣中氧化物活度有关，a(MxOy)大，则PO2大，稳定性就差。而a(MxOy)与MxOy本身的浓度及熔渣的成分有关，故熔渣中氧化物稳定性取决于渣成分及含量。(3)熔渣中氧化物稳定性与金属熔池中相应合金元素的活度有关，a[M]大，则PO2小，氧化构越稳定。而a[M]取决于合金元素的浓度及钢成分等因素，故熔渣中氧化物的稳定性与钢的成分有关4.钢液为什么要脱氧？（1）氧化精练结束时，钢液中存在着一定数量的溶解氧(一般为0.01~0.08%)，其具体含量主要取决于钢液含碳量。这种钢液在浇注和结晶时，随着温度的下降，氧的溶解度减小，在结晶过程中，氧以氧化铁或其它氧化物形式从液相析出，分布于晶界上，降低钢或合金的机械性能。（2）在钢液冷凝过程中，碳和氧由于偏析而富集于液相，加之其间反应是放热的，将会再次发生碳氧反应，生成CO气泡，一部分CO气泡留存于钢锭之中，形成疏松、皮下气泡等钢锭内部缺陷。此外，氧的存在使钢中硫的危害加重，FeO与FeS形成熔点为940C的低熔点共晶体，存在于晶界，在钢锭热加工时，导致“热脆”。所以在出钢前要采取措施，进行脱氧操作。5.对钢液脱氧剂有什么要求？(1)脱氧元素应具有足够的脱氧能力，即脱氧元素的氧化度要高。由于溶解在钢液中的氧原子与铁原子结合成氧化铁，脱氧元素的氧化度应当比铁的氧化度大，或者说，脱氧元素的氧化物的分解压力要较氧化铁的分解压力为小，才能作为对脱氧剂。(2)脱氧剂的熔点应低于钢液温度。由于钢液中存在着细小的非金属夹杂物，可以成为脱氧产物析出的核心，因此脱氧产物的析出不是脱氧反应的限制性环节，脱氧所必须的时间主要决定于钢液中脱氧剂的熔解速度和脱氧元素的扩散速度。由于脱氧剂的溶解速度主要取决于熔点，故大多数脱氧剂均采用具有低熔点的合金形式。(3)脱氧产物应不溶于钢液并能上浮去除。脱氧产物一般不溶于钢夜，且其密度较钢液小，故有可能从钢液中上浮进入熔渣。这就要求脱氧产物熔点低些，密度小些，颗粒大些，易于聚集去除。(4)残留在钢中的脱氧元素不应当对钢质量产生不利的影响，否则相当于增加了金属杂质。例如有的钢种对碳的含量要求严格，碳越低越好，这时就不宜用碳粉或电石脱氧，以免增碳。6.具体脱氧方法有哪些？各有什么优缺点？(一)沉淀脱氧将脱氧剂加入钢液，脱氧元素与溶解在钢液中的氧作用，生成不溶解氧化物或复合氧化物，这些脱氧产物上浮到熔渣中达到脱氧的目的。由于从钢液中析出氧化物的过程属于沉淀反应，故名沉淀脱氧。沉淀脱氧的优点是脱氧反应在钢液内部进行，速度快，但其缺点是脱氧产物可能留存于钢液之中成为非金属夹杂物，污染钢液。如果不能有效地排除脱氧产物，则钢液中含氧量实质上并未降低，只是存在的形式不同，对于成品钢的性能仍然有害。(二)扩散脱氧在炼钢过程中，根据分配定律使钢液中的氧向熔渣中扩散，称为扩散脱氧。由于扩散脱氧反应在钢渣界面或渣的下层进行，脱氧产物很容易进入熔渣内部而不玷污钢液。但其缺点是反应速度较馒，需要时间较长，脱氧剂消耗也多。(三)真空下的碳脱氧真空冶炼中，氧可以通过原材料、炉体漏气、坩埚表面氧化、耐火材料与金属熔池作用等多种途径进入金属熔池，所以也必须有脱氧过程。在常压下冶炼时，碳的脱氧能力较低，必须使用强脱氧剂(一般是铝)进行终脱氧。在真空冶炼条件下，由于气相中CO分压PCO很低，使碳的脱氧能力大大提高(计算表明，可高于铝的脱氧能力)，加上其脱氧产物是气体，易于自金属液排出，不致玷污金属，所以碳是真空冶炼过程中良好的脱氧剂。真空下碳脱氧乃是主要的脱氧反应。(四)挥发脱氧真空冶炼条件下，元素可能挥发，元素氧化物也可能挥发，当元素氧化物蒸气压高于元素蒸气压时，氧化物就较元素要优先挥发。在真空冶炼中，由于生成挥发性氧化物而达到脱氧目的的脱氧方法称为挥发脱氧7.依据哪些因素来考虑合金元素的加入时期？1．合金元素的物理化学性质(1)元素的活泼程度，即