脫氧是包管鋼錠和鋼材質(zhì)量的一項(xiàng)主要操作。煉鋼是一個(gè)氧化精辟過程,鋼液中不行避免地溶有必然量的氧。1600時(shí),氧在鋼液中的消融度可達(dá)0.23%(見Fe-O狀況圖)。氧化精辟末期,鋼液含氧量依煉鋼方式、鋼種規(guī)格而有所分歧,普通約在0.02~0.08%規(guī)模內(nèi),而氧在固態(tài)鐵中的消融度卻很低(例如在[kg2]-Fe[kg2]中消融度最大為0.0082%)。在鋼液凝固過程中,氧以FeO形態(tài)析出,分布在晶界上,降低鋼的塑性。晶界上的FeO和FeS還會(huì)形成低熔點(diǎn)(910)物質(zhì),使鋼在熱加工時(shí)發(fā)生熱脆。未充實(shí)脫氧的鋼液在鋼錠模內(nèi)凝固過程中,因?yàn)楣腆w鋼中消融的氧很低,氧在鋼液內(nèi)逐漸富集,高出碳氧均衡值的過剩氧將與碳繼續(xù)發(fā)生反映,生成CO氣體,使鋼錠內(nèi)部發(fā)生氣泡,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生“冒漲”現(xiàn)象。是以,在煉鋼的最后階段必需脫氧。方式首要有三種:沉淀脫氧,擴(kuò)散脫氧和真空脫氧。 沉淀脫氧向鋼液中插足對(duì)氧親合力比鐵大的元素(脫氧劑),使之與鋼中消融的氧連系成不溶于鋼液的氧化物或復(fù)合氧化物而析出,其反映是: [160-01](1)式中[kg2][M]、[O]分辨代表溶于鋼中的脫氧元素和氧;、分辨代表鋼中[M]和[O][kg2]的活度;是脫氧反映的均衡常數(shù),其倒數(shù)稱為脫氧常數(shù),值越小,則該元素的脫氧能力越強(qiáng)。各元素的脫氧常數(shù)見表[各元素的脫氧反映及脫氧常數(shù)]。各元素脫氧能力由強(qiáng)到弱的按次是:鈰、鋯、鋁、鈦、硼、硅、碳、釩、錳、鉻。出產(chǎn)中多采用比力廉價(jià)的錳、硅、鋁作脫氧劑。而且以其鐵合金(如錳鐵、硅鐵)的形式插足鋼中。 沉淀脫氧產(chǎn)品如不實(shí)時(shí)破除,就會(huì)成為固態(tài)鋼中的非金屬同化物,影響鋼的質(zhì)量。脫氧產(chǎn)品的密度(普通為3~5克/厘米)比鋼液(7.1克/厘米)小,或許上浮破除,其上浮速度(厘米/秒)可按斯托克斯(Stokes)公式近似求得: [160-02](2)式中為重力加快度(981厘米/秒);為鋼液的粘度(泊);為脫氧產(chǎn)品的半徑(厘米);[160-100]、[160-101]分辨為鋼液和脫氧產(chǎn)品的密度(克/厘米)。由(2)式可知,半徑增大,上浮速度明明增大。假如采用“復(fù)合脫氧劑”如Si-Mn、Si-Ca、Si-Mn-Al、Mn-Si-Ca等來脫氧,脫氧產(chǎn)品將是這些元素氧化物的夾雜體,其熔點(diǎn)比單一元素氧化物的熔點(diǎn)更低,易于聚合成大顆粒,可更快地上浮破除。在出產(chǎn)上已經(jīng)采用這些復(fù)合脫氧劑。 70年月以來成長(zhǎng)的用噴槍過程載氣(氬或氮)將粉狀脫氧劑(如鈣、鎂、稀土金屬、鋁、硅鐵等)直接引入鋼液的方式,可使氧脫除到更低程度(ppm量級(jí))。吹入的鈣(沸點(diǎn)約1484)在煉鋼溫度下釀成氣泡上升,在氣泡-鋼液界面上亦發(fā)生脫氧反映。這種脫氧又稱為噴粉脫氧,其本色仍然屬于沉淀脫氧(見噴射冶金)。 擴(kuò)散脫氧在電弧爐煉鋼還原期,渣中含[kg2]FeO[kg2]很少,鋼液中的氧會(huì)按下列反映進(jìn)入渣中: [160-03]這稱為擴(kuò)散脫氧。要使擴(kuò)散脫氧不息進(jìn)行,就要分期分批向渣中插足脫氧劑(常用硅鐵粉、碳粉、電石粉,某些合金鋼還用鋁粉、硅鈣粉等強(qiáng)脫氧劑)使渣中連結(jié)很低的[kg2]FeO[kg2]含量。擴(kuò)散脫氧的產(chǎn)品不沾污鋼液,因而是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼中較好的脫氧方式。其錯(cuò)誤是反映速度慢,需時(shí)候較長(zhǎng),致使?fàn)t襯受高溫爐渣侵蝕較嚴(yán)重。 以上兩種脫氧方式各有利弊,為充實(shí)闡揚(yáng)它們各自的長(zhǎng)處,還普遍采用沉淀與擴(kuò)散綜合脫氧。即在電爐還原期之初,先用沉淀脫氧敏捷削減鋼液中氧含量。當(dāng)稀薄渣形成后,再用擴(kuò)散脫氧。在擴(kuò)散脫氧時(shí)代,沉淀脫氧產(chǎn)品有充實(shí)時(shí)候上浮,最后在還原期末再插鋁脫氧。如許既可提高鋼的質(zhì)量,又縮短了冶煉時(shí)候。 真空脫氧是在低壓下使鋼液中碳氧反映加倍完全而進(jìn)行的脫氧反映: [161-01]溫度必然時(shí),在真空下,降低,則[%C][%O]積亦降低,碳的脫氧能力加強(qiáng)。真空脫氧現(xiàn)實(shí)上是低壓下用鋼液中含有的碳脫氧。其長(zhǎng)處是:脫氧產(chǎn)品是氣體,不會(huì)形成非金屬同化物,CO氣泡上浮,攪拌熔池,有利于去氮去氫。在常壓下不及再進(jìn)行碳氧反映的鋼水,在真空下則可繼續(xù)進(jìn)行碳氧反映,使氧削減到更低的數(shù)值,而碳的削減值則為氧的下降值的3/4。真空脫氧在真空熔煉或鋼液真空處理過程中進(jìn)行。 爐外精辟用氬氣吹入鋼包使鋼液脫氧、脫碳、除氣及去同化物的工藝,是因?yàn)闅鍤馀葜蠧O分壓極低,促使碳氧反映進(jìn)行得更完全,因而也能起到與真空脫氧相近似的感化(見真空冶金)。
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