脱氧与钢中非金属夹杂物

第三章、脱氧与钢中非金属夹杂物第一节、脱氧的必要性在氧气炼钢过程均采用向金属熔池供氧以氧化去除铁液中碳、硅、磷等杂质；为获得高的反响效率，必须供入充足的氧；在冶炼临近结束时，钢液实际上处于“过度氧化〞状态。1650C时，[O]饱和＝0.238％实际炼钢生产中钢液的溶解氧含量[O]低于[O]饱和；

钢液[O]含量除与温度有关外，还与钢液其它组元含量、炉渣氧化性、氧气炼钢供氧参数等有关；冶炼结束时[O]含量存在一波动范围；以氧气底吹转炉为例，当终点[C]含量在0.02％～0.10％之间时，[O]含量在0.08％～0.01％之间。。固体钢中氧的溶解度变化铁凝固后氧在固体铁中的溶解度显著降低；

铁中氧的溶解度最大约为80ppm；

铁中氧的溶解度最多为25ppm；

铁中氧的溶解度仅约为3～4ppm。这意味着在凝固以及随后的冷却过程，铁液中的溶解氧几乎全部均要由Fe中析出。氧对钢性能的影响氧是在钢的凝固过程偏析倾向最严重的元素之一，氧的偏析系数〔1－[O]固体钢/[O]钢液〕为0.98。在钢凝固和随后的冷却过程，由于溶解度急剧降低，钢中原溶解的绝大局部氧以铁氧化物、氧硫化物等微细夹杂物形式在奥氏体或铁素体晶界处富集存在；氧化物、氧硫化物等微细夹杂物会造成晶界脆化，在钢的加工和使用过程容易成为晶界开裂的起点，导致钢材发生脆性破坏；钢中氧含量增加会降低钢材的延性、冲击韧性和抗疲劳破坏性能，提高钢材的韧－脆转换温度，降低钢材的耐腐蚀性能等。钢液的脱氧在氧化冶炼完成后，必须对钢液进行脱氧，将钢液的氧含量降低到较低的水平。对钢液进行脱氧目前主要有三种方法：〔1〕直接〔沉淀〕脱氧法；〔2〕扩散脱氧法；〔3〕真空脱氧法。直接〔沉淀〕脱氧是用与氧亲和力较铁与氧亲和力强的元素作脱氧剂，脱氧剂与钢液中的氧直接作用，发生脱氧反响，反响产物由钢液上浮排除，从而到达脱氧目的。其中，[M]：脱氧元素；[O]：钢液氧含量。沉淀脱氧是目前广为采用的脱氧方法。脱氧时将脱氧剂以铁合金形式直接参加到钢液中，某些比重较轻或较易气化的脱氧剂〔例如铝、钙、镁等〕那么多采用向钢液喂丝或喂包芯线方法参加至钢液中。沉淀脱氧反响速度快，操作简便，本钱较低，但由于局部脱氧产物会滞留在钢中。扩散脱氧是向炉渣中参加碳粉、硅铁粉、铝粉等脱氧剂，降低炉渣的FeO含量。由氧在渣－钢之间的分配平衡关系式可知，当渣中FeO含量不断降低时，钢中的氧即会向炉渣中扩散，以维持氧在渣－钢间的分配平衡，从而到达钢液脱氧的目的。扩散脱氧方法目前主要应用于钢水炉外精炼。扩散脱氧的优点是脱氧产物不玷污钢液，缺点是脱氧速度较慢。真空脱氧是指将钢液至于真空条件下，通过降低CO气体分压，促使钢液内[C]－[O]反响继续进行，利用[C]－[O]反响到达脱氧的目的。真空脱氧方法的最大特点是脱氧产物CO几乎全部可由钢液排除，不玷污钢液。缺点是钢液温度损失较大，且投资和生产本钱较高。[C]＋[O]＝CO脱氧常数K值愈大，与一定浓度脱氧元素[M]相平衡的钢液[O]含量愈高，元素的脱氧能力愈弱。反之，脱氧常数K值愈低，那么元素的脱氧能力愈强。第四章、钢液中的气体和去除钢中的气体:

氮气

氢气[H]对钢材性能的影响：■显著降低延性〔氢脆〕；■当氢由钢中析出〔变成分子态氢时，造成内部裂纹〔白点〕。[N]对碳钢韧－脆转换温度的影响[N]对钢材性能的影响：■加重钢材的时效；■降低钢材的冷加工性能；■造成焊接热影响区脆化；■加剧钢材的冷脆。气体在钢液中的溶解：钢中气体的来源：J.F.Elliott,ThermochemistryforSteelmaking,Vol.2,Addison-Wesley，1963[H]的另一来源：水蒸气H2O＋CO＝CO2＋H2∆G＝－29500＋26.8TH2O＝1/2O2＋H2∆G＝249570－57.10T空气、炉料中水分均为钢液[H]的重要来源！电弧炉冶炼过程，电弧温度高达4000～7000C，高温加速了H2、N2、H2O的解离和溶解。电弧炉炼钢钢液[N]、[H]含量高于氧气转炉。钢液的脱氮和脱氢〔3〕钢水真空精炼脱除[N]、[H]脱碳可以强烈搅拌熔池，加速[N]、[H]向液－气反响界面的传递；脱碳反响生成大量CO气泡，在CO气泡内氮、氢的分压近似为零；CO气泡可成为N2、H2核心。〔1〕利用脱碳反响脱除[N]、[H]〔2〕钢水包内吹氩脱除[N]、[H]低[N]钢液的脱氮是尚未解决的难题RH处理前后钢中[N]的变化V-KIP处理前后[N]的变化生产低[N]钢采用：■铁水预处理；■顶底复吹转炉；■不脱氧出钢；■严格保护浇铸。不同工序钢中[N]含量的变化脱氮困难的原因：■钢液中氮的溶解度高；■空气氮分压高；■液态钢温度下很难利用化学反响脱氮；■氧、硫外表活性元素影响。复习要点试题类型一、选择题(40题，共20分)二、判断题(20题，共20分)三、简答题(8题，共24分)四、计算题(12分)五、计算题(12分)六、计算题(12分)强调根本知识掌握，范围较广，没有偏题、难题。主要复习内容二、炼钢的根本反响一、炼钢的根本任务钢与生铁的区别(成份、性能)炼钢的根本任务主要炼钢工艺流程、方法二、炼钢的根本反响脱碳反响的动力学(扩散、化学反响、CO形核)硅的氧化反响(热力学分析、热效应、对其它反应的影响等)锰的氧化与复原(热力学分析、热效应、氧化程度)脱磷反响(有利于脱磷因素、炉渣的重要作用、回磷)脱硫反响(有利于脱硫因素、炉渣的重要作用、金属脱硫)三、脱氧与钢中非金属夹杂物脱氧方式(沉淀脱氧、扩散脱氧、真空碳脱氧)元素的脱氧能力(脱氧常数K、常用脱氧元素的脱氧能力顺序)一次脱氧产物、二次脱氧产物、三次脱氧产物。复合脱氧及常用的复合脱氧剂沉淀脱氧动力学(脱氧反响、脱氧产物形核、长大、上浮等)Stokes定律运用非金属夹杂物来源(内生、外来、二次氧化等)四、转炉炼钢工艺转炉炼钢过程钢及渣成分的变化转炉造渣的特点氧枪的有关射流理论转炉炼钢的操作制度渣料参加量的计算方法转炉冶炼工艺的根本常识及俗语六、炉外精炼工艺LF、VOD、RHCAS工艺特点、功能及冶金效果吹氩、喷粉、喂丝工艺的特点、功能及冶金效果轴承钢及不锈钢冶炼的有关工艺特点五、电炉炼钢工艺电炉炼钢工艺过程的工艺特点电炉炼钢对炉料的要求及参加原那么电炉供电及供氧的根本常识合金参加量的计算方法泡沫渣的形成条件及造泡沫渣的方法八、钢液结晶与凝固结构钢液的结晶(均质形核、非均质形核、成分过冷等)晶体的长大(树枝晶的形成)凝固结构(连铸坯的凝固结构及影响因素)十一、凝固过程中气体和非金属夹杂物钢在高温下的脆化理论九、凝固偏析连铸坯中夹杂物的主要来源减少连铸坯中夹杂物和气体的主要措施十、钢的高温力学性能及凝固收缩什么是显微偏析和宏观偏析？产生的原因影响凝固偏析的主要因素十二、连续铸钢作业3：(2)金属熔池含碳3.8%，含硅0.13%，如渣中SiO2活度为0.25，试计算[C]－[Si]优先氧化的转变温度。解题步骤：2、计算出钢液中[C]和[Si]的活度1、由有关资料查到钢液组元活度相互作用系数3、得到C－Si选择氧化反响的标准自由能变化2[O]＋2[C]＝2{CO}G＝－40964－77.88T(2)[Si]＋2[O]＝SiO2(l)G＝－593560＋230.2T(1)(1)－(2)，得到：2[C]＋SiO2(l)＝[Si]＋2{CO}(3)G0作业4：1、铁水成分如下：CSiMnP,(wt%)4.00.61.01.5初期炉渣成分如下：CaOMnOFeOSiO2P2O5,(mol%)40205332在初期渣成分下将碳脱除至2.0%，熔池温度为1450℃，问此时是否能够脱磷？0.08-0.0120.0510.140.130.1200.062解题步骤：1、得到C－P选择氧化反响的标准自由能变化2[O]＋2[C]＝2{CO}(1)G＝－40964－77.88T4/5[P]＋2[O]＝2/5(P2O5)(2)G＝－141152＋109.24T(1)－(2)，得到：2[C]＋2/5(P2O5)＝4/5[P]＋2{CO}(3)G＝100188－187.12T2[C]＋2/5(P2O5)＝4/5[P]＋2{CO}(3)G＝100188－187.12T4、计算炉渣中P2O5的活度系数2、由有关资料查到钢液组元活度相互作用系数3、计算出钢液组元活度系数Turkdogan经验公式：5、计算C－P转换反响的自由能变化2、在1600℃低碳钢液中参加含硅75％的硅铁合金2.66kg/t，假设钢液中[O]为0.04％，假设脱氧反应到达平衡，试计算硅的脱氧量、耗