重庆理工大学材料成型第九章.ppt

1、第九章 液态金属的净化与精炼,第一节 液态金属的脱氧 液态金属脱氧的目的是尽量减少金属及合金中的含氧量。一方面就是防止液态金属的氧化，减少在液态金属中溶解的氧；另一方面要排除脱氧后的产物不同的元素具有不同的脱氧能力，脱氧剂的脱氧能力可以用加入等量的脱氧元素后，钢液中氧化亚铁的平衡含量来衡量。与某种元素相平衡的氧化铁含量愈低时，表明这种元素的脱氧能力愈强。 1 先期脱氧 对于熔化焊接过程，在药皮加热阶段，固态的造渣、造气剂中进行的脱氧反应称为先期脱氧，其特点是脱氧过程和脱氧产物与高温的液态金属不发生直接关系。 含有脱氧元素的造渣剂和造气剂被加热时其中的高价氧化物或碳酸盐分解出的氧和二氧化碳便和脱

2、氧元素发生反应。 反应的结果使气相的氧化性减弱，起到先期脱氧的作用。由于Al 和Ti 对氧的亲和力很强，它们在先期脱氧过程中大部分被烧损，故保护了Si、Mn 等其它脱氧元素进入熔池进行脱氧。,第九章 液态金属的净化与精炼,2 沉淀脱氧 沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的FeO起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。这种方法的优点是脱氧速度快，脱氧彻底，但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量。 要实现沉淀脱氧，应具备三个条件： 必须向熔池中加入对氧亲和力大的元素； 脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣； 熔渣的酸碱性质应与脱氧产物

3、的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物。下面介绍几种生产中常用的脱氧反应。 9.1.2.1 锰的脱氧反应 增加金属中的含Mn 量，减少渣中的MnO，可以提高脱氧效果。熔渣的性质对锰的脱氧效果也有很大的影响。一般造酸性渣的钢液中可用锰铁作为脱氧剂，而碱性渣的钢液中不单独用锰铁作脱氧剂。,第九章 液态金属的净化与精炼,硅的脱氧反应 提高熔渣的碱度和金属中的含硅量，可以提高硅的脱氧效果。 一般不单独用硅脱氧。 硅锰联合脱氧反应 把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行复合脱氧时, 其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐，它的密度小，熔点低（见表8-5），易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，脱氧效

4、果十分显著。,第九章 液态金属的净化与精炼,3 扩散脱氧 扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，是以FeO 在两相中的分配定律为理论基础的。即FeO 同时存在于熔渣和钢液中, 熔渣中的FeO 与钢液中的FeO 能够互相转移, 而且是趋于平衡。 缺点：扩散过程进行得缓慢，脱氧时间长。 在焊接熔池中，由于熔池的后部温度降低，氧的分配系数增大，即可进行扩散脱氧。当温度一定时，扩散脱氧的关键是降低渣中FeO 的活度。 电炉炼钢一般是采用沉淀脱氧与扩散脱氧相结合的方法，即先用锰（锰铁）进行沉淀脱氧，再用碳（炭粉）和硅（硅铁粉）进行扩散脱氧，最后再用铝进行沉淀脱氧。这种沉淀脱氧与扩散脱氧相结合的方法既能

5、保证钢的质量，又不会使冶炼的时间过长。,第九章 液态金属的净化与精炼,4 真空脱氧 真空脱氧的原理实质上是以降低CO 分压为手段加强钢液中碳的脱氧能力。由于钢液的熔化过程是在真空条件下进行，碳的脱氧能力比在常压下大为提高。 第二节 液态金属的脱碳反应 脱碳反应是成形冶金中最重要的反应之一，其目的主要是去除钢液中的有害气体和夹杂 物，对钢液起精炼作用。反应方式主要有两种，一种是碳被氧化性气体直接氧化 C O2 2CO （9-9） C CO2 2CO （9-10） 另一种方式是间接氧化：钢铁液中的铁先被氧化而生成氧化亚铁，而后碳又被氧化亚铁 所氧化 2Fe O2 2FeO （9-11） C FeO

6、 Fe CO （9-12）,第九章 液态金属的净化与精炼,第三节 液态金属的脱硫 按脱硫的物理化学作用或过程，可分为沉淀脱硫、熔渣脱硫和真空脱硫。 1 沉淀脱硫 沉淀脱硫和沉淀脱氧一样，是将脱硫合金元素直接加入液态金属中进行脱硫。常用的脱硫元素有锰、镁、钠、钙、稀土等。这些元素与硫的亲和力大于铁，与硫形成熔点高，不溶液态钢铁的稳定硫化物。 升高温度，其脱硫能力急剧下降。我们知道铁水温度相对钢液温度低，碳、硅含量高；实际上，锰和镁对钢水无脱硫作用。 工业中，锰和镁一般只作为铁水的脱硫剂。,第九章 液态金属的净化与精炼,2 熔渣脱硫 熔渣脱硫是目前铸造和焊接冶金中主要的脱硫方法。影响熔渣脱硫过程的

7、主要因素如下： 1) 熔渣的还原性和碱度 由式（9-17），渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于反应的进行，因此，在还原期中脱硫是有利的。熔渣碱度高也有利于脱硫。 2) 粘度 脱硫存在着扩散过程，熔渣粘度小，容易扩散，有利于脱硫反应的进行。 3) 温度 用氧化钙和用碳化钙脱硫，其反应都是吸热反应，因此，温度高有利于脱硫。 另外温度高，熔渣粘度小，扩散快。熔渣熔点与石灰量有关，碱度越高，熔点也越高。温度高，可以用高碱度渣。 4） 硫的活度 硫的活度大，容易从金属液中析出，有利于脱硫。凡增加硫的活度的因素，例如提高铁水的碳、硅含量，都有利于脱硫。,第九章 液态金属的净化与精炼,第四节 液态金属的脱磷 当钢中含磷量过多时，将增加材料的冷脆性，即冲击韧性降低，脆性转变温度升高。 在含碳量较高的低合金钢和奥氏体钢种，磷也会促使产生结晶裂纹。 脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。 1) 熔渣的碱度和氧化性 为了促使脱磷反应进行，应造高碱度和强氧化性的熔渣。 2) 熔渣的粘度 熔渣粘度大时，不利于这些扩散过程的进行，因而脱磷效果降低。 3) 温