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鋼的脫氧反映
 

  脫氧是包管鋼錠和鋼材質量的一項主要操作。煉鋼是一個氧化精辟過程,鋼液中不行避免地溶有必然量的氧。1600時,氧在鋼液中的消融度可達0.23%(見Fe-O狀況圖)。氧化精辟末期,鋼液含氧量依煉鋼方式、鋼種規格而有所分歧,普通約在0.02~0.08%規模內,而氧在固態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形態析出,分布在晶界上,降低鋼的塑性。晶界上的FeO和FeS還會形成低熔點(910)物質,使鋼在熱加工時發生熱脆。未充實脫氧的鋼液在鋼錠模內凝固過程中,因為固體鋼中消融的氧很低,氧在鋼液內逐漸富集,高出碳氧均衡值的過剩氧將與碳繼續發生反映,生成CO氣體,使鋼錠內部發生氣泡,嚴重時會發生“冒漲”現象。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,擴散脫氧和真空脫氧。
  沉淀脫氧向鋼液中插足對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,其倒數稱為脫氧常數,值越小,則該元素的脫氧能力越強。各元素的脫氧常數見表[各元素的脫氧反映及脫氧常數]。各元素脫氧能力由強到弱的按次是:鈰、鋯、鋁、鈦、硼、硅、碳、釩、錳、鉻。出產中多采用比力廉價的錳、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。
  沉淀脫氧產品如不實時破除,就會成為固態鋼中的非金屬同化物,影響鋼的質量。脫氧產品的密度(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);為脫氧產品的半徑(厘米);[160-100]、[160-101]分辨為鋼液和脫氧產品的密度(克/厘米)。由(2)式可知,半徑增大,上浮速度明明增大。假如采用“復合脫氧劑”如Si-Mn、Si-Ca、Si-Mn-Al、Mn-Si-Ca等來脫氧,脫氧產品將是這些元素氧化物的夾雜體,其熔點比單一元素氧化物的熔點更低,易于聚合成大顆粒,可更快地上浮破除。在出產上已經采用這些復合脫氧劑。
  70年月以來成長的用噴槍過程載氣(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)。吹入的鈣(沸點約1484)在煉鋼溫度下釀成氣泡上升,在氣泡-鋼液界面上亦發生脫氧反映。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,鋼液中的氧會按下列反映進入渣中:
  [160-03]這稱為擴散脫氧。要使擴散脫氧不息進行,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、硅鈣粉等強脫氧劑)使渣中連結很低的[kg2]FeO[kg2]含量。擴散脫氧的產品不沾污鋼液,因而是冶煉優質鋼中較好的脫氧方式。其錯誤是反映速度慢,需時候較長,致使爐襯受高溫爐渣侵蝕較嚴重。
  以上兩種脫氧方式各有利弊,為充實闡揚它們各自的長處,還普遍采用沉淀與擴散綜合脫氧。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。當稀薄渣形成后,再用擴散脫氧。在擴散脫氧時代,沉淀脫氧產品有充實時候上浮,最后在還原期末再插鋁脫氧。如許既可提高鋼的質量,又縮短了冶煉時候。
  真空脫氧是在低壓下使鋼液中碳氧反映加倍完全而進行的脫氧反映:
  [161-01]溫度必然時,在真空下,降低,則[%C][%O]積亦降低,碳的脫氧能力加強。真空脫氧現實上是低壓下用鋼液中含有的碳脫氧。其長處是:脫氧產品是氣體,不會形成非金屬同化物,CO氣泡上浮,攪拌熔池,有利于去氮去氫。在常壓下不及再進行碳氧反映的鋼水,在真空下則可繼續進行碳氧反映,使氧削減到更低的數值,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,是因為氬氣泡中CO分壓極低,促使碳氧反映進行得更完全,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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