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第9讲合金元素的氧化及脱氧
9元素的氧化及脱氧反应
炼钢工艺过程的本质就是合金元素在高温下的氧化和还原的过程,大多数的金属元素在氧化气氛下都会发生不同程度的氧化,而炼钢结束时就要将合金元素尽可能地回收,并将钢液调整为需要的成分。
在上一讲中,已经详细地介绍了碳、硅、锰的氧化反应,这里将重点介绍一些不锈钢中常用金属元素的氧化反应及其产物。
9.1合金元素的氧化
9.1.1铬的氧化
铬是一种极其重要的合金元素,许多合金钢如GCr15(轴承钢)、Wl8Cr4V(高速钢)、10Crl8Ni9Ti
(不锈钢)中都含有一定量的铬。
因此,利用含铬废钢炼钢时应注意如何防止铬被氧化和最终回收铬;而利用含铬钢水吹炼时则应尽量避免其氧化以提高铬的回收率,以降低不锈钢的生产成本。
(1)铬的性质
在1600℃钢液中铬的溶解度是58%,并可与铁形成近似的理想溶液。
铬与氧的亲和力和锰与氧的亲和力相当,炼钢过程中会被大量氧化,氧化的产物主要有CrO、Cr2O3、Cr3O4三种。
酸性渣下铬被氧化成显碱性的CrO,并可与渣中的SiO2生成CrO·SiO2;在碱性渣下主要被氧化成显中性的Cr2O3,并可与渣中的二价碱性氧化物生成MeO·Cr2O3尖晶石型的铬酸盐;Cr3O4则可以看成是CrO·Cr2O3。
铬的氧化物在熔渣中的溶解度均不大,一般不超过10%,加之它们的熔点都很高,如Cr2O3的熔点为2275℃,所以冶炼中只要有少量的铬氧化就会有固态铬的氧化物析出,使钢及渣的黏度急剧上升。
而析出物的组成,一般认为与钢液的含铬量有关,随w[Cr]的增加,析出物中Cr2O3所占的比例增大,按熔池中铬的含量不同,铬氧化反应的热力学数据随铬含量的变化而不同,如当>9%时:
2[Cr]+4[O]+[Fe]=FeO·Cr2O3
=-1022700+438.8T(9-1)
(9-2)
(2)铬的氧化反应及其影响因素
A铬的氧化反应
在含有SiO2、FeO、MnO的酸性渣中,金属铬可进行如下一些反应:
[Cr]+(FeO)=(CrO)+[Fe](9-3)
[Cr]+(MnO)=(CrO)+[Mn](9-4)
2[Cr]+(SiO2)=2(CrO)+[Si](9-5)
在碱性渣下,铬的氧化反应则主要是:
2[Cr]+3(FeO)=(Cr2O3)+3[Fe](9-6)
2[Cr]+3[O]=Cr2O3(9-7)
2[Cr]+4[0]+[Fe]=(FeO·Cr2O3)(9-8)
B影响铬氧化的因素
无论在何种熔渣中,增加渣中的w(FeO),均有利于铬的氧化,而且随着熔渣中w(FeO)含量的增加,w(∑Cr)/w[Cr]几乎直线增大。
当有硅、锰存在时,因它们与氧的亲和力大于铬与氧的亲和力,可抑制铬的氧化,即随着w[Si]、w[Mn]含量的增加,w(∑Cr)/w[Cr]急剧降低。
铬的氧化是放热反应,因此提高温度可抑制铬的氧化。
不同的渣系下铬的氧化产物不同,Kcr的表达式也就不同:
酸性渣下:
Kcr=w(CaO)/w[Cr]·w(FeO)(9-9)
碱性渣下:
Kcr=w(Cr2O3)/w[Cr]2·(FeO)3(9-10)
因此,碱度的变化必然会影响铬的氧化,随碱度增加铬的的氧化会急剧降低,而当B<l或B>2时,Kcr基本不随其变化。
这是因为B在1-2之间增大时,铬的氧化产物发生了由(CrO)向(Cr2O3)的转变,且铬的氧化产物在酸性渣中的活度低,使铬的氧化程度较高。
(3)铬与碳的选择氧化
在含铬、碳的金属熔池中,铬和碳的氧化关系是一个重要的实际问题。
在冶炼不锈钢时;希望碳优先氧化即脱碳保铬,以提高铬的回收率;而在吹炼含铬生铁时,则希望脱铬保碳,使脱铬后的半钢含w[C]量保持在3.2%以上,以便继续冶炼成钢,“脱铬保碳”和“脱碳保铬”的关键是温度控制。
在高于1322℃的温度条件下吹氧时钢中的碳将优先氧化。
实际生产中,不锈钢钢液的含w[Cr]量通常在10%以上,而钢中的w[C]量都低于1%,甚至低于0.1%。
因此,即使熔池温度在1600℃以上,吹氧脱碳时也不可避免地要有部分铬烧损,具体的碳、铬氧化转换温度应该运用公式(36)的等温方程式来计算:
(9-11)
在高铬钢液吹氧脱碳时,
=1,pCO=101325Pa,如将钢中铬和碳的活度近似地用它们的浓度代替,通过实验可得:
1gw[Cr]/w[C]=-13800/T+8.76(9-12)
根据式37公式可以算出不同温度下钢中碳和铬的定量关系。
如图9-1所示,钢中铬含量一定时,碳含量随温度的提高而降低。
由图1可知,在1600℃、w[C]=0.10%时,含w[Cr]最多只能达到2%左右,这满足不了冶炼不锈钢的要求。
当把温度提高到1770℃时,w[C]=0.10%平衡的w[Cr]=10%;当把温度提高到1800℃时,w[C]=0.10%平衡的w[Cr]=18%。
因此在冶炼一般不锈钢时必须在高温下吹氧脱碳,以达到脱碳保铬的目的。
应指出的是,冶炼超低碳不锈钢时需要把w[C]降低到0.10%以下,这时仅仅靠提高温度不能保证铬的回收,还要降低pCO才有可能,这就是VOD炉真空吹氧脱碳和AOD炉氩氧混吹脱碳冶炼超低碳不锈钢的理论依据。
9.1.2钒的氧化
同铬一样,钒也是许多合金钢如Wl8Cr4V等不可缺少的重要合金元素。
另外钒还在摄影及原子能工业等方面具有重要用途。
自然界的钒主要以V2O5的形式伴生于铁矿石中,一般的钒铁矿w(V2O5)=0.2%~1.4%;用钒铁矿炼铁时,可使75%~80%的V2O5还原,得到w(V)0.4%~0.6%的生铁,因此,利用含钒铁水炼钢时首先要进行提钒吹炼。
钒与氧的亲和力介于硅、锰之间,在吹炼初期的低温下,铁水中钒的80%-90%被氧化成V2O3进入炉渣。
我国西南地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿,现已大量开采使用。
在使用由钒钛磁
图9-1在不同的脱碳温度下钢中含铬量和含碳量的关系
铁矿炼成的含钒铁水炼钢时,一方面要把生铁中的钒大量地氧化掉以便得到高品位的钒渣;另一方面又要保住碳不被大量氧化,以便留作半钢冶炼的热源。
也就是说用含钒铁水炼钢时遇到的是脱钒保碳问题,为此应该求出钒和碳的氧化转化温度。
钒和碳的直接氧化反应为:
4/3[V]+[O2]=2/3(V2O3)
-186400+50.53T(9-13)
2[C]+[O2]=2[CO]
-66600-20.32T(9-14)
令
则有:
-186400+50.53T=-66600-20.32T转=1690K(1417℃)(9-15)
同理,更精确的T转,可根据钢水成分运用等温一般情况下提钒温度控制在1420℃以下。
图9-2钒在渣和金属中的分配
1-同炉单渣法低碱度操作
2-双联法酸性渣操作
研究表明,在提钒温度下,钒在钢-渣间的分配系数w(V)/w[V]与w(TFe)/wSiO2)呈线性关系,如图9-2所示。
为此,为了使生铁中钒尽量地氧化进入渣中,就必须在提钒过程中使渣保持高的氧化性。
提钒过程中w(FeO)一般控制在30%以上。
但若终渣的w(FeO)含量过高,会使渣中w(V2O3)的含量相对降低,同时不仅铁耗增大,而且还会使V2O3)从渣中分离的难度加大。
因此,提钒结束时应向渣中加适量炭粉进行还原。
生产中发现,熔渣碱度与钒的氧化也有一定关系,在提钒温度内,当渣中w(TFe)/w(SiO2)一定时,w(V)/w[V]随碱度的提高而有所增加。
例如,某厂采用同炉单渣法吹炼,在碳的氧化率相同的条件下,当碱度由B≤l.0提高到B≥2.0时,钒的
氧化率提高约30%。
9.1.3钨的的氧化
钨是一种弱还原剂,它比铁容易氧化。
在炼钢的氧化过程中,当(FeO)的含量很高时,钨的氧化烧损也很严重。
反应式如下:
[W]+3(FeO)=(WO3)+3[Fe](9-16)
3[W]+5(FeO)=(W2O5)+5[Fe](9-17)
[W]+2(FeO)=(WO2)+2[Fe](9-18)
其中,WO3为酸性氧化物,除有一部分能被还原外,当熔渣中碱度达到足够高时,则可能发生下述反应:
(WO3)+(CaO)=(CaWO4)(9-19)
因此,相对比较而言,酸性渣条件下熔炼时钨几乎不受损失,而碱性渣熔炼时损失较大。
然而钨的熔点高,密度大,易沉积炉底,如果[FeO]的含量不高时,钨的氧化损失也是有限的,这样就为利用装入法或返吹法冶炼高钨钢提供了可能。
9.1.4钼、镍、钴、铜的氧化
钼对氧的亲和力几乎与铁一样,在电炉的冶炼过程申,如含量不高,它的氧化损失很微小,一般可忽略不计。
但在冶炼高钼钢(Mo>4%以上)时,氧化损失必须予以考虑,这是因为钼的氧化与氧化程度是随钢中钼含量的增加而增加,即钼的氧化损失与钼在钢液中的浓度有关。
Ni、Co、Cu对氧的亲和力比铁小很多,在炼钢条件下一般不会被氧化,但Ni有时也有损失,那是在高温区挥发的结果。
但是,必须注意的是:
通过炼钢过程的氧化方式,一些低熔点的金属,如砷(As)、锑(Sb)、锡(Sn)等元素在氧化期一般是很难去除的,因此必须控制废钢中这些元素的含量。
9.2脱氧的目的和任务
前已述及,现代炼钢方法都是通过吹氧和加矿石的方式先进行氧化初炼,以去除钢中的碳、磷、硫等杂质元素。
随着吹炼的进行,钢中的碳含量不断下降而氧含量逐渐增加,以至于钢液中的氧含量大大超过了成品钢的允许值。
因此,氧化初炼结束后,应设法减少钢液中的氧含量,这种减少钢液中含氧量的工艺操作叫作脱氧。
9.2.1氧对钢质量的影响
炼钢过程的实际上就是用各种不同来源的氧来氧化炉料中的杂质元素。
随着冶炼的进行,钢液中的杂质元素被不断降低,在氧化结束时,金属溶液中的含氧量已高于成品钢所允许的范围。
过量的氧对钢的质量有许多不利的影响,已知氧对钢质量的影响主要有以下几个方面:
(1)对铸坯质量的影响。
由于氧在钢液中的溶解度随温度的下降而降低(如图9-3所示),因而对镇静钢来说,随铸坯温度的下降,所溶解的氧将会不断析出而产生皮下气泡、疏松及氧化物夹杂;对沸腾钢,由于铸坯冷凝过程中CO反应过于激烈,无法获得结构良好的沸图9-3氧在钢液中的溶解度与温度的关系
腾钢钢锭;至于对氧含量控制更为严格的半镇静钢,其质量就更不能保证。
(2)降低钢的力学、电磁和抗腐蚀性能。
钢液中的含氧量,在1600℃时,远高于铸坯中的氧含量,这就使钢液中的氧随着冷凝过程的进行而不断形成氧化物夹杂逐渐析出,这些夹杂物的存在,割裂了钢的连续性,使钢的塑性、冲击韧性和其它力学性能降低。
此外,也会使电器用钢的磁导率急剧下降,磁滞损失明显上升,恶化了变压器用钢的电磁性能等。
(3)加剧钢的热脆现象。
氧还会使钢中硫的危害作用加剧,由于FeO与FeS可以形成低熔点的共晶(共晶点温度900℃)分布于晶界,在热加工时产生热脆现象,使钢容易出现沿晶断裂。
(4)降低合金元素的收得率。
几乎所有的合金元素(除钴、镍、铜外)与氧的亲和力都比氧与铁的亲和力大,当进行合金化操作时,钢液中的氧首先与合金元素反应,使钢液中合金元素的收得率降低,从而增加钢的生产成本,且使钢达不到所需的性能。
因此,所有的钢种都必须进行终脱氧,而脱氧进行得好坏,是决定钢质量的关键因素。
9.2.2脱氧的目的
简单的说,脱氧的目的就是脱除钢液中多余的氧,以保证钢的内在质量。
通常,镇静钢允许氧含量不大于0·002%~0·007%,沸腾钢约为0·01%~0·045刀,半镇静钢约为0·005肠~0·02乃。
脱氧的目的是把氧含量脱涂到钢种要求范围,排除脱氧产物和减少钢中非金属夹杂数量,以及改善钢中非金属夹杂的分布和形态;此外,还要考虑细化钢的晶粒。
在吹炼过程中,由于钢中同时存在着碳氧平衡和铁氧平衡,在一定温度下,钢中实际氧含量大于碳氧平衡计算值(其差值w(&[0])二w[0]实际一w[0]平衡,称为钢水的氧化性),小于铁氧平衡计算值。
当终点碳含量小于0·10%时,钢中氧含量为0·035%~0·069%;当碳含量为0·14肠~0·30%时,钢中氧含量为0·017%~0·054肠。
常炼的钢种Q235B和l6Mn的终点氧含量一般为0·02%~0·03%。
氧含量超过限度,会影响铸坯(锭)质量,降低钢的力学、电磁和抗腐蚀等性能,加剧钢的"热脆"。
生产实践证明,氧含量过高的钢水,不进行脱氧就不能得到合格的铸坯(锭)。
为了浇成合格的铸坯(锭),轧成性能良好的钢材,到达终点后钢水必须脱氧,并且还要根据钢种规格要求调整成分,同时进行脱氧和合金化。
脱氧合金化是钢冶炼过程的最后一项操作,也是炼好一炉钢的成败关键之一,如果操作不当造成废品,则前功尽弃。
A脱氧前钢液的含氧量
按照熔渣结构的离子理论,氧是按照如下方式进入金属的:
(Fe2+)+(O2-)=[Fe]+[O](9-20)
氧原子分布在铁原子之间,氧原子和铁原子之间具有一定的引力,一般认为它是以FeO的形式溶于金属之中。
实验发现,温度在1519~1700℃的范围内,氧在铁中的溶解度与温度间接近于直线的关系,而且随温度的上升而增大,如图3所示。
根据启普曼测得在纯氧化铁渣下的经验公式,氧在钢液中的饱和含量可按下式计算:
(9-21)
当温度为1600℃时,
=0.230。
这与图3显示的数据基本吻合。
在向金属中直接吹氧时,还会发生如下过程:
[O2]=[O]
=-6.94-0.0024kJ/mol(9-22)
在炼钢过程中,钢液并非与纯FeO渣相接触,同时氧的溶解过程也没有达到平衡,所以在相同温度下,钢液中的实际氧含量总是低于上述计算值。
研究发现,钢液的实际含氧量主要取决于钢液的含碳量,其次是熔渣中的w(FeO)含量和温度。
转炉钢液的实测值为:
w[C]=0.1%时,w[O]=0.035%~0.069%;w[C]=0.2%时,w[O]=0.02%~0.03%。
B固态钢中氧的溶解度
氧在固态钢中的溶解度极低,如氧在Cr-Fe合金中的溶解度仅为0.003%。
C钢中富余氧的行为
钢液凝固时,由于温度下降及其引起的碳、氧的溶解度下降和选择结晶,致使钢液中的碳-氧反应[C]+[O]=[CO]得以进行,CO气泡的出现会使铸坯的结构不致密,对于镇静钢来说这是不允许的。
钢液凝固后期,富余的氧将会与周围的其它元素结合,形成氧化物析出成为夹杂物,从而恶化钢的力学性能,其中的FeO会加剧硫的热脆危害。
因此,氧化精炼结束后必须进行脱氧操作,而且脱氧操作进行得好坏,将决定钢质量的高低。
9.2.3脱氧的基本任务
脱氧的基本任务主要有以下三个:
(1)按钢种要求脱除多余的氧
脱氧的首要任务是按钢种要求脱除多余的氧。
根据脱氧程度的不同,钢可以分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢三类。
镇静钢钢液要求含氧量w[O]在0.004%~0.007%之间,即越低越好,以保证浇注中基本不发生碳氧反应,故又称完全脱氧的钢,凝固后钢中的夹杂也少。
为此,生产中须加大量强脱氧剂。
镇静钢的特点是:
平静结晶、结构致密、力学性能好,但成本相对较高。
沸腾钢钢液要求含氧量w[O]在0.035%~0.045%之间,故又称不完全脱氧的钢。
凝固初期发生碳氧反应以获得致密的外壳;后期进行封顶操作留部分气体弥补钢液凝固时的收缩,以提高成材率。
生产沸腾钢时,只需加少量弱脱氧剂。
沸腾钢的特点是:
成本低,但结构疏松、机械性能相对较差。
半镇静钢一切都介于两者之间,要求钢液含氧量w[O]在0.015%~0.020%之间。
(2)排除脱氧产物
脱氧操作还要保证最大限度地排除钢液中的脱氧产物,否则,钢中的总氧量并没有降低,不过是以另一种氧化物代替了钢液中的FeO,或者说只是把钢中溶解态的氧转换成了化合态的氧。
实际生产中,常采取复合脱氧,注意合金的加入顺序、加强搅拌等措施以促使脱氧产物上浮。
(3)调整钢液成分
在对钢液进行脱氧时,总有一部分脱氧剂未能参与脱氧反应而残留并溶解在钢液中。
因此,生产中尤其是生产碳素钢时,通常是依据合金元素回收率,通过控制合金加入量的方法达到脱氧的同时调整钢液成分硅、锰的目的。
9.3元素的脱氧能力及常用脱氧元素
9.3.1元素的脱氧能力
(1)元素脱氧能力的定义
元素的脱氧能力指的是在一定温度和压力条件下,与一定浓度的脱氧元素平衡存在的钢液中溶解的氧含量。
显然和一定浓度的脱氧元素平衡存在的氧含量越低,该元素的脱氧能力就越强。
若用Me代表任意脱氧元素,则脱氧反应通式为:
[Me]+[O]=MeO,Me的氧化物MeO称为脱氧产物。
(2)各元素的脱氧能力
当脱氧产物MeO以纯态析出时,aMeO=1时,脱氧常数可简写成:
(23)图9-4各种元素的脱氧能力(1600℃)
脱氧常数是用来度量元素的脱氧能力指标,元素的脱氧常数越小,其脱氧能力就越强,脱氧后残存的氧浓度越低。
将式的左右取对数,再以各元素的lgw[O]值对1gw[Me]作图,得出如图9-4所示的元素脱氧能力曲线。
图中直线表明,Fe-Me-O系熔体接近于无限稀溶液,即
O=1,
Me=1;而曲线则表示该熔体对无限稀溶液有较大偏离。
图4表明了如下内容:
①由元素脱氧能力的定义可知,图中直线位置越低,同一脱氧元素w(Me)含量所对应的氧越低,即脱氧能力越强。
在1600℃的温度下,元素w(Me)为0.1%时元素脱氧能力由弱到强的顺序为:
铁、铬、锰、钒、磷、碳、硅、硼、钛、铝。
②由图4可见,随着氧脱氧元素w[Me]的含量增加,与之平衡的w[O]含量下降;但当w[O]的含量增加到一定程度后,与它平衡的w[O]不降低反而上升,如w[Mn]>10%时,该含量即为该元素的临界含量。
出现这种现象的原因一是w(Me)高时,氧的活度系数减小;二是w(Me)高时w[O]低,从而使w(Me)的脱氧能力下降。
另外,脱氧能力越强的元素,其临界含量越低。
③利用图4还可以确定在实际的条件下,使熔池中C-O反应中止所需脱氧元素的浓度。
例如,含有w[C]=0.1%的钢液在1600℃、101325Pa的平衡氧浓度为0.02%,即如果氧的浓度下降到0.02%以下,则C-O的反应停止,沸腾减弱。
由图4可见,要把氧降低到0.02%以下,钢液中应该使w[Al]>0.015%,或者w[Si]>0.08%,或w[Mn]>2.0%。
也就是说,为了达到同样的脱氧程度,元素的脱氧能力越强,所需的浓度就越低。
④由公式23可以看出,脱氧后金属的平衡氧含量(即元素的脱氧能力)还与脱氧反应的平衡常数K有关。
对于不同的脱氧元素K值的差别很大,可以相差达若干个数量级。
对于某一种脱氧元素K值只取决于温度。
由于脱氧过程都是放热的,故K值随温度的降低而增大,即温度降低时,元素的脱氧能力增强。
因此,从脱氧剂加入钢液起到钢液完全凝固为止,总是不断地进行着脱氧过程,使w[O]不断地降低并产生脱氧产物。
⑤图4中各元素的脱氧能力,是在假定脱氧产物以纯固态存在的条件下得出的。
实际上,脱氧产物的形态因脱氧条件不同而异,可能是纯态也可能是复杂化合物,这将会改变元素的脱氧能力。
9.3.2常用的脱氧元素
由脱氧的目的和任务可知,作为脱氧元素应满足以下的一些基本条件:
(1)与氧的亲和力要大。
由于溶解于钢液中氧的周围存在着大量的铁原子,因此,脱氧元素与氧的亲和力起码要大于铁。
此外,为了防止浇注中发生碳-氧反应,产生气泡,冶炼镇静钢时脱氧元素与氧的亲和力还要大于碳。
(2)脱氧产物应不溶于钢液而且密度小、熔点低,有利上浮。
如果脱氧产物能溶于钢液,则钢中的氧仅是换了一种存在形式而已;而较小的密度可增加脱氧产物的上浮动力,有助于其从钢液中排除。
低熔点的脱氧产物在炼钢温度下以液体状态存在,当它们在钢液中相互碰撞时,易于黏聚长大而迅速上浮。
同时使用两种或两种以上脱氧元素,其脱氧产物为复杂化合物,相对的熔点较低。
(3)残留的脱氧元素对钢无害。
在对钢液进行脱氧时,或多或少总会有一部分脱氧元素残留在钢中,这些残留元素应是钢种的组成元素以便脱氧的同时调整成分,而且起码应对钢无害。
(4)价格便宜。
在满足上述条件的前提下,应尽量选用价格较低的脱氧元素,以降低生产的成本。
综合以上要求,目前炼钢生产中最常用的脱氧元素是锰、硅、铝等。
为增加密度,便于使用,常做成各类铁基合金,如Fe-Mn、Fe-Si等。
9.4各元素的单独脱氧和复合脱氧
9.4.1各元素单独脱氧的特点
A锰
锰的脱氧反应为:
[Mn]+[O]=(MnO)
-244.53+0.109TkJ/mo1(9-24)
-5.68(9-25)
锰是一种弱脱氧元素,1600℃时与w[Mn]=0.2%相平衡的钢液的氧含量w[O]高达0.08%。
由24和25两式可知,锰的脱氧反应是一个放热反应,其脱氧能力随温度的升高而下降。
由于其脱氧产物显碱性,所以在酸性渣中它的脱氧能力强。
单独使用锰脱氧时,脱氧产物是A(MnO)·(l-A)(FeO)型的化合物。
而且随着钢液中的含锰量增加,化合物中MnO所占比例逐渐增大。
有关研究指出,钢液中含w[Mn]量为0.5%时,脱氧产物是0.43MnO·0.57FeO;当钢液中的含锰量w[Mn]≥1.8%时,脱氧产物为纯MnO(g),其熔点为1785℃。
含有一定量的FeO时,脱氧产物的熔点较低,有利于其从钢液中上浮而排除。
锰是最常用的脱氧元素,这是因为锰脱氧后残留在钢中的锰可与硫生成高熔点(1620℃)的MnS,减轻硫的热脆危害;锰与硅和铝同时使用时能提高其脱氧能力,且能生成液态产物,易于从钢液中上浮;锰是沸腾钢无可替代的脱氧元素,因其价格较为便宜。
B硅
硅的脱氧反应为:
[Si]+[O]=(SiO2)
-593.84+0.233TkJ/mo1(9-26)
-12.15(9-27)由上式求出不同温度下[Si)和[O]的平衡关系见图9-5。
由图9-5可见,1600℃时与w[Si]=0.2%相平衡的钢液的w[O]含量为0.013%,说明硅的脱氧能力很强,因而常用于镇静钢的脱氧。
由式8、式9可知,由于硅的脱氧产物是酸性的Si02,而且是强放热反应,所以在碱性渣下硅的脱氧能力比酸性渣下要强,且随着温度下降而提高。
单独使用硅脱氧时,当钢液的含w[Si]量由0.06%增加到0.37%,脱氧产物逐渐由液态的2FeO·SiO2(1250℃)变成固态的SiO2(1710℃)。
几乎所有钢的含w[Si]量都超过了0.37%,所以不可单独使用硅进行脱氧。
硅与铝、锰共用时能提高它们脱氧的图9-5[Si]-[O]平衡关系图
能力,且脱氧产物为低熔点的复合化合物,炼钢温度下呈液态,容易上浮而排除。
C铝
铝的脱氧反应为:
2[A1]+3[O]=A1203(g)
1200.82+0.395TkJ/mo1(28)
-20.59(29)
铝是一种极强的脱氧元素,1600℃时与w[Al]=0.2%相平衡的w[O]为0.004%,
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