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1、,6.7脱氧和非金属夹杂物 6.7.3 脱氧反应的热力学,在钢的精炼或出钢浇注过程中，减少钢中含氧量的操作叫做脱氧。,6.7.3.1氧在铁中的行为,氧对铁有较强的亲合力，氧与铁可生成三种氧化物，Fe3O4，Fe2O3和浮氏体FeO 。氧在铁中的溶解度不高。 氧在固体铁中的溶解度很小，因此凝固结晶过程氧将析出。固体铁中存在氧则将引起晶格歪曲，使铁的力学、磁学和其他性能发生变化。,6.7.3.2脱氧的任务和脱氧能力的测定,1.脱氧的任务（1）把钢中氧含量降低到所需要水平，以保证凝固时得到正常的表面和不同结构类型的钢坯。（2）使成品钢中非金属夹杂物含量减少，分布合适，形态适宜以保证钢的各项性能（3）
2、得到细晶粒结构。,2.元素脱氧能力的测定方法 钢液中元素脱氧反应式一般为xM+yO=MxOy式中M为脱氧元素，此反应的平衡常数KM为叫做脱氧常数，用以判断元素的脱氧能力。 元素的脱氧能力是指在一定温度下与一定浓度的脱氧元素M相平衡的氧含量的高低。平衡的氧含量高则谓之脱氧能力弱，平衡氧含量低则谓之脱氧能力强。,6.7.3.3单独元素的脱氧,1.单独元素的脱氧能力及其顺序 在1600元素含量为0.1时，各种元素的脱氧能力顺序为：Al、Ti、B、Si、C、V、Cr、Mn依次减小。 2.元素脱氧能力与温度的关系 随着温度下降，平衡发生移动，使脱氧反应不断进行 。,6.7.3.4复合脱氧剂的脱氧,用硅锰
3、同时脱氧可以降低二氧化硅的活度，而得到更低的残余溶解氧量，脱氧更完全。 锰同样能提高铝的脱氧能力。 复合脱氧剂与单独脱氧元素脱氧相比可以达到较好的脱氧效果，因为：1)脱氧元素共同存在于钢液中，脱氧能力有较大的提高；2)脱氧产物是熔融的，并能促进高熔点氧化物熔化，有利于从钢液中排除出去；3)能使容易挥发的钙、镁在钢中的溶解度增加；4)能使夹杂物形态和组成发生变化，有利于改善钢的性能。,6.7.3.5脱氧元素与钢中氮的反应,铝和氮的结合能力较大，在脱氧良好情况下可以生成氮化物。铝是控制晶粒度大小最常用的元素。,6.7.3.6 熔渣脱氧,熔渣对钢液具有氧化性或还原性可由下列反应决定：（FeO）=O十
4、Fe（l） 当G0时，反应向右进行，熔渣中氧将向钢液中转移，即熔渣对钢液具有氧化性。显然脱氧后钢液在这种渣下保持时，钢液中氧含量将逐渐回升。而在G 0时，反应向左进行，钢液与这种熔渣接触时，钢液中的氧因向熔渣转移而下降，即熔渣对钢液具有脱氧能力。在一定温度下KO为一常数，所以熔渣的脱氧能力决定于熔渣氧化铁的活度，即熔渣的氧化铁活度越低，其脱氧能力越强。 可见，只要降低（FeO），则O也相应降低，这称为扩散脱氧。,6.7.4脱氧的动力学,整个脱氧过程由四个步骤组成： 1）脱氧剂的溶解和均匀化；2）新相生成反应的脱氧产物的生核；3）脱氧产物的长大；4）脱氧产物的去除。,6.7.4.1脱氧剂的溶解和
5、均匀化,脱氧剂的溶解和均匀化需要占用一定时间，它决定于钢液流动条件或涡流搅拌程度。随着现代钢包冶金技术的发展，由于强化搅拌，为脱氧剂的溶解和均匀化创造了良好条件。一般这个步骤不会构成限制性环节 。,6.7.4.2脱氧产物的生核,实际脱氧过程中由于钢液中已经存在许多异相物质，它们可以作为析出脱氧产物的核心，即非均质形核。这样在更低的过饱和度时就可以析出脱氧产物。作为异相核心的物质有很多，如耐火材料砌筑的器壁；加入的铁合金中含有的氧化物；在局部高浓度区均质形核产生的氧化物颗粒，被钢液带到低浓度区作为异相核心。所以形核不可能成为脱氧速率的控制环节。,6.7.4.3脱氧产物的长大,临界尺寸的晶核生成以
6、后，它的长大就具有分子特征。其聚合长大机理有以下几种形式： 1.扩散长大; 2.由于布朗运动碰撞凝集长大 ; 3.由于上浮速度差而碰撞凝集长大; 4.由于钢液运动而碰撞凝集长大 ;,6.7.4.4脱氧产物的去除,脱氧的重要任务之一是尽可能多地去除脱氧产物，以得到清洁的钢。钢液中的夹杂物，或者依靠质点相对于介质的运动，或者依靠金属液的对流，而转移到金属-熔渣及金属-炉衬的相界面上。,1.关于斯托克斯定律的适用性 要求符合以下条件： （1）颗粒为球形； （2）颗粒和流体的相对速度较低，即雷诺数在2以下； （3）颗粒与流体分子之间没有滑移。 2.夹杂上浮和界面张力的关系 夹杂物与钢液间的界面张力大，
7、夹杂物容易上浮。,3.熔渣的影响 钢渣界面脱氧时，除元素的脱氧能力升高外，由于熔渣作为现成表面的存在，脱氧产物生核条件优越而无需很大的过饱和度，同时渣洗冲混扩大了界面积和元素的传质而加快了脱氧速率。 4.搅拌的影响 对钢液给予搅拌的目的在于使钢液运动促使夹杂物的聚集与上浮。 夹杂物的去除要依靠熔渣和衬壁材料的吸收，加强渣钢界面处和包壁处的搅拌有利于夹杂物的吸收。,6.7.6脱氧与合金化,在炼钢实践中脱氧与合金化一般几乎同时进行。加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧转化为脱氧产物排出钢液，多余部分则为钢液吸收起合金化作用；在冶炼高合金钢时，合金化是添加合金剂操作的主要目的 。,为使合金化元素氧化
8、损失少，收得率高，应根据合金元素对氧的亲合力决定合金化对钢液的脱氧要求。Ni、Cu、Mo、Co等元素与氧的亲合力低，可随炉料一起加入或在冶炼过程加入；而Mn、Cr、Si、Ti、V、A1等与氧的亲合力较强或很强，都是在出炉前加入（或加在钢包中）或加到已经充分脱氧的钢中。,合金化工艺,为了保证获得最佳的合金化过程，对于用量大的合金则以块状形式加入，如锰铁、硅铁、铬铁和镍等。在出钢过程加到钢包中的铁合金必须粒化成使其在出炉钢流的冲击下能够溶解于钢液。利用惰性气作载气，将合金粉剂直接喷射到钢液内部，避免粉剂与空气或熔渣接触，扩大反应界面积，从而加速传质过程，提高元素收得率。将合金粉剂制成包芯线可以直接喂入钢包、中间包或连铸结晶器中。,
