重庆大学-冶金原理-第七章ppt.ppt

用控制温度及体系压力的方法，控制金属熔体中元素的氧化，达到保留某些元素或者氧化富集某些元素的目的，这种方法称为选择性氧化。 6 吸气及脱气反应 （见炉外精炼课程） 钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易造成钢的许多缺陷。钢中气体主要是指氢与氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。 氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和CO、N2等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。 氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆，这一现象称为“老化”或“时效” 脱氧反应 7 吹炼 出钢 使[O]实降低到[O]C之下一定程度，使钢液在浇注及凝固过程中[C]+[O]=CO不再进行或有限进行，保证钢锭或连铸坯组织及结构的紧密 结晶时，晶界上不形成FeO-FeS共熔体，避免热脆。 脱氧反应 脱氧的方式 7 沉淀脱氧 扩散脱氧 真空脱氧 铁液元素氧化的氧势图 脱氧反应 7.2 沉淀脱氧 7.2.1 方法及原理 将MnFe、SiFe、Al等加入钢水中，生成在钢中不溶解的氧化物，上浮至渣中，从而达到脱氧的目的。 7 7.2.2 脱氧常数 脱氧常数 （1）图中曲线位置愈低的元素，脱氧产物愈稳定，而该元素的脱氧能力愈强，与相同量的各元素平衡的氧浓度就愈低，或为了达到同样的氧浓度，强脱氧元素的平衡浓度就愈低。 （2）脱氧产物的组成与温度及脱氧元素的平衡浓度有关 。 （3）脱氧反应是强放热的，随着温度的降低，脱氧入素的脱氧能力增强，所以在钢液冷却及凝固过程中，就不断有脱氧反应继续进行。 lg[%O] [%M] 1600℃钢液中元素的脱氧平衡曲线 Dissolved [O] and [Al] of steel in equilibrium with solidAl2O3at 1873 K(1600 ℃) Shengping He,?Gujun Chen, et al. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015,46(2):585-594 Mn的脱氧 lg[%O] [%M] 1600℃钢液中元素的脱氧平衡曲线 Mn的脱氧 Mn的脱氧 钢液中氧含量和锰含量的关系 Si的脱氧 lg[%O] [%M] 1600℃钢液中元素的脱氧平衡曲线 Si的脱氧 [Si]-[O]平衡图 Al的脱氧 Al Mn Si 影响LSi的因素： ●温度 强放热反应,出现回硅现象。 ●熔渣组成 Si 2.3 Cr 铬是不锈钢中最基本的合金元素，其含量一般均在12%以上。它的主要作用是提高钢的耐蚀性。在氧化性介质中，有使钢表面形成一层牢固而致密的铬的氧化物，使钢受到保护。铬溶于钢中能显著提高钢的电极电位，降低了因电极电位不同形成的电化学腐蚀。 2.3 Cr 铬氧化形成氧化铬的组成与铬含量有关。 2.3 Cr 铬氧化形成氧化铬的组成与铬含量有关。 酸性条件下 碱性条件下 2.3 Cr 铁液元素氧化的氧势图 2.3.1 炼钢熔池中元素的选择性氧化 选择性氧化的定义 注意点： ●目的：保留、富集 ●方法：控制温度、压力，熔体组元活度 ★ 2.3.2 以去碳保铬分析选择性氧化的温度条件 ●标准状态下选择性氧化转换(化)温度的计算 ———————————— 共轭反应 已知条件： ● 非标准态下选择性氧化的转换温度的计算 ———————————— ★ 计算要点：金属熔池中元素活度的计算 ●转换(化)温度与反应各物质的化学计量数无关 ●转换(化)温度与钢液元素氧化的方式无关 例：吹氧 元素的氧化反应是吹氧进行，共轭反应不变，转换温度不变。但是，元素氧化反应的热效应不一样，反应速度不同。 ●选择性氧化转换(化)温度T转的注意事项 ———————— ●当形成的氧化物溶解于熔渣时， 需要计算熔渣中氧化物的活度。 计算要点： ▲反应的标准吉布斯自由能计算 ▲金属熔池中元素活度的计算 ▲熔渣中组元活度的计算 2.3.3 选择性氧化的压力条件的计算 温度T一定时(通常是冶炼所能达到的温度条件) ， 可以计算出所需要的压力条件，即CO的分压：PCO 计算要点： ▲反应的标准吉布斯自由能计算 ▲金属熔池中元素活度的计算 ▲熔渣中组元活度的计算 例题 例题 PCO=? [%Ni]=0 [%Ni]=10 2.3.4 选择性氧化在冶金中的应用 ●去碳保铬（Cr） ●去碳保锰(Mn) ●去钒（V）保碳（铁水提钒） ●去(Nb)保碳 2.4 V 2.5 Nb 脱碳反应 3.1 碳氧化反应对炼钢的作用 ●强烈的搅拌作用能扩大渣金反应面积、促进热量及物质传递、均匀成分和温度， ●去除[H]、[N]有害气体。 ●选择性氧化 3.2 碳氧化的反应及碳氧积