液态金属的净化与精炼.ppt

第九章 液态金属的净化与精炼 * 为了冶炼纯净度高的低碳钢液，比较有效的方法是在真空下进行脱碳。例如生产中采用真空氩氧脱碳精炼（VOD）法以及真空氩氧脱碳转炉（VODC）法。 C, % 在1700℃和不同的一氧化碳 压力下C-O之间的平衡关系 O,% 第三节 液态金属的脱硫 第九章 液态金属的净化与精炼 * 硫 的 危 害： 凝固时偏析， 在晶界形成 低熔点共晶 Fe＋FeS（熔点为985℃） FeS＋FeO（熔点为940℃） NiS＋Ni（熔点为644℃） 结 晶 裂 纹 沉淀脱硫 熔渣脱硫 第九章 液态金属的净化与精炼 * 沉淀脱硫 第九章 液态金属的净化与精炼 * 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，不溶于液态钢铁的稳定硫化物，上浮进入渣相而进行脱硫的方法。 第九章 液态金属的净化与精炼 * 锰和镁脱硫反应为： [FeS]＋[Mn] ＝(MnS) ＋ [Fe] [Mg] ＋ [S] ＝ (MgS) 由式可以看出，温度升高，平衡常数减小，不利于脱硫。特别是对于镁，升高温度，其脱硫能力急剧下降。 铁水温度相对钢液温度低，且碳、硅含量高，因此硫在铁水中的活度系数比在钢水中大，锰和镁在铁水中的脱硫效果较好。例如在球墨铸铁生产中，作为球化剂的镁有很强的脱硫作用。 钢的熔炼中，只有含氧量极低时，才能用锰和镁脱硫。因氧与Mn、Mg的结合能力远高于S，当锰和镁加入钢液中首先脱氧，锰和镁对钢水几乎无脱硫作用。 熔渣脱硫 第九章 液态金属的净化与精炼 * 熔渣脱硫是目前铸造和焊接冶金中主要的脱硫方法。它是利用熔渣中的 CaO、CaC2、MnO、MgO 等进行脱硫，脱硫的原理与扩散脱氧相似。 液态钢铁中的硫以硫化铁的形态存在，硫化铁能够在熔渣和液态金属中互相转移，当达到动态平衡时，熔渣中的硫化铁的含量与钢铁液中硫化铁含量成一定的比例： LFeS 为硫的分配系数，它也是温度的函数。 第九章 液态金属的净化与精炼 * 脱硫的过程是在熔渣中进行的。例如在白渣冶炼条件下，渣中的氧化钙起脱硫作用： （CaO）＋（FeS）→（CaS）＋（FeO） 随着脱硫过程的进行，熔渣中的硫化铁含量逐渐减少，钢铁液中的硫化铁就会自动地往炉渣中转移： [ FeS ] → ( FeS ) 电石渣脱硫的过程与白渣脱硫过程相似，只是在电石渣下起脱硫作用的不仅有氧化钙，还有碳化钙： 3(FeS)＋(CaC2)＋2(CaO) → 3(CaS)＋3[Fe]＋2CO 通过哪些方法有助于 提高熔渣脱硫效果？ 影响熔渣脱硫过程的主要因素 第九章 液态金属的净化与精炼 * 熔渣的还原性和碱度 ：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。熔渣碱度高有利于脱硫； 粘度： 脱硫需要扩散，低粘度的熔渣有利于脱硫； 温度： 熔渣的脱硫反应都是吸热反应，升高温度有利于脱硫，升高温度的同时也降低了熔渣粘度； 硫的活度： 凡增加硫的活度的因素（如提高铁水的碳、硅含量）都有利于脱硫。 生产中采用的脱硫措施 第九章 液态金属的净化与精炼 * 在脱硫反应中，扩散成为决定整个反应过程快慢的限制性环节。为了进行充分扩散，需要很长的熔炼还原期。钢液的含硫量总是比与熔渣相平衡的计算数值高得多。 为增加熔渣和金属液两相之间的接触时间，常采用炉外脱硫的措施，如在出钢时采取“钢渣混出的”操作方法，出钢后的钢液含硫量比临出钢前可降低30%～50%左右； 铸造中铁液大多采用气动脱硫法，即向铁液中吹氮气，使脱硫剂与铁液充分混合、接触，或脱硫剂随氮气吹入铁液中，以提高脱硫效果。 熔焊工艺中，采用碱性焊条或碱性焊剂在熔池中造碱度较大、氧化性较弱的熔渣，可提高脱硫能力。 第四节 液态金属的脱磷 与铁、镍形成低熔点共晶 如：Fe3P＋Fe（1050℃） Ni3P＋Fe （880℃） 第九章 液态金属的净化与精炼 * Fe2P 或 Fe3P 硬而脆增加材料的冷脆性 冲击韧性降低， 脆性转变温度升高 促使含碳量较高的低合金钢和奥氏体钢产生结晶裂纹 磷在大多数铁基合金中，都认为是有害元素： 铸造与焊接中的脱磷反应 第九章 液态金属的净化与精炼 * 脱磷反应分为两步： 第一步：熔渣中的氧化亚铁将钢液中的磷氧化生成P2O5； 第二步：使之与渣中的碱性氧化