感应炉炼钢过程中氧的变更规律.doc

感应炉炼钢过程中氧的变化规律 ****** 摘要：本实验采用高频感应炉进行炼钢，并以纯铁、石墨、80%锰铁、75%硅铁 为金属炉料，通过测氧探头观察实验过程中钢中氧含量的变化情况，进而分析添 加元素的脱氧能力。导出在炼钢过程中添加元素的合理安排。 关键词：感应炉；炼钢；氧含量 一、前言 感应电炉是目前对金属材料加热效率最高、速度最快，低耗节能环保型的感应加热设备。其是利用高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜管制作），由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反的方向，便会产生相对应的很大涡电流。由于被加热物体内存在着电阻，所以会产生很多的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目的。 氧在钢铁生产总扮演着双重角色。一方面，向钢中的供氧速度决定了炼钢生产率、钢中杂质元素被氧化合而得以去除，碳氧反应的产物以气泡形式从钢中上浮而带钢中的氮、氢等有害气体。另一方面，成品钢液中氧含量过高时会给钢锭或钢坯带来各种缺陷，钢中残留的氧（大部分以夹杂物的形态存在）会对钢的性能带来很大的影响。所以，研究炼钢过程中氧的变化规律具有十分重要的意义。 二、 测定钢中氧的原理 ZrO2可以和一些二阶或三阶金属氧化物形成置换型固溶体，这些二阶和三阶正离子取代四阶锆离子后，为了维持其电中性，将会产生相应的氧离子空位。一个钙离子或一个镁离子的加入可形成一个氧离子空位。氧离子通过这些空位可以进行快速扩散迁移，形成离子导电的高温固体电解质材料。 在高温条件下，钢水和氧化锆管接触的界面处，钢中氧和固体电解质总氧离子及氧离子空位（Vo）发生以下电子反应： O+Vo+2e=O2- 在参比电极（以Cr+Cr2O3为例）和氧化锆的接触界面处，发生以下电极反应： O2-+23Cr=13Cr2O3+Vo+2e 总的电池反应为： 23Cr+[O]=13Cr2O3 上述反应的标准自由能变化为：?G=-53050+16.65T 从能斯特公式?G=-nEF 可以得出电池电动势与氧含量的关系为： lgaO=3.64-1.598-10.08ET 其中：aO——氧活度； E ——氧电势（mV）； T ——温度（K） 固体电解质浓差电势测氧探头的结构： 半电池与热电偶被固定在一根铁管内，后者同时作为电池的回路极。半电池和热电偶通过铜棒引至塑料接插件。铁管外包防溅砂套和保护纸管。半电池和热电偶外用挡渣铁帽保护。测氧探头一次性使用。 三、实验装置和材料 高频感应炉，测氧探头， 30kg纯铁，200g石墨，0.62kg锰铁（w(Mn)=80%），0.625kg硅铁（W(Si)=75%），和50gAl。 渣样：萤石(420g，10%) ；石灰石(450g，75%)；耐火砖(150g，25%) 四、实验过程： 测温测氧，取钢样 = 5 \* GB3 ⑤熔炼结束W(Mn)=80%加0.62kg锰铁测温定氧，取钢样 = 2 \* GB3 ②造渣 测温测氧，取钢样 = 5 \* GB3 ⑤ 熔炼结束 W(Mn)=80% 加0.62kg锰铁 测温定氧，取钢样 = 2 \* GB3 ② 造渣 30kg纯Fe+200g石墨 熔化 熔渣 测温定氧，取钢样 = 1 \* GB3 ① 测温定氧，取钢样 = 3 \* GB3 ③ 加Si后 测温定氧，取钢样 = 4 \* GB3 ④ 装料 造渣后 加Mn后 萤石：60g，10% 石灰石：450g，75% 耐火砖：150g，25% 加0.625kg硅铁 W(Si)=75% 加Al 50g 五、实验结果 通过测氧探头测定5次不同温度下钢中氧的活度及电势，得表一。 表一： T/℃ a[O]/ppm E(o)/mV 钢样 = 1 \* GB3 ① 1632 79.8 50.1 钢样 = 2 \* GB3 ② 1620 58.6 30.9 钢样 = 3 \* GB3 ③ 1568 21.7 -13.5 钢样 = 4 \* GB3 ④ 1577 7.8 -93.1 钢样 = 5 \* GB3 ⑤ 1576 1.5 -212.6 六、结果分析 从表一中可以得出，加入锰铁、硅铁以及铝后，钢液中的氧的含量都下降了，尤其是在加入铝 后，氧的活度及电势下降的倍数很大。说明锰、硅以及铝都具有脱氧能力，且铝的脱氧能力要比锰、硅更强。 七、实验补充 炼钢过程中的化学反应是多项反应，要了解钢中氧含量的变化，必须研究钢渣间的氧平衡问题。渣中的氧与氧的活度系数有关，氧的活度系数与温度、碱度和渣中FeO 的含量有关。钢渣间扩散氧平衡值的计算： 平衡常数：L = [O] / a(FeO) 式中L 与温度的关系：logL = －6 400/T