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3.6 脱氧合金化 伊春市西林职业技术学校 吕相敏 一．脱氧前钢中的含氧量 1．脱氧的目的 ⑴ 保证连铸生产顺利进行并获得正确的铸坯凝固组织。 ⑵ 保证铸坯质量。 ⑶ 提高合金收得率 2．影响钢水含氧量的因素 ⑴ 钢中实际[O]含量主要决定于钢液中[C]含量。 　[C]含量高，则[O]含量就低；反之，[C]低则[O]高。它们服从C—O平衡规律。一般终点[O]=400～800ppm，而镇静钢要求脱氧后[O]＜0.005%。 ⑵ 钢水余锰含量的影响 　在[%C]＜0.10%时，[Mn]对[O]的影响比较明显，余[Mn]高时，则钢中[O]含量会降低。 ⑶ 钢水温度的影响 在不同含碳量时显示出不同的特征。[C]含量高时，温度高可以改善脱碳反应的动力学条件，从而提高脱碳反应速度，导致金属氧化性[O]下降；[C]含量低时，脱碳速度减小，高温使氧在钢中溶解度增大，因此，金属氧化性[O]增大。 ⑷ 操作工艺的影响 A．高枪位或低氧压，熔池搅拌弱，将增加钢水[O]含量。 B．当[%C]＜0.15％时，进行补吹操作会增加[O]。 C．拉碳前加矿石或氧化铁皮等调温剂，会使[O]增大。 二．脱氧方法 1．脱氧任务 ⑴ 根据钢种的要求，将钢中氧含量降低到一定程度，以保证钢水在凝固时得到正确的凝固组织结构； ⑵ 最大限度地排除钢中悬浮的脱氧产物，使成品钢中非金属夹杂物含量最少，分布合理，形态适宜，以保证钢的各项性能。 ⑶ 得到细晶粒组织。 2．脱氧元素的脱氧能力及常用的脱氧剂 ⑴ 脱氧元素的脱氧能力 用在一定温度下与一定浓度的脱氧元素相平衡的溶解在钢中的氧含量的高低来衡量该元素的脱氧能力。若平衡[O]低，则该元素的脱氧能力强。反之，脱氧能力弱。 常用的脱氧元素脱氧能力由强→弱： Ca、Al、Ti、B、Si、C、V、Cr、Mn等。 ⑵ 常用的脱氧元素： A．用锰进行钢的脱氧：Mn的脱氧能力比较弱。 B．用硅进行钢的脱氧：Si比Mn的脱氧能力强。 C．用铝进行钢的脱氧：Al的脱氧能力比Mn大两个数量级，比Si和碳大一个数量级。 D．用钙进行钢的脱氧：Ca是强脱氧剂，但必须以合金形式加入（如：Ca—Si合金）。 E．用稀土元素脱氧：稀土元素（如：Ce）既是强脱氧剂也是强脱硫剂。 F．用复合脱氧剂进行钢的脱氧 优点： a 生成易熔的、良好聚合并在金属中迅速上浮的脱氧产物； b 提高两种元素的脱氧能力，因为生成氧化物的复杂化合物，因而降低氧化物的活度系数，两种氧化物的百分浓度也降低。 常用脱氧合金： Fe—Mn、Fe—Mn—Si合金、Mn—Si合金、Ca—Si合金、Al、Ba —Al—Si合金、Mn—Si—Al合金等。 3．脱氧产物的排除 ⑴ 低熔点理论（斯托克斯公式） 夹杂物（球形）上浮速度： 该理论认为，在脱氧过程中只有形成液态脱氧产物，才容易由细小颗粒碰撞合并、聚集、粘附而长大上浮，也只有液态脱氧产物才呈球形，其上浮速度v随r的增大、η的减小、（ρm－ρi）的增大而增大，其中r对v的影响最大。因此，在脱氧操作中要千方百计使脱氧产物呈液态。 操作上：A．先加弱脱氧剂，后加强脱氧剂。 B．使用复合脱氧剂时，其脱氧元素含量的比例要合适。 ⑵ 吸附理论 该理论认为统一产物上浮排除不仅与产物的颗粒度、密度差有关，还取决于钢水的运动和钢水与脱氧产物间的相互作用。脱氧能力越强的元素，其脱氧产物的化学稳定性越高；熔点越高的脱氧产物与钢水间的界面张力越大，脱氧产物与钢水不润湿，易于分离上浮。 4．脱氧方法 ⑴ 沉淀脱氧（转炉） 将比铁与氧亲合力更强的元素加入钢水中，该元素与氧结合，生成不溶解于铁中的氧化物（脱氧产物），该产物上浮入炉渣达到脱氧的目的。脱氧产物以沉淀形态排出，故名沉淀脱氧。 ⑵ 扩散脱氧（电炉还原期、炉外精炼） 加入强脱氧剂（碳粉、Fe—Si粉、Ca—Si粉、Al粉等）到炉渣中，使渣中（％FeO）降低到使[%O]超过与炉渣的平衡值，即[%O]＞a(FeO)·LO，依靠氧从金属向炉渣中扩散来降低[%O],将氧转移到炉渣中去。 ⑶ 真空脱氧（炉外精炼） 发展真空下碳的脱氧反应。 反应 [C]+[O]={CO} 达到平衡时， 可见，在一定温度下，降低与钢液接触的气相中CO的分压PCO，便可提高碳的脱氧能力。在真空条件下，由于PCO的降低，破坏了[C]、[O]原有平衡的同时，碳的脱氧能力急剧增强，甚至超过了Si或Al。 三．脱氧合金化操作—基本概念 脱氧：向钢液加入某些脱氧元素，脱除其中多余氧的操作。 合金化：加入一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到钢种规格要求的操作。 联系：二者都是向钢液加入铁合金，同时加入钢液的脱氧剂必然会有部分溶于钢液而起合金化的作用，如使用Fe-Si、Fe