VD脱气基础知识

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1、2去除钢气体2.1钢中气体的危害性和来源本章所指钢中气体主要是氢气和氮气，它特殊钢生产的大敌。溶解于钢中的氢气的析出是造成缩孔、白点、发裂、钢锭上涨、不同类型气泡等缺陷的主要原因；溶解于钢中而未及析出的氢气会降低钢中的强度极限、断而收缩率、延伸率和冲击韧性，其中后三者的降低更为严重。钢中的氮气可使钢材产生时效脆化，使钢中的冲击韧性降低，且与磷一样能引起钢的冷脆；此外氮还与钢中钛、硼、锐、铝等元素形成氮化物夹杂使钢的性能降低。但氮与钢中鎳一样，有保持yFe的作用，常用氮部分地代替贵重的牒以冶炼奥氏体不锈钢，所以

2、就此而言氮有显著的经济意义。综上所述，除个别情况外，钢中氢和氮在大多数和情况下对钢的性能是有害的，所以应当采取各种方法将它们降低到尽可能低的程度。冶炼和浇注过程屮气体主要经由以下途径进入钢屮，即氢气通过废钢和废铁表面的铁锈-yFesOzH2O）；铁合金中的氢气、增碳剂、造渣材料（Ca（0H）2）、木耙（含水15%）、沥青和焦油中的水分;未烤干的钢桶、浇道、中注管和锭模涂油（碳氢化合物）以及大气中的水分与钢水或炉渣作用而进入钢中。氢气通过占空气体积3/4的氮在电弧作用下离解而溶入钢中此外铁合金、废钢、废铁和渣料

3、屮的氮也会随炉料而带入钢水屮。2.2气体的溶解与去除规律2.2.1气体溶解的热力学氢和氮在铁水中的溶解服从众所周知的平方根定律，即：h2=[H]=九心阿T（2-1）^H2=[H]a（N）=[N]fNKH4P^（2-2）式中Kh，Kn—氢和氮向钢水屮溶解的平衡常数；Ph2，PN2—与铁水平衡的氢、氮分压力。不同温度下铁中氢和氮的溶解度如表2・1所列⑴。表2-1不同温度下铁中氢和氮的溶解度铁的状态O.lMPa(latm)IMPalg心=陀黑＞/7加Ph2a(3)-Fe1453t1453小“+1.687T+2.1

4、84TY-Fe1462

5、OQ1+1.8311422,“2.328TT17401740宀…液体铁+2.321T+2.818Tlg心=lg毀，”加PN23030…3030+3.787丁+4.284a(6)一Fe1450—T450宀_+2.0462.543TTy-Fe188…188r…+2.75T3.247T液体铁1600°C和0.1MPa(latm)纯氢和纯氮气下铁基合金中氢和氮的溶解度变化分别如图2-1和图2-2所示［2］.考虑不同元素对氢、氮在铁水中溶解度的影响后，相应的活度系数可用式2・3计算，而码和胡可由

6、表2・2查得。1前7=工対［%朮1劝2=》｛胡［%川(2-3)当汽水与钢水接触吋也会向钢中增氢，其反应件H2O=2[H]pPm+[O]AG°202222-150.013THppmK'"Ph20fuJ(2-4)钢水与湿空气接触吋，其吸氢的反应为:H^0=2[H]PPm+—AG°319453-147」24T厂(2-5)2o2K'dPH2O从以上两式看出Ph20愈高，［%O］或Po2愈低，钢中［H］愈高。在脱氧良好的条件下，溶解于钢中的氮还可与钢中Ti,V,Al,B等形成氮化物以使其溶解度增加，其生成反应和相关的

7、热力学数据如表2・3所列。表2-21600°C下Fe-j熔体中码和以的值⑶元素4A10.013-0.028B0.050.094C0.060.13Co0.00180.011Cr-0.0022-0.047Cu0.00050.009Mn-0.0014-0.02Mo0.0022-0.011Nb-0.0023-0.06Ni0.00.010-0.190.05P0.0110.045S0.0080.007Si0.0270.047Ta-0.02-0.032Ti-0.019-0.53V-0.0074-0.093W0.0048-0

8、.0015表2・3—些元素与氮反应的热力学数据反应Alg/C=—+BK]600tK]6(xrcTiN(s)=[Ti]+[N]lg[77][N]=T；%+590.00110.00064ZrN(s)=[Zr]-b[N]—17000g[Zr][N]=t4-6.380.00200.0011ALN(s)=[AL]-^-[N]-14138gZr]N]=+6.050.0340.01BN(s)=[B]+[N]lg【B

9、

10、N]=葺四2.1360.3740.318V/V(5)=IVJ+[7VJ-9190lg[V][N]=

11、+6.0013.710.1除此以外，气体通过炉渣进入钢中，也是钢液吸收气体的一条重要途径。在氧化性炉渣中氢以(0H・)状态存在，而在还原性炉渣中以(0H-)和氢化物的状态存在⑸。故在氧化性炉渣中氢的吸收反应为：/y(2-6)(2-7)Ca(OH):最为稳定，其厶(MeO)+H2O=Me(OH)2K="心心aMe(0H)2=^aMeo^H2O通过上列反应形成的Me(OH)2屮,HllOJ/mol,而稳