《钢铁冶金原理》教案2009版8钢液的二次精炼反应2）元素原子在钢液表面吸附时，经脱附而挥发：V2 =k,CB =(YBPB/ p)/MP(2元RTM,)-C, :3）挥发元素通过钢液表面的浓度边界层向气相扩散：Vs=k(CB-CB(g）。一般来说：挥发性较小的元素，如Fe、Ni、Co等元素挥发的限制性环节为元素向界面的扩散；挥发性较大的元素，如Mn、Sn等元素的挥发限制性环节为钢液表面这些元素的脱附；元素浓度低及真空度也比较低（>100pa），元素挥发的限制性环节为（3）。8.2.2真空脱气氮、氢在钢液中的溶解遵从西华特（平方根）定律，因此，降低体系的压力，从而使气体的分压降低，就可以减小钢液中溶解的气体量。真空中钢液脱气过程的三个环节：1）钢液中溶解气体原子向钢液一气相界面扩散；2）这些气体原子在相界面上吸附，结合成气体分子，再从界面脱附：3）脱附的气体分子在真空作用下向气相中扩散。三个环节中，限制真空脱气的环节主要是（1），由此得到真空脱气的速率计算：-dal--Px4x((可[X]-[X一一微分式dt[X]-[X]平 =-1 ×βx××1——积分式g可[X]° -可[X]平2.3V式中：の[X"为钢液气体的初始质量分数；[X]平溶解气体的平衡值；在真空条件下，[X]平<可[X]<可[X]°，因此速率积分式可简写为：g可=-23×Bx×x1V8.2.3真空脱碳（脱氧）真空脱碳和脱氧是同时进行的：[C]+[O]=CO，在真空条件下，降低了Pco，使在大气压力下已经达到平衡的脱碳反应再度进行，从而达到脱碳脱氧的目的。利用真空可使钢液深度脱碳，生产超低碳钢（可[C<0.02%），并使钢液中氧含量也降低到很低的水平。当pco为100kPa、10kPa、1kPa时，[C]·[O]分别达到2.5×10-3、6
《钢铁冶金原理》教案 2009 版 8 钢液的二次精炼反应 6 2 ）元素原子在钢液表面吸附时，经脱附而挥发： * * 2 * 2 2 ( / ) /(2 ) B B B Fe B B v = k C = p M RTM c ； 3）挥发元素通过钢液表面的浓度边界层向气相扩散： ( ) ( ) * 3 3 CB CB g v = k − 。 一般来说：挥发性较小的元素，如 Fe、Ni、Co 等元素挥发的限制性环节为元素 向界面的扩散；挥发性较大的元素，如 Mn、Sn 等元素的挥发限制性环节为钢液表面 这些元素的脱附；元素浓度低及真空度也比较低（ 100 pa ），元素挥发的限制性环 节为（3）。 8.2.2 真空脱气 氮、氢在钢液中的溶解遵从西华特（平方根）定律，因此，降低体系的压力，从 而使气体的分压降低，就可以减小钢液中溶解的气体量。 真空中钢液脱气过程的三个环节： 1）钢液中溶解气体原子向钢液－气相界面扩散； 2）这些气体原子在相界面上吸附，结合成气体分子，再从界面脱附； 3）脱附的气体分子在真空作用下向气相中扩散。 三个环节中，限制真空脱气的环节主要是（1），由此得到真空脱气的速率计算： ( [ ] [ ]) [ ] X X V A dt d X v X = = − − ——微分式 t V A X X X X = − X − − 2.3 1 [ ] [ ] [ ] [ ] lg 0 平 平 ——积分式 式中： 0 [X] 为钢液气体的初始质量分数； [X ]平 溶解气体的平衡值； 在真空条件下， 0 [X ]平 [X ] [X ] ，因此速率积分式可简写为： t V A X X = − X 2.3 1 [ ] [ ] lg 0 8.2.3 真空脱碳（脱氧） 真空脱碳和脱氧是同时进行的： [C] +[O] = CO ，在真空条件下，降低了 CO p ，使 在大气压力下已经达到平衡的脱碳反应再度进行，从而达到脱碳脱氧的目的。利用真 空可使钢液深度脱碳，生产超低碳钢（ [C] 0.02% ），并使钢液中氧含量也降低到 很低的水平。当 ' pCO 为 100kPa、10kPa、1kPa 时， [C][O] 分别达到 3 2.5 10−
《钢铁冶金原理》教案2009版8钢液的二次精炼反应2.5×10和2.5×10-，即可[C]和可[0]都有大幅度降低。前面降到的脱碳反应动力学表明：钢液中碳含量降低到临界量以下（[C]<0.1%~0.45%）后，在转炉内的脱碳速率明显降低，此时我们就可以利用真空方法进行处理，治炼超低碳钢。真空还可以脱氧，真空条件下，脱氧剂为碳：当脱氧元素浓度可[B]=0.1%时，Pco=10kPa时，碳的脱氧能力高于硅的脱氧能力；而pco=0.1kPa时，碳的脱氧能力甚至高于铝的脱氧能力。在实际生产中，真空脱氧后残余[O]浓度要高于热力学计算值。真空脱氧过程速率的限制性环节是钢液中[C]和[O]的扩散，当[C]较高时，[O]的扩散为限制性环节，由此可计算脱氧速率：--x(a0-o0)—分 dt1a[0]x会×1—一积分式×B×3.4lg2.3[O]°V8.2.4真空处理时钢液和耐火材料的反应真空处理时，钢液与容器耐火材料接触时，耐火材料中的氧化物能够被钢液中的碳还原：MgO(s) +[C]= Mg(g) +COSiO2(s) + 2[C] =[Si]+ 2COAl,O3(s) + 3[C]=2[A]] + 3CO随着真空度的提高，Pco下降，促使以上反应向右进行，使得耐火材料受到侵蚀。因此真空熔炼或处理时，需要选择不容易被碳还原或还原后元素溶解于钢液中且对钢性能不产生影响的氧化物耐火材料，例如MgO、CaO、ZrO2、SiO2等作炉衬。8.2.5真空脱气方法8.2.5.1真空提升脱气法（DH法）真空提升脱气法是1956年德国多特蒙特7
《钢铁冶金原理》教案 2009 版 8 钢液的二次精炼反应 7 4 2.5 10− 和 5 2.5 10− ，即 [C] 和 [O] 都有大幅度降低。 前 面 降 到 的 脱 碳 反 应 动 力 学 表 明 ： 钢 液 中 碳 含 量 降 低 到 临 界 量 以 下 （ [C] 0.1% ~ 0.45% ）后，在转炉内的脱碳速率明显降低，此时我们就可以利用真 空方法进行处理，冶炼超低碳钢。 真空还可以脱氧，真空条件下，脱氧剂为碳：当脱氧元素浓度 [B] = 0.1% 时， pCO 10kPa ' = 时，碳的脱氧能力高于硅的脱氧能力；而 pCO 0.1kPa ' = 时，碳的脱氧能力 甚至高于铝的脱氧能力。在实际生产中，真空脱氧后残余 [O] 浓度要高于热力学计 算值。 真空脱氧过程速率的限制性环节是钢液中[C]和[O]的扩散，当 [C] 较高时，[O] 的扩散为限制性环节，由此可计算脱氧速率： ( [ ] [ ] ) [ ] * O O V A dt d O O = − − ——微分式 t V A O O = − O 2.3 1 [ ] [ ] lg 0 ——积分式 8.2.4 真空处理时钢液和耐火材料的反应 真空处理时，钢液与容器耐火材料接触时，耐火材料中的氧化物能够被钢液中的 碳还原： MgO(s) +[C] = Mg(g ) + CO SiO2(s) + 2[C] = [Si] + 2CO Al2O3(s) + 3[C] = 2[Al] + 3CO 随着真空度的提高， ' pCO 下降，促使以上反应向 右进行，使得耐火材料受到侵蚀。因此真空熔炼或处 理时，需要选择不容易被碳还原或还原后元素溶解于 钢液中且对钢性能不产生影响的氧化物耐火材料，例 如 MgO、CaO、ZrO2、SiO2 等作炉衬。 8.2.5 真空脱气方法 8.2.5.1 真空提升脱气法（DH 法） 真 空 提 升脱 气 法是 1956 年德 国 多特 蒙 特