鋼液脫氧反應(yīng)

《冶金學(xué)名詞》第二版。

經(jīng)過氧化精煉煉成的鋼液中所積累的含氧量，被加入的脫氧劑——強(qiáng)親氧元素所脫除的物理化學(xué)過程。

錳的脫氧反應(yīng)

在液態(tài)金屬中加入適量錳，可進(jìn)行如下脫氧反應(yīng)：

當(dāng)金屬中含

由公式

根據(jù)鋼液中錳的濃度不同，其脫氧產(chǎn)物

硅的脫氧反應(yīng)

在鋼液中加入脫氧劑硅鐵或含硅較高的合金，可進(jìn)行如下反應(yīng)

顯然，提高熔渣的堿度和金屬中的含硅量，可以提高硅的脫氧效果。

硅的脫氧能力比錳大，但生成的

硅錳聯(lián)合脫氧反應(yīng)

把硅和錳按適當(dāng)?shù)谋壤尤胍簯B(tài)金屬中進(jìn)行復(fù)合脫氧時(shí)，其脫氧產(chǎn)物為不飽和液態(tài)硅酸鹽，它的密度小，熔點(diǎn)低，易于浮出，并易被熔渣吸收，從而減少鋼中的夾雜物和含氧量，脫氧效果十分顯著。

在熔煉鋼鐵和焊接冶金中經(jīng)常采用硅錳聯(lián)合脫氧。例如，在轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，爐內(nèi)加入一定量的硅錳合金進(jìn)行預(yù)脫氧，結(jié)果使鋼中氧含量大大降低；堿性焊條藥皮中和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊絲中常加入適當(dāng)比例的錳和硅進(jìn)行聯(lián)合脫氧，脫氧效果較好。

采用含兩種以上脫氧元素的復(fù)合脫氧劑一直被鑄造和焊接冶金工作者所重視。因?yàn)檫@種脫氧劑熔點(diǎn)低，熔化快，且各種反應(yīng)在同一區(qū)域進(jìn)行，有利于低熔點(diǎn)脫氧產(chǎn)物形成、聚合和排除，減少夾雜物的數(shù)量。例如，鈣的脫氧能力很強(qiáng)，但它的蒸氣壓高，在鋼液中溶解度低，脫氧效果變差；如果用硅鈣合金作脫氧劑，則可提高鈣的溶解度，減少蒸發(fā)損失，易生成低熔點(diǎn)的硅酸鈣，對(duì)

擴(kuò)散脫氧是利用熔渣使鋼液脫氧，脫氧反應(yīng)發(fā)生在鋼液一熔渣界面上。

如向熔渣內(nèi)加入強(qiáng)脫氧劑（如硅鐵粉、炭粉、電石粉或鋁粉、

擴(kuò)散脫氧可在能形成還原氣氛的電爐內(nèi)進(jìn)行，這樣渣中的(

但是，在一般電爐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散脫氧有某些重大缺點(diǎn)。由于鋼液一熔渣的比表面小及熔池的攪拌作用弱，鋼液中氧的擴(kuò)散緩慢，脫氧過程的速率很低，而且爐襯受到高溫爐渣的侵蝕嚴(yán)重。由于這些原因，擴(kuò)散脫氧僅在盛鋼桶內(nèi)用

在煉鋼和鑄造過程中降低鋼中氧含量的反應(yīng)。是保證鋼錠(坯)和鋼材質(zhì)量的重要工藝環(huán)節(jié)。在鋼液中氧以溶解形式([O])或非金屬夾雜物形式(MxOy)存在。在吹氧煉鋼過程中，隨著雜質(zhì)含量的降低，鋼液中[O]含量升高。如果將未經(jīng)脫氧的鋼液出爐澆注，則鋼液中溶解的氧在冷凝過程就要與碳反應(yīng)，析出Co氣泡而發(fā)生沸騰；隨脫氧的程度不同，析出氣體的特性有著顯著的差異。經(jīng)充分脫氧的鋼液，在冷凝過程中沒有Co析出，不發(fā)生沸騰，是平靜的，故稱鎮(zhèn)靜鋼；輕度脫氧的鋼液，在冷凝過程中碳氧發(fā)生反應(yīng)，析出Co，有明顯的沸騰現(xiàn)象，此為沸騰鋼；部分脫氧的鋼液，在凝固一段時(shí)間后，剩余的氧與碳反應(yīng)，產(chǎn)生短時(shí)間的沸騰，則為半鎮(zhèn)靜鋼。圖1表示脫氧程度不同的鋼中氧含量范圍。沸騰鋼脫氧，即輕度脫氧，只使鋼液中氧含量稍許下降，但仍超過與碳平衡所需的含量。半鎮(zhèn)靜鋼脫氧，即部分脫氧，大致可使鋼的氧含量達(dá)到與碳平衡的含量，故又稱為平衡鋼。鎮(zhèn)靜鋼脫氧，亦即充分脫氧使鋼的氧含量大大低于與碳平衡的含量。鋼液脫氧雖降低[O]的含量，但若不使脫氧產(chǎn)物MxO_y上浮排除出去，而殘留在鋼液中形成鋼中非金屬夾雜物，則影響鋼的質(zhì)量；所以，脫氧時(shí)要盡可能排除脫氧產(chǎn)物。因此，脫氧就是要降低鋼中總氧量乏∑O(∑O=[O] O_MxO_y)。但不管煉鋼技術(shù)如何發(fā)展、改進(jìn)，鋼中總還殘留有夾雜物。所以脫氧時(shí)還要控制殘留夾雜物的形態(tài)、大小和分布，以保證鋼的各項(xiàng)性能(見鋼中非金屬夾雜物)。

脫氧程度不同的鋼中含氧量范圍：

1一鎮(zhèn)靜鋼；2一半鎮(zhèn)靜鋼；3一沸騰鋼；4一脫氧前一般含氧范圍；5一氧與碳的平衡曲線。

脫氧得當(dāng)還可保證鋼的晶粒度。鋼中單獨(dú)加入或復(fù)合加入鋁、釩、鈦、鋯，則使奧氏體晶粒粗化溫度升高。脫氧時(shí)，這些元素除生成氧化物外，還生成氮化物；而釩、鈦、鈮、鋯還會(huì)生成碳化物。這三種化合物的粒子都可阻止晶粒長(zhǎng)大，其中碳化物最為有效，而氮化鋁比氧化鋁有效。鋁是強(qiáng)脫氧劑又是最常用的晶粒細(xì)化劑，所以細(xì)晶粒鋼只能是鎮(zhèn)靜鋼，而沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼只能是粗晶粒鋼。但半鎮(zhèn)靜鋼加少量鈮、釩可得到細(xì)晶粒鋼。鋼的脫氧工藝通常要與鋼的合金化相配合。二者配合得當(dāng)，則有利于準(zhǔn)確控制成分，提高合金元素的收得率。