魏光升等：CO2作为RH提升气的治金反应行为研究 ·205· 由△G9=-RT1nKe可以计算得到1873K时， 在反应(1)进行的过程中，随着气泡中C0分 Ke-579.86,设p9=101325Pa.则钢液平衡碳质量分 压的增加，则气泡中CO2分压降低，且反应(1)的 数[%C与C0分压的关系式如下： 反应速率逐渐减小.对于平衡反应而言，气泡中 (Pco)2 [%C=5.875x10×(P0-pco (6) CO分压越大，则钢液平衡[C越高.由图2可以 看出，在真空度为100Pa的情况下，若CO2只与钢 由于在实际生产过程中，RH真空室压力可达 液中的C]发生反应，则钢液平衡[C降低至 100Pa以下，因此设气泡压力为p=100Pa,则式 1.8×106以下，这表明作为RH提升气体时，CO2可 (6)可由式(7)进一步表示 以与钢液中[C]反应，用于提高RH搅拌强度，甚 [%C= (Pco)2 至可用于超低碳精炼过程 (7) .875×107×(100-pco) 2试验方案 根据式(7)可得到钢液平衡碳含量[C心与 CO分压的关系曲线，如图2所示) 2.1试验材料及设备 试验材料为两种低碳钢(A,B)钢液以及高纯 100 度CO2气体，其中两种钢液成分较为接近，成分 差异主要为H工序进站钢液铝含量，其化学 其空度100Pa 成分见表1.CO2气体采用食品级C02,其纯度为 60 99.999%. 40 试验设备如图3所示，该平台可实现CO/Ar 的实时切换及气体混合，且试验过程可准确计量 20 气体流量及工作压力)需要注意的是，该试验过 程使用的钢液并未经过RH强制脱碳，因此钢液只 0020.40.60.81.01.21.41.61.8 反应平衡碳质量分数，[C]106 进行真空循环 图2钢液平衡碳含量与C0分压的关系曲线 2.2试验方法 Fig.2 Changes of carbon content at equilibrium as function of the 该试验为CO2作RH提升气工业试验，处理钢 partial pressure of CO in bubbles 液只进行真空循环精炼，且循环过程提升气流量 表1钢液进站成分（质量分数） Table 1 Steel composition of ladle pulling in RH 钢种 C Al 0 Si Mn G 0.1280 0.0428 0.0040 0.2020 1.4314 0.0138 0.0041 0.0282 0.0400 B 0.1310 0.0210 0.0050 0.2436 1.2955 0.0147 0.0053 0.0186 0.0310 压力表 CO控制阀组 ⑧ 质量流量计 压力表 Ar控制阀组 ⑧ 质量流量计 诚压阀 气动阀 i RH真空精炼 图3工业试验设备 Fig.3 Test equipment in industrial application∆rG ⊖ = −RT lnK ⊖ K ⊖ P ⊖ [%C] e 由 可以计算得到 1873 K 时 ， =579.86，设 =101325 Pa. 则钢液平衡碳质量分 数 与 CO 分压的关系式如下： [%C] e = (pCO) 2 5.875×107 ×(P0 − pCO) （6） P 0 由于在实际生产过程中，RH 真空室压力可达 100 Pa 以下，因此设气泡压力为 =100 Pa，则式 （6）可由式（7）进一步表示. [%C] e = (pCO) 2 5.875×107 ×(100− pCO) （7） 根据式 （ 7）可得到钢液平衡碳含 量 [C]e 与 CO 分压的关系曲线，如图 2 所示[17] . 在反应（1）进行的过程中，随着气泡中 CO 分 压的增加，则气泡中 CO2 分压降低，且反应（1）的 反应速率逐渐减小. 对于平衡反应而言，气泡中 CO 分压越大，则钢液平衡 [C]e 越高. 由图 2 可以 看出，在真空度为 100 Pa 的情况下，若 CO2 只与钢 液 中 的 [C] 发生反应 ，则钢液平 衡 [C]e 降 低 至 1.8×10−6 以下，这表明作为 RH 提升气体时，CO2 可 以与钢液中 [C] 反应，用于提高 RH 搅拌强度，甚 至可用于超低碳精炼过程. 2    试验方案 2.1    试验材料及设备 试验材料为两种低碳钢（A，B）钢液以及高纯 度 CO2 气体，其中两种钢液成分较为接近，成分 差异主要 为 RH 工序进站钢液铝含量 ，其化学 成分见表 1. CO2 气体采用食品级 CO2，其纯度为 99.999%. 试验设备如图 3 所示，该平台可实现 CO2 /Ar 的实时切换及气体混合，且试验过程可准确计量 气体流量及工作压力[18] . 需要注意的是，该试验过 程使用的钢液并未经过 RH 强制脱碳，因此钢液只 进行真空循环. 2.2    试验方法 该试验为 CO2 作 RH 提升气工业试验，处理钢 液只进行真空循环精炼，且循环过程提升气流量 表 1 钢液进站成分（质量分数） Table 1  Steel composition of ladle pulling in RH % 钢种 C Al O Si Mn P S Ni Cr A 0.1280 0.0428 0.0040 0.2020 1.4314 0.0138 0.0041 0.0282 0.0400 B 0.1310 0.0210 0.0050 0.2436 1.2955 0.0147 0.0053 0.0186 0.0310 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 0 20 40 60 80 100 真空度 100 Pa 气泡内CO分压/Pa 反应平衡碳质量分数，[C]e /10−6 图 2    钢液平衡碳含量与 CO 分压的关系曲线 Fig.2     Changes  of  carbon  content  at  equilibrium  as  function  of  the partial pressure of CO in bubbles CO2控制阀组 Ar控制阀组 压力表 压力表 减压阀 质量流量计 质量流量计 气动阀 RH真空精炼 图 3    工业试验设备 Fig.3    Test equipment in industrial application 魏光升等： CO2 作为 RH 提升气的冶金反应行为研究 · 205 ·