·68 北京科技大学学报 第36卷 f。的温度函数式可由Chipman-Corrigan公式求 在钢液中0.5%的碳对应的氧为例，压强为1.01325× 得叨： 10Pa时，可以把氧脱至10-4左右；当压强降低为 o=(280-0.75lglm 1.333×103Pa时，与此平衡的氧降低为10-6：而进 (10) 一步增加真空度，C的脱氧能力也进一步增强.在 则： 真空度为100Pa时，计算的C脱氧平衡曲线，与图2 algfo 中真空度为133.33Pa时脱氧平衡曲线趋势吻合较 好，且平衡0]含量值略低于真空度为133.33Pa对 (3280-0.75)51mk=0.3375-147 ,(11) 应的脱氧平衡曲线，说明了本文C脱氧计算结果的 T 正确性，也证明了高真空度利于C脱氧 再者， 由于脱氧平衡曲线位置越低，该脱氧产物越稳 =(货)+高")=52-Ψ 定，则该元素脱氧能力越强团.由上述热力学计算 T Al、C脱氧平衡曲线，在真空度为1O0Pa时，Al、C脱 (12) 氧能力比较，如图3所示.从图3中可以看出，当脱 其中，M:为组元相对原子质量，i=C、0 氧元素[C]的含量大于0.0015%时，C的脱氧能力 本研究采用的其他活度系数为： 大于A山，如果是在真空精炼过程中，此时C控制钢 e=0.0581+158周 7e8=0.76-1750 T (13) 液中的氧势，而且随着钢液中[C]含量的增加，C脱 氧的优势就越大.若提高真空度，所需[C]含量将 因此，真空条件下C脱氧的通用表达式为： 会继续降低.反之，也是如此 g%0]+(1.0142-28）%0+ 103 T=1873K s%d+(a3956-13）%d- 9A1 -e-C (p=100 Pa) 103 20(-3834-20）-s学=0.1w 10E ú 以T=1873K,p=100Pa为例，由式(14)可计算 出[%C]和[%0]关系，如图2所示.可见，C脱氧 10 平衡曲线也呈“U”型，存在最小值. ① 10 T=1873K p=100Pa(本文研究结果) 1 102 10-1 10° p=1333.3pm [%All or [%C] 10' p=10132.5P --p=101325Pam 图3温度为1873K时，热力学平衡条件下[A]-[0]平衡后 10 [%A]-[%O]关系和100Pa下[%Cd-[%O]关系比较 10 Fig.3 Comparison of deoxidation ability between Al under [Al]- 4+。 [O]equilibrium and C at 100 Pa,1873 K 10 10-5 2钢液中A!和C为脱氧剂氧的最低值与温 106 度的关系 103 10-2 101 10 [%C] 2.1Al脱氧平衡曲线最低值与温度的关系 图2温度为1873K时，不同研究者所得到的热力学平衡条件下 由于A!脱氧的活度相互作用系数及脱氧常数 不同分压下[%0]和[%C关系 m随温度的变化而变化.钢液中用A1脱氧平衡曲 Fig.2 Relationship between mass fraction of [O]and [C]at 1873 K under various partial pressures under thermodynamics equilibrium 线氧的最低值与温度及[%A]的关系如图4所示. 从图4中可以明显看出，随着温度降低，A1脱 为了验证本研究得到的[%C]一[%0]曲线的 氧平衡曲线氧的最低值随着温度的降低而减小；在 正确性，图2中也给出了文献9]提供的不同真空 钢液中溶解A!固定不变的情况下，温度升高，钢液 度下的[%C]-[%O]曲线.其中钢液处于真空下 中的平衡[O]最低值增大，所以低温有利于A!脱 压强p=100Pa,对应曲线为本文计算结果.由图2 氧.温度越高，平衡[O]含量随着温度的降低其下 可知，随着压强的降低，碳的脱氧效果更好.以溶解 降趋势越明显，当温度小于1773K后，其下降趋势北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 fO 的温度函数式可由 Chipman--Corrigan 公式求 得［17］: lgfO = ( 3280 T － 0. 75 ) lgfO | 1873 K． ( 10) 则: e C O = lgfO ［% C］= ( 3280 T － 0. 75 ) lgfO | 1873 K ［% C］ ( = 3280 T － 0 ) . 75 e C O | 1873 K = 0. 3375 － 1476 T ，( 11) 再者， e O C = ( MC M ) O e C O + 1 ( 230 MO － MC M ) O = 0. 2542 － 1107 T ． ( 12) 其中，Mi为组元相对原子质量，i = C、O． 本研究采用的其他活度系数 e j i 为: e C C = 0. 0581 + 158 T ［18］ ，e O O = 0. 76 － 1750 T ． ( 13) 因此，真空条件下 C 脱氧的通用表达式为: lg［% O］+ ( 1. 0142 － 2857 ) T ［% O］+ lg［% C］+ ( 0. 3956 － 1318 ) T ［% C］－ 1 2. 303 ( Ｒ － 38. 34 － 22200 ) T － lg pCO p— = 0． ( 14) 以 T = 1873 K，p = 100 Pa 为例，由式( 14) 可计算 出［% C］和［% O］关系，如图 2 所示． 可见，C 脱氧 平衡曲线也呈“U”型，存在最小值． 图 2 温度为 1873 K 时，不同研究者所得到的热力学平衡条件下 不同分压下［% O］和［% C］关系 Fig． 2 Ｒelationship between mass fraction of ［O］and ［C］at 1873 K under various partial pressures under thermodynamics equilibrium 为了验证本研究得到的［% C］--［% O］曲线的 正确性，图 2 中也给出了文献［19］提供的不同真空 度下的［% C］--［% O］曲线． 其中钢液处于真空下 压强 p = 100 Pa，对应曲线为本文计算结果． 由图 2 可知，随着压强的降低，碳的脱氧效果更好． 以溶解 在钢液中 0. 5% 的碳对应的氧为例，压强为 1. 01325 × 105 Pa 时，可以把氧脱至 10 － 4 左右; 当压强降低为 1. 333 × 103 Pa 时，与此平衡的氧降低为 10 － 6 ; 而进 一步增加真空度，C 的脱氧能力也进一步增强． 在 真空度为 100 Pa 时，计算的 C 脱氧平衡曲线，与图 2 中真空度为 133. 33 Pa 时脱氧平衡曲线趋势吻合较 好，且平衡［O］含量值略低于真空度为 133. 33 Pa 对 应的脱氧平衡曲线，说明了本文 C 脱氧计算结果的 正确性，也证明了高真空度利于 C 脱氧． 由于脱氧平衡曲线位置越低，该脱氧产物越稳 定，则该元素脱氧能力越强［7］． 由上述热力学计算 Al、C 脱氧平衡曲线，在真空度为 100 Pa 时，Al、C 脱 氧能力比较，如图 3 所示． 从图 3 中可以看出，当脱 氧元素［C］的含量大于 0. 0015% 时，C 的脱氧能力 大于 Al，如果是在真空精炼过程中，此时 C 控制钢 液中的氧势，而且随着钢液中［C］含量的增加，C 脱 氧的优势就越大． 若提高真空度，所需［C］含量将 会继续降低． 反之，也是如此． 图 3 温度为 1873 K 时，热力学平衡条件下［Al］--［O］平衡后 ［% Al］--［% O］关系和 100 Pa 下［% C］--［% O］关系比较 Fig． 3 Comparison of deoxidation ability between Al under ［Al］- ［O］equilibrium and C at 100 Pa，1873 K 2 钢液中 Al 和 C 为脱氧剂氧的最低值与温 度的关系 2. 1 Al 脱氧平衡曲线最低值与温度的关系 由于 Al 脱氧的活度相互作用系数及脱氧常数 m 随温度的变化而变化． 钢液中用 Al 脱氧平衡曲 线氧的最低值与温度及［% Al］的关系如图 4 所示． 从图 4 中可以明显看出，随着温度降低，Al 脱 氧平衡曲线氧的最低值随着温度的降低而减小; 在 钢液中溶解 Al 固定不变的情况下，温度升高，钢液 中的平衡［O］最低值增大，所以低温有利于 Al 脱 氧． 温度越高，平衡［O］含量随着温度的降低其下 降趋势越明显，当温度小于 1773 K 后，其下降趋势 ·68·