·130 北京科技大学学报 第36卷 明显低于区域2的渣系硫容量，区域2内渣系的脱 3.1计算所需的热力学数据 疏能力高于区域1；无论是区域1还是区域2，增大 12Cr2MolR临氢钢中主要元素的成分要求如 渣系碱度和钙铝比都会提高渣系的硫容量，增强其 表1，由于其他元素的质量分数很少，忽略表1中未 脱硫能力，而且钙铝比越大，增加碱度引起渣系硫容 列出元素的影响. 量的增幅越大.当碱度小于0.8时，增加钙铝比对 表1钢液中各元素的化学成分（质量分数） 硫容量几乎没有影响；而如果碱度很大，增加钙铝比 Table 1 Chemical composition of spring steel % 时，硫容量的增加十分明显. Mn Cr Mo 多 3临氢钢12Cr2MolR中Ca0-Al203Si02- 0.12 0.5 2.38 1.02 0.14 注：要求钢中硅的质量分数<0.05%，氧的质量分数<0.002% Mg0四元系夹杂物的控制 钢液中溶质的活度a,计算式如式(7)，溶质亨 临氢钢12C2MolR主要用于石油工业，是炼 利活度系数f根据式(8)计算. 油生产设备的主要钢种之一.由于炼油生产通常 a:=f[%i], (7) 需要在高温高压以及临氢条件下进行，因此对其 (8) 设备所用钢材要求很高.对钢材的硅的质量分数 =∑[%引. 和硫的质量分数都有较为严格的要求，且为了保 式中，[门、[%】分别表示钢液中元素i的质量 证夹杂物的塑化性要求，希望将其控制在低熔点 分数.为元素间的相互作用系数，相关元素的相互 区域(<1400℃). 作用系数C如表2. 表21873K时各元素的相互作用系数 Table 2 Interaction coefficients of elements at 1873 K used in the paper Mn Cr 0 Mo Ni 0.043 0.091 -0.004 0.012 -1.98 一 -0.0173 0.056 C 0.043 0.14 -0.012 0.012 -0.34 Mn -0.012 0.004 0.0039 -0.083 -0.12 -0.0003 -0.14 -0.0043 0 -1.17 0.14 -0.021 -0.052 -0.2 0.005 0.005 -0.131 Mo -0.097 -0.0003 -0.0007 Ni 0.042 -0.0003 0.01 0.0009 0.0057 Si 0.058 0.18 -0.0146 -0.0003 -0.23 0.11 根据式(7)以及表1和表2的数据可以计算得 相关元素的亨利活度系数，如表3. 表31873K时各元素亨利活度系数 Table 3 Henry activity coefficients of elements at 1873 K 元素，i C Mn Cr 0 Mo Ni Si 亨利活度系数，无 1.084 1.025 1.023 0.966 0.657 0.972 1.010 1.032 3.2低熔点区域的确定 [Si]mea+2[O]rd=(Si02）hg,△G°= 由于12C2Mo1R临氢钢对于钢中硅和氧的质 -581900+221.8TJ/mol. (9) 量分数具有较为严格的要求，在钢液成分与Ca0一 根据式(7)~(9)可以推得： Si02-A1203-Mg0四元系夹杂物间反应达到平衡 asioz (10) 时，硅和氧之间存在下述反应：北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 明显低于区域 2 的渣系硫容量，区域 2 内渣系的脱 硫能力高于区域 1; 无论是区域 1 还是区域 2，增大 渣系碱度和钙铝比都会提高渣系的硫容量，增强其 脱硫能力，而且钙铝比越大，增加碱度引起渣系硫容 量的增幅越大． 当碱度小于 0. 8 时，增加钙铝比对 硫容量几乎没有影响; 而如果碱度很大，增加钙铝比 时，硫容量的增加十分明显． 3 临氢钢 12Cr2Mo1Ｒ 中 CaO--Al2O3--SiO2-- MgO 四元系夹杂物的控制 临氢钢 12Cr2Mo1Ｒ 主要用于石油工业，是炼 油生产设备的主要钢种之一． 由于炼油生产通常 需要在高温高压以及临氢条件下进行，因此对其 设备所用钢材要求很高． 对钢材的硅的质量分数 和硫的质量分数都有较为严格的要求，且为了保 证夹杂物的塑化性要求，希望将其控制在低熔点 区域( ＜ 1400 ℃ ) ． 3. 1 计算所需的热力学数据 12Cr2Mo1Ｒ 临氢钢中主要元素的成分要求如 表 1，由于其他元素的质量分数很少，忽略表 1 中未 列出元素的影响． 表 1 钢液中各元素的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of spring steel % C Mn Cr Mo Ni 0. 12 0. 5 2. 38 1. 02 0. 14 注: 要求钢中硅的质量分数 ＜ 0. 05% ，氧的质量分数 ＜ 0. 002% ． 钢液中溶质的活度 ai计算式如式( 7) ，溶质亨 利活度系数 fi根据式( 8) 计算． ai = fi ［% i］， ( 7) lgfi = ∑ j e j i ［% j］． ( 8) 式中，［% i］、［% j］分别表示钢液中元素 i、j 的质量 分数． e j i为元素间的相互作用系数，相关元素的相互 作用系数 e j i如表 2． 表 2 1873 K 时各元素的相互作用系数 Table 2 Interaction coefficients of elements at 1873 K used in the paper i j Al C Mn Cr O Mo Ni Si Al 0. 043 0. 091 － 0. 004 0. 012 － 1. 98 — － 0. 0173 0. 056 C 0. 043 0. 14 － 0. 012 0. 012 － 0. 34 — — — Mn － 0. 012 0. 004 — 0. 0039 － 0. 083 — — — Cr — － 0. 12 — － 0. 0003 － 0. 14 — — － 0. 0043 O － 1. 17 0. 14 － 0. 021 － 0. 052 － 0. 2 0. 005 0. 005 － 0. 131 Mo — － 0. 097 — － 0. 0003 － 0. 0007 — — — Ni — 0. 042 — － 0. 0003 0. 01 — 0. 0009 0. 0057 Si 0. 058 0. 18 － 0. 0146 － 0. 0003 － 0. 23 — — 0. 11 根据式( 7) 以及表 1 和表 2 的数据可以计算得 相关元素的亨利活度系数，如表 3． 表 3 1873 K 时各元素亨利活度系数 Table 3 Henry activity coefficients of elements at 1873 K 元素，i Al C Mn Cr O Mo Ni Si 亨利活度系数，fi 1. 084 1. 025 1. 023 0. 966 0. 657 0. 972 1. 010 1. 032 3. 2 低熔点区域的确定 由于 12Cr2Mo1Ｒ 临氢钢对于钢中硅和氧的质 量分数具有较为严格的要求，在钢液成分与 CaO-- SiO2--A12O3--MgO 四元系夹杂物间反应达到平衡 时，硅和氧之间存在下述反应: ［Si］metal + 2［O］metal = ( SiO2 ) slag，ΔG— = － 581900 + 221. 8T J/mol． ( 9) 根据式( 7) ～ ( 9) 可以推得: ［% O］= ( aSiO2 K·f ［Si］·［% Si］·f 2 ［O ) ］ 2 ． ( 10) ·130·