·1454· 北京科技大学学报 第33卷 水中碳氧化而铬不氧化，也就是可以达到脱碳保铬 2300 的目的.治炼过程中影响脱碳保铬的因素很多，其 2200 [Cr=1.2%[Ni=1.0% 中温度和一氧化碳分压的影响最大， 2100 -。-Pom-0.8x10Pa.gn-0.5 铬的氧化物比较复杂，在炼钢过程中最稳定的 赵200 -◇-pm=l.0x10h.a2n,-05 墨1900 --Pan-0.8x104,n=l.0 是C20,·吹炼过程中铁水中碳与铬的反应方程式 ◆Pem-1.0x10Pa.aA-10 1800 及其平衡常数关系式如下B所示： 1764℃ - 1700 3[C]+C203=3C0+2[Cr] 1615T (1) 1600 K=2(peop⊙) 1500 ,lgK=-38840/T+24.95(2) 主全多 acacn0 1400L 0 0.020.040.060.080.100.12 将式(2)化简得 IC% K=2p@p)'_民pmp9) 图1脱碳保铬临界转化温度 (3) acacnos f尼W2ac0 Fig.I Critical transition temperature of decarburization and keeping 则有 chromium IgK =2lgfcr +21gWc +31g(pco/pe)- 新型高强度耐候钢O6 CuPNi1Cr2终点碳[C]要 3lgfc -3lgWe lga cnos (4) 求在0.04%~0.08%，为确保真空精炼时碳含量在 式中：K为反应平衡常数；T为熔池温度，℃；a:为组 目标范围内，所以转炉热态模拟实验出钢[C]要小 元i的活度Pco为熔池中一氧化碳的分压，Paf为 于0.05%：然而，碳含量越低则需要的脱碳保铬转 元素i的活度系数：W,为组元i的质量分数. 化温度就越高，因此吹炼终点[C]要大于0.02%为 实验原料中硅、锰、磷和硫的含量较低，只考虑 宜.由图1可知，当[C]为0.02%~0.05%时，相对 碳、铬和镍元素对式(4)的影响.在1873K时，碳、 应的临界脱碳保铬转化温度理论计算值为1615~ 铬和镍之间的相互作用系数e(e为元素j对i的相 1764℃，即当[C]=0.05%时，脱碳保铬需要的最 互作用系数)B-分别为e6=0.14,e8=-0.024,e心 低临界转化温度是1615℃，当[C]=0.02%时，脱 =0.012,e8=-0.0003,e6=-0.12,e=0.0002. 碳保铬需要的最低临界转化温度是1764℃.当碳 由元素相互作用系数可得gf和lgf。为 含量不变时，pco-1.0×10Pa,ac,0,=0.5曲线上 lgf=e&W。+eWe+eeWN= 的临界转化温度点相对于其他三条曲线是最大的， -0.024Wc+0.14Wc+0.012W (5) 即满足该曲线的临界转化温度均满足其他三条曲线 Ig fcr =ec War ec Wc eci WNi 的转化温度：当碳含量和熔池温度均满足图中三角 -0.0003Wc-0.12Wc+0.0002W (6) 形区域，且温度在碳含量对应的临界转化温度之上 将式(2)、式(5)和式(6)带入式(4)，整理可以 时，就可以达到实验要求的脱碳保铬的目的.考虑 得到温度与含铬铁水成分以及一氧化碳分压之间的 新型耐候钢实际生产中各因素的综合影响，转炉热 平衡关系式： 态模拟实验出钢理想温度应控制在1680~1700℃. -38840/T+24.95=0.0714Wc-0.66Wc- 在转炉治炼过程中，除上述影响因素外，熔池中 0.0356 WNi +31g (Pco/pe)+2lgWcr- 碳和铬的含量本身对脱碳保铬也有影响.由式(7) 31gWc -lgacrao3 (7) 可知，当TPco和ac,0,固定不变时，熔池中碳含量越 转炉治炼新型耐候钢的热态模拟实验中，含铬 高，铬含量就较高：反之，也成立 铁水中[Cr]=1.2%和N]=1.0%,一氧化碳分压 转炉实际生产中主要通过控制温度和一氧化碳 取0.8×10°~1.0×10Pa,ac,0,取值范围为0.5~ 分压这两个方面共同达到脱碳保铬的目的.由文献 1.0.将上述相关数据带入式(7)，计算结果如图1 8]可知，不锈钢SHU409治炼时，通过抽真空降低 所示.在冶炼过程中，当镍含量、铬含量、一氧化碳 一氧化碳分压，可以将[C]脱至0.02%而无铬的氧 分压和ac0,一定时，随着金属液中碳含量的减少脱 化.但是，在转炉热态模拟实验中，出钢温度控制在 碳保铬需要的临界转化温度升高；当镍含量、铬含 1680~1700℃比较容易，通过增大底吹气体强度来 量、温度和ac20一定时，随着终点碳含量降低，一氧 降低一氧化碳分压却是有限的，一氧化碳分压为 化碳分压也在降低，即终点碳含量越低则需要的一 0.8×105~1.0×10Pa对转炉热态模拟实验脱碳 氧化碳分压就越低 保铬影响较小.北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 水中碳氧化而铬不氧化，也就是可以达到脱碳保铬 的目的． 冶炼过程中影响脱碳保铬的因素很多，其 中温度和一氧化碳分压的影响最大． 铬的氧化物比较复杂，在炼钢过程中最稳定的 是 Cr2O3 ． 吹炼过程中铁水中碳与铬的反应方程式 及其平衡常数关系式如下［5--6］所示: 3［C］+ Cr2O3 = 3CO + 2［Cr］ ( 1) K = a2 Cr( pCO /p) 3 a3 C aCr2O3 ，lgK = － 38 840 /T + 24. 95 ( 2) 将式( 2) 化简得 K = a2 Cr( pCO /p) 3 a3 C aCr2O3 = f 2 CrW2 Cr( pCO /p) 3 f 3 C W3 C aCr2O3 ( 3) 则有 lgK = 2lgfCr + 2lgWCr + 3lg( pCO /p) － 3lgfC － 3lgWC － lgaCr2O3 ( 4) 式中: K 为反应平衡常数; T 为熔池温度，℃ ; ai 为组 元 i 的活度; pCO为熔池中一氧化碳的分压，Pa; fi 为 元素 i 的活度系数; Wi为组元 i 的质量分数． 实验原料中硅、锰、磷和硫的含量较低，只考虑 碳、铬和镍元素对式( 4) 的影响． 在 1 873 K 时，碳、 铬和镍之间的相互作用系数 e j i ( e j i 为元素 j 对 i 的相 互作用系数) ［5--7］分别为 e C C = 0. 14，e Cr C = － 0. 024，e Ni C = 0. 012，e Cr Cr = － 0. 000 3，e C Cr = － 0. 12，e Ni Cr = 0. 000 2． 由元素相互作用系数可得 lg fC 和 lg fCr为 lg fC = e Cr C WCr + e C CWC + e Ni C WNi = － 0. 024WCr + 0. 14WC + 0. 012WNi ( 5) lg fCr = e Cr CrWCr + e C CrWC + e Ni CrWNi = － 0. 000 3WCr － 0. 12WC + 0. 000 2WNi ( 6) 将式( 2) 、式( 5) 和式( 6) 带入式( 4) ，整理可以 得到温度与含铬铁水成分以及一氧化碳分压之间的 平衡关系式: － 38 840 /T + 24. 95 = 0. 071 4WCr － 0. 66WC － 0. 035 6WNi + 3lg ( pCO /p) + 2lgWCr － 3lgWC － lgaCr2O3 ( 7) 转炉冶炼新型耐候钢的热态模拟实验中，含铬 铁水中 ［Cr］= 1. 2% 和［Ni］= 1. 0% ，一氧化碳分压 取 0. 8 × 105 ～ 1. 0 × 105 Pa，aCr2O3取值范围为 0. 5 ～ 1. 0． 将上述相关数据带入式( 7) ，计算结果如图 1 所示． 在冶炼过程中，当镍含量、铬含量、一氧化碳 分压和 aCr2O3一定时，随着金属液中碳含量的减少脱 碳保铬需要的临界转化温度升高; 当镍含量、铬含 量、温度和 aCr2O3一定时，随着终点碳含量降低，一氧 化碳分压也在降低，即终点碳含量越低则需要的一 氧化碳分压就越低． 图 1 脱碳保铬临界转化温度 Fig． 1 Critical transition temperature of decarburization and keeping chromium 新型高强度耐候钢 06CuPNi1Cr2 终点碳［C］要 求在 0. 04% ～ 0. 08% ，为确保真空精炼时碳含量在 目标范围内，所以转炉热态模拟实验出钢［C］要小 于 0. 05% ; 然而，碳含量越低则需要的脱碳保铬转 化温度就越高，因此吹炼终点［C］要大于 0. 02% 为 宜． 由图 1 可知，当［C］为 0. 02% ～ 0. 05% 时，相对 应的临界脱碳保铬转化温度理论计算值为 1 615 ～ 1 764 ℃，即当［C］= 0. 05% 时，脱碳保铬需要的最 低临界转化温度是 1 615 ℃，当［C］= 0. 02% 时，脱 碳保铬需要的最低临界转化温度是 1 764 ℃ ． 当碳 含量不变时，pCO = 1. 0 × 105 Pa，aCr2O3 = 0. 5 曲线上 的临界转化温度点相对于其他三条曲线是最大的， 即满足该曲线的临界转化温度均满足其他三条曲线 的转化温度; 当碳含量和熔池温度均满足图中三角 形区域，且温度在碳含量对应的临界转化温度之上 时，就可以达到实验要求的脱碳保铬的目的． 考虑 新型耐候钢实际生产中各因素的综合影响，转炉热 态模拟实验出钢理想温度应控制在 1680 ～ 1700 ℃ ． 在转炉冶炼过程中，除上述影响因素外，熔池中 碳和铬的含量本身对脱碳保铬也有影响． 由式( 7) 可知，当 T、pCO和 aCr2O3固定不变时，熔池中碳含量越 高，铬含量就较高; 反之，也成立． 转炉实际生产中主要通过控制温度和一氧化碳 分压这两个方面共同达到脱碳保铬的目的． 由文献 ［8］可知，不锈钢 SHU409 冶炼时，通过抽真空降低 一氧化碳分压，可以将［C］脱至 0. 02% 而无铬的氧 化． 但是，在转炉热态模拟实验中，出钢温度控制在 1 680 ～ 1 700 ℃比较容易，通过增大底吹气体强度来 降低一氧化碳分压却是有限的，一氧化碳分压为 0. 8 × 105 ～ 1. 0 × 105 Pa 对转炉热态模拟实验脱碳 保铬影响较小． ·1454·