·150, 工程科学学报，第38卷，增刊1 6.0 0.7 (a) ■-4-100%C0、 5.5 +5-75%C0,+25%0 0.6 ▲6°-50%C0,+50%0 5.0 0.5 7-25%C0+75%0, ◆8-100%0 0.4 4.0 02 4-100%C0. 3.5 0.1 -5-75%C0,+25%0. 650%C0,+50%0, 3.0 -7一25%C0.+75%0. ←-8一100%0， 2.5 0 10 203040506070 80 10 20 3040 50 60 70 时间/min 时间min 图3不同气体成分对高碳铬铁熔体脱碳的影响.()碳含量随时间的变化：(b)脱碳速率随时间的变化 Fig.3 Effect of gas compositions on decarburization of HCFeCr melt:(a)variation of carbon content with time;(b)variation of decarburization rate with time 在治炼的前20min,喷吹50%C02,75%C02以及100% 时，由于其弱氧化性，在界面生成的Cr,0,、Fe0等氧 C02都有很高的脱碳速率，50%C02+50%02有最大 化物含量低，可以认为一直是直接脱碳对整个体系 的脱碳速率。可以初步预测，在高碳含量的情况下，先 的脱碳起主导作用，因此随着碳含量的降低，脱碳速 喷吹高比例的C0,(体积分数50%以上)能够更快速 率持续下降。 脱碳. 图4为对中碳铬铁脱碳时(1.0%≤[C]≤ 综合图3(a)和图3(b)可知，当喷吹纯C02时，其 4.0%),不同气体成分对熔体内碳含量的影响.在脱 脱碳速率较为平稳，脱碳曲线较为平滑.喷吹纯0，或 碳的前20min,五种气体的脱碳效果几乎相同.但随着 C02+02的混合气体时，脱碳速率变换频繁.以炉次 碳含量的降低，高02含量的气体显示出了优势.由碳 6喷吹50%C02+50%02为例，在0~20min内，脱碳 含量的绝对值比较得知，在0~60min内，不同气氛对 速率较大，约为4.8×10-4minl;20~30min内，脱碳 脱碳影响的强弱顺序是：25%C02+75%02>100%02> 速率降低到3×10-4min;30~50min内，脱碳速率又 75%C02+25%02≈50%C02+50%02>100%C02. 呈现出增大趋势：50~60min内，脱碳速率又有所减 在25%C02+75%02的气氛下，碳质量分数从3.29% 小.而且喷吹气体中0，体积分数越高，出现这种变化 降低到1.78%，降幅为1.51%，脱碳效果最好；喷吹纯 的时间越早.出现这种现象的原因可能与直接脱碳和 O2时，也能收到较好的脱碳效果，60min内脱碳 间接脱碳有关.当氧化性气体吹入熔池后，在气一液界 1.43%:75%C02+25%02与50%C02+50%02这两 种气氛对脱碳的影响相似，在60min内脱碳量质量分 面处会发生直接脱碳反应，即2[C]+02(g)=2C0 数在1.28%左右；当喷吹纯C02时，脱碳效果最差，60 (g)或C]+02(g)=C02(g).随着界面处碳含量的 min内仅脱碳1.15% 减少，同时在界面上会有一部分Cr、Fe等元素被氧化， 生成Cr,0,和Fe0,使脱碳速率降低，并且02含量越 34 -9-100%C0 高，生成的Cr,0,和Fe0越多，对脱碳的影响越大：随 3.2 ◆10°-75%C0,+25%0 后在气流的充分搅动下，Cr,0,、F0等氧化物向熔体 3.0 411一50%C0.+50%0. +12-25%C0+75%0 内部传质，并与熔体中的C发生间接脱碳反应： 2.8 ◆13一100%0， (Cr,0,)+3[C]=2[Cr]+3C0(g)或(Fe0)+[C]= 2.6 F]+C0(g),此时，在直接脱碳和间接脱碳的联合 24 作用下，脱碳速率加快，而且间接脱碳反应生成的CO 22 2.0 又能促进传质，进一步促进直接脱碳的进行.随着反 1.8 应的进行，熔体中碳含量不断降低，直接脱碳反应不如 1.6 初始时强烈，取而代之的是大量Cr和Fe的氧化，使熔 0 10 2030405060 时间min 体中Cr,03Fe0大量生成，仅有部分Cr,0,、Fe0被C 图4不同气体成分对中碳铬铁熔体脱碳的影响 还原，剩余Cr,03、F0留存在熔体中，导致熔体黏度 Fig.4 Effect of gas compositions on decarburization of MCFeCr melt 增大，阻碍碳向气一液界面传质，又降低了直接脱碳 反应发生的几率，使脱碳速率降低.而喷吹纯C02 图4所示结果表明，在熔体内碳含量较低的情况工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 3 不同气体成分对高碳铬铁熔体脱碳的影响 . ( a) 碳含量随时间的变化; ( b) 脱碳速率随时间的变化 Fig． 3 Effect of gas compositions on decarburization of HCFeCr melt: ( a) variation of carbon content with time; ( b) variation of decarburization rate with time 在冶炼的前20 min，喷吹50% CO2，75% CO2 以及100% CO2 都有很高的脱碳速率，50% CO2 + 50% O2 有最大 的脱碳速率． 可以初步预测，在高碳含量的情况下，先 喷吹高比例的 CO2 ( 体积分数 50% 以上) 能够更快速 脱碳． 综合图 3( a) 和图 3( b) 可知，当喷吹纯 CO2 时，其 脱碳速率较为平稳，脱碳曲线较为平滑． 喷吹纯 O2 或 CO2 + O2 的混合气体时，脱碳速率变换频繁． 以炉次 6# 喷吹 50% CO2 + 50% O2 为例，在 0 ～ 20 min 内，脱碳 速率较大，约为 4. 8 × 10 － 4 min － 1 ; 20 ～ 30 min 内，脱碳 速率降低到 3 × 10 － 4 min － 1 ; 30 ～ 50 min 内，脱碳速率又 呈现出增大趋势; 50 ～ 60 min 内，脱碳速率又有所减 小． 而且喷吹气体中 O2 体积分数越高，出现这种变化 的时间越早． 出现这种现象的原因可能与直接脱碳和 间接脱碳有关． 当氧化性气体吹入熔池后，在气--液界 面处会发生直接脱碳反应，即 2［C］+ O2 ( g) = 2CO ( g) 或［C］+ O2 ( g) = CO2 ( g) ． 随着界面处碳含量的 减少，同时在界面上会有一部分 Cr、Fe 等元素被氧化， 生成 Cr2O3和 FeO，使脱碳速率降低，并且 O2 含量越 高，生成的 Cr2O3 和 FeO 越多，对脱碳的影响越大; 随 后在气流的充分搅动下，Cr2O3、FeO 等氧化物向熔体 内部 传 质，并 与 熔 体 中 的 C 发 生 间 接 脱 碳 反 应: ( Cr2O3 ) + 3［C］= 2［Cr］+ 3CO( g) 或( FeO) +［C］= ［Fe］+ CO( g) ，此时，在直接脱碳和间接脱碳的联合 作用下，脱碳速率加快，而且间接脱碳反应生成的 CO 又能促进传质，进一步促进直接脱碳的进行． 随着反 应的进行，熔体中碳含量不断降低，直接脱碳反应不如 初始时强烈，取而代之的是大量 Cr 和 Fe 的氧化，使熔 体中 Cr2O3、FeO 大量生成，仅有部分 Cr2O3、FeO 被 C 还原，剩余 Cr2O3、FeO 留存在熔体中，导致熔体黏度 增大，阻碍碳向气--液界面传质，又降低了直接脱碳 反应发生 的 几 率，使 脱 碳 速 率 降 低． 而 喷 吹 纯 CO2 时，由于其弱氧化性，在界面生成的 Cr2O3、FeO 等氧 化物含量低，可以认为一直是直接脱碳对整个体系 的脱碳起主导作用，因此随着碳含量的降低，脱碳速 率持续下降． 图 4 为对中碳铬铁脱碳时 ( 1. 0% ≤［C］≤ 4. 0% ) ，不同气体成分对熔体内碳含量的影响． 在脱 碳的前20 min，五种气体的脱碳效果几乎相同． 但随着 碳含量的降低，高 O2 含量的气体显示出了优势． 由碳 含量的绝对值比较得知，在 0 ～ 60 min 内，不同气氛对 脱碳影响的强弱顺序是: 25% CO2 + 75% O2 ＞ 100% O2 ＞ 75% CO2 + 25% O2 ≈50% CO2 + 50% O2 ＞ 100% CO2 ． 在 25% CO2 + 75% O2 的气氛下，碳质量分数从 3. 29% 降低到 1. 78% ，降幅为 1. 51% ，脱碳效果最好; 喷吹纯 O2 时，也 能 收 到 较 好 的 脱 碳 效 果，60 min 内 脱 碳 1. 43% ; 75% CO2 + 25% O2 与 50% CO2 + 50% O2 这两 种气氛对脱碳的影响相似，在 60 min 内脱碳量质量分 数在 1. 28% 左右; 当喷吹纯 CO2 时，脱碳效果最差，60 min 内仅脱碳 1. 15% ． 图 4 不同气体成分对中碳铬铁熔体脱碳的影响 Fig． 4 Effect of gas compositions on decarburization of MCFeCr melt 图 4 所示结果表明，在熔体内碳含量较低的情况 · 051 ·