第11期 邓志银等：不同脱氧方式对钢中夹杂物的影响 ·1257· 含量和夹杂物的影响，并探讨了Si-Mn脱氧时夹杂 u/% 物的生成过程 0.02 0.04 0.060.080.10 1脱氧热力学分析 使用脱氧剂脱氧一般采用含Si、Mn及其他元 素（如Ca、Ba和Mg)合金，强脱氧采用纯Al或者Al 10 合金.实际生产中，采用较多主要有Si、Mn和A. -A1.0 -Si.0 采用Si、Mn和Al脱氧的化学反应分别为： 10 --…Mn-0 [Si]+20]=(Si02), △G°=-581900+221.8T,J小mol-1m;(1) 1000.10.20.30.40.50.60.70.8 /%,m% [Mn][0]=(MnO), △G9=-288150+128.3T,J小mol-1☒：(2) 图1Al、Mn和Si与0的平衡曲线 2[A]+3[0]=(Al,03), Fig.1 Al-0,Mn-0 and Si-0 equilibrium curves △G号=-1225000+393.8T,J小mol1.(3) 和Mn 式中：T为温度，K.根据式(1)~(3)可以计算在 2实验 1600℃时与Si、Mn和Al平衡的氧活度a回，计算 结果如图1所示.从图1可以看出：A的脱氧能力 2.1实验过程 远大于Si和Mn,当钢液中A的质量分数D如为 实验钢种为35CrMo,其成分如表1所示.实验 0.02%时，a回可以降至4×10-6以下；Si的脱氧能 在邢台钢铁有限责任公司进行，采用两种不同脱氧 力比Mn强，当ws在0.2%左右，00在0.7%左 方式：(I)出钢过程加A!进行强脱氧；（Ⅱ)出钢时 右时，与此Si含量平衡的a为106.7×10-6，而与 不加Al,加入Si-Mn合金进行弱脱氧，在LF进站再 此Mn含量平衡的a回高达616.6×10-6 喂入A1线进行强脱氧.两种脱氧方式各实验1个 由式(1)、(2)和(3)可知，在1600℃时，△G< 浇次，每个浇次13炉.实验均为“80t顶底复吹转 △G<△G9.因此，当A、Mn和Si同时存在钢液中 炉→LF精炼（钙处理）→280mm×325mm大方坯连 时，最先与氧发生反应的是A山，其次是Si,最后才是 铸”流程，精炼采用的渣系均为高碱度渣，碱度约为 Mn;同时，Al可以将Si和Mn的氧化物还原为Si 10,如表2所示.实验过程采用提桶式取样器取样. 表135CrMo化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of 35CrMo % C Si Mn P Cr Mo 0.34~0.37 0.20-0.24 0.68-0.72 ≤0.015 ≤0.010 0.95~0.990.18-0.21 0.02-0.04 表2实验渣系成分和碱度 终产品，采用方式（Ⅱ）脱氧能有效地控制氮含量， Table 2 Composition and basicity of the experimental slag 其得到的氮质量分数比采用方式(I)脱氧得到的 质量分数/% 碱度， 氮质量分数低5×10-6左右.观察两种不同脱氧方 Ca0 Si0, A203 Mgo R 式LF处理前的全氧质量分数，采用方式（Ⅱ）脱氧 50-60 4-8 20-25 6-8 9-13 的全氧质量分数平均达到146.38×10-6，平均氮质 2.2分析方法 量分数仅为16.12×10-6：而采用方式(I)脱氧的 采用ELTRA一ONH20O0气体分析仪分析氧和 平均全氧质量分数为21.18×10-6，平均氮质量分 氮含量.采用JEOL JSM--5610LV型扫描电子显微 数则为20.92×10-6，明显比采用方式（Ⅱ）脱氧的 镜(SEM)和Thermo Noran能谱仪(EDS)对夹杂物 氮质量分数高.这里的氧含量也验证了热力学分析 形貌和成分进行分析. 的结果，出钢过程中钢液氧含量高可以有效地控制 钢液吸氮，从控氯的角度考虑，出钢弱脱氧方式更为 3结果分析与讨论 有利. 3.1不同脱氧方式所得的氧氮含量 除了氮含量，不同的脱氧方式得到的全氧含 实验得到的平均氧氯含量如图2所示.对于最 量和夹杂物形态也不可忽视.从图2中数据可以第 11 期 邓志银等: 不同脱氧方式对钢中夹杂物的影响 含量和夹杂物的影响，并探讨了 Si--Mn 脱氧时夹杂 物的生成过程． 1 脱氧热力学分析 使用脱氧剂脱氧一般采用含 Si、Mn 及其他元 素( 如 Ca、Ba 和 Mg) 合金，强脱氧采用纯 Al 或者 Al 合金． 实际生产中，采用较多主要有 Si、Mn 和 Al． 采用 Si、Mn 和 Al 脱氧的化学反应分别为: ［Si］+ 2［O］ (  SiO2 ) ， ΔG— 1 = － 581 900 + 221. 8T，J·mol － 1［7］; ( 1) ［Mn］+［O］ (  MnO) ， ΔG— 2 = － 288 150 + 128. 3T，J·mol － 1［8］; ( 2) 2［Al］+ 3［O］ (  Al2O3 ) ， ΔG— 3 = － 1 225 000 + 393. 8T，J·mol － 1［9］． ( 3) 式中: T 为温度，K． 根据式( 1) ～ ( 3) 可以计算在 1 600 ℃时与 Si、Mn 和 Al 平衡的氧活度 a［O］，计算 结果如图 1 所示． 从图 1 可以看出: Al 的脱氧能力 远大于 Si 和 Mn，当钢液中 Al 的质量分数 w［Al］为 0. 02% 时，a［O］可以降至 4 × 10 － 6 以下; Si 的脱氧能 力比 Mn 强，当 w［Si］在 0. 2% 左右，w［Mn］在 0. 7% 左 右时，与此 Si 含量平衡的 a［O］为 106. 7 × 10 － 6 ，而与 此 Mn 含量平衡的 a［O］高达 616. 6 × 10 － 6 ． 由式( 1) 、( 2) 和( 3) 可知，在 1 600 ℃时，ΔG— 3 ＜ ΔG— 1 ＜ ΔG— 2 ． 因此，当 Al、Mn 和 Si 同时存在钢液中 时，最先与氧发生反应的是 Al，其次是 Si，最后才是 Mn; 同时，Al 可以将 Si 和 Mn 的氧化物还原为 Si 图 1 Al、Mn 和 Si 与 O 的平衡曲线 Fig． 1 Al-O，Mn-O and Si-O equilibrium curves 和 Mn． 2 实验 2. 1 实验过程 实验钢种为 35CrMo，其成分如表 1 所示． 实验 在邢台钢铁有限责任公司进行，采用两种不同脱氧 方式: ( Ⅰ) 出钢过程加 Al 进行强脱氧; ( Ⅱ) 出钢时 不加 Al，加入 Si--Mn 合金进行弱脱氧，在 LF 进站再 喂入 Al 线进行强脱氧． 两种脱氧方式各实验 1 个 浇次，每个浇次 13 炉． 实验均为“80 t 顶底复吹转 炉→LF 精炼( 钙处理) →280 mm × 325 mm 大方坯连 铸”流程，精炼采用的渣系均为高碱度渣，碱度约为 10，如表 2 所示． 实验过程采用提桶式取样器取样． 表 1 35CrMo 化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of 35CrMo % C Si Mn P S Cr Mo Al 0. 34 ～ 0. 37 0. 20 ～ 0. 24 0. 68 ～ 0. 72 ≤0. 015 ≤0. 010 0. 95 ～ 0. 99 0. 18 ～ 0. 21 0. 02 ～ 0. 04 表 2 实验渣系成分和碱度 Table 2 Composition and basicity of the experimental slag 质量分数/% CaO SiO2 Al2O3 MgO 碱度， R 50 ～ 60 4 ～ 8 20 ～ 25 6 ～ 8 9 ～ 13 2. 2 分析方法 采用 ELTRA--ONH2000 气体分析仪分析氧和 氮含量． 采用 JEOL JSM--5610LV 型扫描电子显微 镜( SEM) 和 Thermo Noran 能谱仪( EDS) 对夹杂物 形貌和成分进行分析． 3 结果分析与讨论 3. 1 不同脱氧方式所得的氧氮含量 实验得到的平均氧氮含量如图 2 所示． 对于最 终产品，采用方式( Ⅱ) 脱氧能有效地控制氮含量， 其得到的氮质量分数比采用方式( Ⅰ) 脱氧得到的 氮质量分数低 5 × 10 － 6 左右． 观察两种不同脱氧方 式 LF 处理前的全氧质量分数，采用方式( Ⅱ) 脱氧 的全氧质量分数平均达到 146. 38 × 10 － 6 ，平均氮质 量分数仅为 16. 12 × 10 － 6 ; 而采用方式( Ⅰ) 脱氧的 平均全氧质量分数为 21. 18 × 10 － 6 ，平均氮质量分 数则为 20. 92 × 10 － 6 ，明显比采用方式( Ⅱ) 脱氧的 氮质量分数高． 这里的氧含量也验证了热力学分析 的结果，出钢过程中钢液氧含量高可以有效地控制 钢液吸氮，从控氮的角度考虑，出钢弱脱氧方式更为 有利． 除了氮含量，不同的脱氧方式得到的全氧含 量和夹杂物形态也不可忽视． 从图 2 中数据可以 ·1257·