Vol.26 No.2 吴宝国等：氮的溶解度及预处理过程脱氮的实验研究 ·127· 含量和疏含量增加时，铁水氨的溶解度有所减 26 小，这可以解释为，由于氧、疏是表面活性物质， 它们在表面富集，占据了一部分可吸附氮的表面 少 位置，从而阻碍了氮在这些位置上的吸附.随着 氧疏在铁水中浓度的增加，占据的表面位置的分 Ot/N] 24 数增加，降低表面对氮的吸附能力， 23 对于纯铁，人=1，=[%N],则由式(3)得： lg%N=-(9+1063)H 22 (6) 预处理温度为1573~1673K时，大气下纯 1560158016001620164016601680 T/K 铁的氮溶解度为0.0358%~0.0374%.铁液中的 图4氨溶解度与温度的关系 氮含量远低于这一值，故铁液从大气中吸氨是一 Fig.4 Relation between nitrogen solubility and tempera- 个自发过程，吸氮速度及吸氮量取决于动力学条 ture 件.可以认为，吸氮进行得很慢，在本实验条件下 反应难以达到平衡，当铁液中氧含量和硫含量增 3.2预处理过程中脱氨的研究 加时，进一步减缓吸氨过程，从而相对降低了氮 铁水温度为1573K,采用40%Ca0-52%Fez0, 的溶解度. 8%CaF2系脱磷剂和NaCO脱硫剂，对预脱硅后 图3为铁液中碳含量对氮溶解度的影响，从 的铁水进行脱磷脱硫预处理联动实验，研究了在 图3可以明显看出，随着铁水中碳含量从3.8%增 铁水脱磷脱硫预处理中初始氮、碳含量对铁水终 加到4.2%，氮在铁水中的溶解度由N=26×10下 点氨含量的影响，在有良好的碳氧反应的条件 降到N=22×10.进行线形回归得到氮的溶解度 下，进行了脱氮研究. 与铁水含碳量的关系式： (1)初始氮、碳含量对脱氮的影响. [N/10=62.02-9.62×[%C]"=-0.96 (7) 图5为初始氨含量对终点氨的影响，由图可 实验结果表明铁水中含碳量高有利于降低 见，随着初始氮含量的增高，铁液终点氮含量随 氮的溶解度，所以充分利用铁水条件开展低氨钢 之升高，所以要冶炼很低的氮含量钢种，钢液初 冶炼技术研究具有重要意义， 始氮含量必须要低.同时实验研究了不同初始碳 26 含量对脱氮效果的影响，结果如图6所示，由图 可见，脱氨率随着初始碳含量的增加而提高，在 25 供氧强度相同的条件下，铁水中含有较高的碳量 -01/N] 24 有利于脱氮. 23 9 186 22 17 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 [C]% 0I/[N] 16 图3铁水中碳含量对氮溶解度的影响 Fig.3 Effect of carbon content in molten iron on nitrogen 14 solubility 13 2021222324252627 图4表示铁水中氮溶解度与温度的关系.由 NV10- 图可见，温度越高，氮在铁水中溶解度越大，这与 图5初始氨含量N与终点氨含量N,的关系 前面的热力学分析结果相一致，即升高温度能提 Fig.5 Relation between initial nitrogen content [N]and 高氮在铁水中的溶解度. last nitrogen content [N]V 匕】 . 2 6 N o . 2 吴 宝 国等 : 氮 的溶解 度 及预处 理 过程脱 氮 的实验 研 究 含 量 和硫 含 量 增 加 时 , 铁 水 氮 的溶 解 度 有 所 减 小 . 这 可 以解释 为 , 由于 氧 、 硫 是 表面 活 性物 质 , 它 们在 表面 富集 , 占据 了一 部分 可吸 附氮 的表 面 位 置 , 从而 阻碍 了氮 在 这 些位 置 上 的吸 附 . 随着 氧硫 在 铁水 中浓 度 的增加 , 占据 的表面 位 置 的分 数 增加 , 降低 表 面对 氮 的 吸 附能 力 . 对 于纯 铁 ,养 = 1 , 如 = !% N } , 则 由式 (3) 得 : lg LO, N〕一 (臀 十 1 · 。 6 3 )号 ,。 , (6 ) 预 处理 温度 为 1 5 73 一 1 6 73 K 时 , 大气 下 纯 铁 的氮 溶解 度 为 .0 0 35 8% 一 .0 0 3 7 4 % . 铁液 中的 氮 含量 远低 于这 一值 , 故铁 液从大 气 中吸 氮是 一 个 自发 过程 , 吸 氮速 度及 吸氮 量取 决 于动 力学 条 件 . 可 以认 为 , 吸氮进 行得 很 慢 , 在 本 实验 条件 下 反 应难 以达 到平 衡 , 当铁 液 中氧含 量和 硫 含量增 加 时 , 进 一步 减 缓吸 氮 过程 , 从 而相 对 降低 了氮 的溶解 度 . 图 3 为铁 液 中碳 含量 对 氮溶 解度 的影 响 . 从 图 3 可 以 明显看 出 , 随着 铁 水 中碳含 量 从 3 . 8% 增 加 到 .4 2% , 氮 在 铁水 中的溶 解度 由囚 = 2 x6 10巧 下 降 到 困」= 2 2 “ 10巧 . 进 行 线 形 回归 得到 氮 的溶 解度 与 铁水 含碳 量 的关系 式 : N[ ]/ 10 一性6 2 . 0 2 一 9 . 6 2 x 【% C I , r “ 一 0 . 9 6 ( 7 ) 实验 结果 表 明铁 水 中含 碳 量 高 有 利 于 降低 氮 的溶解 度 , 所 以充 分利 用铁 水条 件开 展低 氮钢 冶 炼技 术研 究 具 有重 要 意义 . 、ē乙。一 1 5 6 0 1 5 8 0 1 6 0 0 1 6 2 0 1 6 4 0 1 6 6 0 1 6 8 0 刀筑 图 4 氮 溶解度 与温度 的关 系 F ig . 4 R e l a 伽 n b e 卜四 e e n n i t or ge n s o l u b il yt a n d 加 m P e ar - t U 代 26 卜 . .3 2 预 处理 过 程 中脱 氮 的研 究 铁 水温 度 为 1 5 7 3 K , 采 用 4 0% C a -O 5 2% F e Z O 3 一8% C aF Z 系脱 磷 剂和 N 灰 C O , 脱硫 剂 , 对预 脱硅 后 的铁 水进 行 脱磷 脱硫 预处 理 联动 实验 , 研 究 了在 铁水 脱磷 脱硫 预 处理 中初 始氮 、 碳含 量对 铁 水终 点氮 含 量 的影 响 . 在有 良好 的碳 氧 反应 的条 件 下 , 进 行 了脱 氮研 究 . ( l) 初始 氮 、 碳 含 量 对脱 氮 的影 响 . 图 5 为初 始氮 含 量对 终 点 氮 的影 响 . 由图可 见 , 随着 初始 氮 含 量 的增 高 , 铁 液 终 点氮 含量 随 之升 高 , 所 以要 冶炼 很 低 的氮 含量 钢 种 , 钢 液 初 始氮 含量 必 须要 低 . 同时实验 研 究 了不 同初 始碳 含量 对 脱氮 效 果 的影 响 , 结 果 如 图 6 所 示 . 由 图 可 见 , 脱 氮率 随 着 初始 碳 含量 的增 加而 提 高 , 在 供氧 强度 相 同 的条件 下 , 铁水 中含 有 较高 的碳 量 有利 于 脱氮 . 4 乙, 、01ū乙 一卜卜 八叮,O了ù 哎6 曰 4 甲畏ū乙O 2 3 2 2 3 . 8 3 . 9 4 . 0 4 . 1 4 . 2 [C ]% 图 3 铁 水 中碳含 量对 氮溶 解度 的影 响 iF g . 3 E fe e t o f e a r b o n e o n et n t in m o l et n i or n o n n i otr 罗 n s o lu b i liyt 图 4 表 示铁 水 中氮 溶解 度 与温 度 的关 系 . 由 图可见 , 温 度越 高 , 氮在 铁水 中溶 解度 越大 , 这 与 前 面 的热 力学 分析 结果相 一 致 , 即升 高温 度 能提 高氮 在铁 水 中 的溶解 度 . 2 0 2 1 22 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 困]了10 一 ` 图 5 初 始氮 含 量 IN I .与 终点 氮含 量 IN I , 的关 系 F馆 . 5 R e is it o n b e wt e e n i n it a l n i t or g e n e o n t e n t IN 】 . a n d l a s t n it or g e n c o n t e n t 困 1