.940· 工程科学学报，第40卷，第8期 3.5×10 90 ·-0.020MPa 3.0x10 。-0.035MPa ▲-0.050MPa 87 2.5×10- -0.065MPe ◆-0.080MPa 84 2.0x10 81 1.5x10- 1.0x10- 78 0.5x10 75 0.020 0.0350.0500.0650.080 增氮压力MPa 初始样 充氨样 终点样 增氮析氮处理过程 图5不同增氨压力下T[0]去除率 Fig.5 Influence of different nitrogen pressures on the T[]removal 图3钢中T[N]变化情况 rate in steel Fig.3 Changes of T[N]in molten steel 10以下，该结果说明增氨析氨法对硅锰脱氧钢中 度的下降，钢中的游离氧可能与钢中的碳发生碳氧 氧有良好的去除效果 反应[C]+[0]=C0,碳氧反应吉布斯自由能△G 如下式所示： 5x10 。-0.020MPa ·-0.035MPa △G=RTln Pco/pe (1160/T+2.003)(2) 4×10-5 --0.050MPa arclato] ￥-0.065HPa ◆-0.080MPa 式中：T为反应温度，1873K;R为气体常数，8.314J· 3×10-5 mol-1·K-1;Pco为一氧化碳的分压：pe为标准大气 三 压；a1c为钢中碳的活度，在钢液中其活度近似等于 2×10- 物质的浓度.实验用钢碳质量分数为0.802%、游离 1×10 氧质量分数为0.00173%，当体系真空度为100Pa 时，带入式(2)中计算得出该条件下△G=-1947.1 初始样 充氨样 终点样 Jmol-1<0.尽管碳氧反应吉布斯自由能小于0，但 增氮析氨处理过程 其与△G=0较接近，反应能力弱，在真空处理时只 图4钢中T[0]变化情况 能在钢液-真空界面或钢液-气泡界面进行.研究钢 Fig.4 Changes of T[O]in molten steel 中T[O]的降低，一部分是通过氮气泡对夹杂物的 图5为不同增氨压力下氧去除率图.增氨压力 粘附去除引起的结合氧降低，另一部分是由于钢中 由0.02MPa到0.08MPa的五个炉次，钢中氧去除 生成的氨气泡可以作为真空室，促进碳氧反应在氨 率分别为79.3%、86.5%、81%、82.1%和89.2%； 气泡的表面发生，生成的一氧化碳分子扩散到气泡 该结果表明，增氨析氮法对硅锰脱氧钢中T[0]有 内，进一步降低钢中T[0]含量. 良好的去除效果，且随着增氨压力的升高，钢中 2.2钢中夹杂物特征及去除效果 T[0]去除率小幅增加. 对增氨样中的夹杂物进行统计，结果表明，熔炼 钢中T[0]一部分为固定氧，一部分为游离氧， 后的SWRH82B热轧盘条中夹杂物主要分为以下4 其中游离氧会与钢中酸溶铝发生反应2[A1]+ 种类型：(1)硅酸盐类夹杂物，主要为Mg0-A山20， 3[0]=A山，0，生成氧化铝夹杂物，其反应平衡常 Si02-Ca0、AL,0,-Si0,-Ca0等复相夹杂物；(2) 数K'表达式为： AL,03夹杂物；(3)Mg0-AL,03夹杂物：(4)Mg0夹杂 1 物.增氨样中不同种类夹杂物数量所占比例如图6 K'=2 (1) snaio] 所示. 式中，a1o与a[分别为钢中游离氧和铝的活度，在 由图6可以得出，钢中夹杂物主要为硅酸盐类 钢液中其活度近似等于游离氧和铝的浓度.当反应 夹杂物，此类夹杂物为硅锰脱氧后钢中生成的夹杂 达到平衡时，K值为4.0×103，将钢中酸溶铝含量 物，其所占比例最大，其余夹杂物主要为部分A山，03 带入式(1)进行计算，可以得出钢中游离氧质量分 夹杂物、Mg0-Al203夹杂物，还有少量Mg0夹杂物. 数为0.00173%.在真空处理过程中由于体系真空 对比SWRH82B铸坯样中的夹杂物可以得出，经过工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 图 3 钢中 T[N]变化情况 Fig. 3 Changes of T[N] in molten steel 10 - 5以下,该结果说明增氮析氮法对硅锰脱氧钢中 氧有良好的去除效果. 图 4 钢中 T[O]变化情况 Fig. 4 Changes of T[O] in molten steel 图 5 为不同增氮压力下氧去除率图. 增氮压力 由 0郾 02 MPa 到 0郾 08 MPa 的五个炉次,钢中氧去除 率分别为 79郾 3% 、86郾 5% 、81% 、82郾 1% 和 89郾 2% ; 该结果表明,增氮析氮法对硅锰脱氧钢中 T[O] 有 良好的去除效果,且随着增氮压力的升高,钢中 T[O]去除率小幅增加. 钢中 T[O]一部分为固定氧,一部分为游离氧, 其中游离氧会与钢中酸溶铝发生反应 2 [ Al] + 3[O] = Al 2O3(s) ,生成氧化铝夹杂物,其反应平衡常 数 K忆表达式为: K忆 = 1 a 2 [Al] a 3 [O] (1) 式中,a[O]与 a[Al]分别为钢中游离氧和铝的活度,在 钢液中其活度近似等于游离氧和铝的浓度. 当反应 达到平衡时,K忆值为 4郾 0 伊 10 13 ,将钢中酸溶铝含量 带入式(1)进行计算,可以得出钢中游离氧质量分 数为 0郾 00173% . 在真空处理过程中由于体系真空 图 5 不同增氮压力下 T[O]去除率 Fig. 5 Influence of different nitrogen pressures on the T[O] removal rate in steel 度的下降,钢中的游离氧可能与钢中的碳发生碳氧 反应[C] + [O] = CO(g) ,碳氧反应吉布斯自由能 驻G 如下式所示: 驻G = RTln ( PCO / P 苓 a[C] a[O ) ] (1160 / T + 2郾 003) (2) 式中:T 为反应温度,1873 K;R 为气体常数,8郾 314 J· mol - 1·K - 1 ;PCO为一氧化碳的分压;P 苓 为标准大气 压;a[C]为钢中碳的活度,在钢液中其活度近似等于 物质的浓度. 实验用钢碳质量分数为 0郾 802% 、游离 氧质量分数为 0郾 00173% ,当体系真空度为 100 Pa 时,带入式(2)中计算得出该条件下 驻G = - 1947郾 1 J·mol - 1 < 0. 尽管碳氧反应吉布斯自由能小于 0,但 其与 驻G = 0 较接近,反应能力弱,在真空处理时只 能在钢液鄄鄄真空界面或钢液鄄鄄气泡界面进行. 研究钢 中 T[O]的降低,一部分是通过氮气泡对夹杂物的 粘附去除引起的结合氧降低,另一部分是由于钢中 生成的氮气泡可以作为真空室,促进碳氧反应在氮 气泡的表面发生,生成的一氧化碳分子扩散到气泡 内,进一步降低钢中 T[O]含量. 2郾 2 钢中夹杂物特征及去除效果 对增氮样中的夹杂物进行统计,结果表明,熔炼 后的 SWRH82B 热轧盘条中夹杂物主要分为以下 4 种类型:(1)硅酸盐类夹杂物,主要为 MgO鄄鄄 Al 2 O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄 CaO、 Al 2 O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄 CaO 等 复 相 夹 杂 物; ( 2 ) Al 2O3夹杂物;(3)MgO鄄鄄Al 2O3夹杂物;(4)MgO 夹杂 物. 增氮样中不同种类夹杂物数量所占比例如图 6 所示. 由图 6 可以得出,钢中夹杂物主要为硅酸盐类 夹杂物,此类夹杂物为硅锰脱氧后钢中生成的夹杂 物,其所占比例最大,其余夹杂物主要为部分 Al 2O3 夹杂物、MgO鄄鄄Al 2O3夹杂物,还有少量 MgO 夹杂物. 对比 SWRH82B 铸坯样中的夹杂物可以得出,经过 ·940·