·124· 北京科技大学学报 1998年第2期 压多高(0~0.75P°)，钢液中氮含量几乎不随 350 时间变化，即气相中的氮几乎不能穿过渣层 向钢液中传质.图4中的3组实验为钢液中氮 含量高达250×10-6和300×10-6，而气相中 300 氮分压较低的条件下，用中性渣及含FeO10% 21X 的氧化性渣覆盖钢液时，钢液中氮含量的变 化结果.图4表明，当钢液中氨含量较高而气 2506 相中氮分压较低时，钢液中氮也几乎不向气 相中传质 200 3.2热力学解释 01020304050607080 上述结果主要是由于在中性及氧化性条 t/min 件下，渣从气相及钢液中吸氨很少造成的文图4含较高氨含量的钢液中氨含量随时间的变化 献[2,4,5]分别用Mo坩埚、NM坩埚及Pt坩埚1：试验45，P%=0.02P°，Ca042%-S0,42%- 做渣的吸氮实验.结果表明，在P=1p°条件，A0,10%-Ca56%; 下，中性渣及氧化性渣几乎不增氮. 2:试验44，P=0.25P°，Ca042%-Si0,42%- Al,0110%-CaF26%; 氮在中性及氧化性渣中溶解量低这一事3试验43，P=0.02P°，Ca047%-Si0,20%- 实可通过下面的热力学计算来解释， Al2038%-Mg05%-Mn010%-Fe010% 先计算气相中N与渣中组元的反应（以A1,O,为例） (ANN) 4G,=1033113-95.77T() (1) 1600℃时△G°=853736J阿 由△G=-RTInKe可得： 1600℃时上述反应的平衡常数=1.54×10-26，若PN=1P°，则平衡氧分压P。=1.34× 1016P.即只有在P。<1.34×10-6p°的还原气氛下，氮才能与渣发生反应. 再进一步计算钢液中[]与渣中组元的反应 由2N(B)-[N的△G9=3598+23.89)得 3 (A,0)+2IN=2(AIN+20, △G,°-1025917-143.55) (2) 1600℃时，△G=757048), 平衡常数K°-7.67×10-2. (P/P)32 因为，= 假设氮在钢液中服从亨利定律，且在本实验条件下，钢中W侧 AiN 约为3×10-2，则(P。/P)=K·wN 解得平衡时氧分压P。=7.8×10-”p°，即只有在P。<7.8×10~”p的还原气氛下，钢液 中氨才能与渣发生反应.因此在中性及氧化性条件下，氮在渣中的溶解量很低，使得渣层如同 一个绝缘层一样有效地防止了氮在钢液和气相间的传质.北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 8年 第2期 压多 高 ( 0 一 0 . 75 尸。 ) , 钢液 中氮含 量几 乎 不 随 时 间变 化 , 即 气相 中 的 氮 几 乎 不 能 穿 过渣 层 向钢 液 中传质 . 图 4 中的 3 组 实 验为钢 液 中氮 含量 高达 2 5 0 x 10 一 6和 3 0 0 x 10 一 6 , 而 气相 中 氮分 压较 低 的条件 下 , 用 中性渣 及含 eF o l o% 的 氧 化性 渣 覆 盖 钢 液 时 , 钢 液 中氮 含 量 的 变 化 结 果 . 图 4 表 明 , 当钢 液 中氮 含量 较 高 而 气 相 中氮 分 压较 低 时 , 钢 液 中 氮也 几 乎 不 向气 相 中传质 . .3 2 热力学解释 上 述结果 主要 是 由于在 中性 及氧 化性 条 件下 , 渣从气相 及钢液 中吸 氮很 少造成 的 . 文 献 【2 , 4 , 5] 分别用 M o 柑 祸 、 瓦 柑涡及 R 增竭 做渣 的 吸氮 实 验 · 结 果 表 明 , 在 凡厂l 尸“ 条 件 下 , 中性渣 及 氧化性 渣几 乎不增 氮 . 氮在 中性 及氧 化性渣 中溶解 量低 这一事 实可 通过 下 面的热 力学计算来解 释 . 3 50 1 ` — . 一产月 : ’ o r 一 ~ · 一 . 三 — 一 1 2 毛 舌一币~ 一 一 ~ ~ 一一一代 乙 1 1 琴 , 二 n l _ ,二一一刁 ~ 一一。 — ` J I J甲 - - 一 - -闷 J一 ~ 、 心 声口口~ 2 0川 , , , . : , 上 」 0 1 0 2 0 30 4 0 5 0 6 0 7 0 80 刀m i n 图 4 含较 高氮含t 的钢液 中氮含. 随时间的变化 l : 试验 4 5 , 凡 2 一 o · o Z p “ , C a O 4 2% 一 51 0 : 4 2% - 1A 2 q 1 0% 一 aC 瓦 6% ; 2 : 试验 4 , 凡 : 一 o · 2 5 p “ , C a o 4 2% 一 is 仇 4 2% - 1A 2 o 3 1 0% 一 aC 砚 6 ./ : 3 : 试验 4 3 , 凡 2 一 0 · 0 2 p 。 , C a o 4 7% 一 51 0 2 2 0% - A 1 2 0 3 8% 一 M g o 5.0/ 一 M n o 1 0% 一 F e o 1 0 0., 先计算气相 中 凡与渣 中组元 的反应 ( 以 1A 2O 3 为例 ) _ _ _ _ _ _ _ _ ` . _ _ 3 _ _ ( A I , U 、 ) + N , (g ) = z (A IN ) + ; U , ( g ) : 一 - 一 乙 d G 尸 = 1 0 3 3 1 13 一 9 5 . 7 7 T (刀 1 6 0 0 ℃ 时 △ G尸 一 8 5 3 7 3 6 了 ` , . 由 △ G e = 一 R刀 n eK 可得 : 1 60 0℃ 时上 述反 应的 平衡 常数 犷一 L 54 x 10 一 ’ 6 ;若 气 一 l 尸“ , 则 平衡 氧分压 10 一 ’ 6 尸“ · 即只 有在 凡 2 < L 34 x 10 一 ’ ` 尸。 的还原气 氛下 , 氮才 能与渣 发生反 应 · 再进一 步计 算钢 液 中 [N] 与渣 中组 元的反 应 . ( l ) 气 一 l · 3 4 x 由 粤\ (g ) 一 [闻 的△。 一: 59 8 + 2 3 . 89 双。 得 2 之 、 ` , `A , 2 0 3 ) + 2〔` 一 2 ( A ,、 + 号 0 2 △ G犷 = 1 0 2 5 9 17 一 1 4 3 . 5 5 双刀 1 6 0 0 oC 时 , △G尹 = 7 5 7 0 4 8 (刀 , 平衡 常数 扩= 7 . 67 x 1 0 一 2 2 . (2 ) 因为 , eK ( oP , / p “ ) , ` 2 a 益 约为 3 x l o 一 ’ , 则 ( oP , / p 。 ) , ` ’ - 解 得平 衡 时氧分压 oP 尸.7 假设 氮在钢 液 中服 从 亨利定 律 , 且在 本实 验条件 下 , 钢 中 w 囚 K · w 益 s x l o 一 ’ 7 尸 e ,即只 有在 中氮 才能 与渣 发 生反应 . 因此 在 中性 及 氧化性 条件下 , 气 < .78 ` 10 一 ” 尸“ 的还原 气氛 下 , 钢液 氮在 渣 中的溶 解量 很低 , 使得渣 层如 同 一个 绝缘层一 样有效 地 防止 了氮在钢 液和气相 间的传质