工程科学学报.第42卷.增刊1：34-38.2020年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,Suppl.1:34-38,December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.15.s18;http://cje.ustb.edu.cn 碳铝硅在铁液中对氮溶解速率的影响 范越文，胡晓军区，王鹏栋，李远 北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室.北京100083 ☒通信作者，E-mail:huxiaojun@ustb.edu.cn 摘要通过NN同位素气体交换技术消除液相传质的影响，利用在线质谱分析仪测定了在1873K下，铁液中氮溶解的 界面反应速率常数.结果表明，总流量为600~800mLmi'时可以忽略气相传质的影响.保护气中增加H,的比例有利于降 低钢液中杂质元素的浓度.铁液中加入一定量碳、铝、硅，分析得到这三种元素对氨溶解速率是抑制的.依据本实验的数据 利用空位解离模型建立反应速率常数k与氧、硫、碳、铝、硅的活度关系，吸附系数分别是Ko=0.96,K=9.32,Kc=0.02, KA=0.51,Ks=1.16.纯铁液中氮的溶解反应表观速率常数为k=4.8×10-6molm2sPa 关键词动力学：同位索交换技术：氮溶解：速率常数：吸附系数 分类号TF701.2 Effects of carbon,aluminum and silicon on the dissolution rate of nitrogen into molten iron FAN Yue-wen,HU Xiao-jun.WANG Peng-dong,LI Yuan State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:huxiaojun @ustb.edu.cn ABSTRACT Nitrogen in the steel can either improve or weaken the performance,as well as reduce product.In the flow of producing steel,it is of paramount importance to adopt some measures to restrain or promote nitrogen dissolution in controlling the nitrogen content in the final product.The dissolution of nitrogen into molten iron in 1873 K has been measured by N-N isotope exchange technology and online mass spectrometer.The results show that 600-800 mL-min of gas flow rate removes the effect of gas transfer, and increasing the hydrogen content in shielding gas decreases the content of impurity element.A certain amount of C,Al or Si was added to the molten iron,and the three elements were inhibited from the nitrogen dissolution rate.Based on the values of the work and using the dissociation determining model,the reaction apparent rate constant,ka was built the relationship with the content of oxygen, sulfur,carbon,aluminum and silicon.The adsorption coefficients were calculated to be Ko=0.96,Ks=9.32,Kc=0.02,KAr=0.51 and Ks=1.16,respectively.The nitrogen dissolution reaction apparent rate constant in pure liquid iron isk4.8x10molm2sPa KEY WORDS kinetics;isotope exchange technology:nitrogen dissolution;rate constant;adsorption coefficient 氮在钢中有正反两方面的作用，既可以作为 且易与钛、铝等元素形成带棱角的夹杂物.由于 合金元素提高钢的性能6又可以视为杂质元素 氨对钢种质量和性能有重大影响，因此钢铁生产 降低钢材的性能？-)，例如钢中溶解的氮会使钢材 流程对氮的控制尤为重要.钢液吸氮发生在以下 脆化，冷弯性能、成形性能以及焊接性能下降，并 几个主要生产步骤：熔炼过程吸氮，出钢过程吸 收稿日期：2020-03-15 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51474019)碳铝硅在铁液中对氮溶解速率的影响 范越文，胡晓军苣，王鹏栋，李    远 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：huxiaojun@ustb.edu.cn 摘    要    通过15N-14N 同位素气体交换技术消除液相传质的影响，利用在线质谱分析仪测定了在 1873 K 下，铁液中氮溶解的 界面反应速率常数. 结果表明，总流量为 600～800 mL·min−1 时可以忽略气相传质的影响，保护气中增加 H2 的比例有利于降 低钢液中杂质元素的浓度. 铁液中加入一定量碳、铝、硅，分析得到这三种元素对氮溶解速率是抑制的. 依据本实验的数据 利用空位解离模型建立反应速率常数 ka 与氧、硫、碳、铝、硅的活度关系，吸附系数分别是 KO=0.96，KS=9.32，KC=0.02， KAl=0.51，KSi=1.16. 纯铁液中氮的溶解反应表观速率常数为 ka=4.8×10−6 mol·m−2·s·Pa. 关键词    动力学；同位素交换技术；氮溶解；速率常数；吸附系数 分类号    TF701.2 Effects of carbon, aluminum and silicon on the dissolution rate of nitrogen into molten iron FAN Yue-wen，HU Xiao-jun苣 ，WANG Peng-dong，LI Yuan State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: huxiaojun@ustb.edu.cn ABSTRACT    Nitrogen in the steel can either improve or weaken the performance, as well as reduce product. In the flow of producing steel,  it  is  of  paramount  importance  to  adopt  some  measures  to  restrain  or  promote  nitrogen  dissolution  in  controlling  the  nitrogen content in the final product. The dissolution of nitrogen into molten iron in 1873 K has been measured by 15N-14N isotope exchange technology and online mass spectrometer. The results show that 600−800 mL·min−1 of gas flow rate removes the effect of gas transfer, and increasing the hydrogen content in shielding gas decreases the content of impurity element. A certain amount of C, Al or Si was added to the molten iron, and the three elements were inhibited from the nitrogen dissolution rate. Based on the values of the work and using the dissociation determining model, the reaction apparent rate constant, ka , was built the relationship with the content of oxygen, sulfur,  carbon,  aluminum  and  silicon.  The  adsorption  coefficients  were  calculated  to  be KO=0.96, KS=9.32, KC=0.02, KAl=0.51  and KSi=1.16, respectively. The nitrogen dissolution reaction apparent rate constant in pure liquid iron is ka=4.8×10−6 mol·m−2·s·Pa. KEY WORDS    kinetics；isotope exchange technology；nitrogen dissolution；rate constant；adsorption coefficient 氮在钢中有正反两方面的作用，既可以作为 合金元素提高钢的性能[1−6] ，又可以视为杂质元素 降低钢材的性能[7−9] ，例如钢中溶解的氮会使钢材 脆化，冷弯性能、成形性能以及焊接性能下降，并 且易与钛、铝等元素形成带棱角的夹杂物. 由于 氮对钢种质量和性能有重大影响，因此钢铁生产 流程对氮的控制尤为重要. 钢液吸氮发生在以下 几个主要生产步骤：熔炼过程吸氮，出钢过程吸 收稿日期: 2020−03−15 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (51474019) 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1：34−38，2020 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, Suppl. 1: 34−38, December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.15.s18; http://cje.ustb.edu.cn