第10期 李宁等：铁液中AC复合脱氧热力学 ·1117· C脱氧反应方程式为： 75m C+0=C0, (12) 6 1eKe0+203网 (13) 5 同样以1573K为例，在铁液中用C脱氧时，利 50 45 用脱氧平衡曲线最低值理论公式，求铁液中[%O] 40 的极小值. 35 3 将M=C、x=1、y=1及e8=0.14、e6= 00.51.01.52.02.53.0354.0 -0.45、e8=-0.34、e8=-0.2m代入式(5)和 % 式(6)，得到 图21573K时C脱氧平衡曲线 xe8+ye6=-0.31<0, Fig.2 Carbon deoxidizing equilibrium curve at 1573 K xe8+ye8=-0.54<0. 系数值计算的1873K下，与0.035%A1平衡的O] 说明在铁液中用C脱氧，也存在铁液中[O]的 为6.6×10-6，结果存在较大差异.由于Itoh等考虑 极小值. 了A山、0间的活度相互作用系数与温度的关系，使 C脱氧平衡的理论公式为 活度相互作用系数值随着温度的改变而变化，其中 lgm=[%C](e+e6)+[%0](e+e)+ 受温度影响最大的是eA和e,其值偏大；对结果影 230h%d+230hzo]. (14) 响最大的是平衡常数值K,两者的K值大小相差28 2.303 倍，oh等所取K值偏小.这是与本文计算结果存 整理得 在差异的主要原因. lg[%0]-0.54[%0]+B=0. (15) C脱氧平衡曲线有最低值，实验室研究己多次 其中 予以证实.1873K时，C0平衡最低值表，如表1所 B=lg[%C]-0.31[%C]-lgm. (16) 示.由式(14)计算1873K下，C脱氧平衡曲线最 下面由数学分析知识函数求极值方法图计算 低值为47×10-6，此时与其对应的[%C]=1.4,与 [O]的最小值. 表1中数据较为接近.通过上述比较分析，说明了 式(14)两边分别对[%C]求导并化简，得 本文理论计算的正确性 d[%o] 0.31-6d 0.43 表11873K温度下C-0平衡最低值 d%c叮= [%0-0.54 0.43 Table 1 Minimum value of the C-O equilibrium at 1873 K [%c] 1.6 1.2 1.8 2.0 令上式为0，解得[%C]=1.39,并代入式(16)，由 [%O] 0.0036 0.0040 0.0035 0.0025 式(15)求得： [%0]=34×10-4. 从图3中可以看出，A1脱氧平衡曲线上与 由脱氧平衡曲线最低值理论公式，1573K下 0.035%A1平衡的[O]为7×10-6，C脱氧平衡曲线 C-0反应计算得到的铁液中[0]最低值为34× 上与2%C平衡的[0]为15×10-6，这与理论计算 106,如图2所示.从图中可以明显看出，C脱氧也 值有一定差距.分析其原因可能为：(1)理论计算 存在最低值. 与实际测量数据存在差异；(2)脱氧平衡常数也不 1.3结果分析讨论 尽相同：(3)文献上对某些活度相互作用系数存 在众多的脱氧元素中，金属A山是公认的强脱氧 在相当大的分歧. 剂.Chipman早在1934年就提出了Al-0平衡的脱 1.4A1和C脱氧能力比较 氧常数： 由脱氧平衡曲线理论分析可知，脱氧平衡曲 lgm=-64900 线位置越低，则该脱氧产物越稳定，而该元素脱氧 T +20.63 能力越强.由图1和图2的对比分析可以得出：在 按此式计算1873K下，当0.035%A1平衡的[0]为 铁水预处理条件下，用A1脱氧要优于C脱氧，而 2×10-600,而由式(9)计算与0.035%A1平衡的 且从Ellingham图回中也可以分析出，在铁水预处 [O]为2.7×10-6，两者相差不大.由oh等提 理温度下，Al先于C被氧化.由此可以认为在C 供的脱氧平衡常数K值和A1、0间的活度相互作用 和A山同时存在的情况下，是A控制铁水中的氧第 10 期 李 宁等: 铁液中 Al--C 复合脱氧热力学 C 脱氧反应方程式为: C + O CO， ( 12) lgKC = 1 160 T + 2. 003 ［9］ ( 13) 同样以 1 573 K 为例，在铁液中用 C 脱氧时，利 用脱氧平衡曲线最低值理论公式，求铁液中［% O］ 的极小值． 将 M = C、x = 1、y = 1 及 e C C = 0. 14、e C O = － 0. 45、e O C = － 0. 34、e O O = － 0. 2 ［7］ 代 入 式 ( 5 ) 和 式( 6) ，得到 xe C C + ye C O = － 0. 31 ＜ 0， xe O C + ye O O = － 0. 54 ＜ 0． 说明在铁液中用 C 脱氧，也存在铁液中［O］的 极小值． C 脱氧平衡的理论公式为 lgm =［% C］( e C C + e C O) +［% O］( e O C + e O O) + 1 2. 303 ln［% C］+ 1 2. 303 ln［% O］． ( 14) 整理得 lg［% O］－ 0. 54［% O］+ B = 0. ( 15) 其中 B = lg［% C］－ 0. 31［% C］－ lgm． ( 16) 下面由数学分析知识函数求极值方法［8］计算 ［O］的最小值． 式( 14) 两边分别对［% C］求导并化简，得 d［% O］ d［% C］= 0. 31 － 0. 43 ［% C］ 0. 43 ［% O］－ 0. 54 ． 令上式为 0，解得［% C］= 1. 39，并代入式( 16) ，由 式( 15) 求得: ［% O］= 34 × 10 － 4 ． 由脱氧平衡曲线最低值理论公式，1 573 K 下 C--O反应计算得到的铁液中［O］最 低 值 为 34 × 10 － 6 ，如图 2 所示． 从图中可以明显看出，C 脱氧也 存在最低值． 1. 3 结果分析讨论 在众多的脱氧元素中，金属 Al 是公认的强脱氧 剂． Chipman 早在 1934 年就提出了 Al--O 平衡的脱 氧常数: lgm = － 64 900 T + 20. 63． 按此式计算 1 873 K 下，当 0. 035% Al 平衡的［O］为 2 × 10 － 6［10］，而由式( 9) 计算与 0. 035% Al 平衡的 ［O］为 2. 7 × 10 － 6 ，两者相差不大． 由 Itoh 等［11］提 供的脱氧平衡常数 K 值和 Al、O 间的活度相互作用 图 2 1 573 K 时 C 脱氧平衡曲线 Fig． 2 Carbon deoxidizing equilibrium curve at 1 573 K 系数值计算的 1 873 K 下，与 0. 035% Al 平衡的［O］ 为 6. 6 × 10 － 6 ，结果存在较大差异． 由于 Itoh 等考虑 了 Al、O 间的活度相互作用系数与温度的关系，使 活度相互作用系数值随着温度的改变而变化，其中 受温度影响最大的是 e O Al和 e Al O ，其值偏大; 对结果影 响最大的是平衡常数值 K，两者的 K 值大小相差 28 倍，Itoh 等所取 K 值偏小． 这是与本文计算结果存 在差异的主要原因． C 脱氧平衡曲线有最低值，实验室研究已多次 予以证实． 1873 K 时，C--O 平衡最低值表，如表1 所 示［5］． 由式( 14) 计算 1 873 K 下，C 脱氧平衡曲线最 低值为 47 × 10 － 6 ，此时与其对应的［% C］= 1. 4，与 表 1 中数据较为接近． 通过上述比较分析，说明了 本文理论计算的正确性． 表 1 1 873 K 温度下 C--O 平衡最低值 Table 1 Minimum value of the C-O equilibrium at 1 873 K ［% C］ 1. 6 1. 2 1. 8 2. 0 ［% O］ 0. 003 6 0. 004 0 0. 003 5 0. 002 5 从 图 3 中 可 以 看 出，Al 脱氧平衡曲线上与 0. 035% Al 平衡的［O］为 7 × 10 － 6 ，C 脱氧平衡曲线 上与 2% C 平衡的［O］为 15 × 10 － 6 ，这与理论计算 值有一定差距． 分析其原因可能为: ( 1) 理论计算 与实际测量数据存在差异; ( 2) 脱氧平衡常数也不 尽相同; ( 3) 文献上对某些活度相互作用系数 e j i 存 在相当大的分歧． 1. 4 Al 和 C 脱氧能力比较 由脱氧平衡曲线理论分析可知，脱氧平衡曲 线位置越低，则该脱氧产物越稳定，而该元素脱氧 能力越强． 由图 1 和图 2 的对比分析可以得出: 在 铁水预处理条件下，用 Al 脱氧要优于 C 脱氧，而 且从Ellingham图［12］中也可以分析出，在铁水预处 理温度下，Al 先于 C 被氧化． 由此可以认为在 C 和 Al 同时存在的情况下，是 Al 控制铁水中的氧 ·1117·