氮在钢液中溶解的热力学及动力学研究

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1、氮在钢液中溶解的热力学及动力学研究战东平１，邱国兴１，牛奔１，姜周华１，董大西２，杨峰功２，胡云生２，张慧书３（１．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳１１０００４；２．石家庄钢铁有限责任公司炼钢厂，河北石家庄０５００３１；３．辽宁科技学院冶金学院，辽宁本溪１１７００４）摘要：为探索用氮气直接合金化的低成本氮微合金化钢冶炼技术，对某钢厂生产的３种钢在不同氮分压下气相吸氮过程中氮的溶解行为进行了研究，并用试验数据对所建立的钢液吸氮热力学和动力学模型进行了验证。模型计算结果和实测值吻合较好，试验结果表明：氮分压

2、越大钢中氮的溶解度越大，Ｍｏ，Ｎｉ等元素对钢中氮含量有显著的影响；钢液吸氮和脱氮反应均为一级反应，吸氮平衡时间为２５ｍｉｎ，脱氮平衡时间为４０ｍｉｎ。关键词：炼钢；氮含量；热力学；动力学中图分类号：ＴＦ７０１．１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－１０４３（２０１５）０５－０００７－０５Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｋｉｎｅｔｉｃｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｉｎｓｔｅｅｌ１，ＱＩＵＧｕｏｘｉｎｇ１，ＮＩＵＢｅｎ１，ＪＩＡＮＧＺｈｏｕｈｕａ１，ＺＨＡＮＤｏｎｇｐｉｎｇ２，

3、ＹＡＮＧＦｅｎｇｇｏｎｇ２，ＨＵＹｕｎｓｈｅｎｇ２，ＺＨＡＮＧＨｕｉｓｈｕ３ＤＯＮＧＤａｘｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏｍｐａｎｙＳｔｅｅｌｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００３１，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＬｉａｏｎｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎ

4、ｏｌｏｇｙ，Ｂｅｎｘｉ１１７００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｌｏｗｃｏｓｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄｓｔｅｅｌｓｍｅｌｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｙｄｉｒｅｃｔａｌｌｏｙｉｎｇｗｉｔｈｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｔｈｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＮ２ｉｎｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｔｅｅｌｗｈｉｃｈａｒｅｔｈｅｍａｉｎｌｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｏｆｏｎｅｄｏｍｅｓｔｉｃｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇｆａｃｔｏｒｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｎｄｔｈｅ

5、ｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｓｔｅｅｌｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ．Ｍｏｄｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｐａｒｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｔ

6、ｈｅｓｔｅｅｌ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍａｎｄｎｉｃｋｅｌｅｌｅｍｅｎｔｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔｅｎｔｉｎｓｔｅｅｌ．Ｓｔｅｅｌｌｉｑｕｉｄｎｉｔｒｏｇｅｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｉｓｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｂａｌａｎｃｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆ２５ｍｉｎ，ｎｉｔｒｏｇｅｎｂａｌａｎｃｅｔｉｍｅｆｏｒ４０ｍｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌｍ

7、ａｋｉｎｇ；ｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｔａｉｎ；ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ；ｋｉｎｅｔｉｃｓ研究表明，氮既是钢中的有害元素，又可以作添加ＣｒＮ、ＶＮ或ＭｎＮ合金，氮的收得率较稳定，为钢中的微合金化元素，钢中少量的Ｎ与其它元工艺操作过程容易控制。与廉价的氮气相比，采素（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ等）作用，可改善钢材的强用氮化合金进行氮合金化的成本较高，因此，用氮度、韧性、蠕变抗力和耐腐蚀性等性能，已在不锈气直接合金化的低成本合金化技术也随之引起研钢、护环钢、齿轮钢等钢种中被广泛应用，将氮作究者关注，很多研究

8、者都在探索开发炉外精炼过［５－１０］为钢中的有益合金化元素成为近年钢铁材料研究程中底吹氮气的微合金化技术。但由于氮是［１－４］的焦点之一。通常氮的合金化方法为向钢中气体成分，其在钢中的溶解度有限且不同钢种中基金项目：国家自然科学基金（５０８０４００９），国家８６３项目（２０１２ＡＡ０３Ａ５０３），辽宁科技学院博士科研启动基金（１４０６Ｂ０６），辽宁省高等学校优秀人才支持计划（ＬＪＱ２０１５０５６）作者简介：战东平（１９７６—），男，东北大学