最新22 炉外精炼的理论基础(真空)教学讲义PPT.ppt

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1、22炉外精炼的理论基础(真空)2.2真空高压？？主要内容简介钢液的真空脱气◆钢液脱气的热力学◆钢液脱气的动力学◆降低钢中的气体可采取的措施真空泵抽气能力的选定溶解了气体的金属放出气体G金属——G↑熔融金属脱气金属与气体生成的化合物分解放出气体MG——G↑十M金属化合物热分解真空对这些过程都有利，即加快了反应进行的速度或是降低反应进行的温度。2.2.1钢液的真空脱气2.2.1.1钢液脱气的热力学氧、氢、氮是钢中主要的气体杂质，真空的一个重要目的就是去除这些气体。但是，氧是一较活泼的元素，它与氢不一样，通常不是以气体的形态被去除，而是依靠特殊的脱氧

2、反应形成氧化物而被去除。氢和氮在各种状态的铁中都有一定的溶解度，溶解过程吸热(氮在γ—Fe中的溶解例外)，故溶解度随温度的升高而增加。气态的氢和氮在纯铁液或钢液中溶解时，气体分子先被吸附在气—钢界面上，并分解成两个原子，然后这些原子被钢液吸收。因而其溶解过程可写成下列化学反应式：1/2H2=[H]lgKH=-1670/T-1.681/2N2=[N]lgKN=-564/T-1.095在小于105Pa的压力范围内，氢和氮在铁液(或钢液)中的溶解度都符合平方根定律：在固态的纯铁中，气体的溶解度除与温度有关外，还取决于铁的相结构。也就是说在不同的相结构

3、中，气体溶解反应的热力学数据不同——溶解度不同，溶解度随温度变化的速率不同。表1不同状态下，气体在铁中溶解反应的热力学数据可见，当铁液凝固时，在相同的温度下（1534℃），溶解度急剧地减小。且随温度的降低溶解度减小。原因：这是因为气体原子在铁中的溶解是形成间隙式固溶体。凝固后，固体铁中原子间的间距要比液态时紧密得多，造成了溶解度的急剧下降。α—Fe和δ—Fe系体心立方，点阵常数为0.286nmγ—Fe是面心立方，点阵常数较大，达到0.356nm氮在γ—Fe中的溶解度是例外，它随温度的降低而升高。这是因为此时有氮化物(Fe4N)的折出，所以增加了

4、氮的溶解度，又因为该反应是放热的，所以随温度降低溶解度增大。状态液态δ—Feγ—Feα—Fe温度/℃16501590153415341470139013901250910910620410[H]/ppm28.226.524.99.388.727.8910.38.434.243.261.20.34[N]/ppm409400391.6131.3128110.4206.8219266.345.616.84.8表2不同温度下，气体在铁中的溶解度如果在铁内除溶解有氢(或氮)之外，还溶解有其他元素，那么其他元素必然会影响气体的溶解。这种影响通常用气体的活度

5、系数来描述：表3j组元对氢或氮在铁中溶解的相互作用系数各种元素对氮活度系数304钢实验结果分析304钢实验结果分析316L钢实验结果分析316钢实验结果分析不同元素及不同含量对Fe-i二元系中氮溶解度的影响氮气：在空气中约占79％炉气中氮的分压力：0.77×105~0.79×105Pa氢气：空气中氢的分压力很小，5.37×10-2Pa(5.3×10-7atm)左右，与此相平衡的钢中含氢量是0.02ppm。由此可见，决定钢中含氢量的不是大气中氢的分压，而应该是空气中的水蒸汽的分压和炼钢原材料的干燥程度。空气中水蒸汽的分压随气温和季节而变化，在干燥

6、的冬季可低达304Pa，而在潮湿的雨季可高达6080Pa，相差20倍。至于实际炉气中水蒸汽分压有多高，除取决于大气的湿度外，还受到燃料燃烧的产物，加入炉内的各种原材料、炉衬材料(特别是新炉体)中所含水份多少的影响。其中主要是原材料的干燥程度。实测表明，即使空气很干燥(pH2O=300~400Pa)，由于石灰烘烤不好及废钢锈多，所测炉气中pH2O可高达4053Pa(0.04atm)。可算出1600℃时，KH2O=1.26×10-3。氧化性钢液：[O%]＝0.05，[H]=11.3ppm已脱氧钢液：[O%]=0.002，[H]=56.4ppm炉气中

7、的H2O可与钢液进行如下反应：由此可见，钢液中氢的含量主要取决于炉气中水蒸汽的分压，并且已脱氧钢液比未脱氧钢液更容易吸收氢。如使用未经烘烤的铁合金或未经充分干燥的钢包、流钢砖等，对于氢的增加就成为不可避免的了。真空脱气时，因降低了气相分压，而使溶解在钢液中的气体排出。从热力学的角度，气相中氢或氮的分压为l00~200Pa时，就能将气体含量降到很低水平。1）脱气反应的步骤：溶解于钢液中的气体向气相的迁移过程，由以下步骤所组成：a．通过对流或扩散(或两者的综合)，溶解在钢液中的气体原子迁移到钢液—气相界面；b．气体原子由溶解状态转变为表面吸附状态；

8、c．表面吸附的气体原子彼此相互作用，生成气体分子，d．气体分子从钢液表面脱附；e．气体分子扩散进入气相，并被真空泵抽出。2.2.1.2钢液脱气的动力学