北科大,河北理工,东大8-二次精炼

8钢液的二次精炼反应 HebeiPolytechnicUniversitySchoolofMetallurgyandEnergy 主要内容 8 1二次精炼概述8 2钢液的真空处理8 3吹氩处理8 4合成渣处理8 5喷吹粉料处理8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 1 对钢的质量要求的提高 用普通炼钢炉 转炉 电炉和平炉 冶炼出来的钢液已经难以满足其质量的要求 2 提高生产率 缩短冶炼时间 希望能把炼钢的一部分任务移到炉外去完成 3 连铸技术的发展 对钢液的成分 温度和气体的含量等也提出了严格的要求 炉外精炼产生的原因 8 1 1炉外精炼的概念 炉外精炼 将在转炉或电炉内初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧 脱硫 脱碳 去气 去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺 一步炼钢 两步炼钢 炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化 脱磷 脱碳 去除杂质和主合金化 获得初炼钢液 将初炼的钢液在真空 惰性气体或还原性气氛的容器内进行脱气 脱氧 脱硫 去除夹杂物和成分微调等 精炼 初炼 提高钢的质量 缩短冶炼时间 优化工艺过程并降低生产成本 炉外精炼的优点 二次精炼 SecondaryRefining 二次炼钢 Secondarysteelmaking 二次冶金 SecondaryMetallurgy 钢包冶金 LadleMetallurgy 炉外精炼 8 1 2炉外精炼的主要目的和任务 1 质量方面降低钢中的有害杂质和非金属夹杂物的含量 改善夹杂物的形态和分布 使钢的化学成分均匀 精确控制过程温度 使之能适合后步工序生产要求2 经济方面提高生产率 降低原材料 能源和劳动力消耗3 经济方面 炼钢技术的发展方向 任务 1 降低钢中氧 硫 氢 氮和非金属夹杂物含量 改变夹杂物形态 以提高钢的纯净度 改善钢的机械性能 2 深脱碳 满足低碳或超低碳钢的要求 在特定条件下 把碳脱到极低的水平 3 微调合金成分 把合金成分控制在很窄的范围内 并使其分布均匀 尽量降低合金的消耗 以提高合金收得率 4 调整钢液温度到浇铸所要求的温度范围内 最大限度地减小包内钢液的温度梯度 现状 到目前为止 还没有任何一种炉外精炼方法能完成上述所有任务 某一种精炼方法只能完成其中一项或几项任务 由于各厂条件和冶炼钢种不同 一般是根据不同需要配备一两种炉外精炼设备 1 渣洗 获得洁净钢液并能适当进行脱氧 脱硫和去夹杂的最简便的精炼手段 将事先配好 在专门炼渣炉中熔炼 的合成渣倒入钢包内 借出钢时钢流的冲击作用 使钢液与合成渣充分混合 从而完成脱氧 脱硫和去除夹杂等精炼任务 电弧炉冶炼时的钢渣混出 称同炉渣洗 也是利用了渣洗原理 2 真空 将钢液置于真空室内 由于真空作用使反应向生成气相方向移动 达到脱气 脱氧 脱碳 除去有害挥发成分等目的 真空是炉外精炼中广泛应用的一种手段 8 1 3炉外精炼的手段 8 1 3炉外精炼的手段 3 搅拌 通过搅拌扩大反应界面 加速反应物质的传递过程 提高反应速度 搅拌方法 吹气搅拌和电磁搅拌 通常使用的方法有吹氩搅拌 可以达到脱气 N H 去除夹杂和脱氧脱碳的目的 4 加热 调节钢液温度的一项重要手段 使炼钢与连铸更好地衔接 加热方法 电弧加热法和化学加热法 8 1 3炉外精炼的手段 5 喷吹 用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手段 喷吹的冶金功能取决于精炼剂的种类 它能完成脱碳 脱硫 脱氧 合金化和控制夹杂物形态等精炼任务 一般炉外精炼方法都是渣洗 真空 搅拌 喷吹和加热这五种精炼手段的不同组合 采用一种或几种手段组成一种炉外精炼方法 8 1 3炉外精炼的手段 8 2钢液的真空处理 作用 达到去除溶解的挥发性组分 脱气 脱碳 脱氧 脱硫和去除夹杂物的目的 8 2 1挥发性杂质的去除 钢液中的有色金属 如Pb Cu As Sn Bi等在钢液进行真空熔炼或处理时 可通过挥发而除去一部分 挥发量取决于该元素的蒸气压和在铁液中的活度 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 1元素的挥发系数 元素在真空下的挥发速率遵从朗格谬尔公式 式中 挥发速率 量纲 c 朗格谬尔系数 挥发组分B的摩尔质量 挥发组分的蒸气压 对于铁基二元系 挥发元素的挥发系数 1 高真空下元素挥发过程成为限制性环节时 挥发系数为 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 1元素的挥发系数 式中 为挥发系数 MFeMB分别为合金元素和Fe的摩尔质量 B Fe分别为合金元素和Fe的活度系数 分别为纯合金组分及Fe的蒸气压 Pa 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 1元素的挥发系数 2 挥发元素受熔体中扩散限制时 挥发系数为 式中 w B 为组分B的相对挥发量 w Fe 为Fe的相对挥发量 w B w Fe 可分别由下式计算 微分式 积分式 微分式 积分式 式中 分别为熔体中B和Fe的传质系数 数量级为 由挥发系数 可以推断高真空条件下 合金元素能否通过挥发除去 一般来说 10的元素可以经挥发除去 铁基二元合金中 某些元素的挥发系数见表8 1所示 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 1元素的挥发系数 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 1元素的挥发系数 Mn Cu Sn比较容易挥发 而Ni Co反而在铁液中富集 Fe挥发量更多 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 1元素的挥发系数 元素活度相互作用系数对挥发元素挥发的影响 提高挥发元素活度系数的其它元素存在 就能促进该元素的挥发 反之 降低挥发元素活度系数的元素存在 则降低该元素的挥发 8 2 1 2挥发元素去除的动力学环节 真空条件下 钢液中元素的挥发由下列环节组成 1 钢液中溶解元素原子向钢液 气相界面扩散 2 元素原子在钢液表面吸附时 经脱附而挥发 8 2钢液的真空处理 8 2 1挥发性杂质的去除 8 2 1 2挥发元素去除的动力学环节 真空条件下 钢液中元素的挥发由下列环节组成 3 挥发元素通过钢液表面的浓度边界层向气相扩散 1 钢液中溶解元素原子向钢液 气相界面扩散 2 元素原子在钢液表面吸附时 经脱附而挥发 挥发性较小的元素 如Fe Ni Co等元素挥发的限制性环节为元素向界面的扩散 挥发性较大的元素 如Mn Sn等元素的挥发限制性环节为钢液表面这些元素的脱附 元素浓度低及真空度也比较低 元素挥发的限制性环节为 3 8 2钢液的真空处理 8 2 2真空脱气 氮 氢在钢液中的溶解遵从西华特 平方根 定律 降低体系的压力 使气体的分压降低 减小钢液中溶解的气体量 真空中钢液脱气过程的三个环节 1 钢液中溶解气体原子向钢液 气相界面扩散 2 这些气体原子在相界面上吸附 结合成气体分子 再从界面脱附 3 脱附的气体分子在真空作用下向气相中扩散 其中 1 为限制性环节 8 2钢液的真空处理 8 2 2真空脱气 三个环节中 限制真空脱气的环节主要是 1 由此得到真空脱气的速率计算 微分式 积分式 式中 为钢液气体的初始质量分数 溶解气体的平衡值 在真空条件下 因此速率积分式 可简写为 8 2钢液的真空处理 8 2 3真空脱碳 脱氧 真空脱碳和脱氧同时进行 C O CO在真空条件下 降低了PCO 使在大气压力下已经达到平衡的脱碳反应再度进行 从而达到脱碳脱氧的目的 利用真空可使钢液深度脱碳 生产超低碳钢并使钢液中氧含量也降低到很低的水平 脱碳反应动力学表明 钢液中碳含量降低到临界量以下 0 1 0 45 后 即可采用真空脱碳 例如 当 为100kPa 10kPa 1kPa时 分别达到 和 即和 都大幅度降低 1 真空脱碳 8 2钢液的真空处理 8 2 3真空脱碳 脱氧 2 真空脱氧 真空条件下 脱氧剂为碳 当脱氧元素浓度 时 碳的脱氧能力高于硅的脱氧能力 而 时 碳的脱氧能力甚至高于铝的脱氧能力 真空脱氧过程速率的限制性环节是钢液中 C 和 O 的扩散 w C 较高时 O 的扩散为限制性环节 由此可计算脱氧速率 微分式 积分式 8 2 4真空处理时钢液和耐火材料的反应 8 2钢液的真空处理 真空处理时 钢液与容器耐火材料接触时 耐火材料中的氧化物能够被钢液中的碳还原 随着真空度的提高 促使以上反应向右进行 下降 真空熔炼或处理时 需要选择不容易被碳还原或还原后元素溶解于钢液中且对钢性能不产生影响的氧化物耐火材料 例如MgO CaO ZrO2 SiO2等作炉衬 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 8 2 5 1真空提升脱气法 DH法 真空提升脱气法是1956年德国多特蒙特 Dortmund 和豪特尔 Horder 冶金联合公司首先发明使用的 简称DH法 DH法的设备如下图所示 1 合金添加料斗 2 真空排气管 3 钢液 4 氩气管 5 渣 6 滑动水口图5 3DH真空提升脱气装置示意图 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 8 2 5 1真空提升脱气法 DH法 1 DH真空提升脱气装置由真空室 钢壳内衬耐火材料 及提升机构 加热装置 电极加热装置或喷燃气 喷油加热 合金料仓 真空下密封加料 抽气系统等组成 1 合金添加料斗 2 真空排气管 3 钢液 4 氩气管 5 渣 6 滑动水口图5 3DH真空提升脱气装置示意图 2 DH法脱气工作原理根据压力平衡原理 借助于真空室与钢包之间的相对运动 将钢液经吸嘴分批吸入真空室内进行脱气处理的 处理时将真空室下部的吸嘴插入钢液内 真空室抽成真空后其内外形成压力差 钢液沿吸嘴上升到真空室内的压差高度 如果室内压力为13 3 66Pa 则提升钢液约1 48m 由于真空作用室内的钢液沸腾形成液滴 大大增加气液相界面积 钢中的气体由于真空作用而被脱除 当钢包下降或真空室提升时脱气后的钢液重新返回到钢包内 当钢包提升或真空室下降时又有一批钢液进入真空室进行脱气 这样钢液一批一批地进入真空室直至处理结束为止 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 8 2 5 1真空提升脱气法 DH法 3 DH法的主要优缺点优点 进入真空室内的钢液由于气相压力的降低产生激烈的沸腾 脱气表面积增大 脱气效果较好 适用于大量钢液的脱气处理 可以用比较小的真空室处理大吨位的钢液 可以对真空室进行烧烤加热 因此处理过程中钢液温降小 由于激烈地沸腾还具有较大的脱碳能力 可以生产含碳0 002 的低碳钢 处理过程中可以加入合金 在真空室内合金元素的收得率高 由于这一系列的优点 使DH法得到了发展 缺点 设备比较复杂 投资和操作费用都比较高 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 8 2 5 1真空提升脱气法 DH法 4 DH法主要工艺参数钢液吸入量 升降次数 循环因数 停顿时间 升降速度 提升行程等 合理确定这些参数对真空室的设计 确定工艺制度对达到满意的脱气效果有重要意义 5 DH法的实际效果 1 脱氢 效果较好 可由处理前的 2 5 6 5 10 4 降低到 1 0 2 5 10 4 当处理未脱氧钢时从熔池底部产生大量CO气泡 有利于脱氢反应的进行 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 8 2 5 1真空提升脱气法 DH法 5 DH法的实际效果 2 脱氧 处理未经预脱氧钢液可使氧降低55 90 还可以降低非金属夹杂物40 50 合金在真空下加入 收得率高达95 以上 并且成分和温度均匀 3 脱氮 效果较差 当钢中含氮量低 30 40 10 4 时 短时间处理几乎没有什么变化 当氮含量高于100 10 4 时 脱氮量可达 20 30 10 4 4 脱碳 真空处理时 由于碳 氧反应降低了碳含量 因此DH法可生产超低碳钢 C 0 002 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 8 2 5 1真空提升脱气法 DH法 8 2 5 2真空循环脱气法 RH法 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 1 RH法的产生及发展概况RH法是德国鲁尔钢铁公司 RuhrstahlA G 和海拉斯公司 HeraeusAG 两家公司1957年共同发明的 故简称RH法 第一台RH设备1959年在德国Thyssn 蒂森 公司的Hattingen厂建成 RH法近十几年来在我国发展也很快 我国的一部分钢厂也选用了RH装置 大冶钢厂1968年投产第一台 宝钢分别于1985年和1999年投产了两台RH装置 武钢分别于1979年至1990年投产了四台RH装置 最大容量是宝钢1985年12月投产的一台300吨RH装置 8 2 5 2真空循环脱气法 RH法 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 2 RH真空处理工艺的特点RH真空处理工艺操作简便 处理量大 生产效率高 在原来脱氢的基础上又开发了脱碳 脱氧 吹氧升温 喷粉脱硫和成分控制等功能 使改进后的RH法能进行多种冶金操作 使其发展成为多功能的真空精炼方法 在现代化钢铁生产工艺流程中 炉外精炼已成为不可缺少的重要环节 高炉 铁水炉外预处理 转炉顶底复合吹炼 RH真空精炼或CAS OB精炼 连铸连轧或连铸 铸坯热送 直接轧制 是现代转炉炼钢最佳工艺流程 8 2 5 2真空循环脱气法 RH法 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 3 RH的主体设备RH法的设备由脱气主体设备 水处理设备 电气设备 仪表设备所组成 而主体设备又由如下设备构成 真空室及附属设备 气体冷却器 真空排气装置 合金称量台车及加料装置 真空室移动台车 真空室固定装置 真空室下部槽及浸渍管更换台车及专用工器具 浸渍管修补台车 电极加热装置 煤气加热 钢包液压升降装置 钢包台车 测温取样装置 脱气附属设备 管道设备 RH OB装置等 8 2 5 2真空循环脱气法 RH法 8 2 5真空脱气方法 8 2钢液的真空处理 4 RH法的冶金功能 RH真空精炼的冶金功能 8 3吹氩处理 钢液吹氩技术 blowingargontreatment 特点 设备价格便宜 生产成本较低 操作工艺简单 精炼效果显著 通过吹氩搅拌钢液 驱动钢液自下而上运动 均匀钢液的成分和温度 氩气泡在上升过程中吸附钢液中溶解的气体和非金属夹杂物并将其排出液面 8 3 1吹氩脱气 原理 氩气是一种惰性气体 吹入钢液内的氩气既不参与化学反应 也不在其内溶解 钢液中的氩气泡内的氢 氮 氧等含量很少 可以认为吹入钢液内的氩气泡对于溶解在钢液内的气体来说就像一个小的 真空室 在这个小气泡内其它气体的分压力几乎等于零 因此钢液中的溶解气体 N H等 将不断传入氩气泡内 气泡内的分压力增大 但是氩气泡在上浮过程中受热膨胀 因而氮气和氢气的分压力仍然保持在较低的水平 继续吸收氢和氮 最后随氩气泡逸出钢液而被去除 8 3吹氩处理 8 3 1吹氩脱气 1 吹氩脱氢方程 2 吹氩脱氮方程 最小耗氩量小于实际耗氩量的原因 不可能平衡 和 2 氩气中含微量水分 去氢同时要渗入氢 3 钢液表面吸氢 4 未脱氧钢液吹氩脱氢过程中涉及到脱氧过程 1 8 10 8 10 8 3吹氩处理 8 3 1吹氩脱气 实际吹氩量时 需要引入修正系数f 修正系数f一般取0 44 0 75 未脱氧钢f取0 8 例题 向50t钢包的钢液中吹氩 使钢液中氢的质量分数从8 10 4 下降到3 10 4 问需吹入多少氩气 思路 利用 8 10 式即可求解 式中 需要求解 8 3吹氩处理 8 3 1吹氩脱气 例题 向50t钢包的钢液中吹氩 使钢液中氢的质量分数从8 10 4 下降到3 10 4 问需吹入多少氩气 解 铁液中氢的溶解度 根据氢气的溶解反应 可得到 标准状态下 H 浓度较低 因此 故 取修正系数f 0 08 则实际吹入的氩气量为 8 3 2吹氩脱氧 AOD 8 3吹氩处理 原理 利用氩气泡产生的小 真空室 降低CO分压 从而促进 C O 反应 达到脱碳脱氧的目的 吹氩脱氧的限制性环节是钢液中的 C 向氩气泡的扩散 脱氧吹氩量量的计算 式中 为吹氩脱氧效率 KC为碳氧反应的化学反应平衡常数 为C的传质系数 t为氩气泡通过钢液中的时间 s 例 向氧的质量分数为0 11 及碳的质量分数0 03 的转炉钢水进行吹氩脱氧处理 试求吹氩的脱氧效率及w O 降低到0 071 时氩气的用量 已知 8 3 2吹氩脱氧 AOD 8 3吹氩处理 氩气泡半径 气泡上升路程为0 5m 温度1650 解 1 脱氧效率 根据表面更新理论 式中te为气泡与铁液的接触时间 气泡的上浮速度 因此 例 向氧的质量分数为0 11 及碳的质量分数0 03 的转炉钢水进行吹氩脱氧处理 试求吹氩的脱氧效率及w O 降低到0 071 时氩气的用量 已知 8 3 2吹氩脱氧 AOD 8 3吹氩处理 氩气泡半径 气泡上升路程为0 5m 温度1650 解 对于碳氧反应 所以 可用氩气泡的表面积与体积之比表示 例 向氧的质量分数为0 11 及碳的质量分数0 03 的转炉钢水进行吹氩脱氧处理 试求吹氩的脱氧效率及w O 降低到0 071 时氩气的用量 已知 8 3 2吹氩脱氧 AOD 氩气泡半径 气泡上升路程为0 5m 温度1650 8 3吹氩处理 解 因此 吹氩脱氧效率为 例 向氧的质量分数为0 11 及碳的质量分数0 03 的转炉钢水进行吹氩脱氧处理 试求吹氩的脱氧效率及w O 降低到0 071 时氩气的用量 已知 8 3 2吹氩脱氧 AOD 氩气泡半径 气泡上升路程为0 5m 温度1650 8 3吹氩处理 解 2 氩气用量 8 4合成渣处理 原理 将事先配好 在专门炼渣炉中熔炼 的合成渣倒入钢包内 借助出钢时钢流的冲击作用 使合成渣在钢液中碎散为细滴 使钢液与合成渣充分混合 渣 金属液之间的接触面积增加到100 300m2 m 3 完成脱氧 脱硫和去除夹杂的精炼任务 1 合成渣系及性能 CaO Al2O3系 碱度高 R 2 还原性强 8 4合成渣处理 1 合成渣系及性能 合成渣性能 1 合成渣熔点要低于被渣洗钢液的熔点 常加入CaF2 Na3AlF6 Na2O等降低合成渣熔点的物质 2 合成渣粘度小于 小 FeO Fe2O3 MnO Na2O CaC2等能降低 3 合成渣的界面张力 对渣的乳化及渣滴的排出都有很大的好处 8 4合成渣处理 2 合成渣脱氧 熔渣中 渣滴内扩散 钢液中 O 浓度可降低到0 002 低 促使钢液中的 O 经钢渣界面向溶 3 合成渣脱硫 合成渣为高碱度还原渣 因此脱硫能力很强 可使钢液中硫的质量分数由0 015 0 033 下降到0 005 0 012 8 5喷吹粉料处理 原理 根据流化态和气力传输原理 用氩气或其它的气体作载体 将不同类型的粉剂 多为含钙物质 喷入钢液或铁水中进行精炼的一种冶金方法 即所谓的喷射冶金 亦称喷粉冶金或称喷粉精炼 1 喷入的粉剂种类 石灰 萤石 矿石 各种合成渣 Ca Si CaC2 C粉 Al粉及铁合金粉剂等 粉剂粒度通常为0 15 0 25mm 2 喷吹利用的载气 氧化性气体 O2 空气 还原性气体 天然气 H2 惰性气体 Ar N2 8 5喷吹粉料处理 3 喷射冶金可以完成的任务 钢液的脱S 脱O 脱P 去夹杂物 改变夹杂物形态 调温 控制微量元素和合金化等 铁水脱硫 脱硅 脱磷预处理 4 喂丝法 WF法 与喷吹粉料具有相同作用 是将密度较小 容易氧化的精炼添加剂做成包芯线 用喂线机将其喂入钢液深处对钢液进行炉外精炼的一种方法 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 1夹杂物的性能及其对钢性能的影响 1 钢中的夹杂物 主要非金属元素 O S P N C 的化合物 特别是O和S的化合物最多 2 夹杂物对钢性能的影响 由于夹杂物与基体金属铁的物性及机械性能 弹性 塑性及热膨胀性 均有较大差别 因此在受力过程中 夹杂物不能随金属相应变形钢的韧性及疲劳强度降低 方向性加强 加工性能变坏等 不同种类 性能的夹杂物在加工前后形态的变化如表8 2所示 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 1夹杂物的性能及其对钢性能的影响 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 1夹杂物的性能及其对钢性能的影响 3 提高钢的力学性能和加工性能的措施 一方面需要降低夹杂物的含量 利用复合脱氧剂 使脱氧过程中生成的夹杂物尽量排出 并降低凝固过程中出现的二次脱氧产物的生成量 另一方面对不可能排除而残留在钢中的夹杂物采用变形处理 改变其存在形态 以减少其危害性 4 实际应用的夹杂物变性剂具有的条件 与氧 硫 氮有较强的相互作用能力 在钢液中有一定的溶解度 在炼钢温度下蒸汽压不大 操作简单易行 5 常用的变性剂 钛 锆 碱土金属 主要是钙合金和含钙的化合物 和稀土金属等都可以作为变性剂 生产中大量使用的是Ca Si合金和稀土合金 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 1夹杂物的性能及其对钢性能的影响 8 6 2稀土元素的变性作用 钢中主要加入的稀土元素 Ce 铈 La 镧 Pr 镨 Nd 钕nv 它们约占稀土元素总量的75 以上 RE元素的性质 熔点低 沸点高 密度大 原子量140 170 与O S等元素有很强的亲和力 与其它元素的氧化物 硫化物比较 RE的氧化物 硫化物密度较大 5 6g cm3 不容易从钢液中浮出 且在炼钢温度下都是固体 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 2稀土元素的变性作用 1 Re的脱氧脱硫能力 Re元素加入钢液以后 产生如下反应 溶度积KO Re 2 O 3 KS Re 2 S 3 KOS Re 2 O 2 S 研究结果表明 溶度积 Re 2 O 9 4 10 18 Ce S 1 2 10 4 Ce 2 O 2 S 4 10 16 而且CeS Ce2S3和Ce3S4的形成自由能分别为 364650 442680 420240 可见稀土元素是极强的脱氧剂和脱硫剂 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 2稀土元素的变性作用 1 Re的脱氧脱硫能力 Re作为脱氧脱硫剂时 溶度积见表8 3 2 Re的脱氧脱硫产物 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 2稀土元素的变性作用 钢液的初始氧 硫含量决定了稀土元素加入后所能生成的产物 根据上述反应的浓度积常数KO KS 和KOS 在1600 的值分别为10 5 10 10 和10 13 3 15 计算表明 生成的产物与钢液初始氧 硫含量的关系如表8 10 表8 10用稀土元素脱氧脱硫的产物与钢液初始氧 硫含量的关系 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 2稀土元素的变性作用 3 Re的应用 Re元素使硫化物夹杂最有效的变形剂 研究指出 加入适量的Re合金在钢的凝固过程中生成Re的氧 硫化物 如Re2O2S 它们呈细小而分散的球状夹杂物 在热加工时不会变形 从而消除了硫化锰的危害性 加入Re作为变形剂也会产生一些危害 例如 由于Re夹杂物的密度大 约为5 6g cm3 接近于钢的密度 从而不容易上浮 同时稀土夹杂物熔点高 在炼钢温度下呈现固态 很可能在中间包水口处凝聚使之堵塞 因此加入Re合金的含量应适当 避免水口结瘤 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 2稀土元素的变性作用 例 向温度为1600 的钢液喷入铈 改变硫化物夹杂的形态 试求钢液中 S 的质量分数下降到0 021 铈的理论最低浓度 已知1873K时 解 加入铈形成CeS的反应为 因此 即 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 8 6 2稀土元素的变性作用 例 向温度为1600 的钢液喷入铈 改变硫化物夹杂的形态 试求钢液中 S 的质量分数下降到0 021 铈的理论最低浓度 已知1873K时 解 由于 因此 即需要向钢液喷入0 235 的铈才能使钢液中硫化物转变为CeS夹杂物 8 6 3钙的变性作用 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 1 钙的特性 在钢中的溶解度很小 在纯铁中的溶解度为320 10 4 钙的真正重要性不仅在于其脱氧 脱硫能力 而是它具有改变残留在钢中的硫化物和氧化物形态的能力 脱氧产物Al2O3是高熔点的固相 除部分上浮外 大部分残留在钢液中 易在中间包水口处堵塞或结瘤 同时在钢液凝固后 形成簇状内生夹杂物 在轧制过程中 钢中的Al2O3被破碎 沿轧制方向连续分布造成严重的缺陷 使钢的机械性能恶化 如果存在其它强脱氧剂 如Mn Ti Re则生成高熔点铝尖晶石 这种夹杂物同样有害 Al2O3内生夹杂物的产生及危害 8 6 3钙的变性作用 8 6钢中夹杂物的变形 变性 处理 1 钙的特性 钙变性作用 改变铝氧化物的形态 形成铝酸钙 C12A7 熔点1415 改变钢中硫化夹杂物形态 提高硫化锰的热硬度 在炼钢温度下呈液态 可以迅速浮出钢液 而残留在钢液中铝酸钙则则呈细小的球状 热加工时不会变形 硫化锰中只要含钙3 10 在热加工时就不会发生变形 因而也不会形成象未加改性的硫化物那样的有害二维夹杂物 当钙含量升高时 硫化物