钢的去气
来源: 科普中国 发布时间:2023-05-06
钢的去气是指在火法冶金中脱除溶解于熔融金属中的氢和氮的过程。该实验过程由测定者西韦特(a.sievert)于1911年进行。
正文氢和氮可溶解于熔融金属,如钢液或合金中。钢液中氮来自进入炉内的大气,氢则来自冶金原材料的水分、浇铸设备表面吸附的水分及大气中的水蒸气。
气体在熔融金属中的溶解度 1911年,西韦特(a.sievert)测定了氢在熔融的铜、 铁及镍液中的溶解度,确定了气体在熔融金属中的溶解度服从平方根定律:
式中 【%h】为氢在熔融金属中的溶解度(重量百分数);为氢的分压;为氢溶解反应的平衡常数。熔融金属中氮也服从平方根定律(图1)。对于钢液中氢及氮的溶解度测定较多。钢中合金元素对氢及氮的活度系数有不同的影响(图2、图3),因而影响其溶解度。
氢及氮在钢液中存在的形态尚未确定。平方根规律仅仅说明,它们是以h或h、n或n存在,或是以与合金元素形成仅含一个氮或氢原子的化合物。
溶解于熔融金属中的氢和氮对金属材料的性能有重大不利影响。如氢在钢中形成“白点”引起“氢脆”和应力腐蚀(见应力腐蚀断裂和氢脆),氮除对少数钢种可起稳定奥氏体的作用外(见过冷奥氏体转变图),由于引起时效而对钢的性能不利,对深冲钢则特别不利。金属凝固时溶解的气体引起成分偏析或使铸件产生气孔(见金属的凝固)。因此,在冶炼过程中除尽量减少金属或合金吸收气体外,对多数金属或合金,特别是对钢液,去气是不可缺少的操作过程。
钢液去气 是靠炼钢脱碳过程中碳-氧反应造成的沸腾现象,使溶解于钢液中的氢和氮随同一氧化碳气泡排出1。氧气顶吹转炉中钢液的激烈沸腾可使钢液中氮含量降至0.002~0.004%。平炉钢液中氮含量为 0.004~0.006%,氢含量为0.0003~0.0008%。电炉钢还原期熔池没有沸腾,而且炉气中的氮和水蒸气可以溶解于还原渣中,致使钢液中氮和氢含量分别达到0.007~0.014%和0.0004~0.0007%。
炉外去气 此法已在炼钢生产中广泛应用。①钢液的炉外真空处理是有效的去气方法。冶炼过程中溶解于钢液中的气体,在0.1~100托的真空条件下,急剧地逸出钢液。经真空处理的钢液,氢含量可达0.0001%。②通过钢包底部的多孔透气砖或通过喷枪向钢液通入氩气,也能达到明显的去氢效果和少量的去氮效果。
钢液在真空条件下去气过程服从下列规律:
式中、分别为钢液中气体初始含量及时的含量;
为钢液-气相间界面积与钢液体积比;为气体在钢液中的传质系数;为时间。
注意事项钢液经去气处理后,应注意尽量减少与潮湿大气接触的机会,否则气体含量又会重新增高(见炉外精炼)。
相关研究通过cr12mo1v1类高碳高铬钢氧、氢、氮含量及残铝含量的大量炉号分析,并运用炼钢热力学平衡值进行计算,绘出在不同残铝含量情况下平衡氧和实测含量关系曲线图2。
本词条内容贡献者为:
王宁 - 副教授 - 西南大学
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