鑄鋼脫氧知識詳細講解.docx

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一、氧對鑄鋼質量的有害影響氧對鑄鋼的有害影響，是由于氧在液態(tài)和固態(tài)鋼中的溶解度相差懸殊而造成的。主要有害影響有：1、氧是形成鑄鋼件氣孔的原因之一在鋼液凝固過程中，由于氧的溶解度隨溫度的下降而顯著降低，因此，析出的氧便與鋼液中的碳發(fā)生反應，產生的CO氣泡若滯留于鋼中便成為氣孔。2、氧促使鑄鋼熱裂的形成鋼液含氧量過高時，會加劇鑄鋼熱裂傾向，原因是FeO與FeS相遇時形成低熔點（940℃）共晶體（FeO·FeS），并以薄膜狀分布于晶界上，因而易造成熱裂。3、氧是形成非金屬夾雜物的主要元素之一氧可與多種元素發(fā)生氧化反應，形成氧化物夾雜，這些夾雜若滯留于鋼中，將降低鑄鋼的性能。二、鋼液的擴散脫氧利用氧在鋼液中的擴散行為，使鋼液中的氧轉入渣中而達到降低鋼液含氧量的方法，稱為擴散脫氧。具體做法是，在熔煉還原期稀薄渣造好后，將 粉狀脫氧劑撒于渣面上，首先降低渣中的含氧量，破壞氧在熔渣與鋼液溶解度的平衡，鋼液中的氧必然向熔渣中擴散。因此，不斷降低渣中的氧，鋼液中的氧就不斷地向渣中擴散，從而降低鋼中的含氧量。擴散脫氧常用的粉狀脫氧劑有；碳粉、硅鐵粉、硅鈣粉、鋁粉、碳化鈣粉等。這些脫氧劑中的C、Si、Al、Ca等元素進入渣層后便于（FeO）發(fā)生還原反應，如：脫氧產物進入爐氣或被熔渣吸收，因此，擴散脫氧不污染鋼液。但由于擴散脫氧是在渣與鋼液界面上進行，氧由鋼液中向渣中擴散需要的時間較長，因此，生產效率低，能耗高。三、鋼液的沉淀脫氧沉淀脫氧是將塊狀的脫氧劑直接加入鋼液中，脫氧劑與（FeO）發(fā)生沉淀反應而脫氧。沉淀脫氧又稱強制脫氧，沉淀脫氧法脫氧產物的排除，影響脫氧效果。按脫氧產物的形成時間劃分，脫氧產物可分為：一次脫氧產物——在爐內或包內加入脫氧劑后立即形成的脫氧產物； 二次脫氧產物——已脫氧的鋼液在其冷卻至液相線之前所形成的脫氧產物；三次脫氧產物——在液相線與固相線之間凝固時所形成的脫氧產物。這三類脫氧產物統(tǒng)稱為內生脫氧產物。研究表明：一次脫氧產物具有聚集、長大和上浮的有利條件，故絕大部分能排出鋼液。二次、三次脫氧產物均不能排出鑄件，特別是三次脫氧產物是鋼液在凝固過程中產生的，常滯留于枝晶之間，對鑄鋼質量具有決定性影響。鑄鋼中所看到的氧化物夾雜，絕大多數是三次脫氧產物。（一）包內沉淀脫氧機理1、??脫氧反應?即脫氧劑與（FeO）的化學反應；2、??脫氧產物的形核、聚合長大、上浮和排出。整個過程都伴隨著熱力學和動力學作用。研究證明，采用強脫氧劑脫氧時，脫氧產物可迅速排出鋼液，如脫氧產物Al2O3雖為固態(tài)顆粒，但其排出速度很快。脫氧產物的排出速度主要取決于脫氧劑的種類，而與脫氧產物的狀態(tài)及其尺寸無明顯關系。特別是用鋁脫氧時，在出鋼過程中加入鋁1~2min，鋼中的氧便與鋁形成Al2O3并排出。其原因是，Al2O3與鋼液的潤濕性差和相間張力大（2N/m）。 此外，鋼液流入鋼包時，有足夠的攪動，使脫氧產物因碰撞而聚合長大，同時攪動也使鋼液和熔渣劇烈運動，促使脫氧產物被熔渣捕獲或粘附于包襯表面。（二）沉淀脫氧用脫氧劑介紹沉淀脫氧用脫氧劑應具有強的脫氧能力，其脫氧產物不溶于鋼液，并易于從鋼液中排出。1、元素的脫氧能力??研究證明：脫氧元素對氧的親和力越大，其脫氧能力越強，鋼中的溶解氧就越低。元素的脫氧能力，一般隨溫度的降低而提高。通常說鋼中的含氧量是指總氧量，它包括溶解氧和化合氧。所以，元素的脫氧能力只反映其降低鋼中溶解氧的能力，而降低化合氧的能力，則與脫氧產物的化學組成和物理特性、鋼液溫度及動力學因素等有關。當脫氧元素的含量為0.1%時，各元素的脫氧能力由強到弱排序為：Ca＞RE＞Zr＞Al＞Ti＞B＞Si＞C＞V＞Cr＞Mn。脫氧元素在一定含量范圍內，隨其含量的增加，與其相平衡的氧含量對應降低，但是，當脫氧元素超過這一含量后，隨著脫氧元素含量的增加，相應的平衡氧含量反而增大，這說明并非脫氧劑加入愈多，鋼液中的溶解氧就降低的多。 2、單元素脫氧劑介紹⑴?Mn??錳是較弱的脫氧劑，是常用的脫氧劑之一。⑵?Si?硅是較強的脫氧劑，是常用的脫氧劑之一，其脫氧產物SiO2是高熔點的固體質點，能被鋼液所潤濕，排出較為困難。感應爐內用硅脫氧時，氧的降低速度是較快的，硅加入后5~10min，氧含量便可降至最低值。包內用硅脫氧的速度與爐內基本相同。⑶?Al?鋁是最常用的強脫氧劑，感應爐熔煉時加入鋁0.1%，鋁脫氧后僅在3~4min內，鋼中的溶解氧便降至0.01%以下，包內脫氧時，出鋼前先將鋁加入包內，然后出鋼，出鋼后2~3min內，鋼液中的氧含量便可降至0.02%以下。出鋼后由于鋼液溫度的降低，鋁的脫氧能力提高，這樣鋼液在包內鎮(zhèn)靜時，鋼液中的氧含量仍能緩慢的下降。⑷?Ca?鈣是很強的脫氧劑，也是強的脫硫劑，但由于鈣的氣化而顯著降低其脫氧效果。為克服其缺點，必須降低其蒸氣壓，Si、Al不僅能降低鈣的蒸氣壓，而且還可提高鈣的溶解度。用硅鈣合金脫氧，還可改善夾雜物的形態(tài)成為球狀，因而改善鋼的性能。此為硅鈣合金脫氧的突出優(yōu)點。 ⑸?Ti?鈦是較強的脫氧劑，脫氧能力強于硅而弱于鋁。其脫氧產物因鈦含量不同而不同。當Ti＜0.2%時，脫氧產物是TiO2或Ti3O5。Ti的脫氧產物尺寸為16~18μ，近似球狀，并均勻地分布在晶粒內部。另外，Ti在鋼液中還可形成高度彌散的TiN，其尺寸為4~14μ，可作為非自發(fā)結晶核心，而細化晶粒。TiN還可防止鑄鋼件產生脆性斷口。當Ti含量為0.06%時，沿晶界會形成片狀共晶硫化物而降低鋼的沖擊韌性。因此，鈦脫氧時，鋼中適宜的鈦含量為0.02~0.06%。通常為防止AlN對鑄鋼件性能的不良影響而采用鈦代替鋁終脫氧。⑹?Zr?鋯是極強的脫氧劑，在1650℃時，鋯的脫氧能力強于鋁，只需加入少量的鋯終脫氧，便可獲得氧含量極低的鋼。鋯的脫氧產物為直徑3μ的小球。Zr脫氧時形成的ZrN，可作為非自發(fā)結晶核心，細化晶粒，同時還可防止脆性斷口。⑺?RE?也是良好的脫氧劑。?稀土金屬通常是鑭（La）系元素的總稱。La、Ce、Pr、Nd四個元素與鑄鋼生產較為密切，稀土的脫氧能力強于Zr、Al、Ti，接近于Be，而稍低于Ca、Mg。采用稀土脫氧有如下特點： ①?脫氧反應的同時伴隨有脫硫反應。RE能同時與O、S反應，生成稀土氧化物、稀土硫化物和稀土氧硫化物，同時降低鋼中的氧和硫。②?稀土氧化物、硫化物熔點高、密度大、質點小，不易排出而滯留于鋼中。③?稀土金屬的突出優(yōu)點是，使鋼中夾雜物球化，而有利于提高鋼的性能。3、常用復合脫氧劑介紹⑴?硅錳合金復合脫氧?Mn是弱脫氧元素，Si是較強脫氧元素，Si、Mn配合使用，可獲得良好的脫氧效果，如使用硅錳合金復合脫氧劑。生產中常用“先加錳鐵后加硅鐵于爐內”的復合脫氧法，也可獲得較好的效果。⑵??硅錳鋁合金復合脫氧?Si和Mn可提高Al的脫氧能力。采用硅錳鋁復合脫氧劑時，無論在爐內或包內脫氧，效果均好。生產中常用“先錳鐵后硅鐵”爐內預脫氧，再用鋁包內終脫氧，效果也很好。⑶?鋁硅鐵合金復合脫氧劑?Al—Si—Fe合金的化學成分見下表：?代號化學成分(%)AlSiCSPFe≤Al5048~5216~200.500.0500.050余Al45＞4520~300.500.0500.050余Al35＞35＞200.500.0500.050余Al25＞25＞250.500.0500.050余Al—Si—Fe合金的外觀成銀灰色，較脆易破碎。密度約4.17g/cm3，熔點約1000℃左右。常采用塊狀爐內預脫氧，粉狀包內終脫氧。