学习]钢液中的脱氧与非金属夹杂物.ppt

Contents6．1．1脱氧的必要性——钢液的溶解氧含量6．1．1脱氧的必要性——钢液的溶解氧含量6．1．1脱氧的必要性——钢液的溶解氧含量6．1．1脱氧的必要性——钢液的溶解氧含量6．1．1脱氧的必要性——固体钢中氧的溶解度变化6．1．1脱氧的必要性——固体钢中氧的溶解度变化6．1．1脱氧的必要性——氧对钢性能的影响钢中氧含量增加6.1.1.4钢液的脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学6．1．2直接脱氧反应热力学--单独元素的脱氧K'被称为脱氧常数或溶解度积，它可用来判断元素脱氧能力的相对大小。元素的脱氧能力是指一定温度下与一定浓度的脱氧元素相平衡的钢液中含氧量的高低。由从上式可以看出，脱氧常数K'值越大，与一定浓度脱氧元素[M]相平衡的钢液中的[O]含量越高，元素的脱氧能力越弱。反之，脱氧常数K'值越低，元素的脱氧能力越强。可用于钢液脱氧的主要脱氧元素及其脱氧常数如表6．1所示。6．1．2直接脱氧反应热力学--单独元素的脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学--单独元素的脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学--复合脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学--复合脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学--复合脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学--复合脱氧6．1．2直接脱氧反应热力学--复合脱氧6．1．3直接脱氧反应动力学6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的形核6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的形核6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的形核6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的形核脱氧产物与钢液面的界面张力σ的值越大，形核所需要的过饱和度S的值也越大。6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的形核脱氧反应产物依附在钢液中巳存在的第二相粒子上形核，这被称为非均质形核。非均质形核生成稳定核心所需要的临界自内能变化为：非均质形核过程中．脱氧产物核心与钢液中第二相粒子在构造上的差异越小，形核越容易。实际脱氧过程的钢液中总是存在着非均质生成脱氧产物的条件，如脱氧前的钢液中存在的非金属夹杂物可以作为析出脱氧产物的核心，另外铝和合金的表面氧化物膜也可以作为核心。因此，实际脱氧过程不需用太大的过饱和度，钢液就可析出液体或固体的脱氧产物。非均质形核在实际脱氧过程中占主导地位，脱氧产物的形核一般不会成为脱氧反应的限制性环节。6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的长大概念：脱氧产物晶核长大机构是脱氧反应的反应物向已生成的脱氧产物核心表面进行扩散、反应生成的产物沉积在已生成的核心上的过程。在加入脱氧剂时，假定脱氧反应产物的晶核均匀分布于钢液中，晶核数就是钢液单位体积中的颗粒数Z，每个颗粒都以自己为中心形成一个球形扩散区，并与大小相等的相邻球形扩散区相切另外，可进一步假定钢液中正在长大的脱氧产物粒子与钢液的界面存在着局部平衡，单位体积钢液中存在着半径相等的脱氧产物颗粒数，各个颗粒在自己的扩散区域长大，则长大的速度与颗粒初始半径、颗粒数以及钢液氧的浓度有关，即存在以下关系：脱氧产物核心的临界半径越小，其周围钢液的过饱和度越大，因此，氧在小颗粒脱氧产物周围的浓度比在大颗粒脱氧产物周围的高。当颗粒大小不同的脱氧产物在距离上接近时，由于浓度差形成的扩散可使小颗粒消失，同时使大颗粒长大。然而，计算表明:在用硅脱氧时，脱氧产物平均半径由0长到2.5μm，或由2.5μm长到3.0μm，相互扩散所需时间约为30min。可以认为，在脱氧的初期，相互扩散凝集长大不起重要的作用。由于钢液与脱氧产物之间存在着密度差，脱氧产物颗粒因而会在钢液中上浮。脱氧产物颗粒越大，其上浮的速度越快，因此在上浮过程中，大颗粒与小颗粒相碰撞的机会很多，可以凝集长大。若钢液中脱氧产物颗粒的上浮服从Stokes定律，上浮速度可表示为脱氧产物碰撞凝集长大后的颗粒尺寸与颗粒的初始尺寸、单位体积钢液中脱氧产物的总体积、颗粒在钢液内停留的时间、钢液黏度等因素有关。图6．15所示为根据式(6．45)得出的脱氧产物颗粒的碰撞凝集尺寸变化与时间的关系。可以看到，较大尺寸的脱氧产物颗粒在技Stokes定律上浮的过程中将吸收其他较小的脱氧产物颗粒而急速长大。6．1．3直接脱氧反应动力学——脱氧产物的去除k值与脱氧剂的加入量、钢液温度、容量、钢液搅拌强度等因素有关，它的大小可以用来评价脱氧产物去除的速率。表6.3给出了不同运动状态下的钢液中SiO2类和A12O3类脱氧产物的去除率，可以看到加强钢液搅拌后，对应于湍流状态钢液的A12O3类脱氧产物去除率高。A12O3夹杂物在钢液中虽然不能成为液态的颗粒，但是它的去除速度也很快。关于铝脱氧产物A12O3，上浮速度快的原因，现在大都认为主要应归因于表面现象的作用。表面现象对于脱氧产物的去除有以下两方面的影响：钢液与脱氧产物间的界面张力，σm-s越大．脱氧产物颗粒自发聚集的趋势就