沉淀脫氧

錳的脫氧反應

在液態(tài)金屬中加入適量錳，可進行如下脫氧反應：

當金屬中含

由公式

根據(jù)鋼液中錳的濃度不同，其脫氧產物

硅的脫氧反應

在鋼液中加入脫氧劑硅鐵或含硅較高的合金，可進行如下反應

顯然，提高熔渣的堿度和金屬中的含硅量，可以提高硅的脫氧效果。

硅的脫氧能力比錳大，但生成的

硅錳聯(lián)合脫氧反應

把硅和錳按適當?shù)谋壤尤胍簯B(tài)金屬中進行復合脫氧時，其脫氧產物為不飽和液態(tài)硅酸鹽，它的密度小，熔點低，易于浮出，并易被熔渣吸收，從而減少鋼中的夾雜物和含氧量，脫氧效果十分顯著。

在熔煉鋼鐵和焊接冶金中經(jīng)常采用硅錳聯(lián)合脫氧。例如，在轉爐煉鋼時，爐內加入一定量的硅錳合金進行預脫氧，結果使鋼中氧含量大大降低；堿性焊條藥皮中和二氧化碳氣體保護焊焊絲中常加入適當比例的錳和硅進行聯(lián)合脫氧，脫氧效果較好。

采用含兩種以上脫氧元素的復合脫氧劑一直被鑄造和焊接冶金工作者所重視。因為這種脫氧劑熔點低，熔化快，且各種反應在同一區(qū)域進行，有利于低熔點脫氧產物形成、聚合和排除，減少夾雜物的數(shù)量。例如，鈣的脫氧能力很強，但它的蒸氣壓高，在鋼液中溶解度低，脫氧效果變差；如果用硅鈣合金作脫氧劑，則可提高鈣的溶解度，減少蒸發(fā)損失，易生成低熔點的硅酸鈣，對

擴散脫氧是利用熔渣使鋼液脫氧，脫氧反應發(fā)生在鋼液一熔渣界面上。

如向熔渣內加入強脫氧劑（如硅鐵粉、炭粉、電石粉或鋁粉、

擴散脫氧可在能形成還原氣氛的電爐內進行，這樣渣中的(

但是，在一般電爐內進行擴散脫氧有某些重大缺點。由于鋼液一熔渣的比表面小及熔池的攪拌作用弱，鋼液中氧的擴散緩慢，脫氧過程的速率很低，而且爐襯受到高溫爐渣的侵蝕嚴重。由于這些原因，擴散脫氧僅在盛鋼桶內用

沉淀脫氧是指溶解于液態(tài)金屬中的脫氧劑直接和熔池中的

若考察熔渣堿度

其中，

要實現(xiàn)沉淀脫氧，應具備三個條件：①必須向熔池中加入對氧親和力大的元素；②脫氧產物應不溶于金屬而成為獨立液相轉入熔渣；③熔渣的酸堿性質應與脫氧產物的性質相反，以利于熔渣吸收脫氧產物。

錳的脫氧反應、硅的脫氧反應和硅錳聯(lián)合脫氧反應是生產中常用的沉淀脫氧反應。

脫氧的兩種最基本的方法是沉淀脫氧法和擴散脫氧法。

沉淀脫氧原理 沉淀脫氧也稱直接脫氧，將與氧的親和力強于鐵的元素以鐵合金或金屬塊等形式直接加到鋼液中，與氧生成不溶于鋼液的沉淀析出物M_xO_y，一般M_xO_y的密度小于鋼液的密度，而可上浮排除。鋼液中元素沉淀脫氧反應式一般為aM_xO_y為脫氧產物的活度；aM為脫氧元素的活度；a為溶解氧的活度。當脫氧產物為純氧化物或呈飽和狀態(tài)時，aM_xO_y=1。所以，取其倒數(shù)K=1/KM=[aM]x[ao]y，叫做脫氧常數(shù)，用以判斷元素的脫氧能力。在一定溫度、一定濃度，某一元素的脫氧常數(shù)K值越小，與該元素平衡的氧含量便越低，則該元素的脫氧能力就越強。各種元素脫氧能力的測定，現(xiàn)多采用固體電解質定氧探頭進行電動勢法測定，1600℃時鐵液中各種元素的脫氧能力。當元素含量為0.1%時，各種元素的脫氧能力由強到弱的順序是：Al，Ti，B，Si，C，V，cr，Mn。脫氧元素含量升高時，與之平衡的氧含量下降；但脫氧元素含量達到某一數(shù)值后，隨著脫氧元素含量升高，相應的平衡氧含量反而增加。而且脫氧能力越強的元素，其平衡氧含量增高的臨界含量(轉折點)越低。在不同溫度下，與不同元素含量相平衡的氧含量，可利用表1數(shù)據(jù)進行計算。從脫氧常數(shù)K與溫度丁的關系式可知，升高溫度則脫氧常數(shù)K值增大，即升高溫度脫氧時，平衡向左移動；而降低溫度時，平衡向右移動。這意味著當鋼液溫度降低時(在鋼液凝固時)，脫氧反應將繼續(xù)進行，并形成新的脫氧產物，而它們往往來不及從鋼中排除出去。因此，在鋼脫氧時應加入適量脫氧劑，使鋼液中殘余氧量立即降到相當?shù)偷乃?，以減少凝固降溫時脫氧產物的生成。

在煉鋼和鑄造過程中降低鋼中氧含量的反應。是保證鋼錠(坯)和鋼材質量的重要工藝環(huán)節(jié)。在鋼液中氧以溶解形式([O])或非金屬夾雜物形式(MxOy)存在。在吹氧煉鋼過程中，隨著雜質含量的降低，鋼液中[O]含量升高。如果將未經(jīng)脫氧的鋼液出爐澆注，則鋼液中溶解的氧在冷凝過程就要與碳反應，析出Co氣泡而發(fā)生沸騰；隨脫氧的程度不同，析出氣體的特性有著顯著的差異。經(jīng)充分脫氧的鋼液，在冷凝過程中沒有Co析出，不發(fā)生沸騰，是平靜的，故稱鎮(zhèn)靜鋼；輕度脫氧的鋼液，在冷凝過程中碳氧發(fā)生反應，析出Co，有明顯的沸騰現(xiàn)象，此為沸騰鋼；部分脫氧的鋼液，在凝固一段時間后，剩余的氧與碳反應，產生短時間的沸騰，則為半鎮(zhèn)靜鋼。圖1表示脫氧程度不同的鋼中氧含量范圍。沸騰鋼脫氧，即輕度脫氧，只使鋼液中氧含量稍許下降，但仍超過與碳平衡所需的含量。半鎮(zhèn)靜鋼脫氧，即部分脫氧，大致可使鋼的氧含量達到與碳平衡的含量，故又稱為平衡鋼。鎮(zhèn)靜鋼脫氧，亦即充分脫氧使鋼的氧含量大大低于與碳平衡的含量。鋼液脫氧雖降低[O]的含量，但若不使脫氧產物MxO_y上浮排除出去，而殘留在鋼液中形成鋼中非金屬夾雜物，則影響鋼的質量；所以，脫氧時要盡可能排除脫氧產物。因此，脫氧就是要降低鋼中總氧量乏∑O(∑O=[O] O_MxO_y)。但不管煉鋼技術如何發(fā)展、改進，鋼中總還殘留有夾雜物。所以脫氧時還要控制殘留夾雜物的形態(tài)、大小和分布，以保證鋼的各項性能(見鋼中非金屬夾雜物)。

脫氧程度不同的鋼中含氧量范圍：

1一鎮(zhèn)靜鋼；2一半鎮(zhèn)靜鋼；3一沸騰鋼；4一脫氧前一般含氧范圍；5一氧與碳的平衡曲線。

脫氧得當還可保證鋼的晶粒度。鋼中單獨加入或復合加入鋁、釩、鈦、鋯，則使奧氏體晶粒粗化溫度升高。脫氧時，這些元素除生成氧化物外，還生成氮化物；而釩、鈦、鈮、鋯還會生成碳化物。這三種化合物的粒子都可阻止晶粒長大，其中碳化物最為有效，而氮化鋁比氧化鋁有效。鋁是強脫氧劑又是最常用的晶粒細化劑，所以細晶粒鋼只能是鎮(zhèn)靜鋼，而沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼只能是粗晶粒鋼。但半鎮(zhèn)靜鋼加少量鈮、釩可得到細晶粒鋼。鋼的脫氧工藝通常要與鋼的合金化相配合。二者配合得當，則有利于準確控制成分，提高合金元素的收得率。

aluminium bullet shooting

住友金屬于1972年開發(fā)的鋁彈投射法（ABS法，Aluminum Bullets Shooting Method)，這一方法使用彈狀物來代替線狀物。對鋁彈給予一定的速度，打入到鋼水深處，使鋁在鋼水中熔化。經(jīng)過鋁和氧氣的氧化反應，達到脫氧的效果。最后會在鋼水中生成氧化鋁（Al2O3）。

ABS法鋁的收得率高，而濃度分散程度減小。

已脫氧的鋼

鋁脫氧的鋼中存在的氧化鋁夾雜物多數(shù)熔點很高，在連鑄溫度下呈固態(tài)，很容易在中間包水口處聚積引起堵塞。而且殘留在鋼中的Al2O3夾雜物與鋼的基體相比呈硬脆性，在軋制過程很容易被破碎并且延軋制方向連續(xù)分布，從而造成嚴重的缺陷。Al2O3系夾雜物的密度比鋼液密度小，如果能夠控制鋁脫氧產物的形態(tài)使其在煉鋼連鑄溫度下呈液態(tài)，就可以使大量的這類脫氧產物在進入中間包之前從鋼液中上浮去除，不僅可以減輕中間包水口堵塞問題保證連鑄順利進行，而且可以增加鋼的清潔度、改善鋼的質量。這就是鈣處理的范疇。