鋼的去氣

在火法冶金中脫除溶解於熔融金屬中的氫和氮的過程。 鋼的去氣 鋼的去氣氫及氮在鋼液中存在的形態尚未確定。

鋼的去氣

正文

在火法冶金中脫除溶解於熔融金屬中的氫和氮的過程。氫和氮可溶解於熔融金屬，如鋼液或合金中。鋼液中氮來自進入爐內的大氣，氫則來自冶金原材料的水分、澆鑄設備表面吸附的水分及大氣中的水蒸氣。
氣體在熔融金屬中的溶解度 1911年，西韋特（A.Sievert）測定了氫在熔融的銅、 鐵及鎳液中的溶解度，確定了氣體在熔融金屬中的溶解度服從平方根定律：

式中 【％H】為氫在熔融金屬中的溶解度（重量百分數）；pH2為氫的分壓;KH為氫溶解反應的平衡常數。熔融金屬中氮也服從平方根定律（圖1）。對於鋼液中氫及氮的溶解度測定較多。鋼中合金元素對氫及氮的活度係數有不同的影響（圖2、圖3），因而影響其溶解度。

鋼的去氣

鋼的去氣

鋼的去氣

氫及氮在鋼液中存在的形態尚未確定。平方根規律僅僅說明，它們是以H或H+、N或N3+存在,或是以與合金元素形成僅含一個氮或氫原子的化合物。
溶解於熔融金屬中的氫和氮對金屬材料的性能有重大不利影響。如氫在鋼中形成“白點”引起“氫脆”和應力腐蝕(見應力腐蝕斷裂和氫脆)，氮除對少數鋼種可起穩定奧氏體的作用外(見過冷奧氏體轉變圖)，由於引起時效而對鋼的性能不利，對深沖鋼則特別不利。金屬凝固時溶解的氣體引起成分偏析或使鑄件產生氣孔（見金屬的凝固）。因此，在冶煉過程中除儘量減少金屬或合金吸收氣體外,對多數金屬或合金，特別是對鋼液,去氣是不可缺少的操作過程。
鋼液去氣 是靠煉鋼脫碳過程中碳－氧反應造成的沸騰現象，使溶解於鋼液中的氫和氮隨同一氧化碳氣泡排出。氧氣頂吹轉爐中鋼液的激烈沸騰可使鋼液中氮含量降至0.002～0.004％。平爐鋼液中氮含量為 0.004～0.006％,氫含量為0.0003～0.0008％。電爐鋼還原期熔池沒有沸騰，而且爐氣中的氮和水蒸氣可以溶解於還原渣中，致使鋼液中氮和氫含量分別達到0.007～0.014％和0.0004～0.0007％。
爐外去氣 此法已在煉鋼生產中廣泛套用。①鋼液的爐外真空處理是有效的去氣方法。冶煉過程中溶解於鋼液中的氣體，在0.1～100托的真空條件下，急劇地逸出鋼液。經真空處理的鋼液，氫含量可達0.0001％。②通過鋼包底部的多孔透氣磚或通過噴槍向鋼液通入氬氣，也能達到明顯的去氫效果和少量的去氮效果。
鋼液在真空條件下去氣過程服從下列規律：

式中C0、C分別為鋼液中氣體初始含量及t時的含量；為鋼液-氣相間界面積與鋼液體積比；β為氣體在鋼液中的傳質係數；t為時間。
鋼液經去氣處理後，應注意儘量減少與潮濕大氣接觸的機會，否則氣體含量又會重新增高（見爐外精煉）。
參考書目
　曲英主編：《煉鋼學原理》，冶金工業出版社，北京，1980。

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