炼钢原理---6-6钢中气体.ppt

在常压下炼钢过程中,金属液和熔渣总是同大气接触。除了氧气以外,还可同H2、H2O、N2、CO2等气体接触。尤其是H和N不仅能溶解于液体铁中,还能溶解于熔渣中,还存在于凝固后的固体成品钢中。

 Fe—H系
氢在纯铁液中的溶解反应服从西华特定律,氢的溶解反应如下:
在一定温度下溶解的W[H]与PH2的平方根成正比。
在任一分压下,氢的溶解度为:
合金元素对氢的溶解度的影响可分为三种情况:
1)Zr、Ti、Nb、V和Ce、La等元素能提高氢在铁中的溶解度;
2)Cr、Ni、Mn、Co、Mo、Cu等元素影响不大;
3)Al、Si、C、P、B、Ge、W等元素能减小氢在铁中的溶解度。

实际气体中PH2很小,金属中的[H]取决于PH2O和炉料中的水分,气相中的水蒸气与铁液中的[H]和[O]存在下列平衡:
{ H2O}=2[H]+[O]
在1873K时
在干燥的氢气下,炉渣几乎不吸收氢,但是在水蒸气下,熔渣则能溶解大量的水蒸气。
在温度、压力和熔渣成分一定时,熔渣中H2O的溶解度用下式表示:

钢中氮 Fe—N系
氮在纯铁液中的溶解反应服从西华特定律,氮的溶解反应如下:
氮在铁液中的溶解度与其在同铁液平衡的气相中分压的关系。
合金元素对氮的溶解度的影响可分为三种情况:
1)Cr、Nb、Mn、V等元素能提高氮在铁中的溶解度;
2)Ni、Co、Mo、Cu等元素影响不大;
3)Si、C、O、S等元素能显著降低氮在铁中的溶解度。
氮在渣中的溶解度
在中性或氧化性气氛下,氮通常不溶于渣中;氮在还原性渣中,氮能大量溶解于渣中。随着PO2的减小和PN2的增大,将使渣中的氮增加。在还原气氛下,渣中存在碳时会促进吸氮反应。所以还原性电石渣能溶解较多的氮。

脱气或吸气反应一般有以下三个环节:
(1)氢或氮在界面液相侧的传质;
(2)在气-液界面上气体分子和钢液间的化学反应;
(3)氢或氮在界面气相侧的传质。
通常脱氢或吸氢的速率均受传质的影响,速率方程为: