一. 氧以什么形态存在于钢中?
这种以溶氧在钢液中以两种形态存在。一种是以原子状态溶解于钢液中,解状态存在的氧称为溶解氧,通常用符号[0]来表示。另一种是以非金属夹杂物状态存在的氧,大部分呈固态质点悬浮于钢液中,这部分氧称为化合氧。化合氧与溶解氧共同构成钢液中总含氧量。
钢液中溶解氧最活泼,容易参予氧化反应;化合氧均以稳定的氧化物或氧硫化合物形态存在,大部分不会参予化学反应。
氧在镍基合含中存在的形态与钢液中相似。不同之处是氧在镍基合金中溶解度比在铁液中高。
二. 氧对钢有什么危害?
无论是溶解氧还是化合氧,它们对钢液或固态钢都会带来一系列的危害。其危害可归纳为下述各点。
(1)钢液中溶解氧的危害
钢液中的溶解氧,能使加入的合金元素氧化,如铝、硼、锆、稀土等氧化失效,同时又会生成内生的非金属夹杂物。
(2)凝固过程中溶解氧的危害
钢液凝固过程中,随温度降低氧溶解度下降,析出的氧同碳发生反应,形成一氧化碳气泡,使钢锭、铸件冒涨导致报废。
凝固过程以FeO形式析出的氧,能同FeS形成熔点约940℃的共晶,沿晶界析出,造成钢锭热加工时产生热裂纹。
(3)固体钢中氧的危害
钢液凝固以后,溶解氧大部分转化为非金属夹杂物存在于钢内,对钢的加工性能和使用性能造成很大的危害。
综上所述,氧在钢中是极其有害的元素。通过脱氧来降低含氧量,提高钢的纯净度,改善钢的性能,是炼钢最重要的任务之一。
三.氧通过什么途径进入钢中?
感应炉冶炼时,氧是通过以下四个途径进入钢中。
(1)吸附分解溶入钢液
钢液与大气中氧接触后,氧分子被吸附于钢液表面并分解为原子氧,进而溶入钢液:O2(B)→20(g)→2[0]
随温度升高氧的分解和溶解速度加快,钢中[0]含量增加。
(2)炉渣中(FeO)溶解于钢液
冶炼炉渣中含有FeO时,会通过钢渣界面扩散进入钢液(当钢中FeO浓度低于渣中浓度时),增加钢液中[FeO]含量:
(FeO)→[Fe0]
(3)真空下坩埚材料向钢液供氧
在真空下坩埚材料中的MgO、Al2O3、ZrO2、SiO2会发生分解反应而向钢液供氧:
Me,O,=x[Me]+y[0]
(4)炉料带入的氧
冶炼使用的各种金属炉料中,都含有不同数量的[0]和非金属夹杂物。随着炉料的熔化这部分氧进入钢液中。
以上四个方面为感应炉冶炼时氧进入钢液的主要途径。
四. 钢液脱氧的目的和任务是什么?
氧是钢中有害杂质元素。脱氧的目的就是降低钢中溶解氧和化合氧的总量,达到提高钢的纯净度,确保钢锭品质的目的。
钢液脱氧的具体任务有以下几点。
(1)降低钢液中溶解氧含量
冶炼不同钢种对含氧量有相应的要求水平,应当选择合适的脱氧元素进行脱氧操作,以使溶解氧降至最低水平。如铁基合金通常用铝进行脱氧,镍基合金则用真空碳脱氧和镁脱氧。
(2)排除钢液中的脱氧产物
脱氧的第二步是将钢液中,溶解氧转化形成的化合氧,即非金属夹杂物最大限度地从钢液排出,使其进入炉渣而除去。从而,使钢液总含氧量下降。
(3)调控非金属夹杂物的形态与分布
完善的脱氧工艺,除降低钢中总含氧量之外,还必须使部分残留的少量非金属夹杂物的尺寸细小、分布要均匀,对钢的加工性能和使用性能的危害尽量减少。残留的脱氧元素也应当是无害的。