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炼钢为什么要脱氧

炼钢过程中脱氧是一个至关重要的步骤,其主要目的是为了改善钢的质量和性能。

1. 脱氧的必要性

    在炼钢过程中,钢液中不可避免地会含有一定量的氧气。这些氧气主要来源于以下几个方面:

  • 炉气中的氧气:在炼钢过程中,炉气中的氧气会与钢液中的元素(如碳、硅、锰等)发生氧化反应,导致钢液中溶解一定量的氧。

  • 炉渣中的氧化性成分:炉渣中的氧化铁(FeO)等氧化性成分会与钢液中的元素发生氧化还原反应,使钢液中溶解氧增加。

  • 原材料中的氧化物:铁水、废钢等原材料中可能含有氧化物杂质,这些氧化物在熔化过程中会释放氧气。

    如果不对钢液进行脱氧处理,溶解的氧会在后续的凝固过程中产生一系列不利影响,因此必须进行脱氧。

2. 脱氧的作用

  (1)防止气孔和夹杂物的形成

  • 气孔:在钢液凝固过程中,溶解的氧会与碳反应生成一氧化碳(CO)气体:

    C+O→CO(气体)

    这些气体如果不能及时逸出,会在钢中形成气孔,降低钢的致密性和机械性能。

  • 夹杂物:溶解的氧还会与钢液中的其他元素(如硅、锰等)反应生成氧化物夹杂物,如二氧化硅(SiO₂)、氧化锰(MnO)等。这些夹杂物会影响钢的纯净度,降低钢的韧性和疲劳强度。

  (2)控制钢的成分和性能

  • 成分控制:在炼钢过程中,需要精确控制钢的成分,以满足特定的性能要求。脱氧可以减少钢液中的氧化损失,确保合金元素的回收率。

  • 性能优化:通过脱氧,可以减少钢中的氧化物夹杂物,提高钢的纯净度,从而优化钢的机械性能、加工性能和耐腐蚀性能。

  (3)提高钢的可铸性和可锻性

  • 可铸性:脱氧后的钢液纯净度更高,流动性更好,能够更好地填充铸型,减少铸件中的缺陷。

  • 可锻性:纯净的钢在锻造过程中更容易变形,减少裂纹和断裂的风险。

  (4)防止氧化皮的形成

  • 氧化皮:在钢液冷却过程中,如果溶解氧含量过高,会在钢表面形成氧化皮。氧化皮不仅影响钢的表面质量,还会增加后续加工的难度。

3. 脱氧方法

    炼钢中常用的脱氧方法包括:

  • 沉淀脱氧:向钢液中加入脱氧剂(如硅、锰、铝等),使其与钢液中的氧反应生成不溶于钢液的氧化物,沉淀到炉渣中。例如:

    Al+O→Al2​O3​(沉淀到炉渣中)
  • 扩散脱氧:通过向钢液中吹入惰性气体(如氩气),使钢液中的氧扩散到炉渣中,从而降低钢液中的氧含量。

  • 真空脱氧:在真空条件下,降低钢液中的氧分压,使溶解的氧逸出。这种方法常用于生产高质量的钢。

4. 脱氧剂的选择

    脱氧剂的选择需要根据钢的成分和要求来确定。常用的脱氧剂包括:

  • :硅是一种常用的脱氧剂,脱氧能力较强,成本较低。

  • :锰的脱氧能力较硅稍弱,但可以同时起到合金化的作用。

  • :铝的脱氧能力最强,常用于深度脱氧。

5. 脱氧程度的控制

    脱氧程度需要根据钢的用途和性能要求来控制。例如:

  • 普通碳钢:对氧含量的要求相对较低,通常采用硅或锰进行脱氧。

  • 合金钢:对氧含量要求较高,需要采用更强的脱氧剂(如铝)进行深度脱氧。

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