(2)脱氧剂熔点比钢水温度低,能保证合金熔化,均匀分布,均匀脱氧;
(3)脱氧产物不溶于钢水中,并易于上浮排出;
(4)残留于钢中的脱氧元素对钢的性能无害[2];
(5)脱氧剂来源广,价格低。[3]
根据这些原则,在实际的生产中常用的脱氧剂为铝、硅、锰及它们的组合硅锰、硅铝合金等,这些元素脱氧能力次序是Al>Si>Mn。[3]
脱氧剂一般分为单元素脱氧剂,复合脱氧剂。元素单独脱氧是指在脱氧过程中向钢水中只加入一种单独的脱氧元素,而复合脱氧剂是指向钢水中同时加入两种或两种以上的脱氧元素。
复合脱氧剂在脱氧时,反应区域中会同时产生几种脱氧产物,它们容易相互融合成颗粒半径大的复合氧化物,会产生较大的上浮速度,易于从钢水中排出。而且,这些半径大的颗粒会吸收周围小颗粒夹杂物,使钢水更加纯净。因此,复合脱氧剂脱氧既充分发挥强脱氧剂所具备的脱氧作用,又通过改变脱氧产物组成为夹杂物析出创造更有利于脱氧产物上浮的条件,从而改善钢水流动性和提高钢水的纯净度。复合脱氧剂与单元脱氧剂相比,具有更好的脱氧效果。[4]
2.3 炼钢时过量氧的主要危害
过量氧对钢材的危害表现主要在于以下几点:
(1)固体钢中氧溶解度很小,在钢的凝固过程中,氧会以氧化物的形式大量析出,会极大降低钢的力学性能,特别是钢材的塑性和韧性。产生夹杂,钢液凝固时,其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物,破坏了钢基体的连续性,降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、焊接性能等。
(2)当钢液中的碳降低到某个数值时,脱除钢液中大量的氧,用以中止C-O反应。不然在其后的出钢与浇注过程中,随着温度下降,钢液中氧的溶解度降低,C-O反应会被促使继续进行,钢液剧烈沸腾,造成浇注很难进行。另一方面,依据选分结晶的原理,在钢锭模中,含C、O低的钢液会先凝固,使后凝固的钢液含氧量越来越高,C-O反应会进一步加强,这样不仅会产生大量CO气泡,而且会彻底破坏锭坯的结晶组织,极大影响钢锭的质量,会使钢锭(坯)产生气孔、疏松,甚至上涨等缺陷,严重时会导致钢锭(坯)报废。
(3)当钢的氧与硫含量都很高时,有害作用最为严重。FeO和FeS在钢的凝固过程中以共晶的形式存在于晶界上,加剧硫的危害。氧能使硫在钢中的溶解度降低,加剧硫的有害作用,使钢的热脆倾向更加严重。[5]
2.4 钢水脱氧
钢水脱氧的过程,实质是选择一些与氧亲和的合金元素加入钢水中,让它们降低钢水的氧化性。脱氧的目的在于降低钢中的氧含量。降低钢液中溶解的氧,就是把溶解在钢液中的FeO转变成其他的氧化物(如MnO或SiO2等),它们难溶于钢液,易于被排除到钢液外。[6]
钢水脱氧一般的方法有沉淀脱氧,扩散脱氧,真空脱氧,综合脱氧。
(1)沉淀脱氧:
将脱氧剂加入到钢液中,直接与钢液中的氧发生反应:
[O]+[脱氧元素]=[Fe]+(脱氧产物)
沉淀脱氧法使用的脱氧剂价格便宜,使用的设备也便宜而且操作简便,脱氧速度也比较快。但是这种方法会造成脱氧不完全。因为脱氧产物杂质可能会直接沉在钢液中难以除去,造成生产出来的钢材质量一般,而且需要进行进一步的优化处理才能使用。这种脱氧方法不能被用于高级钢材的制造。
(2)扩散脱氧:
将脱氧剂直接加入钢水表面,还原渣中的(FeO),导致渣中FeO的含量降低,平衡被破坏,为了保持此温度下的分配常数,钢液中的氧必然向炉渣中进行扩散,不断被炉渣还原,(Fe0)含量降低,[O]%也会降低。因为这种脱氧方法通过扩散完成所以叫做扩散脱氧。