第8章 冶金過(guò)程動(dòng)力學(xué) ★★★★

8.1

氧化鐵還原過(guò)程動(dòng)力學(xué)8.2火法熔煉反應(yīng)動(dòng)力學(xué)8.3吸氣和脫氣反應(yīng)8.4碳酸鹽分解動(dòng)力學(xué)8.5鋼液脫氧動(dòng)力學(xué)第八章冶金過(guò)程動(dòng)力學(xué)冶金過(guò)程動(dòng)力學(xué)是研究有化學(xué)反應(yīng)參加的冶金過(guò)程的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。對(duì)冶金反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，大致需要按照三個(gè)步驟進(jìn)行：(1)了解該反應(yīng)在一定條件下的組成環(huán)節(jié)(機(jī)理)和其速率的表達(dá)式；(2)按準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)原理建立由各組成環(huán)節(jié)構(gòu)成的過(guò)程的速率方程；(3)按反應(yīng)的不同條件找出其限制環(huán)節(jié)及其速率的積分式。由此可計(jì)算總反應(yīng)在給定條件下的速率或反應(yīng)進(jìn)行一定程度所需時(shí)間，以及分析各種因素對(duì)速率的影響從而提出控制和改進(jìn)實(shí)際操作、強(qiáng)化冶煉過(guò)程、提高反應(yīng)器生產(chǎn)率的措施。8.1氧化鐵還原過(guò)程動(dòng)力學(xué)8.1.1間接還原的機(jī)理

鐵礦石被氣體還原劑CO(H2)還原的反應(yīng)在熱力學(xué)上是逐級(jí)進(jìn)行的。首先是形成較低價(jià)氧化物，而最后是鐵；在動(dòng)力學(xué)上則具有分層性的特點(diǎn)，即按照未反應(yīng)核模型進(jìn)行時(shí)，整個(gè)礦球從外而內(nèi)具有和鐵氧化時(shí)形成的氧化鐵層相反層序的結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)V球的孔隙度、礦粒比較小時(shí)，還原氣體能向孔隙內(nèi)擴(kuò)散，則還原過(guò)程僅具有逐級(jí)性，而無(wú)明顯的分層性；因此，分層性是致密礦球按未反應(yīng)核模型進(jìn)行還原的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，而孔隙度高的礦球則是按多孔體積反應(yīng)模型進(jìn)行還原的。8.1.2還原過(guò)程的組成環(huán)節(jié)

氣體還原劑和固體氧化物的反應(yīng)是復(fù)雜的多相反應(yīng)，由許多個(gè)串聯(lián)及并行環(huán)節(jié)所組成：(1)氣流中的CO(H2)通過(guò)礦球外的氣相邊界層，向礦球表面擴(kuò)散：(2)CO(H2)通過(guò)還原產(chǎn)物層(金屬或低價(jià)氧比物)的微孔及裂紋擴(kuò)散，還原產(chǎn)生的Fe2+(包括電子)及礦球內(nèi)的O2-在晶格內(nèi)擴(kuò)散：(3)在礦球內(nèi)部反應(yīng)界面上進(jìn)行結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)，如氣體的吸附、脫附、電子交換、新相核的形成及長(zhǎng)大；(4)還原形成的氣體產(chǎn)物CO2(H2O)通過(guò)還原產(chǎn)物層向外表面及氣流中擴(kuò)散。因此，整個(gè)還原過(guò)程歸納為由外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散及界面反應(yīng)3個(gè)主要大環(huán)節(jié)所組成，而過(guò)程的速率限制取決于還原條件下最慢環(huán)節(jié)的速率。

礦球的間接還原過(guò)程是多環(huán)節(jié)的多相反應(yīng)過(guò)程，這些環(huán)節(jié)又因礦球致密程度的不同，可形成不同的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)?shù)V石的結(jié)構(gòu)比較致密時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中同時(shí)出現(xiàn)了逐級(jí)分層性，即可能有幾個(gè)反應(yīng)界面同時(shí)出現(xiàn)。因此在導(dǎo)出反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程上建立了幾種模型。在礦球內(nèi)僅有一個(gè)相界面(Fe2O3︱Fe或Fe3O4︱Fe或FexO︱Fe)的一界面模型和有3個(gè)界面(Fe2O3︱Fe3O4︱FexO︱Fe)的三界面模型，其中一界面未反應(yīng)核模型應(yīng)用比較廣泛。8.1.4鐵礦石還原描述依此未反應(yīng)核模型，鐵礦石還原反應(yīng)步驟為：(1)還原氣體A通過(guò)氣相邊界層向礦球表面擴(kuò)散，即外擴(kuò)散；(2)氣體A通過(guò)多孔的產(chǎn)物層向反應(yīng)界面擴(kuò)散，同時(shí)鐵離子也通過(guò)產(chǎn)物層向內(nèi)部擴(kuò)散，稱為內(nèi)擴(kuò)散；(3)在反應(yīng)界面上氣體A與鐵氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，其中包括

還原劑的吸附和氣體產(chǎn)物的脫附；(4)氣體產(chǎn)物通過(guò)固體產(chǎn)物層向礦球表面擴(kuò)散；(5)氣體產(chǎn)物離開礦球表面向氣相內(nèi)部擴(kuò)散；鐵礦石的還原反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)串反應(yīng)，按穩(wěn)態(tài)處理，當(dāng)過(guò)程達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，各步驟的速率相等，可以用幾個(gè)步驟組合來(lái)推導(dǎo)速率方程。FexO+H2=xFe(s)+H2O(g)鐵礦石還原方程如下：反應(yīng)速率JA：8.1.5鐵礦石還原的數(shù)學(xué)模型R：鐵礦石的還原率，是鐵礦石失去氧量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。用礦球內(nèi)氧的摩爾數(shù)的變化率表示還原速率，在t=0~t，及相應(yīng)的R=0~R之間積分，上式是礦球的還原時(shí)間與還原率的數(shù)學(xué)式。式中右端第1項(xiàng)代表氣相邊界層的擴(kuò)散阻力，第2項(xiàng)代表還原鐵層內(nèi)的擴(kuò)散阻力，而第3項(xiàng)代表界面化學(xué)反應(yīng)阻力。(1).外擴(kuò)散限制，kG<<De(k)，(2).內(nèi)擴(kuò)散限制，De<<k(kG)，(3).界面反應(yīng)限制，k<<kG(De)，(4).混合限制，De≈k(kG>>De)8.2火法熔煉反應(yīng)動(dòng)力學(xué)火法熔煉反應(yīng)主要在熔渣-金屬液間的界面上進(jìn)行，可利用液-液相間反應(yīng)的雙膜理論模型，來(lái)研究這些反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。但由于這些反應(yīng)是高溫(1550~1650℃)下的電化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于組分在兩相內(nèi)的傳質(zhì)速率，所以兩相內(nèi)的傳質(zhì)之一往往成為整個(gè)反應(yīng)過(guò)程速率的限制環(huán)節(jié)。因此，著重討論傳質(zhì)對(duì)反應(yīng)速率的影響。1氧流對(duì)金屬熔池的作用動(dòng)力學(xué)：

頂吹氧槍O2出口速度通?？蛇_(dá)300～350m/s；氧流與熔池作用，將動(dòng)量傳遞給金屬液；金屬熔池產(chǎn)生循環(huán)運(yùn)動(dòng)。8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)氧流穿入熔池某一深度并構(gòu)成火焰狀作用區(qū)(火點(diǎn)區(qū))8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)氧氣煉鋼中還存在乳化和泡沫現(xiàn)象

在氧流強(qiáng)沖擊和熔池沸騰作用下，部分金屬微小液滴彌散在熔渣中；乳化的程度與熔渣粘度、表面張力等性質(zhì)有關(guān)；乳化可以極大地增加渣－鐵間接觸面積，因而可以加快渣－鐵間反應(yīng)。乳化造成的渣－鐵間接觸面積可達(dá)0.6～1.5m2/kg。8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)熔池在氧流作用下形成的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)和高度彌散的氣體－熔渣－金屬乳化相，是吹氧煉鋼的特點(diǎn)。1－氧槍2－乳化相3－CO氣泡4－金屬熔池5－火點(diǎn)6－金屬液滴7－作用區(qū)釋放出的CO氣泡8－濺出的金屬液滴9－煙塵8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)[M]+(FeO)=(MO)+[Fe]或[M]+(Fe2+)=(M2+)+[Fe]圖3-7鋼液元素氧化過(guò)程的組成環(huán)節(jié)[M]——→[M]*————→(MO)*——→(MO)擴(kuò)散βM擴(kuò)散βMo界面反應(yīng)kC邊界層邊界層2間接氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)：8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)當(dāng)kc>>kM+kMO時(shí)，8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)根據(jù)LM(%)和kM/kMO的相對(duì)大小，可以得出不同限制環(huán)節(jié)的速率式：1.當(dāng)LM(%)>>kM/kMO時(shí)，鋼液中[M]的擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)。2.當(dāng)LM(%)<<kM/kMO時(shí)，渣中(MO)的擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)3.當(dāng)LM(%)≈kM/kMO時(shí)，同時(shí)受鋼液中[M]和渣中(MO)的擴(kuò)散限制。積分簡(jiǎn)化得8.2.1元素氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)脫碳過(guò)程的組成環(huán)節(jié)是很復(fù)雜的，與冶煉工藝和供氧方式有關(guān)。但是，無(wú)論向熔池吹氧或由氧化性熔渣(包括加入鐵礦石或鐵銹在渣中的溶解)供氧，脫碳反應(yīng)過(guò)程大致有相似的組成環(huán)節(jié)。(l).氧從爐氣向熔渣中轉(zhuǎn)移：(2).氧從熔渣轉(zhuǎn)向鋼液中：(3).吸附的[O]+[C]發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成CO；(4).以CO氣泡的形成及長(zhǎng)大，經(jīng)過(guò)熔池排入爐氣中。脫碳反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件：

1.脫碳反應(yīng)的環(huán)節(jié)1)反應(yīng)物[C]和[O]向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散;2)[C]和[O]進(jìn)行化學(xué)反應(yīng);3)反應(yīng)界面氣泡生成；4)反應(yīng)產(chǎn)物CO或CO2離開反應(yīng)區(qū)域。碳的氧化反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)，包括擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)和氣泡生成等幾個(gè)環(huán)節(jié)。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2.化學(xué)反應(yīng)如化學(xué)反應(yīng)表觀活化能E1050kJ/mol，則化學(xué)反應(yīng)是控制環(huán)節(jié)；如活化能E420kJ/mol，則過(guò)程受擴(kuò)散控制；如活化能E在420～1050kJ/mol之間時(shí)，過(guò)程處于擴(kuò)散與化學(xué)動(dòng)力學(xué)混合控制領(lǐng)域。碳氧化反應(yīng)的表觀活化能波動(dòng)在60～150kJ/mol之間，遠(yuǎn)比上述活化能數(shù)值低得多。高溫下碳氧化反應(yīng)非常迅速，不是碳氧化反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3.反應(yīng)界面氣泡的生成在鋼液中沒(méi)有現(xiàn)成的氣液相界面時(shí)，產(chǎn)生新的界面需要非常大的能量。新生成的氣泡越小，需要的能量越大。取鋼液表面張力m-g為1.5Nm-1，新生成的CO氣泡核心半徑為10-6m，則該氣泡核心所受的毛細(xì)管壓力為：8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)際上CO氣泡核心所受到的壓力還包括鋼液、爐渣和爐氣的靜壓力。在鋼液內(nèi)生成一個(gè)很小的CO氣泡核心，需要克服數(shù)十個(gè)大氣壓的壓力，因而實(shí)際上不可能生成。只有在鋼液中有已經(jīng)存在的氣液界面時(shí)，才能減少生成氣泡的壓力，使碳氧反應(yīng)順利進(jìn)行。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)耐火材料表面凹坑或縫隙處氣泡形成過(guò)程示意圖8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1)氧氣煉鋼過(guò)程大量氣泡彌散存在于金屬熔池內(nèi)，CO氣泡生成很順利。2)在爐底和爐壁的耐火材料表面上存在的凹坑處，能生成CO氣泡萌芽。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)氣泡上浮過(guò)程中，隨著體積的加大，形狀變?yōu)榍蚬谛巍?.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4.反應(yīng)物[C]和[O]向反應(yīng)區(qū)的擴(kuò)散[C]高[O]低時(shí)，[O]的擴(kuò)散為限制性環(huán)節(jié)；[C]低[O]高時(shí)，[C]的擴(kuò)散為限制性環(huán)節(jié)。[C]和[O]的擴(kuò)散，哪一個(gè)是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)？反應(yīng)界面(氣泡表面)處反應(yīng)物濃度很低；熔池內(nèi)部[C]、[O]濃度較氣泡表面高得多；由于存在濃度梯度，[C]和[O]向反應(yīng)界面擴(kuò)散。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)脫碳過(guò)程的組成環(huán)節(jié)較多，但其中起限制作用的卻是氧((FeO)、[O]和碳([C])的擴(kuò)散，以及CO氣泡的形核、長(zhǎng)大及排出。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)5、實(shí)際煉鋼過(guò)程的脫碳速度變化脫碳過(guò)程為三個(gè)階段

1)吹煉初期以硅的氧化為主，脫碳速度較??；2)吹煉中期，脫碳速度幾乎為定值；3)吹煉后期，隨金屬中含碳量的減少，脫碳速度降低。8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第一階段：第三階段：第二階段：8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)8.2.2脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)8.2.3脫磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2[P]

+

5(FeO)+4(CaO)=(4CaO·P2O5)+5[Fe]離子理論的脫磷反應(yīng)

2[P]+5(Fe2+)+8(O2-)=2(PO43-)+5[Fe]8.2.3脫磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)磷氧化的速率式(1).鐵液[P]擴(kuò)散限制環(huán)節(jié)的速率式：(2).熔渣(P2O5)擴(kuò)散限制環(huán)節(jié)的速率式：為了提高脫磷的速率，需要在爐內(nèi)迅速造成FeO/CaO比適當(dāng)?shù)娜墼?，以提高Lp，其次，要使熔池具有較大的攪拌強(qiáng)度。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)形成的氣-渣-鋼液的乳化運(yùn)動(dòng)，能使上述因素有很大的發(fā)展，促進(jìn)了強(qiáng)烈的脫磷。(2).熔渣(P2O5)擴(kuò)散限制環(huán)節(jié)的速率式：8.2.3脫磷反應(yīng)動(dòng)力學(xué)脫硫反應(yīng)過(guò)程分為三個(gè)環(huán)節(jié)：1)鐵液中的[S]向渣-鐵界面擴(kuò)散：[S]→[S]*2)界面化學(xué)反應(yīng)：[S]+(O2-)=(S2-)+[O]3)生成的硫化物向渣內(nèi)擴(kuò)散：(S2-)*→(S2-)8.2.4熔渣脫硫動(dòng)力學(xué)

[S]＋(O2-)＝(S2-)＋[O]脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)WS： 爐渣重量，gA： 反應(yīng)界面積，cm2km： 鋼液中硫的傳質(zhì)系數(shù)，cm/skS： 爐渣中硫的傳質(zhì)系數(shù)，cm/s(1)由于脫硫速度受爐渣組成的影響，因此認(rèn)為爐渣中硫的傳質(zhì)是脫硫反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。根據(jù)雙模理論，可得到：kc>>k[S]>>k(S)，熔渣內(nèi)硫的擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)，K=LS=C(S)/C[S]，則又由于LS>>C[S]，則提高溫度及降低熔渣的粘度，可使熔渣中硫擴(kuò)散限制環(huán)節(jié)的速率增加。A/V則與熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度有關(guān)，攪拌強(qiáng)度大，則熔渣的擴(kuò)散邊界層就愈薄，而渣鐵的接觸面積(A/V)也愈大。在高爐風(fēng)口以下，脫硫反應(yīng)是在無(wú)強(qiáng)制攪拌狀態(tài)下的爐缸內(nèi)進(jìn)的，僅在鐵水成滴地穿過(guò)較厚的熔渣層時(shí)，它們之間才有較大的接觸面積，要比靜態(tài)下高30-60倍，高爐內(nèi)有良好的脫硫動(dòng)力學(xué)條件。另外，高爐熔煉有很高的Ls也是加大脫硫速率的特有條件。但要注意不能為了提高Ls加大堿度，引起熔渣粘度增大的反效果。加快脫硫反應(yīng)：增大Ls－提高爐渣堿度，減小FetO含量；增加ks－增強(qiáng)混合；增加反應(yīng)界面積A。冶金過(guò)程中三種重要反應(yīng)速率脫硫反應(yīng)的速率脫碳反應(yīng)的速率脫磷反應(yīng)的速率8.3吸氣和脫氣反應(yīng)在煉鋼過(guò)程中，爐氣中的氮、水汽及爐料帶入的水分在高溫下，會(huì)溶解于鋼液中，使[H]、[N]含量增加。但在強(qiáng)烈的脫碳過(guò)程中，溶解的氣體又可隨著CO氣泡的排出而減少，向溶池吹氬氣也有脫氣作用。8.3.1鋼液的吸收氣體鋼液吸收氣體的反應(yīng)過(guò)程由以下3個(gè)環(huán)節(jié)組成：(l).氣體向鋼液表面擴(kuò)散：(2).吸附化學(xué)反應(yīng)：(3).氣體原子在鋼液中擴(kuò)散：從現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，鋼液吸收氣體時(shí)，氣相中組分的擴(kuò)散并不顯著地影響它在鋼液中的溶解速率，而溶解過(guò)程受吸附化學(xué)反應(yīng)或吸附化學(xué)反應(yīng)和鋼液內(nèi)的傳質(zhì)所限制。由冶金反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可知，N2在鋼液表面的吸附是N2在鋼液中溶解的限制環(huán)節(jié)時(shí)。8.3.2鋼液脫碳過(guò)程中溶解氣體的排出在脫碳過(guò)程中，有大量CO氣泡放出和鋼液接觸，由于氣泡中氫和氮的分壓很低，對(duì)鋼液中溶解的氣體，它就相當(dāng)于小真空室的作用。鋼液中[H]、[N]的原子就能自發(fā)地進(jìn)入氣泡內(nèi)，形成H2、N2分子，隨CO氣泡從鋼液中排出。脫氣和脫碳密切相關(guān)，脫碳產(chǎn)生的CO量是影響脫氣的關(guān)鍵，因?yàn)樗峁┝朔磻?yīng)界面。在真空中或吹氬時(shí)，由于氣泡中pco的降低，也能使脫氣速率顯著提高。此外，鋼液中表面活性物(O、S)的濃度高時(shí)，能使脫氮速率降低：所以在冶煉末期，w[O]很高，減緩了脫氮的速率，而在脫氧和出鋼、澆注過(guò)程中，因?yàn)殇撘旱膚[O]減小及與大氣接觸，氣體的溶解速率又增加。8.4碳酸鹽分解動(dòng)力學(xué)碳酸鹽的分解具有結(jié)晶化學(xué)轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，由金屬離子M2+和碳酸離子CO32-組成的碳酸鹽MCO3受熱分解，形成的CO2在反應(yīng)相界面上吸附，再經(jīng)脫附排去。O2+則和M2+形成M2+·O2+團(tuán)，它們?cè)谂f相中的溶解度很小，易形成過(guò)飽和狀態(tài)，以氧化物MO的新相核經(jīng)過(guò)形核及長(zhǎng)大出現(xiàn)。這種舊相破壞，有新相晶格重建的化學(xué)變化稱為結(jié)晶化學(xué)變化。反應(yīng)的速率隨時(shí)間的變化，服從本章前文所述的未反應(yīng)核摸型的速率變化曲線。分解過(guò)程由下述環(huán)節(jié)組成：(1).分解從碳酸鹽礦粒表面上的某些活性點(diǎn)開始，而后沿著礦內(nèi)反應(yīng)界面進(jìn)行。分解形成的CO2在相界面上吸附，經(jīng)脫附逸去，而形成的氧化物在原相中形成過(guò)飽和固溶體。(2).氧化物新相核的形成及長(zhǎng)大。(3).CO2由脫附離開反應(yīng)相界，在其外的產(chǎn)物層MO內(nèi)擴(kuò)散和通過(guò)產(chǎn)物層外邊界層內(nèi)的外擴(kuò)散。當(dāng)氣流速度較大時(shí)，往往這內(nèi)擴(kuò)散成為速率的限制者。碳酸鹽的分解是由界面化學(xué)反應(yīng)，氧化物層的內(nèi)擴(kuò)散及礦粒外邊界層的外擴(kuò)散三個(gè)環(huán)節(jié)組成。在一般條件下，礦塊外邊界層的外擴(kuò)散要比分解產(chǎn)物層的內(nèi)擴(kuò)散快得多，不會(huì)成為分解速率的限制者，可認(rèn)為分解過(guò)程由界面反應(yīng)和內(nèi)擴(kuò)散兩環(huán)節(jié)組成。在高爐內(nèi)，裝入的石灰石熔劑是在溫度、壓力不斷增高和CO2不斷下降的條件下進(jìn)行分解的，這是十分有利于其分解的。但當(dāng)石灰石進(jìn)入高溫區(qū)內(nèi)分解時(shí)，分解出的CO2能與料層中的焦炭反應(yīng)，使高爐冶煉的焦比增大，特別是當(dāng)石灰石的粒度大時(shí)，分解往往會(huì)延至高溫區(qū)，這種作用就會(huì)更加強(qiáng)烈。因此，要控制入爐石灰石的粒度。石灰石要經(jīng)過(guò)適當(dāng)破碎及分級(jí)，其粒度應(yīng)隨其致密度的增加而減小。現(xiàn)代高爐多使用熔劑性或自熔性人造富礦，高爐內(nèi)可以不直接裝入石灰石，只備少量作臨時(shí)調(diào)劑之用，這就可減少上述的石灰石在高爐內(nèi)分解的不利作用。氧在鋼中的行為氧在固態(tài)鐵中的溶解度很小(0.003%以下)，氧的析出造成鋼性能的惡化。脫氧：1)直接(沉淀)脫氧；2)擴(kuò)散脫氧；3)真空脫氧8.5鋼液脫氧動(dòng)力學(xué)沉淀脫氧的動(dòng)力學(xué)沉淀脫氧包括以下環(huán)節(jié)：脫氧元素的溶解和均勻化；脫氧化學(xué)反應(yīng)；脫氧產(chǎn)物的形核；脫氧產(chǎn)物的長(zhǎng)大；脫氧產(chǎn)物的去除。1、脫氧產(chǎn)物的形核

根據(jù)均質(zhì)形核理論，從鋼液中生成脫氧產(chǎn)物新相核心，其濃度必須達(dá)到飽和。球形脫氧產(chǎn)物析出形核自由能變化為：鋼液微觀體積內(nèi)存在能量起伏，能夠滿足形成新相核心所需要的能量。(1)2、脫氧產(chǎn)物的長(zhǎng)大

理論和模型：擴(kuò)散長(zhǎng)大；顆粒間相互擴(kuò)散而凝聚長(zhǎng)大；由于上浮速度差而碰撞凝集長(zhǎng)大；由于鋼液運(yùn)動(dòng)而碰撞凝集長(zhǎng)大。1)擴(kuò)散長(zhǎng)大

加入脫氧劑后，脫氧產(chǎn)物晶核均勻地分布在鋼液中；每個(gè)晶核以自己為中心形成一球形擴(kuò)散區(qū)；每個(gè)脫氧產(chǎn)物核心在自己的擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)大；核心長(zhǎng)大的速度與初始半徑r0、顆粒數(shù)Z以及氧的濃度有關(guān)；在脫氧初期，氧的濃度差大，脫氧產(chǎn)物核心多，擴(kuò)散長(zhǎng)大有一定的重要性。2)由于顆粒間相互擴(kuò)散而凝聚長(zhǎng)大

由上式可知，脫氧產(chǎn)物臨界半徑愈小，其周圍鋼液的過(guò)飽和度愈大。小顆粒脫氧產(chǎn)物周圍氧的濃度比大顆粒脫氧產(chǎn)物周圍的濃度高。當(dāng)顆粒大小不同的脫氧產(chǎn)物距離接近時(shí)，由于濃度差形成的擴(kuò)散可使小顆粒消失而大顆粒長(zhǎng)大。3)由于上浮速度差而碰撞凝集長(zhǎng)大

鋼液與脫氧產(chǎn)物之間存在著密度差，因而產(chǎn)生上浮力。脫氧產(chǎn)物顆粒愈大，上浮速度愈快。在上浮過(guò)程大顆粒和小顆粒脫氧產(chǎn)物碰撞的機(jī)會(huì)很多，可以凝集長(zhǎng)大。脫氧產(chǎn)物的上浮服從斯托克斯(Stokes)定律