扩散脱氧（扩散脱氧）

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更新时间：2023-05-20
扩散脱氧
扩散脱氧是指利用加在炉渣中的脱氧剂与FeO反应，减少钢液中FeO含量，破坏FeO在炉渣及钢液中的浓度平衡，使钢中FeO向渣中扩散。降低钢液氧含量目的的脱氧方法叫做扩散脱氧法。由于这一脱氧过程是通过炉渣间接完成的，所以又称为间接脱氧法。间接脱氧的最大优点是脱氧反应在渣中进行，钢液不会被脱氧产物所玷污。但其脱氧过程依靠FeO自钢液向渣相的扩散，速度缓慢，为了把钢中氧降到较低的水平，需花费很长时间，影响炉子的生产率。
基本信息
中文名
扩散脱氧
特点
钢液较为纯净，速度缓慢
其他
炉气是还原性
主要方式
真空脱氧
外文名
diffulsion deoxidation
别名
间接脱氧法
收起
简介
扩散脱氧是在液态金属与熔渣界面上进行的，是以FeO在两相中的分配定律为理论基础的。即FeO同时存在于熔渣和钢液中，熔渣中的FeO与钢液中的FeO能够互相转移，而且是趋于平衡。这种情况符合物理化学中的异相平衡的分配定律。
扩散脱氧通常是将脱氧剂加在熔渣中，使脱氧元素与熔渣中的FeO起作用而进行脱氧。当熔渣中的FeO含量减低时，钢液中的FeO就向熔渣中扩散。这样就间接地达到了脱去钢液中FeO的目的。另外，通过降低温度，增大氧的分配系数，也可进行扩散脱氧。扩散脱氧的优点是脱氧产物留在熔渣中，液态金属不会因脱氧而造成夹杂。缺点是扩散过程进行得缓慢，脱氧时间长。
电炉炼钢
电炉炼钢一般是采用沉淀脱氧与扩散脱氧相结合的方法，即先用锰（锰铁）进行沉淀脱氧，再用碳（炭粉）和硅（硅铁粉）进行扩散脱氧，最后再用铝进行沉淀脱氧。
这种沉淀脱氧与扩散脱氧相结合的方法既能保证钢的质量，又不会使冶炼的时间过长。在电炉炼钢的脱氧过程中，扩散脱氧是重要环节。钢液脱氧是否良好与造还原渣（白渣或电石渣）脱氧操作有着重要的关系。脱氧的过程是在炉渣中进行的，如下图所示在白渣下的脱氧过程（钢液在电石渣下脱氧的原理与白渣下脱氧相似）：
白渣下脱氧过程示意图
前一阶段是碳起脱氧作用C+（FeO）=CO↑ +[Fe]；
后一阶段是硅起脱氧作用Si+2（FeO）=（SiO）+2[Fe]；
还原生成的铁返回到钢液中，而氧化亚铁逐渐减少，这样就破坏了原来的平衡，于是钢液中氧化亚铁会自动地向炉渣中扩散转移 [FeO]→（FeO），这样就达到了脱氧的目的。
有利条件
为了使扩散脱氧过程顺利进行，需要创造适当的热力学条件和动力学条件。实现扩散脱氧的有利条件如下：
1、还原性炉气只有炉气是还原性的，才有可能造出还原性（含氧化亚铁少）的炉渣。
例如，电弧炉炼钢由于不用燃烧方法加热，因此能够关闭炉门，避免进入空气，保持还原性炉气。这是电弧炉炼钢的优点之一。
2、高的炉温高温有利于碳的脱氧。
从下图可以看出，在炉温升高的条件下，碳与氧的亲和力增大，而铁与氧的亲和力减小，因此，炉温愈高，碳的脱氧能力愈强。这与一般焊接熔池中扩散脱氧要求温度低正相反。
碳的氧化反应与 铁的氧化反应的生成自由能图
3、炉渣的粘度炉渣的粘度要小。
炉渣粘度大，会使氧化亚铁的传输速度降低，因而使脱氧速度变慢，脱氧的效果差
真空脱氧
真空脱氧的原理实质上是以降低CO分压为手段加强钢液中碳的脱氧能力。由于钢液的熔化过程是在真空条件下进行，碳的脱氧能力比在常压下大为提高。这是因为碳的氧化反应
[C]+[O]=CO↑
生成的CO不溶于液态金属，直接被抽走，有利于反应向右进行得很彻底，因而钢液脱氧良好。
研究表明，在温度1873K、P1.0kPa的条件下，W=0.1%时W=2.5×10 %；W=0．5%时W=0.5×10 %，即当P=1.0kPa时碳的脱氧能力高于铝的脱氧能力。这是按理想条件计算的结果，没有考虑钢液同其他氧化物的接触情况，这只有在特殊的成形工艺冶炼中（例如真空电弧炉熔炼、电子轰击炉熔炼、真空电子束焊接等）才有可能。而在一般的真空处理时，钢液总是同钢包衬或炉渣接触。在钢液同各种氧化物接触的条件下，碳不仅使钢液脱氧，还能使其他氧化物还原。
例如发生（SiO2）→[Si]+2[O]反应。这些还原反应除了降低钢液的脱氧程度以外，还可能使钢液中一些成分达到不应有的上限。因此在一般真空处理条件下，碳只能起到部分脱氧的作用。尽管如此，在真空条件下用碳脱氧，脱氧产物不留在钢液中，所以对提高钢液质量有明显的效用。