锰的脱氧反应

在液态金属中加入适量锰，可进行如下脱氧反应：

当金属中含

由公式

根据钢液中锰的浓度不同，其脱氧产物

硅的脱氧反应

在钢液中加入脱氧剂硅铁或含硅较高的合金，可进行如下反应

显然，提高熔渣的碱度和金属中的含硅量，可以提高硅的脱氧效果。

硅的脱氧能力比锰大，但生成的

硅锰联合脱氧反应

把硅和锰按适当的比例加入液态金属中进行复合脱氧时，其脱氧产物为不饱和液态硅酸盐，它的密度小，熔点低，易于浮出，并易被熔渣吸收，从而减少钢中的夹杂物和含氧量，脱氧效果十分显著。

在熔炼钢铁和焊接冶金中经常采用硅锰联合脱氧。例如，在转炉炼钢时，炉内加入一定量的硅锰合金进行预脱氧，结果使钢中氧含量大大降低；碱性焊条药皮中和二氧化碳气体保护焊焊丝中常加入适当比例的锰和硅进行联合脱氧，脱氧效果较好。

采用含两种以上脱氧元素的复合脱氧剂一直被铸造和焊接冶金工作者所重视。因为这种脱氧剂熔点低，熔化快，且各种反应在同一区域进行，有利于低熔点脱氧产物形成、聚合和排除，减少夹杂物的数量。例如，钙的脱氧能力很强，但它的蒸气压高，在钢液中溶解度低，脱氧效果变差；如果用硅钙合金作脱氧剂，则可提高钙的溶解度，减少蒸发损失，易生成低熔点的硅酸钙，对

扩散脱氧是利用熔渣使钢液脱氧，脱氧反应发生在钢液一熔渣界面上。

如向熔渣内加入强脱氧剂（如硅铁粉、炭粉、电石粉或铝粉、

扩散脱氧可在能形成还原气氛的电炉内进行，这样渣中的(

但是，在一般电炉内进行扩散脱氧有某些重大缺点。由于钢液一熔渣的比表面小及熔池的搅拌作用弱，钢液中氧的扩散缓慢，脱氧过程的速率很低，而且炉衬受到高温炉渣的侵蚀严重。由于这些原因，扩散脱氧仅在盛钢桶内用

沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的

若考察熔渣碱度

其中，

要实现沉淀脱氧，应具备三个条件：①必须向熔池中加入对氧亲和力大的元素；②脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣；③熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物。

锰的脱氧反应、硅的脱氧反应和硅锰联合脱氧反应是生产中常用的沉淀脱氧反应。

脱氧的两种最基本的方法是沉淀脱氧法和扩散脱氧法。

沉淀脱氧原理 沉淀脱氧也称直接脱氧，将与氧的亲和力强于铁的元素以铁合金或金属块等形式直接加到钢液中，与氧生成不溶于钢液的沉淀析出物M_xO_y，一般M_xO_y的密度小于钢液的密度，而可上浮排除。钢液中元素沉淀脱氧反应式一般为aM_xO_y为脱氧产物的活度；aM为脱氧元素的活度；a为溶解氧的活度。当脱氧产物为纯氧化物或呈饱和状态时，aM_xO_y=1。所以，取其倒数K=1/KM=[aM]x[ao]y，叫做脱氧常数，用以判断元素的脱氧能力。在一定温度、一定浓度，某一元素的脱氧常数K值越小，与该元素平衡的氧含量便越低，则该元素的脱氧能力就越强。各种元素脱氧能力的测定，现多采用固体电解质定氧探头进行电动势法测定，1600℃时铁液中各种元素的脱氧能力。当元素含量为0.1%时，各种元素的脱氧能力由强到弱的顺序是：Al，Ti，B，Si，C，V，cr，Mn。脱氧元素含量升高时，与之平衡的氧含量下降；但脱氧元素含量达到某一数值后，随着脱氧元素含量升高，相应的平衡氧含量反而增加。而且脱氧能力越强的元素，其平衡氧含量增高的临界含量(转折点)越低。在不同温度下，与不同元素含量相平衡的氧含量，可利用表1数据进行计算。从脱氧常数K与温度丁的关系式可知，升高温度则脱氧常数K值增大，即升高温度脱氧时，平衡向左移动；而降低温度时，平衡向右移动。这意味着当钢液温度降低时(在钢液凝固时)，脱氧反应将继续进行，并形成新的脱氧产物，而它们往往来不及从钢中排除出去。因此，在钢脱氧时应加入适量脱氧剂，使钢液中残余氧量立即降到相当低的水平，以减少凝固降温时脱氧产物的生成。

在炼钢和铸造过程中降低钢中氧含量的反应。是保证钢锭(坯)和钢材质量的重要工艺环节。在钢液中氧以溶解形式([O])或非金属夹杂物形式(MxOy)存在。在吹氧炼钢过程中，随着杂质含量的降低，钢液中[O]含量升高。如果将未经脱氧的钢液出炉浇注，则钢液中溶解的氧在冷凝过程就要与碳反应，析出Co气泡而发生沸腾；随脱氧的程度不同，析出气体的特性有着显著的差异。经充分脱氧的钢液，在冷凝过程中没有Co析出，不发生沸腾，是平静的，故称镇静钢；轻度脱氧的钢液，在冷凝过程中碳氧发生反应，析出Co，有明显的沸腾现象，此为沸腾钢；部分脱氧的钢液，在凝固一段时间后，剩余的氧与碳反应，产生短时间的沸腾，则为半镇静钢。图1表示脱氧程度不同的钢中氧含量范围。沸腾钢脱氧，即轻度脱氧，只使钢液中氧含量稍许下降，但仍超过与碳平衡所需的含量。半镇静钢脱氧，即部分脱氧，大致可使钢的氧含量达到与碳平衡的含量，故又称为平衡钢。镇静钢脱氧，亦即充分脱氧使钢的氧含量大大低于与碳平衡的含量。钢液脱氧虽降低[O]的含量，但若不使脱氧产物MxO_y上浮排除出去，而残留在钢液中形成钢中非金属夹杂物，则影响钢的质量；所以，脱氧时要尽可能排除脱氧产物。因此，脱氧就是要降低钢中总氧量乏∑O(∑O=[O] O_MxO_y)。但不管炼钢技术如何发展、改进，钢中总还残留有夹杂物。所以脱氧时还要控制残留夹杂物的形态、大小和分布，以保证钢的各项性能(见钢中非金属夹杂物)。

脱氧程度不同的钢中含氧量范围：

1一镇静钢；2一半镇静钢；3一沸腾钢；4一脱氧前一般含氧范围；5一氧与碳的平衡曲线。

脱氧得当还可保证钢的晶粒度。钢中单独加入或复合加入铝、钒、钛、锆，则使奥氏体晶粒粗化温度升高。脱氧时，这些元素除生成氧化物外，还生成氮化物；而钒、钛、铌、锆还会生成碳化物。这三种化合物的粒子都可阻止晶粒长大，其中碳化物最为有效，而氮化铝比氧化铝有效。铝是强脱氧剂又是最常用的晶粒细化剂，所以细晶粒钢只能是镇静钢，而沸腾钢和半镇静钢只能是粗晶粒钢。但半镇静钢加少量铌、钒可得到细晶粒钢。钢的脱氧工艺通常要与钢的合金化相配合。二者配合得当，则有利于准确控制成分，提高合金元素的收得率。

aluminium bullet shooting

住友金属于1972年开发的铝弹投射法（ABS法，Aluminum Bullets Shooting Method)，这一方法使用弹状物来代替线状物。对铝弹给予一定的速度，打入到钢水深处，使铝在钢水中熔化。经过铝和氧气的氧化反应，达到脱氧的效果。最后会在钢水中生成氧化铝（Al2O3）。

ABS法铝的收得率高，而浓度分散程度减小。

已脱氧的钢

铝脱氧的钢中存在的氧化铝夹杂物多数熔点很高，在连铸温度下呈固态，很容易在中间包水口处聚积引起堵塞。而且残留在钢中的Al2O3夹杂物与钢的基体相比呈硬脆性，在轧制过程很容易被破碎并且延轧制方向连续分布，从而造成严重的缺陷。Al2O3系夹杂物的密度比钢液密度小，如果能够控制铝脱氧产物的形态使其在炼钢连铸温度下呈液态，就可以使大量的这类脱氧产物在进入中间包之前从钢液中上浮去除，不仅可以减轻中间包水口堵塞问题保证连铸顺利进行，而且可以增加钢的清洁度、改善钢的质量。这就是钙处理的范畴。