属液的表面张力；r为气泡核的半径。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
如果向钢液中吹入惰性气体,形成很多小气泡，这些小 气泡内CO含量几乎为零，钢液中的碳、氧能在气泡表 面生成CO而进入气泡中。直至气泡中的CO分压达到与 钢液中的ωC、ωO相平衡的数值为止。这就是吹氩法 脱气和脱氧的理论依据。
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
炉外处理的手段有吹氩、真空、电磁搅拌、渣洗、喷 粉、喂线等 炉外精炼技术的发展 的三个阶段 真空脱气、加热精炼及优化组合
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——脱气及炉外处理装置（I）
（一）真空液面脱气法、真空浇铸法和滴流钢包脱气法 ①真空液面脱气法:将具有60~100℃过热度的钢液出至
—— 钢液搅拌（II）
钢包吹氩搅拌能促进脱氧产物（非金属夹杂物）从钢 液中分离出去 ①吹氩的搅拌作用,缩短了夹杂物向钢液表面移动的距离， 增大了夹杂物上浮的速度; ②增大夹杂物颗粒间碰撞的几率，促进了夹杂物的长大； ③使夹杂物附着于气泡表面，起到浮选的作用。
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图5-3为大冶特殊钢公司60t钢包精炼炉生产高碳铬轴承 钢,吹氩搅拌铝脱氧钢液时钢中ωΣO的减少情况。
（三）RH循环搅拌和DH提升搅拌 RH与DH输入搅拌能可用下式计算
式中 液质量
分别为下降管的线速度、环流量及钢
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
（四）钢液的搅拌效果
钢液搅拌使精炼炉中的加入物与钢液的混合均匀时间 缩短,消除温度、浓度梯度，促进精炼反应。
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§1 炉外精炼的理论基础
3
4
§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
实际生产过程中在熔池内部,因为生成气泡要克服气相
总压力、液体静压力和毛细管压力的作用，CO气泡内
的压力必然大大超过金属上面气相中CO的分压力，其
CO 的气相压力为
pCOpg
H2
r
式中，p(g)为金属熔池上面的气相压力;ρ为液体金属
的密度；H为气泡逸出点上面金属液柱的高度；σ为金
—— 真空脱气（I）
真空脱气包括真空脱氧、脱氮和脱氢 冶金过程中的各种化学反应,都是向平衡状态方向自发 进行。改变系统压力可以影响化学平衡，例如反应生 成物为气体时，减少系统的压力，可以使化学平衡向 增多气体物质的方向移动。这就是真空可以使已经达 到平衡的脱气、脱碳、脱氧反应继续进行，从而提高 钢液的质量。
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最佳的炉外精炼渣成分如表5-2所示
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 气体稀释脱碳（IV）
渣
钢 液 2[C]+O2=2CO
Ar Ar Ar
Ar Ar Ar
Ar
Ar+O2混合 气体
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 气体稀释脱碳（IV）
向钢液中吹入惰性气体和氧气的混合气体,氧参与脱碳 反应，而惰性气体不参与化学反应，从熔池中逸出， 它在上升中的气泡相当于一个小真空室，脱碳反应生
2
1
1
;2
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图 5-4 钢包吹氩 时,Al2O3系夹杂 炼的理论基础
—— 精炼炉渣（III）
钢液与炉渣相互作用时的脱氧、脱硫速度 可用下式表示
式中,t为时间(s); S单位 为渣、钢单位接触面积，等于总接
触面积与钢液总体积之比； ωn钢液中硫或氧的质量分数（%）；
n平衡 为硫或氧的平衡质量分数（%）； βi为取决于渣和钢中的物质扩散速度及搅动功率 的传质系数。
成的CO气体向氩气泡中扩散，将CO的分压Pco不断降
低，这就是促进了金属熔池中下面两个反应的进行
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 气体稀释脱碳（IV）
熔池中产生的CO气体不断被氩气所稀释,有利于上述反 应向右进行，从而使钢液的含碳量很容易降低，同时 还能保护钢液中的[Cr]不被氧化，这就是气体稀释法的 原理。
盛钢桶内,然后将盛钢桶放入真空室内或盖上真空密封 盖，进行减压状态下脱气和去夹杂处理。这种脱气方 法称为真空液面脱气法。
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——脱气及炉外处理装置（I）
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第二节 炉外精炼装置及工艺特点
——脱气及炉外处理装置（I）
（二）DH、RH脱气法、RH-OB法 在脱气方法的基础上,为了进一步降低处理过程中的温 度损失，提高脱气效率，进行成分微调，去除钢中夹 杂物，开发出真空提升脱气法-DH和 真空循环脱气法RH DH、RH特点:借助真空和氩气的受热膨胀，将钢液吸 入真空室，进行间歇或循环脱气，为耐火材料吸附夹 杂物或上浮创造了良好的条件，去氢效果极佳、温降 小
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
双原子的气体（N2、H2、O2）在金属中的溶解度与气 体压力的平方根成正比。 如果对于纯铁来说,当温度为1600℃时，与氢的质量分 数0.0002%和氮的质量分数0.0033%的金属液平衡 时，气相中氢和氮的分压力应为
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 真空脱气（I）
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表5-1给出了在1600℃、0.1MPa下吹氩 去气和脱氧的临界吹氩量的理论计算值。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
（二）感应搅拌 用低频率电流,通过改变熔体中的电磁场来搅拌钢液。 感应搅拌的比搅拌能是线圈电流、线圈与钢液之间距 离的函数。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
搅拌是向系统输送能量,使钢液和熔渣产生运动
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
（一）气体搅拌 气体可通过安装在精炼钢包底部的透气塞、风眼或喷 枪来吹入,吹入气体的比搅拌能受吹气量（例如Ar、N2 等）、钢液温度和真空度的影响。
吹氩的作用:脱氧、脱碳、去气、搅拌钢液及去除夹杂物 等
为了达到预定的去气、脱氧的效果，通常把至少必须的 吹氩数量称为临界供氩量
炉外精炼:在转炉、电弧炉之外,加上必要的精炼 装置，对初炼钢液进行精炼或处理，这一精炼过 程，统称为炉外精炼。
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§1 炉外精炼的理论基础
炉外精炼应用真空、钢液搅拌、加热、渣洗等技术,或 其组合技术，大大强化了冶金反应过程，最终达到提 高钢的纯净度，控制夹杂物的性质和形态等的目的。
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§1 炉外精炼的理论基础
氮与钢液中多种元素生成稳定的氮化物,靠真空状态下 脱氮，气相中氮的分压力必须低于氮化物的分解压力 才有可能。钢液真空脱气与真空脱氧非常相似，特别 是脱氮，其热力学条件虽然具备，但实际的脱氮效果 很差，原因就在于动力学条件。
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§1 炉外精炼的理论基础
—— 钢液搅拌（II）
钢液搅拌是炉外精炼过程中强化冶金动力学条件的重要 手段