擴散脱氧

擴散脱氧是在液態金屬與熔渣界面上進行的，是以FeO在兩相中的分配定律為理論基礎的。即FeO同時存在於熔渣和鋼液中，熔渣中的FeO與鋼液中的FeO能夠互相轉移，而且是趨於平衡。這種情況符合物理化學中的異相平衡的分配定律。

擴散脱氧通常是將脱氧劑加在熔渣中，使脱氧元素與熔渣中的FeO起作用而進行脱氧。當熔渣中的FeO含量減低時，鋼液中的FeO就向熔渣中擴散。這樣就間接地達到了脱去鋼液中FeO的目的。另外，通過降低温度，增大氧的分配係數，也可進行擴散脱氧。擴散脱氧的優點是脱氧產物留在熔渣中，液態金屬不會因脱氧而造成夾雜。缺點是擴散過程進行得緩慢，脱氧時間長。

電爐鍊鋼一般是採用沉澱脱氧與擴散脱氧相結合的方法，即先用錳（錳鐵）進行沉澱脱氧，再用碳（炭粉）和硅（硅鐵粉）進行擴散脱氧，最後再用鋁進行沉澱脱氧。 ^[2] 

這種沉澱脱氧與擴散脱氧相結合的方法既能保證鋼的質量，又不會使冶煉的時間過長。在電爐鍊鋼的脱氧過程中，擴散脱氧是重要環節。鋼液脱氧是否良好與造還原渣（白渣或電石渣）脱氧操作有着重要的關係。脱氧的過程是在爐渣中進行的，如圖1所示在白渣下的脱氧過程（鋼液在電石渣下脱氧的原理與白渣下脱氧相似）：

前一階段是碳起脱氧作用C+（FeO）=CO↑ +[Fe]；

後一階段是硅起脱氧作用Si+2（FeO）=（SiO₂）+2[Fe]；

還原生成的鐵返回到鋼液中，而氧化亞鐵逐漸減少，這樣就破壞了原來的平衡，於是鋼液中氧化亞鐵會自動地向爐渣中擴散轉移 [FeO]→（FeO），這樣就達到了脱氧的目的。

為了使擴散脱氧過程順利進行，需要創造適當的熱力學條件和動力學條件。實現擴散脱氧的有利條件如下：

1、還原性爐氣只有爐氣是還原性的，才有可能造出還原性（含氧化亞鐵少）的爐渣。

例如，電弧爐鍊鋼由於不用燃燒方法加熱，因此能夠關閉爐門，避免進入空氣，保持還原性爐氣。這是電弧爐鍊鋼的優點之一。

2、高的爐温高温有利於碳的脱氧。

從圖2可以看出，在爐温升高的條件下，碳與氧的親和力增大，而鐵與氧的親和力減小，因此，爐温愈高，碳的脱氧能力愈強。這與一般焊接熔池中擴散脱氧要求温度低正相反。 ^[2] 

3、爐渣的粘度爐渣的粘度要小。

爐渣粘度大，會使氧化亞鐵的傳輸速度降低，因而使脱氧速度變慢，脱氧的效果差

真空脱氧的原理實質上是以降低CO分壓為手段加強鋼液中碳的脱氧能力。由於鋼液的熔化過程是在真空條件下進行，碳的脱氧能力比在常壓下大為提高。這是因為碳的氧化反應

[C]+[O]=CO↑

生成的CO不溶於液態金屬，直接被抽走，有利於反應向右進行得很徹底，因而鋼液脱氧良好。

研究表明，在温度1873K、P_CO=1.0kPa的條件下，W_C=0.1%時W_O=2.5×10^-4%；W_C=0．5%時W_O=0.5×10^-4%，即當P_CO=1.0kPa時碳的脱氧能力高於鋁的脱氧能力。這是按理想條件計算的結果，沒有考慮鋼液同其他氧化物的接觸情況，這隻有在特殊的成形工藝冶煉中（例如真空電弧爐熔鍊、電子轟擊爐熔鍊、真空電子束焊接等）才有可能。而在一般的真空處理時，鋼液總是同鋼包襯或爐渣接觸。在鋼液同各種氧化物接觸的條件下，碳不僅使鋼液脱氧，還能使其他氧化物還原。

例如發生（SiO2）→[Si]+2[O]反應。這些還原反應除了降低鋼液的脱氧程度以外，還可能使鋼液中一些成分達到不應有的上限。因此在一般真空處理條件下，碳只能起到部分脱氧的作用。儘管如此，在真空條件下用碳脱氧，脱氧產物不留在鋼液中，所以對提高鋼液質量有明顯的效用。