沉澱脱氧

沉澱脱氧是指溶解於液態金屬中的脱氧劑直接和熔池中的

起作用，使其轉化為不溶於液態金屬的氧化物，並析出轉入熔渣中的一種脱氧方式。這種方法的優點是脱氧速度快，脱氧徹底。但脱氧產物不能清除時將增加金屬液中雜質的含量。其脱氧反應為：

。 ^[4] 

若考察熔渣鹼度

脱氧元素種類及數量等影響，有如下關係式：

其中，

、

和

為與脱氧元素有關的常數。從上式看出，脱氧效果或金屬中的含氧量

，不僅與脱氧元素

數量和脱氧產物(

)數量有關，並且和熔渣鹼度

有關。

越多、(

)越少，脱氧效果越好。另外，熔渣的性質應與脱氧產物的性質相反，這樣有利於降低脱氧產物在熔渣中的活度，也有利於熔渣吸收脱氧產物。

要實現沉澱脱氧，應具備三個條件：①必須向熔池中加入對氧親和力大的元素；②脱氧產物應不溶於金屬而成為獨立液相轉入熔渣；③熔渣的酸鹼性質應與脱氧產物的性質相反，以利於熔渣吸收脱氧產物。

錳的脱氧反應、硅的脱氧反應和硅錳聯合脱氧反應是生產中常用的沉澱脱氧反應。 ^[2] 

在液態金屬中加入適量錳，可進行如下脱氧反應：

式中，

為渣中

的活度係數；

為渣中的

活度；

為液態金屬中

的活度；

為液態金屬中

的活度；

為渣中氧化錳的質量分數；

為平衡常數，是温度的函數，温度降低，

增大，有利於脱氧。

當金屬中含

和

量少時，其活度係數近似為1，於是可得到

由公式

可以看出，增加金屬中的含

量，減少渣中的

，可以提高脱氧效果。熔渣的性質對錳的脱氧效果也有很大的影響。在酸性渣中含有較多的

和

，它們與脱氧產物

生成複合物

和

從而使

的活度係數減小，因此脱氧效果較好。相反，在鹼性渣中

的活度係數較大，不利於錳脱氧，且鹼度越大，錳的脱氧效果越差，正是因為這個原因，一船造酸性渣的鋼液中可用錳鐵作為脱氫劑．而鹼件渣的鋼液中不單獨用錳鐵作脱氧劑。

根據鋼液中錳的濃度不同，其脱氧產物

和

既可形成液態產物，又可形成固態產物，如右圖所示。出現液態或固態產物的臨界含錳量既取決於鋼液的温度，也與鋼液中加入的錳鐵量有關。顯然，在一定的温度下，加入過多的錳會形成固態產物，易造成夾雜。此外，温度下降使錳的刪氧能力提高，在焊接熔池尾部，由於温度下降，有利於錳朋氧。但相對其他常用的脱氧劑

、

和

來説，錳是一種弱脱氧劑。

在鋼液中加入脱氧劑硅鐵或含硅較高的合金，可進行如下反應

顯然，提高熔渣的鹼度和金屬中的含硅量，可以提高硅的脱氧效果。

硅的脱氧能力比錳大，但生成的

熔點高。通常認為

處於固態，不易聚合為大的質點，同時

與鋼液的界面張力小，潤濕性好，不易從鋼液中分離，所以易造成雜夾。一因此，一般不單獨使用硅脱氧。

把硅和錳按適當的比例加入液態金屬中進行復合脱氧時，其脱氧產物為不飽和液態硅酸鹽，它的密度小，熔點低，易於浮出，並易被熔渣吸收，從而減少鋼中的夾雜物和含氧量，脱氧效果十分顯著。

在熔鍊鋼鐵和焊接冶金中經常採用硅錳聯合脱氧。例如，在轉爐鍊鋼時，爐內加入一定量的硅錳合金進行預脱氧，結果使鋼中氧含量大大降低；鹼性焊條藥皮中和二氧化碳氣體保護焊焊絲中常加入適當比例的錳和硅進行聯合脱氧，脱氧效果較好。

採用含兩種以上脱氧元素的複合脱氧劑一直被鑄造和焊接冶金工作者所重視。因為這種脱氧劑熔點低，熔化快，且各種反應在同一區域進行，有利於低熔點脱氧產物形成、聚合和排除，減少夾雜物的數量。例如，鈣的脱氧能力很強，但它的蒸氣壓高，在鋼液中溶解度低，脱氧效果變差；如果用硅鈣合金作脱氧劑，則可提高鈣的溶解度，減少蒸發損失，易生成低熔點的硅酸鈣，對

還起助熔作用。因此，硅鈣合金不僅是有效的脱氧劑，而且起到消除夾雜物，淨化鋼液的作用。 ^[1] 

擴散脱氧是利用熔渣使鋼液脱氧，脱氧反應發生在鋼液一熔渣界面上。

如向熔渣內加入強脱氧劑（如硅鐵粉、炭粉、電石粉或鋁粉、

等），使渣中保持很低的(

)濃度，而鋼液中的

高於與熔渣平衡的

，即

時，鋼液的

經過鋼一渣界面向熔渣內擴散，而使

不斷降低，直到

的平衡狀態。

擴散脱氧可在能形成還原氣氛的電爐內進行，這樣渣中的(

)才易於保持在很低的值。由於脱氧劑加在渣層內，脱氧反應在渣一鋼液界面進行，脱氧產物不進入鋼液中，就不會污染鋼液，因而從原則上來説是冶煉優質鋼較好的脱氧方法。同時，在利用高鹼度及(

)量很低的爐渣時，還能深度脱硫。

但是，在一般電爐內進行擴散脱氧有某些重大缺點。由於鋼液一熔渣的比表面小及熔池的攪拌作用弱，鋼液中氧的擴散緩慢，脱氧過程的速率很低，而且爐襯受到高温爐渣的侵蝕嚴重。由於這些原因，擴散脱氧僅在盛鋼桶內用

很低的合成渣處理鋼液時才有較大的效果。 ^[3]