炼钢工艺过程的本质就是合金元素在高温下的氧化和还原的过程，大多数的金属元素在氧化气氛下都会发生不同程度的氧化，而炼钢结束时就要将合金元素尽可能地回收，并将钢液调整为需要的成分。在上一讲中，已经详细地介绍了碳、硅、锰的氧化反应，这里将重点介绍一些不锈钢中常用金属元素的氧化反应及其产物。 9.1合金元素的氧化
9.1.1 铬的氧化
铬是一种极其重要的合金元素，许多合金钢如GCr15(轴承钢)、Wl8Cr4V(高速钢)、10Crl8Ni9Ti
(不锈钢)中都含有一定量的铬。因此，利用含铬废钢炼钢时应注意如何防止铬被氧化和最终回收铬；而利用含铬钢水吹炼时则应尽量避免其氧化以提高铬的回收率，以降低不锈钢的生产成本。
(1) 铬的性质
在1600℃钢液中铬的溶解度是58%，并可与铁形成近似的理想溶液。铬与氧的亲和力和锰与氧的亲和力相当，炼钢过程中会被大量氧化，氧化的产物主要有CrO、Cr2O3、Cr3O4三种。酸性渣下铬被氧化成显碱性的CrO，并可与渣中的SiO2生成CrO·SiO2；在碱性渣下主要被氧化成显中性的Cr2O3，并可与渣中的二价碱性氧化物生成MeO·Cr2O3尖晶石型的铬酸盐；Cr3O4则可以看成是CrO·Cr2O3。铬的氧化物在熔渣中的溶解度均不大，一般不超过10%，加之它们的熔点都很高，如Cr2O3的熔点为2275℃，所以冶炼中只要有少量的铬氧化就会有固态铬的氧化物析出，使钢及渣的黏度急剧上升。而析出物的组成，一般认为与钢液的含铬量有关，随w[Cr]的增加，析出物中Cr2O3所占的比例增大，按熔池中铬的含量不同，铬氧化反应的热力学数据随铬含量的变化而不同，如当＞9%时： 2[Cr]＋4[O]＋[Fe]=FeO·Cr2O3 =-1022700＋438.8T (9-1) (9-2)
(2) 铬的氧化反应及其影响因素
A 铬的氧化反应
在含有SiO2、FeO、MnO的酸性渣中，金属铬可进行如下一些反应：
[Cr]＋(FeO)=(CrO)＋[Fe] (9-3)
[Cr]＋(MnO)=(CrO)＋[Mn] (9-4)
2[Cr]＋(SiO2)=2(CrO)＋[Si] (9-5)
在碱性渣下，铬的氧化反应则主要是：
志愿预测2[Cr]＋3(FeO)=(Cr2O声音定位系统3)+3[Fe] (9-6)
2[Cr]＋3[O]= Cr2O3 (9-7)
2[Cr]＋4[0]＋[Fe]=(FeO·Cr2O3) (9-8)
B 影响铬氧化的因素
无论在何种熔渣中，增加渣中的w(FeO)，均有利于铬的氧化，而且随着熔渣中w(FeO)含量的增加，w(∑Cr)/w[Cr]几乎直线增大。当有硅、锰存在时，因它们与氧的亲和力大于铬与氧的亲和力，可抑制铬的氧化，即随着w[Si]、w[Mn]含量的增加，w(∑Cr)/ w[Cr]急剧降低。
铬的氧化是放热反应，因此提高温度可抑制铬的氧化。不同的渣系下铬的氧化产物不同，Kcr的表达式也就不同： 酸性渣下：Kcr= w(CaO)/ w[Cr]·w(FeO) (9-9)
碱性渣下：Kcr= w(Cr2O3)/ w[Cr]2高频电子水处理器·(FeO)3 (9-10)
因此，碱度的变化必然会影响铬的氧化，随碱度增加铬的的氧化会急剧降低，而当B＜l或B＞2时，Kcr基本不随其变化。这是因为B在1-2之间增大时，铬的氧化产物发生了由(CrO)向(Cr2O3)的转变，且铬的氧化产物在酸性渣中的活度低，使铬的氧化程度较高。 (3) 铬与碳的选择氧化
在含铬、碳的金属熔池中，铬和碳的氧化关系是一个重要的实际问题。在冶炼不锈钢时；希望碳优先氧化即脱碳保铬，以提高铬的回收率；而在吹炼含铬生铁时，则希望脱铬保碳，使脱铬后的半钢含w[C]量保持在3.2%以上，以便继续冶炼成钢，“脱铬保碳”和“脱碳保铬”的关键是温度控制。 在高于1322℃的温度条件下吹氧时钢中的碳将优先氧化。
实际生产中，不锈钢钢液的含w[Cr]量通常在10%以上，而钢中的w[C]量都低于1%，甚至
低于0.1%。因此，即使熔池温度在1600℃以上，吹氧脱碳时也不可避免地要有部分铬烧损，具体的碳、铬氧化转换温度应该运用公式(36)的等温方程式来计算：
(9-11)
在高铬钢液吹氧脱碳时， =1，pCO=101325Pa，如将钢中铬和碳的活度近似地用它们的浓度代替，通过实验可得：
1g w[Cr]/ w[C]= -13800/T＋8.76 (9-12)
根据式37公式可以算出不同温度下钢中碳和铬的定量关系。如图9-1所示，钢中铬含量一定时，碳含量随温度的提高而降低。由图1可知，在1600℃、w[C]=0.10%时，含w[Cr]最多只能达到2%左右，这满足不了冶炼不锈钢的要求。当把温度提高到1770℃时，w[C]=0.10%平衡的w[Cr]=10%；当把温度提高到1800℃时，w[C]=0.10%平衡的w[Cr]=18%。 因此在冶炼一般不锈钢时必须在高温下吹氧脱碳，以达到脱碳保铬的目的。应指出的是，冶炼超低碳不锈钢时需要把w[C]降低到0.10%以下，这时仅仅靠提高温度不能保证铬的回收，还要降低pCO才有可能，这就是VOD炉真空吹氧脱碳和AOD炉氩氧混吹
脱碳冶炼超低碳不锈钢的理论依据。
9.1.2 钒的氧化
同铬一样，钒也是许多合金钢如Wl8Cr4V等不可缺少的重要合金元素。另外钒还在摄影及原子能工业等方面具有重要用途。
自然界的钒主要以V2O5的形式伴生于铁矿石中，一般的钒铁矿w(V2O5)=0.2%～1.4%；用钒铁矿炼铁时，可使75%刀模～80%的V2O5还原，得到w(V)0.4%～0.6%的生铁，因此，利用含钒铁水炼钢时首先要进行提钒吹炼。钒与氧的亲和力介于硅、锰之间，在吹炼初期的低温下，铁水中钒的80%-90%被氧化成V2O3进入炉渣。我国西南地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿，现已大量开采使用。在使用由钒钛磁
图 9-1 在不同的脱碳温度下钢中含铬量和含碳量的关系
铁矿炼成的含钒铁水炼钢时，一方面要把生铁中的钒大量地氧化掉以便得到高品位的钒渣；另一方面又要保住碳不被大量氧化，以便留作半钢冶炼的热源。也就是说用含钒铁水炼钢时遇到的是脱钒保碳问题，为此应该求出钒和碳的氧化转化温度。钒和碳的直接氧化反应为：
4/3[V]+[O2]=2/3(V2O3) -186400＋50.53T (9-13)
2[C]＋[O2]=2[CO] -66600－20.32T (9-14)
令则有：
-186400＋50.53T=-66600－20.32 T转=1690K(1417℃) (9-15)
同理，更精确的T转，可根据钢水成分运用等温一般情况下提钒温度控制在1420℃以下。
图9-2 钒在渣和金属中的分配
1-同炉单渣法低碱度操作
2-双联法酸性渣操作
研究表明，在提钒温度下，钒在钢-渣间的分配系数w(V)/w[V]与w(TFe)/w SiO2)呈线性关系，如图9-2所示。为此，为了使生铁中钒尽量地氧化进入渣中，就必须在提钒过程中使渣保持高的氧化性。提钒过程中w (FeO)一般控制在30%以上。但若终渣的w(FeO)含量过高，会使渣中w(V2O3)的含量相对降低，同时不仅铁耗增大，而且还会使V2O3)从渣中分离的难度加大。因此，提钒结束时应向渣中加适量炭粉进行还原。生产中发现，熔渣碱度与钒的氧化也有一定关系，在提钒温度内，当渣中w(TFe)/w(SiO2)一定时，w(V)/w[V]随碱度的提高而有所增加。例如，某厂采用同炉单渣法吹炼，在碳的氧化率相同的条件下，当碱度由B≤l.0提高到B≥2.0时，钒的
氧化率提高约30%。
9.1.3 钨的的氧化
钨是一种弱还原剂，它比铁容易氧化。在炼钢的氧化过程中，当(FeO)的含量很高时，钨的氧化烧损也很严重。反应式如下：
[W]＋3(FeO)=(WO3)＋3[Fe] (9-16)
3[W]＋5(FeO)=(W2O5)＋5[Fe] (9-17)
[W]＋2(FeO)=(WO2)＋2[Fe] (9-18)
其中，WO3为酸性氧化物，除有一部分能被还原外，当熔渣中碱度达到足够高时，则可能发生下述反应：
(WO3)+(CaO)=(CaWO4) (9-19)
因此，相对比较而言，酸性渣条件下熔炼时钨几乎不受损失，而碱性渣熔炼时损失较大。然而钨的熔点高，密度大，易沉积炉底，如果[FeO]的含量不高时，钨的氧化损失也防身戒指是有限的，这样就为利用装入法或返吹法冶炼高钨钢提供了可能。
9.1.4 钼、镍、钴、铜的氧化
钼对氧的亲和力几乎与铁一样，在电炉的冶炼过程申，如含量不高，它的氧化损失很微小，一般可忽略不计。但在冶炼高钼钢(Mo＞4%以上)时，氧化损失必须予以考虑，这是因为钼的氧化与氧化程度是随钢中钼含量的增加而增加，即钼的氧化损失与钼在钢液中的浓度有关。
Ni、婴儿印泥Co、Cu对氧的亲和力比铁小很多，在炼钢条件下一般不会被氧化，但Ni有时也有损失，那是在高温区挥发的结果。
但是，必须注意的是：通过炼钢过程的氧化方式，一些低熔点的金属，如砷(As)、锑(Sb)、锡(Sn)等元素在氧化期一般是很难去除的，因此必须控制废钢中这些元素的含量。
9.2 脱氧的目的和任务
前已述及，现代炼钢方法都是通过吹氧和加矿石的方式先进行氧化初炼，以去除钢中的碳、磷、硫等杂质元素。随着吹炼的进行，钢中的碳含量不断下降而氧含量逐渐增加，以至于钢液中的氧含量大大超过了成品钢的允许值。因此，氧化初炼结束后，应设法减少钢液中的氧含量，这种减少钢液中含氧量的工艺操作叫作脱氧。
