稀土元素在钢中行为的热力学分析

发布时间：2020-09-04 17:17

　　随着各行各业对钢材使用性能要求的不断提高,稀土在钢中的作用受到越来越广泛的重视,因此,只有在掌握了稀土在钢中的作用与机理的基础上,才能更好的控制钢的性能、优化钢的质量。稀土元素在铁基溶液中的相平衡与热力学性质是钢铁研究、开发、应用的重要基础数据。80年代以前,很多研究者都用稀土等元素的总量来代替稀土在钢中的溶解态含量和活度,因而所得的热力学数据不够准确,后来,一些研究者针对研究方法进行了改进和创新。但是这些研究的范围、深度和结果都不尽相同,所以对这些有代表性的研究成果进行总结分析具有一定的研究意义。本课题主要是在国内外一些研究者的研究成果及参考一些国内外文献的基础上,总结和分析有代表性的轻、重稀土元素(如铈、钇、镧、钕等)分别与重要非金属元素(硫、氧、碳、氮)等的相互作用,及其在钢铁冶炼温度范围内的一系列平衡规律和热力学性质,说明稀土元素在钢中的一些物理化学作用及其机理。重点对稀土元素在钢中脱氧、脱硫、脱硫氧及与铝复合脱氧的热力学进行了总结分析,并针对脱氧、脱硫建立了热力学分析模型,对不同稀土元素的脱氧率和脱硫率进行了计算和分析。由脱氧、脱硫热力学模型计算得出:Y、Nd和Ce的脱氧能力由强到弱的顺序为:Ce＞Nd＞Y,Y、Ce和La的脱硫能力由强到弱的顺序为:La＞Ce＞Y;并且分析了这些稀土元素的脱氧率、脱硫率随铁液中氧、硫初始浓度的变化趋势和原因,计算和分析的结果与其他研究者通过实验测得和热力学计算的结果是相一致的。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TG142.13
【部分图文】：

稀土,硫蒸气,三元系相图,稀土硫化物

三元系相图，但对稀土与硫生成的高熔点化合物的研究已经十分深入。稀土很容易与硫化合，形成稀土硫化物。稀土金属与硫蒸气相互作用，可以生成REZs3、RE3S4和RES型硫化物(图1.1)。，‘(原子)哄哄 lllllllllllllllllllllllllll平平平l名趁二二入入入入入入 IIIII时汤汤 ...1.50’’)))二二仍仍一一一一一一，，一，0的.】】心臼臼朱 ;;;优优 2220...‘ ‘ ‘己讼讼卜卜 ---妙妙妙 lOOO卜卜卜喊喊喊二2城%%% lllll，叮叮叮叮___’的的的的的的山山山洲、、、、妙妙妙助助助助 1118。6%之之妙妙妙妙 IIIII幻月，，，， ...........和.泪妙图1.1饰-健流二元系相图已经知道

照片,铁液

有研究表明，在铁液中稀土元素与镁砖、粘土砖、高钙镁砖、高铝砖、硅砖以及实验室用刚玉、氧化错、氧化镁和氧化钙等儿乎所有的氧化物耐火材料均有不同程度的作用。图2.2是铁液中放射性稀土元素与Zro:增祸，Mgo琳祸及Cao柑锅作用不同时间后，铁锭与柑祸纵(横)剖面的自射照片135，37】。图2.2铁液中[’4’ee]与[’47Nd]与z心:柑祸，MgO增祸及eao封扩祸作用后的白射照片。(a)铁液中’47Nd与z心:增祸作用4h的白射J狱片(横断面);(b)铁液中’4，ee与Mgo增祸作用4.7h的白射照片(纵断面);(c)铁液中’47Nd与cao增祸作用6h的白射照片(纵断面);图2.3一2.6是铁液中Ce与粘土砖增祸作用不同时间后，粘土砖增锅与铁锭的纵剖面自射照片。图2.4一 2.5揭示了一个重要现象:即稀土元素与耐火材料的反l8

动力学曲线,铁液,动力学曲线,镁砖

一般来说纯铁液和铁一碳熔体中稀土元素随时间的变化符合一级反应规律。图2.1为不同增祸内铁液中Ce变化的动力学曲线。图中从，从与NS直线分别在镁砖增祸内的铁液中加一批，加两批，加三批Ce后，铁液中Ce变化的动力学曲线。可以看出，加第二批或第三批Ce后，铁液中Ce的降低速度与加第一批ce后的几乎没有什么差异。由此说明，铁液中的稀土与耐火材料有明显的作用ls6]。

【参考文献】