碳沸腾在炼钢炉中为了进行氧化精炼,要向钢水中供氧(气体或铁氧化物),使钢水中的氧浓度()增加,在碳的浓度和氧的浓度乘积超过钢水温度所规定的数值时,就产生了C+O→CO(气)的反应,在钢水中生成气泡,上浮并放散于大气中。按此反应钢水进行脱碳,当脱碳反应活跃地进行时,在钢水中产生大量CO气泡,由于气泡在钢水中上升,使熔池如开水沸腾似地被搅拌。这种现象被称为碳沸腾。
CO气泡大多产生在炉底表面上,在钢渣界面上和在钢液中悬浮的非金属夹杂的表面也有所产生。
碳沸腾是为了获得满意的焊接质量,碳含量超过0.25%时需要预热。当不同含碳量的钢相互焊接时,焊炬可稍偏向低碳材料一边,以确保接头质量。低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高,并不适合激光焊接。低碳镇静钢由于低的杂质含量,焊接效果就很好。中、高碳钢和普通合金钢都可以进行良好的激光焊接,但需要预热和焊后处理,以消除应力,避免裂纹形成。
碳氧反应造成钢液沸腾有助于炼钢过程的传热、传质、去气、去夹杂。如图《碳沸腾成因》所示,炼钢过程中碳氧反应生成CO从钢液中以气泡形式排出,此时熔池被搅动。
如脱碳速度为0.2~0.4%/h,每分钟放出的CO体积比熔池金属的体积大3~6倍,故对熔池造成所谓的“碳沸腾"。由于钢水对流有利于传热,因而热效率提高,而且使钢水成分、温度均匀。由于碳沸腾,造成钢液一渣一气三相乳化,形成泡沫,增大了钢与渣的接触面,有利于以界面进行的脱磷及脱硫反应。由于CO的生成,气泡上升过程中,吸附金属液中的非金属夹杂物以及、等气体,对钢液起刭纯净化的作用。在电弧炉冶炼过程中,在熔化期,受电弧光高温作用气体电离,熔体吸气,此时可达100g钢4~7mL,达到0.009~0.010%,经过氧化,期碳沸腾,、明显降低。
真空下创造条件实现碳沸腾(即CO沸腾),可以起到重要的物化作用。
1、使炉内钢液温度和化学成分均匀化。
2、有利于去除有害杂质和夹杂物。
3、促进钢液的脱氢和脱氮。
4、有利于钢液的深度脱氧。