钢液炉外精炼的基本理论和初步实践

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1980.0M.018 北京钢铁学院学报 1980年第4期 钢液炉外精炼的基本理论和初步实践 北京钢铁学院马廷温 北京钢厂阳应民 摘 要 本文介绍了我国自行设计和制造的第一台真空脱气、电磁搅拌和电弧加热多功 能的炉外精炼炉。结合工艺讨论了炉外精炼过程中的几个理论问题：关于真空下碳 脱氧的问题，关于搅拌和去除夹杂的关系问题；关于精炼过程中加热的必要性问 题。通过在北京钢厂精炼炉上百余炉的实验数据证明，炉外精炼对改善钢的质量、 提高钢的产量和降低钢的成本等方面具有明显的效果。 一、我国自行设计和制造的钢包真空精炼炉 六十年代以来“炉外精炼”的冶炼技术得到了国内外炼钢工作者的普遍重视，七十年代 以来又有了较快的发展。所谓“炉外精炼”就是除了钢由固体变为液体以外的全部工艺操 作，可以在另外的设备中完成。这一工艺特点是除了提高产品的质量外，还有降低成本、增 加产量等优点。 本着自力更生的精神，结合生产实际，北京钢厂、北京钢铁学院和北京冶金设计公司等 单位共同协作，自1972年开始自行设计和建造了真空磁搅弧热钢包精炼炉。该设备于1978年 在北京钢厂基本建成，除进行了冷调试工作外，并于1978-1979年进行了近100炉的热调试实 验。1980年2月该设备正式移交北京钢厂炼钢车间投产使用。 这台设备的容量为15-25吨，主要由真空脱气系统、电弧加热系统、电磁搅拌系统、炉 桶及其运转车和相应的监控检测系统等组成。 真空脱气系统：采用120公斤/小时(0.5托)五级蒸汽喷射泵，工作蒸汽压力7公斤/厘米2 工作真空度≤1托，工作时蒸汽耗量3600公斤/小时，冷却水最大用量265米3/小时（水温≤ 30℃，水压3公斤/厘米2)。真空炉盖和主管道之间装有直径为700毫米波纹管连接的活动密 封，真空主管道上还装有除尘器、充氮装置和相应的阀门。真空泵的启动时间≤2.5分钟。 电弧加热系统：采用一台HSSP-3300型三相变压器，额定功率2850KVA,二次电压 116-220伏，二次电流为3000-8000安。电极直径为200毫米，极心圆直径为600毫米。电极的 升降采用全液压传动系统，钢液的加热速度约为1.0-1.5℃/分钟。 电磁搅拌系统：采用KGYS-1000/±220可控硅低频电源，输出低频电压有效值220伏， ◆一本科研项目會获得一九七九年度北京市科研成果一等奖和治金部二等奖。 26

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 钢液炉外精炼的基本理论和初步实践 ’ 北 京钢铁学院 马廷沮 北 京 钢 厂 阳应 民 摘 要 本文介绍 了我国 自行设 计和制造 的第一 台真空脱气 、 电磁 搅拌和 电弧加 热 多功 能 的炉 外精炼炉 。 结合 工 艺讨论 了炉外精炼过程 中的几 个理 论 问题 关 于 真 空下碳 脱 氧 的问题 ， 关 于 搅拌和 去 除夹杂 的 关 系 问题 关 于精炼 过程 中加 热 的必 要 性 问 题 。 通过 在北 京钢厂 精炼炉上 百余炉 的实验 数据证 明 ， 炉外精炼对 改善钢 的质量 、 提 高钢的产量和 降低钢 的成本等方面具 有明显 的效果 。 一 、 我 国 自行设 计和 制造 的钢 包真空精炼炉 六 十年代以来 “ 炉外精炼 ” 的冶炼技术得 到 了国 内外炼钢 工作者 的普遍 重视 ， 七 十年代 以来又有了较快 的发展 。 所谓 “ 炉外精炼” 就 是 除 了钢 由 固体 变为液体 以 外 的 全 部工 艺操 作 ， 可 以 在另外的设 备中完成 。 这 一工 艺特点是除了提高产品 的质量外 ， 还有降低成本 、 增 加 产量 等优点 。 本 着 自力更生 的精 神 ， 结 合生 产实际 ， 北京钢厂 、 北京钢 铁学院和北京冶金设 计公司 等 单位共同协作 ， 自 年开 始 自行设 计 和建造了真空磁 搅弧热钢 包精炼炉 。 该设 备于 年 在北京钢 厂基 本建成 ， 除进 行了 冷调试工 作外 ， 并于 一 年进行 了近 炉的热调试实 验 。 。 年 月该设 备正 式移交北京钢 厂炼钢车间投产使用 。 这 台设备的容量为 一 吨 ， 主要 由真 空脱气系统 、 电弧加热 系统 、 电磁搅拌系统 、 炉 桶 及 其运转车和 相应 的监控 检测系统 等组成 。 真 空脱气系统 采 用 公斤 小时 托 五级蒸汽喷射 泵 ， 工 作蒸 汽压 力 公斤 厘 米 名 工作真空 度三 托 ， 工 作时蒸汽耗 量 公 片 小 时 ， 冷却 水最大 用 量 米 ’ 小 时 水温三 ℃ ， 水压 公斤 厘 米 ’ 。 真空 炉盖和 主 管道 之 间装有直径 为 毫米波纹管连接 的活动 密 封 ， 真空主 管道 上还 装有除尘 器 、 充氮装置 和 相应 的 阀 门 。 真 空泵 的启 动时 间 三 分 钟 。 电弧加热 系统 采 用一 台 一 型三 相 变压 器 ， 额定功率 ， 二 次 电压 一 。 伏 ， 二次 电流为 一 安 。 电极直径 为 毫米 ， 极 心圆 直径为 毫米 。 电极 的 升降采 用全液压传动系统 ， 钢 液 的加热 速度约为 一 ℃ 分钟 。 电磁搅拌系统 采 用 一 士 可 控硅低频 电源 ， 输出低频 电压 有效值 伏 ， — 本科研 项 目育 获得 一 九 七九年度 北 京市科研 成果 一 等奖和 冶金 部二 等奖 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1980．04．018

电流为1000安，频率0.3-2.5赫芝，两相间相位差±90°，电磁感应搅拌器两个，用无支撑件 的浇注式V型片式结构。 炉桶及小车系统：炉桶直径为2000毫米，桶高3570毫米，为不锈钢全焊接结构。炉衬厚 度上部为250毫米，下部为400毫米，底部为320毫米(15吨容量时)。渣线部位用镁砖或铬 镁砖砌成，接触钢水部位用高铝砖砌筑。桶底装有滑动水口供浇注钢水时使用。小车载重量 60吨，走速3-30米/分，用双向可控硅调速装置。外型尺寸5000×3140×4835毫米。 监控检测系统：装有真空系统DTL逻辑程序自动启动控制，各种压力、温度、电流、电 压、流量和真空度等显示仪表，小车自动对位信号装置和工业电视监视真空下钢液沸腾的情 况。 冷却系统：蒸馏水为闭路循环式供水，其它为开路式供水。 我国自行研究、设计、制造的第一台“钢包真空精炼炉”设备是成功的，综合采用了多 种新技术，有些设备在我国是第一次试制，填补了空白，取得了经验。 试炼轴承钢的效果表明，钢中的氢含量可降到一般≤2.5PPm(百万分率)，最低达 1.6PPm。总氧含量可降到20-30PPm,夹杂物合格率达100%，点状出现率明显降低。 电炉操作大大简化，平均冶炼时间缩短40分钟/炉，电炉生产率提高20%以上，节省电耗 80-100度/吨，原材料消耗也大大降低，比电炉钢实际成本也有所降低。此外还成功的冶炼 出普通电炉难以生产的航空用无发纹合金结构钢。 二、精炼过程中的真空和真空碳脱氧 真空泵是钢包精炼炉的“心脏”设备，真空是去除钢中的气体和进行真空碳脱氧的必要 有力手段，我国电炉钢的氢含量一般在5-7PPm,经真空除气精炼后一般均可达2PPm左 右〔1)。钢液的真空精炼还有一定的去氮作用，但远不如去氢效果显著。 极限真空度的选择可以从热力学的近似计算中确定。 例如，在铁一氢系统中氢的溶解规律是 君H:=(H 根据西维茨定律 〔H)=KHV√PH2 应用于钢液中近似计算 〔H)名 PH2= KH2≈PaIn 式中Pm1n一真空系统的工作压力。 若钢液温度为1600℃时，由1gKH=-1670-1.68则K(1)=0.0027 T 12 欲使1600℃的钢水中的(H)达到1PPm，装置的极限真空度应为P1n=27:大气压= 1.04毫米汞柱。这是理论值，指达到平衡时的系统压力，要达到平衡则需无限长时间，所以 要使钢液中的氢为1PPm,还要提高真空度，一般可选择在0.5毫米汞柱左右。实际钢液脱 27

电流为 。 。 安 ， 频率 一 赫芝 ， 两 相 间相位差 士 。 ， 电磁 感应搅拌器两个 ， 用无支排件 的浇注 式 型片式 结构 。 炉桶及 小车系统 炉桶 直径为 。 毫米 ， 桶高 。 毫米 ， 为不锈钢 全焊接结构 。 炉衬厚 度 上部为 毫米 ， 下 部为 毫米 ， 底 部为 毫米 巧 吨容最 时 。 渣线部位 用镁砖或铬 镁砖砌成 ， 接触 钢 水 部位用 高铝砖 砌筑 。 桶底装有滑 动水 口 供浇注钢水时使用 。 小车载重 吨 ， 走速 一 米 分 ， 用 双 向可 控硅 调速装置 。 外型尺 寸 毫米 。 监控检测系统 装有真空 系统 逻 辑程序 自动 启 动控制 ， 各种压力 、 温度 、 电流 、 电 压 、 流量 和 真空 度等显示仪 表 ， 小车 自动 对位信号装置 和 工业 电视监视真空下钢液沸腾的情 况 。 冷却系统 蒸馏 水为 闭路循环 式供水 ， 其 它为开路 式供水 。 我 国 自行研 究 、 设 计 、 制 造的 第一 台 “ 钢 包真空精炼炉 ” 设 备是成 功的 ， 综 合采用 了多 种新技术 ， 有些 设 备在我 国是 第一 次试 制 ， 填 补 了空 白 ， 取得了经验 。 试炼轴 承钢 的效果 表 明 ， 钢 中的氢 含量 可 降到一般 三 百 万分 率 ， 最 低达 。 总 氧 含量 可降 到 一 ， 夹 杂物 合格率达 ， 点状 出现率 明显降低 。 电炉操作大 大简化 ， 平均冶 炼时 间缩短 分钟 炉 ， 电炉生产 率提高 以 上 ， 节省 电耗 一 度 吨 ， 原材料消耗 也大大降低 ， 比 电炉钢实 际成 本 也有 所降低 。 此外还成 功的冶炼 出普通 电炉难 以生 产 的航空 用无发纹 合金 结 构钢 。 二 、 精 炼过 程 中的真空和真空碳 脱氧 真空 泵 是钢 包精炼炉的 “ 心 脏” 设 备 ， 真 空 是 去除钢 中的气体和进行真空碳脱氧的必要 有力手段 ， 我 国 电炉钢 的氢 含量 一般在 一 ， 经真空 除气精 炼后一般均可达 左 右 〔 〕 。 钢 液的真 空精炼还有一定的 去氮作 用 ， 但远不如 去氢效果显著 。 极 限真 空 度的选择可 以从热 力学 的近似 计 算中确定 。 例如 ， 在铁— 氢系统 中氢 的溶解 规 律是 一万一 全 自 根据 西维 茨 定律 〔 〕 了 币丁 应 用 于钢 液 中近似 计算 什 〕 “ 一 “ 幻 式 中 二 。 — 真 空系统的工 作庄力 。 若钢液 温度为 ℃ 时 ， 由 。 一 一 则 。 。 。 。 ， ， 。 伟 ， 。 ， 一 ， 二 ， 、 、 ， ， 、一 … 一 、 ， ， 袱倪 阴 俐 不 甲 阴 还到 厂 厂 ， 于 装 置 的 极 民具 至度应为 川 芍自 万了大 气压 说 毫米汞 柱 。 这 是 理论值 ， 指达 到平 衡 时的 系统压 力 ， 要 达 到平衡则需无 限长 时 间 ， 所 以 ，与 」 ‘略知谬位钢液 中的氢 为 ， 还要 提高真空度 ， 一 般可选择 在 毫米汞 柱左右 。 实际钢 液脱 常碟 ︸︸ 气 、 去 《 ‘ 山‘ 、 ‘ ‘

盒的效果山于各种因素的影响，最终可达到使〔H)为1~2PPm。 普通炼钢过程中通常加入锰铁、硅铁和铝进行脱氧。但脱氧产物往往以非金属夹杂物的 形武残留在钢液中，从而降低了成品钢的性能。但用碳脱氧生成气态的CO产物，因为CO不 溶于钢液，必然从钢液中排除出去，避免了上述沉淀脱氧剂的缺陷。在炼钢过程中，溶解在： 钢液中的碳，在常压下不能做为最终脱氧剂。从热力学的观点米石，碳脱氧的程度主要取决 于真空度（即系统的压力），只有采用真空精炼时才能充分发挥碳脱氧的优越性。 热力学计算 炼钢过程中钢液内的氧含量，根据热力学计算，在平衡条件下与温度、碳含量、钢液面 上CO气体的分压力和其它元素含量有关。脱氧能力强的元素，如铝、钛、硅等影响更大， 芳不存在这些脱氧元素并忽略其它元素的影响时，钢液中碳和氧的反应式如下： (C)+〔O)=CO() ΛF°=-13610-4.88T K=Pco Pco aea。=〔%C)fc(%o)f0 IaK-ART 1gK=2975 +1.06 式中△F°的数值从实验中得来，此处取用资料〔2)的值。 在温度为1600℃时， 1gK100=2.65 .K1600=447 钢液中氧的平衡含量很低，即使在低碳钢中也小于300PPm,据实验1g。=-20(%O), 则1g「。0.987,为简化计算将f。作为1.0处理。 为简化计算一般将fc作为常数处理，则 Pco. 447=(%C)·f。(%0) Pom c 因fc为常数，故m也应是常数，如m=2.4×10一3则 〔%C)〔%0)=0.0024Pco 表1列！了在炼钢温度下不同含碳量和CO分压下的氧含量的数值（理论计算值）。从 表1可肴出，当Pco降到1毫米汞柱时，可近似认为系统的真空度达到1毫米汞柱时，平衡 氧含量已降低到很小的数值，这说明用碳作最终脱氧剂的先决条件是真空。 但在实际生产中，很多人认为钢液经真空碳脱氧后，即使真空室压力小于0.1毫米永 柱，钢液中的残存氧含量也不会低于相当于Pco=50毫米汞柱时的平衡值。这是由于CO'气泡 在钢液表面层生成时反应物的扩散速度小和受渣层的限制所致。从而造成了产生气泡区内和 炉内气相里的CO分压力之间的不平衡情况。因此用降低钢液面上气相压力的方法（即提高 真空度的方法)来提高碳的脱氧能力有一定的限度。 28

氢的效 果 由于 各种 因素的影 响 ， 最 终可达 到使 〔 〕为 。 普通炼钢 过 程 中通常加入 锰 铁 、 硅 铁和 铝进 行脱氧 。 但脱氧产 物往往 以非金属夹 杂物的 形 式残 留在钢 液 中 ， 从而降低 了成 品钢 的性能 。 但 用碳脱氧生成 气态 的 产 物 ， ‘ 因为 不 溶于 钢 液 ， 必 然从钢 液中排除出 去 ， 避 免了 上述沉淀脱氧剂 的缺 陷 。 在炼钢 过程 中 ， 溶解在 钢 液中的碳 ， 在常压 下 不能做为最 终脱氧剂 。 从热 力学的观 点 来 肴 ， 碳脱氧 的程度主 要 取 决 于 真空度 即 系统 的压 力 ， 只 有采 用真 空 精炼时才 能充分发挥碳脱氧的优越 性 。 热 力学计算 炼钢 过程 中钢液 内的氧 含量 ， 根据热 力学计 算 ， 在平 衡 条件下 与温度 、 碳 含量 、 钢液面 上 气体的分压 力和 其 它元素 含 量 有关 。 脱氧能 力 强的元素 ， 如 铝 、 钦 、 硅 等影 响更大 ， 芒 不存在这些 脱 氧元素并忽略其 它元素的影 响时 ， 钢 液 中碳 和 氧的反 应 式如下 〔 〕 〔 〕 气 八 ” 一 一 〔 〕 一 。 〕 丈 式 中△ 。 的数值 从实验中得 来 ， 此 处取 用 资料 〔 的值 。 在温度 为 ℃ 时 ， 。 一。 。 。 钢 液 中氧的平衡 含量 很低 ， 即 使 在低碳钢 中也小于 ， 据实验 。 一 〔 〕 ， 则 。 一 ， 故 。 ， 为简化 计算将 。 作 为 处理 。 为简化计算一般将 。 作为常数处理 ， 则 一 二 苦竺 不下万 于、 天 七为 七 为 ， 。 ， 。 、 ， ‘ ， 八 、 羚 七 为 曰 丁 ’ 了百 ’ ’ “ “ 二 ’ 因 为常数 ， 故 也应 是常数 ， 如 一 ， 则 〔 〕 〔 〕 。 表 列 出了 在炼钢 温度下不同 含碳 量 和 分压下 的氧 含量 的数值 理论计 算值 。 从 表 可着 出 ， 当 。 。 降到 毫米汞柱时 ， 可近似认为系统 的真空 度达到 毫米汞柱时 ， 平 衡 氧 含量 已降低 到很 小的数值 ， 这 说 明用碳作最 终脱氧剂的先决 条件 是真空 。 但在实际生产 中 ， 很 多人认 为钢液 一 经真空 碳脱氧后 ， 即使真 空 室压 力小于 毫 米汞 柱 ， 钢 液中的残存氧 含量 也不会低 于 相 当于 。 。 毫米汞 柱时 的平 衡值 。 这 是 由于 气泡 在钢 液表面层生成 时反应 物的扩散速度 小和 受渣层 的限制所致 。 从而造成 了产生气 泡区 内和 炉内气相 里 的 分压力之 间的不平 衡情况 。 因此 用降低 钢 液面 上气相压 力的方 法 即提 佰 翘空 度 的方 法 来提 高碳 的脱 氧能力有一定 的限度

表1 钢液中碳、氧含量与CO分压的关系 Pco. (%C) 〔O) 〔%C) (O) 〔%C) 〔O) (O) 毫米汞柱 PPm PPm PPm 〔%C) PPm 760 0.10 240 0.20 120 0.40 60 1.00 24 76 0.10 24 0.20 12 0.40 6 1.00 2.4 7.6 0.10 2.4 0.20 1.2 0.40 0.6 1.00 0.24 1.0 0.10 0.32 0.20 0.16 0.40 0.08 1.00 0.04 0.1 0.10 0.03 0.20 0.016 0.40 0.008 1.00 0.004 4 关于予先脱过氧的钢液在真空精炼中的补充脱氧问题。 在用硅、铝脱过氧的钢中，氧大部分以高铝的硅酸铝形式存在。金属中的碳很难和这些 氧化物夹杂作用，首先因为它们处丁不同的物相中，碳熔丁钢液中，而氧则在非金属火杂物 中。从碳的铁溶液和氧化物夹杂的热力学性质出：发，假设非金属夹杂物的成分相当纯 A1,O,或纯SiO2,我计算一下这些作用的可能性。 对丁A1:O,和溶于铁液中的碳作用，其反应的标准自由能变化可从下式求得： 2(A1〕+3(O)=A12O:(m), ΛF°=-352270+128.63T 3(C)+3(0)=3C0'), AF=-40830-14.64T A1z03()+3(C)=2(A1)+3C0').AF°=311440-143.27T 平衡常数 K=PcoPcoA1) acs 〔%C)3.fc3 1Ke=5=-5.08 K1600cc=9.55×10-9 对轴承钢而言，设钢液中碳含量为1.00%，据北京钢厂分析，铅在钢中的浓度为0.02%，按 义献〔4)的研究结果。在此温度和铝含量下相应的平衡氧浓度为20~30PPm。计算巾fc值按 文献〔3)给出的关系找出fc=1.38,而f1=0.75则根据平衡常数式 Pm-水-0,58大气UE40爸米灰t 同现，可对纯SO2和碳之间的反应进行计算： 〔Si)+2(O)=SiO2(周)， AF°=-113528+39.85T 2(C)+2(O〕=2C0('(), △F°=-27220-9.76T Si0,(周)+2(C)=〔Si)+2C0), △F°=86308-49.61T 平衡常数 K=PcoisPco+(%Si).fs aca 〔%C)2.fc2 1gKe-5器器=0.71 K1600c=5.90 29

表 钢 液中碳 、 氧 含量 与 分压 的关系 毫 橇 柱 …… 〔 ·， …声，盆 … 〔 ·〕 「 声“认华 〕 只孚认 〔哭，…弄孚“ 。 。 ……。 。 。 。 通。 。 …， 。 。 … ， 关于 予先脱过氧 的钢 液在真空 精炼中的补充脱氧问题 。 在 用硅 … … … 、 铝脱过氧 的钢 中 ， 氧大部分 以 高铝的硅 酸 铝形 式存在 。 金 属 中的碳 很 难和 这些 氧化物夹 杂作用 ， 首先 因为它们处于 不 同的物相 中 ， 碳 熔 于 钢 液 中 ， 而氧则 在非 金 属夹 杂物 中 。 从碳 的 铁 客液 和 氧化物夹 杂 的热 力 学性质 出发 ， 假设 非 金属夹 杂 物的 成 分 相 当于 纯 或纯 ， 我们计 算一下这些 作 用 的可 能性 。 对千 。 和 溶于 铁 液中的碳 作用 ， 其反应 的标 准 自由能变化可 从下式求得 〔 〕 〔 〕 。 沽 ， 〔 〕 〔 〕 二 ， ‘ ， 。 一 八 。 一 一 ‘ ’ 。 固 〔 〕 〔 〕 平 衡常数 。 忿 二生卫井芸鑫匕 王 ， ‘ ， 。 一 ‘ 。 。 一 〔 〕 念 一 艺 〕 “ 一 。 。 ‘ 二 一 △ 。 。 。 。 。 又 一 一 。 二 一 对轴 承 钢 而 言 ， 设钢 液 中碳 含量 为 ， 据北京钢 厂 分析 ， 铝在钢 中的浓度 为 ， 按 文 献 〔 〕的研究 结 果 。 在此 温度和 铝 含量下 相应 的平 衡氧浓度为 。 计 算 一 卜 。 值技 文 献 〔 川 ，给 出的 关系找 出 。 ， 而 ， 则 根据平衡常数式 一 丫 〔 〕二 。 〔 〕 ， · ’ ， 大 ，又厂氏 毫米 汞布仁 同理 ， 可 对纯 和碳 之 间的反应进行计 算 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 固 ， ， ‘ ， 八 。 一 一 一 固 〕 平 衡常 数 一 〔 〕 气 ， 。 一 吕 〕 一 ” 一瓜石 万决 派 。 。 。 二 “ 。 。 。 。 一 一丁一二二寸长气长后女 二 勺了合 入 己了 ’ 丈一 。

据物理化学资料可得 1gfc=0.20〔%C)+0.088〔%Si) 1gfs1=0.15(%Si)+0.20〔%C) 对轴承钢来说钢中碳为1.0%，硅为0.27%，则 1gfc=0.220 fc=1.66 1gfs1=0.240 fs1=1.74 根据平衡常数式 Pco=√Kae=5,9大气压 从上面的计算结果可见，钢液在真空精炼过程中，碳和A1,O3夹杂的作用不可能显著 发展，因为反应生成的CO的压力不足以克服钢液的静压力和表面张力。而碳和SO2夹杂的 作用则是可能得到发展的，在这种情况下的CO分压值足够使碳还原SiO,夹杂的反应得到发 展。 显然对含0.95-1.05%C和0.17-0.37%Si的轴承钢来说，只要在真空处理之前不用铝对 钢液脱氧，即使是按上述规格加入硅铁后在真空精炼时仍不会影响真空碳脱氧反应的进行。 而在真空后加入少量的铅是合理的。这样还可以节省铝的消耗量。目前在国外采用真空碳脱 氧工艺生产轴承钢的国家有美国、日本、西德等。 三、精炼过程中的搅拌作用 冶金过程中许多反应从热力学的角度看是可能进行的，但从动力学的观点来衡量，即使 在相当长的时间内也很难达到平衡。因此，现代冶金工作者主要任务就在于研究反应动力学 条件的改进。即把平静的熔池改变为搅拌流动的熔池，搅拌钢液起着强化冶金过程的作用。 目前几乎所有的炉外精炼的方式均有加强钢液运动的手段。因而促使了精炼工艺得以充分发 挥效能。例如电弧炉还原期虽有较强的脱硫能力，但因熔池平静，故脱硫速度很慢，还原渣 的脱硫能力得不到充分利用，造一批渣一般只能脱硫30-40%。但电弧炉出钢时钢渣混出仅 几分钟时间平均脱硫率却达到67%以上（见表2）。在钢包精炼炉中，因钢水的搅拌改进了钢 渣接触的条件，脱硫率可达70-80%。更有甚者据文献报导，利用“喷粉”技术，贝需5分钟 内，就能将硫由原来的0.15%降低到0.01%。这都与钢液搅拌运动的作用有关。 表2 出钢过程钢中硫含量的变化（北京钢厂分析） 炉 次 钢 种 出钢前〔%S) 出钢后〔%S〕 去除率ns,% 7-599 GCr16 0.027% 0.006% 77.8 9-572 0.023% 0.007% 69.6 9-573 0.025% 0.009% 64.0 9-579 n 0.020% 0.009% 55.2 9-619 0.017% 0.005% 70.6 平 均 67.4 30

据物理 化学资料可得 。 〔 〕 〔 〕 ， 二 〔 〕 〔 〕 对轴承钢 来说钢中碳 为 ， 硅 为。 ， 则 。 二 二 一 根据平衡常数式 。 。 二 办荟 一 · 吠气压 从 上面 的计算结果可见 ， 钢 液在真空 精炼过程 中 ， 碳和 。 夹杂 的作用不可能显著 发展 ， 因为反应生成的 的压 力不足 以 克服 钢液 的静压 力和 表面张 力 。 而碳 和 夹 杂的 作用则是可能得 到发展 的 ， 在这种情 况下 的 分压值 足够使碳 还原 夹 杂的反应 得到发 展 。 显然对 含。 一 和 一 的轴 承钢 来说 ， 只要 在真空 处理之 前不用 铝对 钢 液脱氧 ， 即使是按 上述规 格加入 硅 铁后 在真空 精炼时仍不会影 响真空碳脱氧反应 的进 行 。 而在真空后加入 少量 的铝是 合理 的 。 这 样还 可 以节 省铝 的消耗量 。 目前在国外采 用真空碳脱 氧工 艺生 产轴承钢 的国家有美国 、 日木 、 西 德等 。 三 、 精炼过程 中的搅拌作用 冶金 过程 中许 多反应 从热 力学的 角度看 是 可能进 行 的 ， 但 从动 力学的观 点来衡量 ， 即使 在相 当长 的 时间内也很 难达 到平衡 。 因此 ， 现代冶金 工作者主 要任 务就 在于研究反应 动力学 条件的改进 。 即 把平静的熔 池 改变为搅拌流动 的熔 池 ， 搅拌钢 液 起着强化冶金 过程的作 用 。 目前几 乎所有的炉外精炼的方 式均有加强钢 液运 动的手段 。 因而促 使了精炼工 艺得 以 充分发 挥效能 。 例如 电弧 炉还原期 虽有较 强 的脱硫 能 力 ， 但 因熔 池平静 ， 故脱 硫速度很慢 ， 还原渣 的脱硫能力得不到充分利用 ， 造一批渣一般只 能脱 硫 一 。 但 电弧炉出钢 时钢渣混 出仅 几分 钟 时间平 均脱 硫率却达到 以 上 见 表 。 在钢 包 精炼炉 中 ， 因钢 水的搅拌 改进 了 钢 渣接触 的 条件 ， 脱 硫率可达 卜 。 。 更 有甚 者据文 献报导 ， 利 用 “ 喷粉 ” 技术 ， 只需 分 钟 内 ， 就 能将硫 由原来的。 降低到。 。 这 都 与钢 液搅拌运 动的作用有关 。 表 出钢 过程钢 中硫 含量 的变化 北京钢 厂分析 炉 次 钢 种 出钢 前 〕 出钢后 〔 去除率 ” ， ，自八一 … 一 甲内‘ 厅任勺‘口月 一 一 一 一

在钢包精炼过程中，搅拌作用是保证熔池内的钢水成分和温度均匀化的必要条件。像北 京钢厂精炼炉1.20米深的熔池里，如果没有足够强烈的搅拌装置，要想把钢液的最终化学成 分和温度相当准确的控制在较窄小的范围内，实际上是不可能办到的，从表3中可以看出，电 磁搅拌失灵的炉次（即没有搅拌），化学成分不均匀，有电磁搅拌的炉次，化学成分很快就 均匀了。实践证明采用电磁感应搅拌装置后，钢液成分和温度的均匀性比电弧炉内要好的多。 表3 电磁搅拌对钢液成分均匀性的影响（北京钢厂分析结果） 无电磁搅拌 有电 磁搅 拌 炉次、钢号 8-435, GCr1 9-633,45￥ 8-586,45￥ 9-641,8-598, T10A GCr1 分析元素 〔Si)% (Mn (Mn) 〔Mn) % 〔Si)% (Mn)(Si)% % % tsi)%〔Si)% % 钢水成分 0.13 0.17 0.17 0.63 0.19 0.58 0.16 0.17 0.27 配加合金后成分 0.27 0.30 0.25 0.73 0.25 0.69 0.25 0.25 0.30 加热8分钟取样 (包中上部钢液) 0.80 0.49 1.10 0.23 0.69 0.23 0.24 0.29 加热20分钟取样 0.17 0.69 0.24 0.24 0.29 浇注第一盘取样 (包中下部钢液) 0.13 0.17 0.19 0.67 0.25 0.24 0.28 浇注第二盘取样 0.29 (包中中部钢液) 0.14 0.19 0.29 0.67 0.24 浇注第三盘取样 (包中上部钢液) 0.44 1.03 0.19 0.67 0.24 0.23 0.29 搅拌熔池在炼钢过程中的重大意义还表现在对钢水中非金属夹杂物的去除方而。在未经 搅拌的平静熔池，夹杂物的上浮速度可用斯托克斯公式表示，即 V=?-号-(P解-p夹)r2 9 这时只有较大颗粒的夹杂物才能较快地从熔池中浮出。在搅动的熔池中，夹杂物的排除则服 从指数规律，即 X:=X。e-Kt 式中x:、x。分别表示瞬间t及起始时的夹杂物浓度，K是速度常数，它与搅动的特点、熔池 的温度、夹杂物本身特性、粒度大小的分布等因素有关。如有人指出〔5,6,7)，出钢时K 值为0,8分-，在静止的钢包中镇静时K值只有0.02分-。可见搅拌情况不同差别是相当大 的。搅拌之所以加快夹杂物的排除速度，不仅是因为夹杂物碰撞长大的机率增加所致，更因 为钢液搅动时产生环流，可使夹杂物、特别是粗大颗粒的夹杂物有足够的穿过边界层与熔渣 和耐火材料（包衬）接触的机常，因而残留下的夹杂不仅少了而月大颗粒的几乎可以全部去 除。根据边界层理论，搅拌强度大则边界层薄，所以去除夹杂物的效果也必然显著。搅拌本身 就是能够有效地保证钢液纯洁度的精炼措施。文献报导，在ASEA-SKF精炼炉中不用真空 碳脱氧，而采用插铝沉淀脱氧加电磁搅拌的方法，也可以取得最终氧含量达到20PPm左右 的良好效果〔4)。瑞典SKF轴承钢也采用这种精炼工艺来生产。 31

在钢 包精炼过程 中 ， 搅拌作用 是保 证熔 池 内的钢 水成 分 和 温度 均匀化的必要 条件 。 像 北 京钢厂精炼炉 米 深的熔 池里 ， 如 果 没有足 够 强烈 的搅拌装置 ， 要想 把钢液 的 最 终化 学成 分 和 温度相当 准确的控制 在 较窄小的 范 围 内 ， 实际 上是不可能办到 的 ， 从 表 中可 以 看 出 ， 电 磁搅拌失 灵的炉次 即没有搅拌 ， 化学成 分不均匀 ， 有 电磁搅拌的 炉次 ， 化学成 分很快 就 均匀了 。 实践证明采 用 电磁 感应搅拌 装置后 ， 钢 液成分 和 温度的均匀性 比 电弧炉 内要 好 的 多 。 表 电磁 搅拌对钢 液成 分均匀 性的影响 北京钢 厂 分析结 果 电 磁 搅 拌 有 电 磁 搅 拌 之 搅拌熔 池 在炼钢 过程 中的重大意义还表介现在对钢水中非金 属夹杂物 的去除方 面 。 在未经 搅扑的平静 熔 池 ， 夹杂物的土浮速度可用斯 托克斯公 式表示 ， 即 一飞 ’ 一孟一 气 钢 一 夹 “ 口 这 时只有较大颗粒的夹 杂物才能较快地从熔 池 中浮 出 。 在搅动 的熔池 中 ， 夹 杂物 的排 除则服 从指数规律 ， 即 一 式 中 、 。 分别 表示 瞬 间 及 起始 时的夹 杂物浓度 ， 是 速度常数 ， 它 与搅动 的特点 、 熔池 的温度 、 夹杂物本身特 性 、 粒度大 小的分布等因 素 有关 。 如有人指 出 〔 ， ， 幻 ， 出钢 时 值 为 分一 ‘ ， 在静止 的钢 包 中镇静时 值 只 有 分一 ， 。 可见搅拌情 况 不同差别是 相 当大 的 。 搅拌之所以加 快夹 杂物的 排除速度 ， 不仅 是因 为夹 杂物碰 撞 长大的机率增加所致 ， 更 因 为钢液搅动 时产 生环 流 ， 可 使夹 杂物 、 特别是粗大颗 粒 的夹 杂物有足够 的穿 过边 界层 与熔渣 和耐 火材料 包衬 接触 的机率 ， 因而残留下的 夹杂不仅 少了 而月 大颗粒的几乎可 以全部去 除 。 根据边 界层理论 、搅拌强度大则边 界层薄 ， 所 以 去除 夹杂物 的效 界也必然 显著 。 搅拌本身 就是能够 有效地保证钢液纯洁 度的精 炼措施 。 文献报导 ， 在 一 精炼炉中不 用真空 碳脱氧 ， 而采 用插 铝沉淀脱氧加 电磁搅拌 的方 法 ， 也可 以 取得 最终氧含量达 到 左右 的良好效果 〔 〕 。 瑞典 轴承钢也采 用这种精炼工 艺来生产

四、精炼过程中的加热问题 从钢包的真空处理发展到钢包精炼，加热装置起了决定性的作用。有了加热装置才有了 在精炼炉内换渣和造新渣、合金化和细致准确地调整钢液的化学成分、凋整和确保稳定的浇 祚温度等功能的可能性。因此，甚至有人认为即使在真空吹氧生产不锈钢的VOD设备上， 按装加热设备也不认为是多余的。加热措施的采纳是起到了精炼的前提和保证作用。事实上 只有在附加了加热装置之后，钢包才“脱胎”变成为-一种炉子〔8)。在工艺操作上只有采取 了加热于段之后，钢水的真空处理才“飞跃”而变成炉外精炼工艺的。回顾真空脱气、真空 脱氧的历史可以滑楚地看出，由不加热的真空处理发展到有热能来源（包括电热和吹氧化学 热及其它热源在内)的真空精炼是冶金工艺的一次飞跃，继而由有加热装置的精炼炉向无加 热装置的方向发展，企图克服由于加热而带来的不便，也是炼钢过程发屐的希望。目前看来 很有可能由于要求炼钢操作的严格而迫使人们甭新考虑加热装置的必要性。显然这种由无加 热设备到有加热设备，然后又企图由有到无的过程不是简单的重复，而是螺旋式的上升，是 科学技术发展的结果。当然，即使有了加热装置也不应忽视钢包的予热作用。反之，采用钢 包高温烘烤也并不能完全取代加热的作用。因此，在钢包予热用的最广泛的法国一些钢厂 内，在兴建新精炼炉时也倾向于使用具有加热装置的精炼炉〔9)。 电弧加热是现在电炉钢厂比较成熟和易于解决的-一种加热装置。但采用电弧加热装置 时，由于钢包的内径与电极极心园之间离较小，尤其是容量较小的炉子，电弧往往将精炼 炉的包衬烧坏，因此包衬的寿命成了这类精炼方法的主要问题之··。我国引进的容量为 ]00吨的ASEA-SKF精炼炉上，即使采用了国外最好的耐火材料，在间歇性生产的情况下 其渣线部位的寿命也只有7-8炉次（平均）〔10)。 北京钢厂钢包精炼炉容量仅为15-25吨，采用电弧加热装置的初步结果认为：开始加热 P 出钢」吊车运行 电磁搅+真空精炼 电磁搅拌+电孤加热 1650 1600 1550 3 1500 6 10 15 20 云 30 时间，分钟 图1精炼过程中温度变化 32

四 、 精炼过程 中的加 热问题 从钢 包 的真空 处理发 展 到钢 包精炼 ， 加热 装置起了 决定性的作用 。 有了 加热 装置才有了 在精炼炉 内换渣和 造新渣 、 合金 化和 细致 准 确地 调 整钢液 的化学成 分 、 调整 和 确保稳 定的浇 注温 度等功 能的可能性 。 因此 ， 甚至 有人认 为即使 在真空 吹氧生产 不锈钢 的 设 备上 ， 按 装加热设 备也不认为是 多余的 。 加热措施 的采 纳是 起到了 精炼的前提 和保证作用 。 事实上 只 有在附加 了 加热装置之后 ， 钢 包 才 “ 脱 胎” 变成 为一种 炉子 〔 〕 。 在工 艺 操 作上只有采取 了加热 手段之后 ， 钢 水的真空 处理才 “ 飞 跃 ” 而变成 炉外精炼工 艺 的 。 回顾真空脱 气 、 真空 脱氧 的历史 可 以 清楚地 看 出 ， 由不加热 的真空 处理发展 到有热 能来源 包 括 电热和 吹氧化学 热 及其 它热源 在 内 的真空 精炼是冶金 工 艺的一 次飞 跃 ， 继 而由有加热装置的精炼炉向无 加 热 装置 的方 向发展 ， 企 图克服 由于 加热 而带来 的不便 ， 也是炼钢 过程发展 的希望 。 目前看 来 很 有可能 由于要求炼钢操作的严格 而迫使人们 震新考虑加热装置 的必要性 。 显然这种 由无加 热设 备到 有加热设 备 ， 然后 又企图 由有到无 的 过程不是简单的贡 复 ， 而 是螺旋式的 上升 ， 是 科学 技术发展 的结 果 。 当然 ， 即使有了加热装 置也不应 忽视钢 包 的予热作用 。 反 之 ， 采 用钢 包 高温 烘烤 也并不能 完 全取 代加 热 的作 用 。 因此 ， 在钢 包予 热 用 的最 “ 泛 的 法国一 些 钢 厂 内 ， 在兴 建新精炼炉时也倾 向于 使 用具有加 热装置 的精炼炉 〔 〕 。 电弧加热是现 在 电炉钢 厂 比 较成 熟和 易于 解 决的一种 加 热装置 。 但采 用 电弧加热装置 时 ， 由于 钢 包 的 内径 与电极极 心 园之 间距 离较小 ， 尤其 是 容量 较小 的炉 子 ， 电弧往往将精炼 炉 的包衬烧 坏 ， 因此 包衬 的寿命成 了这 类 精炼方 法 的主 要 问题 之 一 。 我国 引进 的容量 为 吨 的 一 精炼炉上 ， 即使采 用了 国外最好 的耐 火材料 ， 在 间歇 性生产 的情 况下 其渣线 部位 的寿命也只 有 一 炉次 平 均 〔 〕 。 北京钢 厂钢 包精炼炉容量仅 为 一 吨 ， 采 用 电弧加 热装 置 的初步 结 果认为 开始加热 妞现 弓 弓 出钢 吊车 运行 电磁搜拌 电弧加热 电磁搅伴 产空精炼 勺、 丈奥孰 、 、 丈溉澳套 一一 曰 目 嘴 ， 时间 ，分钟 图 精炼过 程 中温 度 变化

的10分钟左右，钢液温度几乎没有变化，这可能是因为加热炉盖未经了热1包衬吸热未达到 平衡所致。之后再用电压：200伏和电流5000安左的电制度继续加热时，钢液的升温速度可 达1.6-2,0℃/分。在不采用电弧加热的条件下，耐火材料的寿命是满意的。渣线部位的镤砖 或铬镁砖（一般材质）平均每炉损失8毫米左，寿命可达40炉以上。但在加热时一般镁砖 或铬镁砖损失严重，有时一炉损失竞达100毫米（局部)，在使用电熔镁砖(MgO≥96%) 时情况大为改普，在每炉加热10-20分钟的条件下，平均每炉损失为8-10毫米，寿命可达 25次。精炼炉使用前用柴油喷枪烘烤至暗红色，时间一般大于40分钟。图1示出了实验数字 统的温度变化情况。在这些实验炉次中，为了避免长时间电弧加热对包村的影响，再加上 烘烤钢包并无特殊措施。而又为了尽可能延长真空下保持的时间，以充分发挥真空和搅抄的 作：用，只好采用提高电炉出钢温度的方法来补偿温度损失。但高温出钢会使钢中的溶解氧和 夹杂物含量增高。正确的延长精炼时间的方法是：采用精炼炉加热的工艺，并进行州弧加热 以减少对包村的损坏和提高精炼包的址烤温度。 五、真空精炼轴承钢的实验及分析 综合上述分析，结合现场实际，在北京钢厂新建的真空钢包精炼炉上，在调试设备的同 时，进行了炉外精炼工艺的初步研究〔11)。实验轴承钢的工艺要点如下： 1,电炉 (1)熔化期进行初精炼，提前造渣去磷。 (2)除渣条件：碳合近、〔P〕≤0.012%、温度≥1580℃。 (3)造新渣后加FeCr、FeMn,用一批碳硅粉还原，硅铁粉用量2-3公斤/吨钢。 (4)渣白、合金全熔后取样分析，补加合金和FeSi。 (5)山钢条件：〔S)≤0.06%，其它成分进入规格。渣量控制在料承的1.5%左右，碱 度≥3.5，温度1610-1640℃。 2。精炼炉 (6)电炉出钢于准备好的精炼炉中，精炼全过程均使用电磁搅扑。 (7)测温、真空精炼，真空度≤1托下保持时间≥10分钟。 (8)插绍0.3公斤/吨钢。 (9)温度≥1510℃吊出浇注，如温度≤1510℃则加适"当碳粉尽可能弧加热至温度 1510℃后吊出浇注。 8.铸锭 (10)用石墨渣保护浇注，其它同现行工艺。 采用这种工艺后电炉的冶炼时间平均为193分钟，比正常（232分钟)冶炼一炉轴承钢平 均节省39分钟，最快的仅用了183分钟就完成了电炉中的企部任务，电炉钢产量的能力提高 约20%，相应地减少了电能消耗（每吨钢节电约80-100度），脱氧用帤的消耗由2.0公斤/吨 减少到0.3公斤/吨，其它原材料也有节省，成本降低。同时工艺简单，操作简便，容易掌 规。更重要的是钢质量明显地改善了，这表现在钢中气休的去除、氧及非金属夹杂物等有忠 杂质的减少上，下而我们讨论这一问题。 氢：为了对比精炼前后〔H)含量的变化，在真空处理前后用样勺从钢包炉中取出钢水， 然后用石英管吸取，“试样淬水冷却后放在干冰巾保存，等待分析使用。据六炉轴承钢的试 33

的 分钟左右 ， 钢 液温度 几 乎没有变 化 ， 这可能是 因为加 热炉盖 未经 子热 和 包衬 吸热 未达 到 平 衡所致 。 之后再 用 电压 伏和 电流 安左右 的 电制 度继续加热 时 ， 钢 液的升温速度 可 达 一 ℃ 分 。 在不采 用 电弧加 热 的 条件下 ， 耐 火材料 的寿命是满意的 。 渣线部位的镁砖 或铬镁砖 一般 材质 平 均每炉损失 毫米左右 ， 寿 命可达 炉 以 上 。 但在加热 时一般镁砖 或铬镁砖损失严 最 ， 有时一炉损失竟 达 毫米 局 部 ， 在使 用 电熔镁砖 七 时情 况大 为改善 ， 在每炉加 热 一 分钟 的 条件下 ， 平 均每 炉损失为 一 毫米 ， 寿命可达 姑 次 。 、 梢炼炉使用前用柴 油 喷枪烘烤至 暗红 色 ， 时 间一般大于 分钟 。 图 示 出了实验数字 统 计的温 度 变化情 况 。 在这些 实验护 次 中 ， 为了避 免长 时 间 电弧加热对包衬的影 响万 再加 上 烘烤钢 包 并无 特殊措施 。 而又为了尽可能延 一 长真空 下保持的 时间 ， 以充分发挥真空 和 搅拌的 作 用 ， 只好 采用提 高 电炉出钢 温度 的方 法来补偿 温度 损失 。 但高温 出钢 会使钢 中的溶解 氧和 夹 杂物 含里 增 高 。 正 确的延长精炼时 间 的方 法 是 采用 精炼炉加热 的工 艺 ， 夕卜进 行 理弧加热 以减少对包衬的损 坏 和提 高精炼包 的 烘烤温 度 。 五 、 真 空精炼 轴承钢 的实验及 分 析 综 合 上述 分析 ， 结 合现场实际 ， 在北 京 钢 厂 新建的真空 钢 包 精炼炉上 ， 在调试设 备的同 时 ， 进 行了炉外 精炼工 艺 的初步研 究 〕 。 实验轴承钢 的工 艺要 点如 下 电炉 熔 化期进 行初精炼 ， 提 前造渣去磷 。 除 渣条件 碳 合适 、 〕三 、 温 度全 ℃ 。 造新渣后加 、 ， 用一批碳 硅 粉还 原 ， 硅 铁粉 用最 一 公斤 吨钢 。 渣 自 、 合金 全熔后 取样分析 ， 补加合金 和 。 出钢 条件 〕三 ， 其 它成分 进入 规 格 。 渣量 控制 在料 承 的 左 右 ， 碱 度之 ， 温 度 一 拍 ℃ 。 精炼 炉 电炉出钢 于 准备好 的精炼炉中 ， 精 炼全 过程 均 使用 电磁 搅扑 。 ” 测温 、 真空 精炼 ， 真空 度三 托下保持 时 间全 分 钟 。 插铝 公斤 吨钢 。 温 度 全 ℃ 吊 出浇注 ， 如 温度 三 ℃ 则加适 当碳 粉尽 可能理 弧加 热至 温 度 ℃后 吊出浇注 。 吕 幼 位 用石墨渣 保护 浇 注 ， 其 它同现行 工 艺 。 采 用这种 工 艺后 电炉的冶 炼时 间平 均为 分钟 ， 比正常 分 钟 冶 炼一炉轴 承钢 平 均节 省 分 钟 ， 最 快的仅 用了 分 钟就完 成 了 电炉中的全部任 务 ， 电炉钢产 最 的能 力提高 约 ， 相应地减 少了 电能消耗 每 吨钢节 电约 一 度 ， 脱氧用铝的消耗 由 公斤 吨 减 少到 公斤 吨， 其 它 原材料也 有节省 ， 成 木降低 。 同 时工艺 简单 ， 操 作简便 ， 容易掌 握 。 更 暇 要的 是钢质量 明显地 改善 了 ， 这表现在钢 中气体 的 去除 、 氧 及非 全属 夹 杂物 等有害 杂质 的减 少 ， 下 而我们 讨论 这一 问题 。 氢 为了 对 比 精炼前后 〔 〕含量 的 变化 ， 在真空 处理 前后 用样勺从钢 包炉 中取 出钢 水 ， 然后 用石 英竹吸取 ， ’ 价试 样淬水冷却后放在干 冰中保存 ， 等待分析使用 。 据六 炉轴 承 钢 的试

样分析结果为：真空后比真空前平均降低32.8%，最多的降低41.4%，真空后钢中氢含量最低 的仅含1.65PPm。 氮：取样分析结果表明，真空精炼前后变化不大，均为50PPm左右，氮的去除比氢要 困难得多。 氧：表4和图2示出了用浓差电池定氧法直接测得熔解氧的数值。这充分显示出了真空 碳脱氧的优越性，无论高低碳钢，尽管真空前钢中溶解氧高达90-100PPm之多，但经14-21 分钟的真空处理加电磁搅拌之后，熔池中钢的最终氧含量达到了5PPm以下。其中一炉尽管 极限真空度只达到50毫米汞柱压力的情况下，也能获得不大于5PPm的氧含量。显然，这说 明在真空精炼时压力继续降低已不是主要限制性环节。相反，从另外两炉（炉号：8-1729和 9-1944)可知，尽管真空度达到了0.5和7.5毫米汞柱的压力，但因真空、搅拌的时间较短 (真空时间分别为5分和4分，总时间仅9分钟)，钢中氧含量偏高(10-12PPm)。从动 力学的观点看，此时间不足以达到“平衡”的要求，因此保持时间成为主要的限制性因素。 电磁搅拌的作用是获得上述结果的可靠保证。表4的结果说明，达到平衡所需时间也并不 长，真空处理加电磁搅拌总的精炼时间约15分钟左右，反应基本接近平衡，这证明电磁搅拌 装置对熔池内钢液的均匀混合具有非常重要的意义，熔池内不存在死区。关于这一问题下面 还要谈到。 表4 精炼过程中溶解氧的变化 炉号 钢 种 真空度 保持时间 总处理时间真空前〔O)真空后〔O) 去除率 mm,Hg 分 分 PPm PPm % 8-1712 GCr18 0.5 9 16 90 5 94.4 8-1713 50 14 40 5 87.5 8-1719 0.5 10 16 17 5 70.8 8-1720 6 14 14 一 8-1727 7.5 16 32 5 84.5 8-1728 15 21 42 5 88.2 8-1729 7.5 4 22 10 54.6 9-1944 18CrNiWA 0.5 5 9 100 12 88.0 表5列出了轴承钢精炼前后钢中的全氧含量和非金属夹杂物的变化情况。经真空处理后 钢中的氧含量均有不同程度的降低，最多可降低58%，效果最好的炉次钢中全氧含量可达到 27PPm,据15炉的数据统计，平均将钢中的总氧含量由57PPm减少到38PPm,约降低了 32.0%左右。取得了明显的效果。实验中由于精炼的时间较短，个别炉次不够正常，试验的 影响因素较多，与国外资料相比尚待进一步改进和提高，今后如能严格工艺要求，必将取得 更明显的效果。 必须指出，予先用铝进行过强烈脱氧的钢液在真空精炼过程中含氧量的降低，即继续脱 氧，不可能是溶于钢液中的碳还原氧化物的结果。对未经铝子先脱氧的钢液（基至可加少量 34

样分析结果为 真空后 比真空 前平 均降低 ， 最 多的降低 ， 真空 后钢 中氢 含 最低 的仅 含一 。 氮 取 样分析结 果表 明 ， 真空 情炼前后 变化不大 ， 均为 左右 ， 氮的去除比氢要 困难得多 。 氧 表 和 图 示出了 用浓差 电池定氧法直接侧得熔解氧的数值 。 这充分显示出了真空 碳脱氧的优越性 ， 无论高低碳 钢 ， 尽管 真空 前钢 中溶解氧高达 一 之多 ， 但经 一 分 钟的真空处理加 电磁搅拌之后 ， 熔池 中钢 的最 终氧含量 达到了 以下 。 其 中一炉尽管 极限真空度只达到 毫米汞柱压 力的情 况下 ， 也能获得不大于 的氧 含量 。 显然 ， 这说 明在真空猜旅时压力继续降低 已不是主 要限制性环节 。 相反 ， 从 另外两炉 炉号 卜 和 一 可 知 ， 尽 管真空 度达 到了 和 毫米汞柱的压 力 ， ’ 但 因真空 、 搅拌的 时 间较短 真空 时 间分别为 分和 分 ， 总 时间仅 分钟 ， 钢 中氧 含量 偏 高 一 。 从 动 力学的观点看 ， 此时 间不足 以 达到 “ 平 衡” 的要求 ， 因此 保持时 间成 为主 要 的限制性因素 。 电磁搅拌 的 作用 是 获得 上述结 果 的可 靠保证 。 表 的结 果说 明 ， 达到平 衡所需 时 间也并不 长 ， 真空 处理加 电磁搅拌总 的精炼时 间约 分 钟左右 ， 反应 基 本接近平衡 ， 这证明 电磁搅拌 装置对熔 池内钢液 的均匀混 合具有非常重要的意义 ， 熔 池内不存在死 区 。 关于 这一问题 下面 还 要谈到 。 表 精炼过程 中溶解氧的 变化 除 率 炉” … 钢 种 真 空 度 保持时 间 分 总处理 时 间 真空 前 〔 真空后 〔 〕 去 咋︸︵ 一 。 口以︸ 怪白，，目‘泊 一 一 一 一 一 ‘ 一 口，工上 ‘ 一 ， 表 列 出了轴 承钢精炼前后 钢 中的全氧含量 和 非金 属夹杂物的 变化情 况 。 经真空 处理后 钢 中的氧含最 均有不 同程 度的降低 ， 最 多可降低 ， 效 果最好的炉次钢 中全氧含里可达到 ， 据 炉的数据统 计 ， 平均将钢 中的总氧含量 由 减少到 ， 约降低 了 左右 。 取得 了 明显的效 果 。 实验 中 由于精炼的 时 间较短 ， 个别 炉次不够正常 ， 试验的 影 响 因素较多 ， 与国外 资料 相 比尚 待进 一步 改进和 提 高 ， 今后如 能严 格工艺 要求 ， 必将取得 更 明显的效 果 。 必须指 出 ， 予先 用铝进行 过强烈脱氧的钢液在真空精炼过程 中含氧量 的降低 ， 即 继续脱 氧 ， 不可 能是溶于 钢 液 中的碳 还原氧化物的结 果 。 对未经 铝予先脱氧的钢 液 甚 至 可加 少量

18CrNiWA 8-1944 106 GC:15 8-1712 90 80 70 60 GCr15 GCr15 8-1713 81728 40 GCr15 8-1727 18CrNiW A 8-1729 GCr15 20 1719 10 图 真空前 图 真空后 图2真空精炼对轴承钢及18 CrNiWA钢中溶解氧含量的变化 表5 真空精炼和电磁搅拌对轴承钢中氧及夹杂物含量的影响 精炼时间，分 钢中总氧量之变化，% 钢中夹杂物之变化，% 炉 号 保持时间 总时间 真空前 真空后 变 化 真空前 真空后 变化 8-1190 3 11 0.0057 0.0047 -18.0 0.0292 0.0180 -38.5 8-1191 0(7.5托) 4.5 0.0050 0.0031 -38.0 0.0160 0.0173 +8.1 8-1192 0(50托) 9.0 0.0049 0.0047 -4.2 0.0189 0.0190 0 8-1196 8 15 0.0049 0.0047 -4.2 0.0160 0.0162 0 8-1197 5 1 0.0055 0.0044 -20.0 0.0164 0.0182 +9.0 8-1352 0(340托) 20 0.0041 0.0041 0 0.0205 0.0133 -34.5 8-1201 1 7 0.0055 0,0031 -44.0 0.0173 0.0137 -20.9 9-1353 10 18 0.0067 0.0028 -58.0 0.0256 0.0186 -27.3 8-1202 3 17 0.0067 0.0040 -40.0 0.0190 0.0169 -11.0 9-1355 10 21 0.0049 0.0037 -24.0 0.0180 0.0201 1+11.6 8-1203 8 13 0.0070 0.0039 -44.0 0.0206 0.0155 -24.7 9-1356 7 11 0.0054 0.0027 -50.0 0.0133 0.0186 +31.3 8-1204 10 15 0.0051 0.0037 -27.0 0.0150 0.0153 +1.5 9-1357 10 13 0.0051 0.0044 -14.0 0.0167 0.0145 -13.2 8-1205 10 14 0.0066 0.0043 -41.0 0.0180 0.0195 +8.6 平均 0.0057 0.0038 -32.0 0.0187 0.0143 -23.5 35

人 一 入‘ 如屏玻处创 名一 一 一 一 的 宾空 前 宾空 后 目图 图 真 空精炼对轴承 钢及 钢 中溶 解 氧含 的变化 表 真空精炼和 电磁搅拌对轴 承钢 中氧及 夹 杂物含量 的影响 分 总 时 间 钢 中总 氧量 之 变 化 ， 炉 号 真空后 变 化 钢 中夹 杂 物之 变化 ， 真空 前 真空 后 变 化 一 一 一 一 一 一 一 ， 一 一 一 一 一 一 一 真空 前 」 ’ 一 一 一 一 一 一 一 ﹄ 八︸ ︸︸ 甘︸﹁ 八︸甘︸甘 山曰︸，月减丹，上氏甘︶八‘了︸‘ 自，上上‘工人，土主 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 平 均 。 。 一 。 一 ︸