·938· 工程科学学报，第40卷，第8期 rate,number,and density of bubble in molten steel increase with pressure,the efficiency of the inclusions removal can be promoted. KEY WORDS Si-Mn deoxidized steel;nitrogen absorbing and releasing method;nitrogen pressure;inclusion removal;T[O]re- moval rate 近年来，随着高端钢材对钢中夹杂物控制要求 验钢种，设置五组增氨压力进行热态实验，利用扫描 日益严格，高洁净度钢的冶炼成为冶金工作者研究 电镜、X射线能谱分析仪以及夹杂物自动扫描统计 的热点.钢中夹杂物的去除是高洁净度钢冶炼的关 软件(INCAFeature)对增氮析氮法处理前后的硅锰 键山，在诸多夹杂物去除技术中，利用气泡去除钢 脱氧钢中夹杂物进行统计，并分析钢中T[0],研究 中夹杂物的技术已经应用于洁净钢的生产中，主要 该技术对硅锰脱氧钢中夹杂物、T[0]的去除效果. 包括钢包吹氩、中间包气幕挡墙、钢包长水口吹氩、 增压减压法[]、超声空化法、反应诱发微小异相法 1实验 等，其中钢包吹氩技术被广泛应用.对钢包吹氩技 1.1实验设备及材料 术进行研究后发现，钢中夹杂物被氩气泡俘获去除 实验在10kg真空感应电炉中进行，如图1所示. 的效率受气泡尺寸影响较大)，有效去除夹杂物的 最佳气泡直径为2~15mm,但常用的吹氩流量范围 下钢中气泡的尺寸范围为10~20mm4-51,且气泡在 上浮过程中会迅速膨胀，因此，气泡与夹杂物的碰撞 概率较低，夹杂物去除效果有限[6] 基于此，李康伟等]提出了增氮析氮法去除钢 中夹杂物的新技术.其主要原理是，钢中的非金属 夹杂物表面存在大量缝隙，且常见的脱氧产物A山，0， 和Si02与钢液接触角均大于90°，分别为144°和 115°，钢液不能润湿这些夹杂物，可以成为非均相形 1一窥视孔：2一取样器：3一取样开关；4一压力表：5一氨气瓶： 核核心2).因此，在钢液内可以通过气泡在夹杂物 6一预熔渣：7一钢液：8一真空泵：9一氧化镁坩埚 表面形核、长大后，携带夹杂物上浮至渣中，并且上 图110kg真空感应电炉示意图 浮过程中的气泡也可以捕获夹杂物，从而达到去除 Fig.I Schematic diagram of 10 kg vacuum induction furnace 夹杂物的目的.该技术主要分为以下三个步骤：(1) 实验用钢采用国内某厂生产的SWRH82B热轧 对钢液进行增氨处理，使大量氮气溶解于钢液中； 盘条铸坯样，其冶炼流程为转炉一吹氩站一LF炉一 (2)快速真空处理，使气体分子在夹杂物表面形成 连铸，在出钢时进行硅锰脱氧处理.对铸坯中夹杂 气泡核：(3)生成的气泡核不断长大，携带夹杂物上 物进行统计，硅酸盐夹杂物占到夹杂物总数的75% 浮到渣中去除，气泡在上浮过程中也会粘附钢中夹 左右，其余为部分AL,03夹杂物和Mg0-A,03夹杂 杂物共同上浮去除 物以及少量的Mg0夹杂物.实验用钢主要化学成 针对该技术，研究者建立了气泡形核尺寸模 分如表1所示 型)，并通过水模型实验拍摄到气泡长大的过程， 建立了气泡生长模型)，为该技术提供了理论依 表1：实验用钢主要化学成分（质量分数） 据.同时采用铝脱氧的轴承钢进行了真空熔炼实 Table I Main chemical composition of steel in the trial% 验)，结果表明，钢中夹杂物及T[0]显著降低，证 Fe C Si Mn P S Cr Al. 明了增氨析氨法对铝脱氧钢中夹杂物有良好的去除 97.95680.8040.230.7720.0130.0020.220.0022 效果 实验用渣采用化学纯试剂配制，并在石墨坩埚 铝脱氧钢中夹杂物主要为A山203，而硅锰脱氧 内进行预熔处理.炉渣设计成分如表2所示 钢中夹杂物主要为硅酸盐夹杂物，其润湿角与A山，0 表2炉渣设计成分（质量分数） 夹杂物不同：由于气泡在夹杂物表面形核的难易程 Table 2 Composition of slag 度受其润湿角的影响较大[)，增氨析氨法对硅锰脱 Ca0 Si0, Al203 Mgo CaF2 氧钢中夹杂物的去除效果仍需进一步研究.基于 55 20 6 9 10 此，本文采用硅锰脱氧的SWRH82B热轧盘条为实工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 rate, number, and density of bubble in molten steel increase with pressure, the efficiency of the inclusions removal can be promoted. KEY WORDS Si鄄鄄Mn deoxidized steel; nitrogen absorbing and releasing method; nitrogen pressure; inclusion removal; T[O] re鄄 moval rate 近年来,随着高端钢材对钢中夹杂物控制要求 日益严格,高洁净度钢的冶炼成为冶金工作者研究 的热点. 钢中夹杂物的去除是高洁净度钢冶炼的关 键[1] ,在诸多夹杂物去除技术中,利用气泡去除钢 中夹杂物的技术已经应用于洁净钢的生产中,主要 包括钢包吹氩、中间包气幕挡墙、钢包长水口吹氩、 增压减压法[2] 、超声空化法、反应诱发微小异相法 等,其中钢包吹氩技术被广泛应用. 对钢包吹氩技 术进行研究后发现,钢中夹杂物被氩气泡俘获去除 的效率受气泡尺寸影响较大[3] ,有效去除夹杂物的 最佳气泡直径为 2 ~ 15 mm,但常用的吹氩流量范围 下钢中气泡的尺寸范围为 10 ~ 20 mm [4鄄鄄5] ,且气泡在 上浮过程中会迅速膨胀,因此,气泡与夹杂物的碰撞 概率较低,夹杂物去除效果有限[6] . 基于此,李康伟等[7] 提出了增氮析氮法去除钢 中夹杂物的新技术. 其主要原理是,钢中的非金属 夹杂物表面存在大量缝隙,且常见的脱氧产物Al 2O3 和 SiO2 与钢液接触角均大于 90毅,分别为 144毅 和 115毅,钢液不能润湿这些夹杂物,可以成为非均相形 核核心[2,8] . 因此,在钢液内可以通过气泡在夹杂物 表面形核、长大后,携带夹杂物上浮至渣中,并且上 浮过程中的气泡也可以捕获夹杂物,从而达到去除 夹杂物的目的. 该技术主要分为以下三个步骤:(1) 对钢液进行增氮处理,使大量氮气溶解于钢液中; (2) 快速真空处理,使气体分子在夹杂物表面形成 气泡核;(3) 生成的气泡核不断长大,携带夹杂物上 浮到渣中去除,气泡在上浮过程中也会粘附钢中夹 杂物共同上浮去除. 针对该技术,研究者建立了气泡形核尺寸模 型[9] ,并通过水模型实验拍摄到气泡长大的过程, 建立了气泡生长模型[10] ,为该技术提供了理论依 据. 同时采用铝脱氧的轴承钢进行了真空熔炼实 验[7] ,结果表明,钢中夹杂物及 T[O] 显著降低,证 明了增氮析氮法对铝脱氧钢中夹杂物有良好的去除 效果. 铝脱氧钢中夹杂物主要为 Al 2 O3 ,而硅锰脱氧 钢中夹杂物主要为硅酸盐夹杂物,其润湿角与Al 2O3 夹杂物不同;由于气泡在夹杂物表面形核的难易程 度受其润湿角的影响较大[9] ,增氮析氮法对硅锰脱 氧钢中夹杂物的去除效果仍需进一步研究. 基于 此,本文采用硅锰脱氧的 SWRH82B 热轧盘条为实 验钢种,设置五组增氮压力进行热态实验,利用扫描 电镜、X 射线能谱分析仪以及夹杂物自动扫描统计 软件(INCAFeature)对增氮析氮法处理前后的硅锰 脱氧钢中夹杂物进行统计,并分析钢中 T[O],研究 该技术对硅锰脱氧钢中夹杂物、T[O]的去除效果. 1 实验 1郾 1 实验设备及材料 实验在10 kg 真空感应电炉中进行,如图1 所示. 1—窥视孔; 2—取样器; 3—取样开关; 4—压力表; 5—氮气瓶; 6—预熔渣; 7—钢液; 8—真空泵; 9—氧化镁坩埚 图 1 10 kg 真空感应电炉示意图 Fig. 1 Schematic diagram of 10 kg vacuum induction furnace 实验用钢采用国内某厂生产的 SWRH82B 热轧 盘条铸坯样,其冶炼流程为转炉—吹氩站—LF 炉— 连铸,在出钢时进行硅锰脱氧处理. 对铸坯中夹杂 物进行统计,硅酸盐夹杂物占到夹杂物总数的 75% 左右,其余为部分 Al 2 O3 夹杂物和 MgO鄄鄄 Al 2 O3 夹杂 物以及少量的 MgO 夹杂物. 实验用钢主要化学成 分如表 1 所示. 表 1 实验用钢主要化学成分(质量分数) Table 1 Main chemical composition of steel in the trial % Fe C Si Mn P S Cr Al s 97郾 9568 0郾 804 0郾 23 0郾 772 0郾 013 0郾 002 0郾 22 0郾 0022 实验用渣采用化学纯试剂配制,并在石墨坩埚 内进行预熔处理. 炉渣设计成分如表 2 所示. 表 2 炉渣设计成分(质量分数) Table 2 Composition of slag % CaO SiO2 Al2O3 MgO CaF2 55 20 6 9 10 ·938·