钢液吹氩处理

学术用词

钢液吹氩处理是一种简易的钢液脱气和去除非金属夹杂物的炉外精炼方法。这种方法工艺简单，设备便宜，精炼效果显著。钢液吹氩处理又称为钢液吹惰性气体处理。依据所需处理钢液在常温下的组织(如奥氏体、铁素体等)以及处理目的的不同，吹入钢液的气体，可以选用氩气、氮气、一氧化碳、水蒸气、空气，或先吹入氮气、一氧化碳、水蒸气、空气，然后再吹入氩气。

简介

发展简史

早在20世纪40年代，理论分析已指明钢液采用吹氩处理的可行性，由于当时工业技术水平的限制，无法提供大量氩气。50年代初，在加拿大将氩气通过安装在盛钢桶底部的多孔塞吹入钢液，对钢液进行搅拌，称为盖扎尔(Gazal)法。这种方法使钢液与炉渣充分接触，从而创造了良好的冶金反应条件，增强了脱硫和脱氧的冶金效果，但脱氢的效果差，Gazal法是钢液吹氩的原始工艺。

1963年法国对Gazal法进行改进，在钢包上装上具有密封性能的真空包盖，使这一处理工艺又具有了一定的脱气效果，并称这种方法为Gazid法。1963年美国Linde公司也对Gazal法进行改进，在钢包上加盖，控制渣面气相的氧分压，使钢包空间气相分压以氩气为主体也达到了脱气效果。上述改进的装置，同时引起了液面过多散热的缺陷。为避免吹氩处理钢液事先要求钢液过热而带来的缺陷，而采用一系列将钢包预热到800～1100℃的技术措施，从而使这一简易处理钢液的技术日臻完善。

自70年代在冶金工业中已被正式采用，处理的钢种有120多种，其中包括轴承钢、结构钢、电工钢、不锈耐热钢，钢管钢，阀门钢等。钢液采用氩气处理的同时，若采用合成渣处理或采用喷粉处理，则可更充分发挥各种炉外精炼技术处理钢液的冶金效果。现代冶金工业常用的VAD炉、VOD炉、ASEA—SKF精炼炉、LF炉等炉外精炼工艺采用同时向钢液吹氩已成为上述工艺过程不可分割的组成部分。

理论基础

向钢液中吹氩能去除钢液中氩是依据西华特定律。钢液中的氧，包括溶解的氧和氧化物夹杂，在向钢液吹氩过程由于产生细小分散的氮气泡与钢液密切接触，氩气泡表面与非金属氧化物夹杂有机会接触，当氩气泡中氧分压趋于零时，氩气泡表面与钢液中氧化物非金属夹杂间界面张力明显减少，而被氮气泡吸附并携带出钢液，而表现出有脱氧——去除氧化物非金属夹杂物的能力。

向钢液吹氩，钢液将要降温。这是由于要使氩气在钢液中加热到钢液温度，以及加速了钢液散热和钢包散热。

工艺过程

初炼钢液经出钢至钢包中，氩气经多孔的耐火塞吹入到包内的钢液中，产生无数细小分散的气泡流，在非真空设备条件下，氩气泡上升若符合斯托克斯定律。气泡上升过程长大到一定程度就要破碎。气泡的上升与破碎，推动钢液上下循环、搅动。

氩气泡在钢液内上浮过程内部总压力逐步降低，达到钢液表面时可以认为氨气泡压力，而初始吹入钢液的氩气泡都近似为零。氮气是惰性气体，不与钢液中任何合金元素反应，所以每个小的氨气泡都相当一个真空室，而具有真空处理的效果，吹入氩气去除钢液中的氢。

完善钢液吹氩处理应掌握以下技术：吹氩用透气塞的设计制造技术；确定在钢包中安装透气塞位置的理论及技术；去除氨气中含水的技术及装置；钢包内衬加热到8800-1100℃的技术及装置。钢包加盖及控制钢包内氨气压力的技术和装置以及供氨强度调整的技术等。

尽管掌握了上述这些技术，单纯依靠向钢液吹氩要达到去除钢中气体的冶金效果所耗用的氨气是太多了。为此已注意到在向钢液吹入的氩气中加入含氯的气体，在进入钢液后分解出氯气与钢液中的氩反应，以达到增强脱氢的效果，从而减少氩气耗量。

意义

钢液吹氩处理有重要的冶金意义：

(1)降低钢液中溶入气体(如氢、氮、氧)的含量；

(2)去除钢液中残存的非金属夹杂物(如氧化物、硫化物、氮化物等)；

(3)使钢液在浇注前成分、温度均匀，可明显降低浇注的开注温度，实现连铸工艺正常化，提高钢材冲击韧性等。

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