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「。<-0.006，故f。>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