D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.10.010 第31卷第10期 北京科技大学学报 Vol.31 No.10 2009年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2009 反应诱发微小异相净化钢水 唐复平)李镇)王晓峰2)刘万山) 闻立时) 1)鞍山钢铁集团公司，鞍山1140002)中国科学院金属研究所，沈阳110000 摘要提出了一种夹杂物控制技术一反应诱发微小异相净化钢水技术，采用转盘造粒工艺制备了具有该种功能的复合 球体，并在RH精炼后期加入上述球体进行工业现场试验·结果表明：反应诱发微小异相净化钢水技术是一种成本低、效率高 且简便易行的夹杂物控制技术，它可以短时间（大约10mi)内显著降低钢液中的非金属夹杂物的数量：与传统工艺相比，采用 该技术对钢液进行处理后，铸坯中氧化物夹杂的数量明显减少，尺寸变小，铸坯的平均全氧T[0]最低可达6×10一6，吨钢成本 可降低5~10元. 关键词RH精炼：夹杂物去除：复合球体：小气泡：渣洗 分类号TF703.5+4 Purification of liquid steel with fine heterophases induced by explosive reaction in RH ladles TANG Fu-ping).LI Zhen),WANG Xiao-feng).LIU Wan shan).WEN Li-shi2) 1)Anshan Iron and Steel Group Company.Anshan 114000.China 2)Institute of Metal Research.Chinese Academy of Science.Shenyang 110000.China ABSTRACI Inclusions in liquid steel were removed with fine dispersed heterophases induced by the explosive reaction of composite spheres in a RH ladle.The composite spheres were produced with a rotating plate granulator and fed into liquid steel at the end of RH refining for industrial tests.The results indicate that the inclusion removal technology is of low cost,high efficiency and easy to oper- ate.It can obviously decrease non-metallic inclusions in liquid steel in about 10 min.In comparison with conventional methods,the number of oxide inclusions decreases to a lower level.the inclusion size becomes finer,the total oxygen in the as"cast slab can ap- proach to 6X10and the production cost for per ton of steel can be reduced by 5 to 10 yuan RMB. KEY WORDS RH refining:inclusion removal:composite sphere:small bubbles:slag infiltration 随着钢铁工业的进一步发展，钢的材质设计和 物的去除].其中吹氩是最为常见的精炼手段 应用技术的开发给冶金工业带来了极大的挑战，钢 采用吹氩工艺可以达到三个治金目的：搅拌（均匀成 铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产 分和温度)、脱气和去夹杂，吹氩对夹杂物的作用表 品性能稳定性高的方向发展，其中高纯净度钢的生 现在两个方面：一是通过气泡的捕捉、吸附作用，直 产是21世纪钢铁企业面临的重大课题]，提高钢 接去除夹杂物：二是通过浮力搅拌间接促进夹杂物 产品质量、生产纯净钢的关键在于控制夹杂物， 碰撞聚合，从而促进夹杂上浮，研究表明，夹杂物的 通常钢液中的大型夹杂物部分可以通过自然上 去除效率与气泡的尺寸有着密切关系，即气泡的尺 浮去除，可以说这种情况在整个治金过程中一直在 寸越细小，夹杂物的去除效率越高，目前产生气泡 进行，但是，炼钢是大规模连续生产，仅靠自然上浮 的方法有很多种，但用风嘴和喷枪吹气产生的气泡 效率很低，无法满足生产要求，因此常常采用专门的 直径约为20mm,多孔砖和各种吹嘴产生的气泡直 手段，例如气泡法、渣洗、过滤和离心分离，强化夹杂 径为10~20mm,气泡尺寸大，去夹杂效果不理 收稿日期：2009-06-22 作者简介：唐复平(1958一)，男，教授级高级工程师，博士，Emal:breeze-1029@yahoo-com~cm
反应诱发微小异相净化钢水 唐复平1） 李 镇1） 王晓峰12） 刘万山1） 闻立时2） 1） 鞍山钢铁集团公司鞍山114000 2） 中国科学院金属研究所沈阳110000 摘 要 提出了一种夹杂物控制技术———反应诱发微小异相净化钢水技术采用转盘造粒工艺制备了具有该种功能的复合 球体并在 RH 精炼后期加入上述球体进行工业现场试验．结果表明：反应诱发微小异相净化钢水技术是一种成本低、效率高 且简便易行的夹杂物控制技术它可以短时间（大约10min）内显著降低钢液中的非金属夹杂物的数量；与传统工艺相比采用 该技术对钢液进行处理后铸坯中氧化物夹杂的数量明显减少尺寸变小铸坯的平均全氧 T ［O］最低可达6×10—6吨钢成本 可降低5～10元． 关键词 RH 精炼；夹杂物去除；复合球体；小气泡；渣洗 分类号 TF703∙5＋4 Purification of liquid steel with fine heterophases induced by explosive reaction in RH ladles T A NG Fu-ping 1）LI Zhen 1）W A NG Xiao-feng 12）LIU W an-shan 1）W EN L-i shi 2） 1） Anshan Iron and Steel Group CompanyAnshan114000China 2） Institute of Metal ResearchChinese Academy of ScienceShenyang110000China ABSTRACT Inclusions in liquid steel were removed with fine dispersed heterophases induced by the explosive reaction of composite spheres in a RH ladle．T he composite spheres were produced with a rotating plate granulator and fed into liquid steel at the end of RH refining for industrial tests．T he results indicate that the inclusion removal technology is of low costhigh efficiency and easy to operate．It can obviously decrease non-metallic inclusions in liquid steel in about 10min．In comparison with conventional methodsthe number of oxide inclusions decreases to a lower levelthe inclusion size becomes finerthe total oxygen in the as-cast slab can approach to6×10—6and the production cost for per ton of steel can be reduced by 5to10yuan RMB． KEY WORDS RH refining；inclusion removal；composite sphere；small bubbles；slag infiltration 收稿日期：20090622 作者简介：唐复平（1958—）男教授级高级工程师博士E-mail：breeze—1029＠yahoo．com．cn 随着钢铁工业的进一步发展钢的材质设计和 应用技术的开发给冶金工业带来了极大的挑战．钢 铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产 品性能稳定性高的方向发展其中高纯净度钢的生 产是21世纪钢铁企业面临的重大课题［1—3］．提高钢 产品质量、生产纯净钢的关键在于控制夹杂物． 通常钢液中的大型夹杂物部分可以通过自然上 浮去除可以说这种情况在整个冶金过程中一直在 进行．但是炼钢是大规模连续生产仅靠自然上浮 效率很低无法满足生产要求因此常常采用专门的 手段例如气泡法、渣洗、过滤和离心分离强化夹杂 物的去除［4—6］．其中吹氩是最为常见的精炼手段． 采用吹氩工艺可以达到三个冶金目的：搅拌（均匀成 分和温度）、脱气和去夹杂．吹氩对夹杂物的作用表 现在两个方面：一是通过气泡的捕捉、吸附作用直 接去除夹杂物；二是通过浮力搅拌间接促进夹杂物 碰撞聚合从而促进夹杂上浮．研究表明夹杂物的 去除效率与气泡的尺寸有着密切关系即气泡的尺 寸越细小夹杂物的去除效率越高．目前产生气泡 的方法有很多种但用风嘴和喷枪吹气产生的气泡 直径约为20mm多孔砖和各种吹嘴产生的气泡直 径为10～20mm气泡尺寸大去夹杂效果不理 第31卷 第10期 2009年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．10 Oct．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．10．010
.1236 北京科技大学学报 第31卷 想[].Wang的研究结果表明]，从钢液中去除 540℃ MgCO3 Mg0+C02↑ (2) 50m以下的Al203夹杂的最佳气泡直径为0.5一 MgCO: (2) 2mm.要获得这么小的气泡，只有将氩气引入足够 54oC,MgO+CO2↑ 湍流强度的钢流中才能实现，研究表明，在钢包与 热传速 细小气泡与 渣滴 中间包之间的长水口保护管中吹入氩气，利用钢液 热传递阶段 的湍流剪切作用（钢流的速度可达1~3ms1)可以 在钢液中引入大小为0.5~1mm的气泡9-13].这样 图1反应诱发微小气泡和渣滴 的气泡俘获夹杂物颗粒的概率很高：但气泡在中间 Fig.I Fine bubbles and slag particles in molten steel induced by the 包内作用时间较短，夹杂物去除效率并未得到显著 explosive reaction 提高.最近日本钢管公司提出一种加压减压法 为了提高球体的热稳定性，对钢液进行渣洗，复 (NK-PERM)].其原理是钢水在带有加热功能的 合球体中需加入一些碱土氧化物，这些碱土氧化物 NK一AP钢包炉中用超高碱度合成渣(5%~ 可以是Ca0或MgO等中的一种或几种的混合物. 15%CaF2)精炼的同时，用顶吹喷枪和包底透气砖 复合球体的加入可以在RH精炼过程中实现， 吹氮，使钢中氨达到1×10-4~4×10-4，然后在RH 首先将复合球体装入RH高位料仓，当RH真空室 真空循环脱气装置中脱气去夹杂，钢液中过饱和的 在500Pa以下时，投入复合球体，复合球体在下落 氮在迅速减压过程中析出，并在固体A03夹杂表 过程中不断加速以至于球体在与钢液碰撞时能够浸 面形成细小气泡，夹杂物随小气泡上浮而排除，据 入到钢液内部.由于RH循环过程中钢液的流速较 称此法可使钢的T[0]含量降低到7×10-6~9× 高（一般在0.3ms-1以上[），浸入钢水后的球体 10-6,然而该方法存在一个最大的问题就是对于有 会随着钢液循环到钢包底部，在钢包深处爆裂释放 含氨量要求的钢种来说是不适合的 出细小的气泡以及渣滴，渣滴与气泡上浮，将会在钢 虽然上述方法能在一定程度上去除钢液粗大的 液中形成一个动态过滤网筛，将钢液中非金属夹杂 夹杂物颗粒，但是却不能对细小夹杂物进行有效的 物带到钢包顶部的渣层中，从而净化钢水，具体如图 控制，钢液中细小夹杂物的去除问题是目前各种炉 2所示 外精练技术无法有效解决的问题，也是近年来炼钢、 复合球体 连铸新技术研究的热点课题 1 反应诱发微小异相去除钢中细小夹杂物 提升气体 技术的提出 通常钢液中非金属夹杂物的去除主要通过以下 ,小气泡 两种途径实现：(1)夹杂物相互碰撞聚合形成大尺 大包 Linnm 寸的夹杂物，后通过Stokes运动上浮去除；(2)利用 气泡的粘附作用将钢液中的非金属夹杂物带出钢 图2复合球体在RH精炼过程中加入示意图 液.本研究的基本思想就是设计一种复合球体，该 Fig.2 Schematic of composite spheres feeding in a RH ladle 复合球体在高温下会分解释放出微小气泡和细小渣 滴，如图1所示.气泡尺寸细小可以增加其与夹杂 2 反应诱发微小异相去除细小夹杂物工艺 物碰撞概率，提高夹杂物的去除效率；细小渣滴的存 的工业现场试验 在具有渣洗的作用，Turkdogan等的研究表明14， 按一定的比例取石灰石与生石灰粉料，两种粉 通过在钢液中引入细小的碳酸钠，可以在钢液中生 料经过研磨粒径约为200m.在制球前两种粉料要 成微小的气泡，小气泡不但能够使钢液成分和温度 进行充分烘干、搅拌处理，采用滚动方法在转盘造 均匀，而且通过气泡的捕捉、吸附作用，直接去除夹 粒机上进行制球，球体的密度为3gcm3.采用普 杂物，因此本研究在复合球体中采用碳酸盐（如碳 通B板作为试验钢，试验钢的工艺路线为BOF十 酸钙、碳酸镁)作为微小气泡的原位生成剂，具体反 LF十RH十CC·复合球体在RH精炼过程中加入， 应如下式所示 球体喂入后净循环一定时间，破真空上机浇注， 825℃ CaCO3 ℃a0十C02↑ (1) 图3为复合球体处理罐次与对比罐次T[0]的
想［7—9］．Wang 的研究结果表明［6］从钢液中去除 50μm以下的 Al2O3 夹杂的最佳气泡直径为0∙5～ 2mm．要获得这么小的气泡只有将氩气引入足够 湍流强度的钢流中才能实现．研究表明在钢包与 中间包之间的长水口保护管中吹入氩气利用钢液 的湍流剪切作用（钢流的速度可达1～3m·s —1）可以 在钢液中引入大小为0∙5～1mm 的气泡［9—13］．这样 的气泡俘获夹杂物颗粒的概率很高；但气泡在中间 包内作用时间较短夹杂物去除效率并未得到显著 提高．最近日本钢管公司提出一种加压减压法 （NK—PERM） ［2］．其原理是钢水在带有加热功能的 NK—AP 钢 包 炉 中 用 超 高 碱 度 合 成 渣 （5％～ 15％ CaF2）精炼的同时用顶吹喷枪和包底透气砖 吹氮使钢中氮达到1×10—4～4×10—4然后在 RH 真空循环脱气装置中脱气去夹杂．钢液中过饱和的 氮在迅速减压过程中析出并在固体 Al2O3 夹杂表 面形成细小气泡夹杂物随小气泡上浮而排除．据 称此法可使钢的 T ［O］含量降低到7×10—6～9× 10—6然而该方法存在一个最大的问题就是对于有 含氮量要求的钢种来说是不适合的． 虽然上述方法能在一定程度上去除钢液粗大的 夹杂物颗粒但是却不能对细小夹杂物进行有效的 控制．钢液中细小夹杂物的去除问题是目前各种炉 外精练技术无法有效解决的问题也是近年来炼钢、 连铸新技术研究的热点课题． 1 反应诱发微小异相去除钢中细小夹杂物 技术的提出 通常钢液中非金属夹杂物的去除主要通过以下 两种途径实现：（1） 夹杂物相互碰撞聚合形成大尺 寸的夹杂物后通过 Stokes 运动上浮去除；（2） 利用 气泡的粘附作用将钢液中的非金属夹杂物带出钢 液．本研究的基本思想就是设计一种复合球体该 复合球体在高温下会分解释放出微小气泡和细小渣 滴如图1所示．气泡尺寸细小可以增加其与夹杂 物碰撞概率提高夹杂物的去除效率；细小渣滴的存 在具有渣洗的作用．Turkdogan 等的研究表明［14］ 通过在钢液中引入细小的碳酸钠可以在钢液中生 成微小的气泡小气泡不但能够使钢液成分和温度 均匀而且通过气泡的捕捉、吸附作用直接去除夹 杂物．因此本研究在复合球体中采用碳酸盐（如碳 酸钙、碳酸镁）作为微小气泡的原位生成剂具体反 应如下式所示． CaCO3 825℃ CaO＋CO2↑ （1） MgCO3 540℃ MgO＋CO2↑ （2） 图1 反应诱发微小气泡和渣滴 Fig．1 Fine bubbles and slag particles in molten steel induced by the explosive reaction 为了提高球体的热稳定性对钢液进行渣洗复 合球体中需加入一些碱土氧化物．这些碱土氧化物 可以是 CaO 或 MgO 等中的一种或几种的混合物． 复合球体的加入可以在 RH 精炼过程中实现． 首先将复合球体装入 RH 高位料仓当 RH 真空室 在500Pa 以下时投入复合球体复合球体在下落 过程中不断加速以至于球体在与钢液碰撞时能够浸 入到钢液内部．由于 RH 循环过程中钢液的流速较 高（一般在0∙3m·s —1以上［9］ ）浸入钢水后的球体 会随着钢液循环到钢包底部在钢包深处爆裂释放 出细小的气泡以及渣滴渣滴与气泡上浮将会在钢 液中形成一个动态过滤网筛将钢液中非金属夹杂 物带到钢包顶部的渣层中从而净化钢水具体如图 2所示． 图2 复合球体在 RH 精炼过程中加入示意图 Fig．2 Schematic of composite spheres feeding in a RH ladle 2 反应诱发微小异相去除细小夹杂物工艺 的工业现场试验 按一定的比例取石灰石与生石灰粉料两种粉 料经过研磨粒径约为200μm．在制球前两种粉料要 进行充分烘干、搅拌处理．采用滚动方法在转盘造 粒机上进行制球球体的密度为3g·cm —3．采用普 通 B 板作为试验钢试验钢的工艺路线为BOF＋ LF＋RH＋CC．复合球体在 RH 精炼过程中加入 球体喂入后净循环一定时间破真空上机浇注． 图3为复合球体处理罐次与对比罐次 T ［O］的 ·1236· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第10期 唐复平等：反应诱发微小异相净化钢水 ,1237. 对比、可见，在RH工位采用本工艺处理后，过程样 12 的T[O]发生显著变化，例如RH搬入时钢水的 CaCO CaO=1:15 T[0]为2×10-5，处理后钢水的T[0]为1.6×10-5： 10 而对比罐次RH搬入、搬出钢水的T[O]分别为 8 3.3×10-5和3.2X10-5.可见RH精炼过程中向钢 6 水中喂入复合球体能够显著降低钢水的T[0],同 时，铸坯T[O]也得到了显著降低.对对比罐次和试 验罐次的第3块板坯坯头取样分析表明，对比罐次 铸坯的平均T[0]为1.4×10-5，而处理罐次的铸坯 2 的平均T[0]为8×10-6.近期的另一次试验结果表 复合球体加人方案 明，经过复合球体处理后铸坯的T[0]已经达到6× 10-6. 方案1：对比试样；方案2：喂入25kg复合球体处理：方案3：喂入 50 50kg复合球体处理 ☒对比试样 图4不同喂球工艺处理后铸坯内弧1/4处氧化物夹杂数密度 ☐处理试样一吸人25kg复合球体 40 CaCO.:Ca0=l:15 Fig.4 Number density of oxide inclusions in the inner quarter part of the as-cast slab after different feeding treatments 30 90r 对比罐次 20 2☑喂人25kg复合球体 四限人50kg复合球体 CaC0,Ca0=1:15 o 45 LF灌入LF凝出RH搬人H餐出中间包铸还 工位 15 图3连铸精炼过程中T[0]的变化 Fig.3 Variation of T[O]during secondary refining and continuous <2μ4m 2-3m 3-5μm casting 夹杂物尺寸分布 采用Zeris Axiovert200MAT光学显微镜对不 图5不同工艺处理后铸坯内弧1/4处氧化物夹杂的尺寸分布 同复合球体喂入工艺处理后的铸坯中的氧化物夹杂 Fig.5 Size distribution of oxide inclusions in the quarter inner part 进行定量金相分析，分析视场为200个，分析结果 of the as cast slab after different feeding treatments 表明，钢液在RH精炼过程中经过喂入CaCO3十 0.005 Ca0复合球体处理后，铸坯中夹杂物数密度降低，夹 CaCO.Ca0=1:15 杂物面积分数减小，并且夹杂物的尺寸分布有减小 0.004 的趋势，具体如图4~图6所示.例如，对比罐次铸 坯内弧1/4处氧化物夹杂数密度为11.875mm-2, 0.003 面积分数为0.00459%，尺寸为3~5m的氧化物 0.002 夹杂占夹杂物总量的14.7%；而当在RH精炼过程 中喂入100 kg CaC03十Ca0复合球体后，铸坯内弧 0.001 1/4处氧化物夹杂数密度为5.125mm-2,面积分数 仅为0.00147%，尺寸为3~5m的氧化物夹杂占 2 3 夹杂物总量的4.88%，相应地，小尺寸的氧化物夹 复合球体加入方案 杂(2~3m)的数量明显增多，在这一尺寸范围分布 方案1：对比试样：方案2：喂入25kg复合球体处理：方案3：喂入 的氧化物夹杂的数量可占氧化物夹杂总量的 50kg复合球体处理 68.29%. 图6不同工艺处理后铸坯内就1/4处氧化物夹杂的面积分数 在RH精炼处理过程中，通过向钢液中引入细 Fig.6 Area fraction of oxide inclusions in the quarter inner part of 小的异相颗粒并利用RH真空循环处理功能，促进 the as cast slab after different feeding treatments
对比．可见在 RH 工位采用本工艺处理后过程样 的 T ［O ］ 发生显著变化例如 RH 搬入时钢水的 T ［O］为2×10—5处理后钢水的 T ［O］为1∙6×10—5； 而对比罐次 RH 搬入、搬出钢水的 T ［O ］ 分别为 3∙3×10—5和3∙2×10—5．可见 RH 精炼过程中向钢 水中喂入复合球体能够显著降低钢水的 T ［O］．同 时铸坯 T ［O］也得到了显著降低．对对比罐次和试 验罐次的第3块板坯坯头取样分析表明对比罐次 铸坯的平均 T ［O］为1∙4×10—5而处理罐次的铸坯 的平均 T ［O］为8×10—6．近期的另一次试验结果表 明经过复合球体处理后铸坯的 T ［O］已经达到6× 10—6． 图3 连铸精炼过程中 T ［O］的变化 Fig．3 Variation of T ［O］ during secondary refining and continuous casting 采用 Zeris Axiovert 200 MAT 光学显微镜对不 同复合球体喂入工艺处理后的铸坯中的氧化物夹杂 进行定量金相分析分析视场为200个．分析结果 表明钢液在 RH 精炼过程中经过喂入 CaCO3＋ CaO 复合球体处理后铸坯中夹杂物数密度降低夹 杂物面积分数减小并且夹杂物的尺寸分布有减小 的趋势具体如图4～图6所示．例如对比罐次铸 坯内弧1／4处氧化物夹杂数密度为11∙875mm —2 面积分数为0∙00459％尺寸为3～5μm 的氧化物 夹杂占夹杂物总量的14∙7％；而当在 RH 精炼过程 中喂入100kg CaCO3＋CaO 复合球体后铸坯内弧 1／4处氧化物夹杂数密度为5∙125mm —2面积分数 仅为0∙00147％尺寸为3～5μm 的氧化物夹杂占 夹杂物总量的4∙88％相应地小尺寸的氧化物夹 杂（2～3μm）的数量明显增多在这一尺寸范围分布 的 氧 化 物 夹 杂 的 数 量 可 占 氧 化 物 夹 杂 总 量 的 68∙29％． 在 RH 精炼处理过程中通过向钢液中引入细 小的异相颗粒并利用RH真空循环处理功能促进 方案1：对比试样；方案2：喂入25kg 复合球体处理；方案3：喂入 50kg 复合球体处理 图4 不同喂球工艺处理后铸坯内弧1／4处氧化物夹杂数密度 Fig．4 Number density of oxide inclusions in the inner quarter part of the as-cast slab after different feeding treatments 图5 不同工艺处理后铸坯内弧1／4处氧化物夹杂的尺寸分布 Fig．5 Size distribution of oxide inclusions in the quarter inner part of the as-cast slab after different feeding treatments 方案1：对比试样；方案2：喂入25kg 复合球体处理；方案3：喂入 50kg 复合球体处理 图6 不同工艺处理后铸坯内弧1／4处氧化物夹杂的面积分数 Fig．6 Area fraction of oxide inclusions in the quarter inner part of the as-cast slab after different feeding treatments 第10期 唐复平等： 反应诱发微小异相净化钢水 ·1237·
.1238. 北京科技大学学报 第31卷 钢液中的A1203夹杂与微小异相颗粒的碰撞、聚集 在较短的时间内熔化，形成渣滴，渣滴在钢液的循环 和长大，加快夹杂物的上浮去除，减少钢中夹杂物含 过程中会与细小非金属夹杂物发生碰撞、反应和吸 量，提高钢水的洁净度.图7(a)为复合球体处理过 附，从而生成低熔点的液态非金属夹杂物，这样，通 程中捕获到的非金属夹杂物颗粒，可见，该夹杂物 过Ca0基渣滴对非金属夹杂物的吸附就可以促进 粒子主要以钙铝酸盐为主，其大小在120m左右， 钢水的净化，另外，加入的膨胀剂CaCO3在高温下 从前面的试验过程可以知道，本研究采用的是粉末 会分解生成大量微小气泡，气泡上浮也会与夹杂物 尺寸为200m左右的CaC03和Ca0,这种粒子在 发生碰撞、吸附，从而将钢液中的细小夹杂物去除， 球体爆裂后会被释放出来，由于粉末细小，粒子可能 具体如图7(b)所示. (a) (b) 气泡 夹杂物 20m 4820kVX8020μm■ 图7Ca0渣滴对钢液中非金属夹杂物的吸附(a)与气泡对夹杂物的吸附(b) Fig.7 Adhesion effects of the molten Cao slag particle (a)and bubble on the non metallic inclusion 1m,1997,37(10):946 3结论 [6]Wang L H.Lee HC.Hayes P.Prediction of the optimum bubble size for inclusion removal from molten steel by flotation.ISIJ 本文提出一种全新的夹杂物控制工艺一反应 1,1996,36(1):7 诱发微小异相去除钢液中细小夹杂物，设计了具有 [7]Wang YZ.Analysis and control method on the inclusion resource 该种功能的复合球体，并且开展了工业现场试验研 in the ultralow head steel plate.Iron Steel.2000,35(11):26 (王一洲。超低头板坯夹杂物来源分析及控制实践.钢铁， 究，结果表明，反应诱发微小异相去除细小夹杂物 2000,35(11):26) 工艺对于去除钢液中的非金属夹杂物有着显著的作 [8]Wang L T,Zhang Q Y,Peng S H.et al.Model for growth and 用，处理后铸坯中的平均T[0]得到显著降低.与传 removal of inclusion in a multituyere ladle during gas stirring. 1SJ1t,2005,45(3):331 统工艺相比，该技术具有方便易行、成本低且效率高 [9]Wang L T,Zhang Q Y.Peng S H,et al.Fundamental of inclu- 等特点，采用该技术对钢液进行处理后，铸坯中氧 sion removal from molten steel by rising bubble.J Iron Steel Res 化物夹杂的数量明显减少，尺寸变小，钢的全氧最低 It,2004,11(6):5 可达6×10-6.反应诱发微小异相去除细小夹杂物 [10]Wang L T,Zhang Q Y,Peng S H.et al.Mathematical model for removal of inclusion in molten steel by gas at ladle shroud. 工艺是一种全新的夹杂物控制技术，值得深入研究， 1S1J1nt,2005,45(8):1138 [11]Bessho N,Yamasaki H.Fujii T.et al.Removal of inclusion 参考文献 from molten steel in continuous casting tundish.ISI/Int, 1992,32(1):157 [1]Takaki S.Kawasaki K.Kimura Y.Mechanical properties of ultra [12]Liu Z Z.Cai KK.Cleanness steel production technology.Iron fine grained steels.Mater Process Technol.2001.117:359 Sel,2000,35(2):64 [2]Kato T.Stirring in the steelmaking processes.Trans ISI. (刘中柱，蔡开科.纯净钢生产技术.钢铁，2000,35(2)：64) 1986,26:851 [13]Zhu M Y.Xiao Z Q.Mathematic and Physical simulation on [3]Ouchi C.Development of steel plates by intensive use of TMCP the Secondary Refining Process.Beijing:Metallurgical Industry and direet quenching processes.ISIJ Int,2001.41(6):542 Press.1998 [4]Lee T,Kim HJ.Kang B Y,et al.Effect of inclusion size on the (朱苗勇，萧泽强。钢的精炼过程数学物理模拟.北京：治金 nucleation of acicular ferrite in welds.ISIJ Int,2000.40(12): 工业出版，1998) 1260 [14]Turkdogan E T.Novel concept of cleansing liquid steel of solid [5]Yin H.Shibata H.Emiand T,et al.Characteristics on molten oxide inclusions by cullet injection in ladle.Ironmaking Steel- steel of agglomeration surface of various inclusion particles.ISI making,2004,31(2):131
钢液中的 Al2O3 夹杂与微小异相颗粒的碰撞、聚集 和长大加快夹杂物的上浮去除减少钢中夹杂物含 量提高钢水的洁净度．图7（a）为复合球体处理过 程中捕获到的非金属夹杂物颗粒．可见该夹杂物 粒子主要以钙铝酸盐为主其大小在120μm 左右． 从前面的试验过程可以知道本研究采用的是粉末 尺寸为200μm 左右的 CaCO3 和 CaO这种粒子在 球体爆裂后会被释放出来由于粉末细小粒子可能 在较短的时间内熔化形成渣滴渣滴在钢液的循环 过程中会与细小非金属夹杂物发生碰撞、反应和吸 附从而生成低熔点的液态非金属夹杂物．这样通 过 CaO 基渣滴对非金属夹杂物的吸附就可以促进 钢水的净化．另外加入的膨胀剂 CaCO3 在高温下 会分解生成大量微小气泡气泡上浮也会与夹杂物 发生碰撞、吸附从而将钢液中的细小夹杂物去除 具体如图7（b）所示． 图7 CaO 渣滴对钢液中非金属夹杂物的吸附（a）与气泡对夹杂物的吸附（b） Fig．7 Adhesion effects of the molten CaO slag particle （a） and bubble on the non-metallic inclusion 3 结论 本文提出一种全新的夹杂物控制工艺———反应 诱发微小异相去除钢液中细小夹杂物设计了具有 该种功能的复合球体并且开展了工业现场试验研 究．结果表明反应诱发微小异相去除细小夹杂物 工艺对于去除钢液中的非金属夹杂物有着显著的作 用处理后铸坯中的平均 T ［O］得到显著降低．与传 统工艺相比该技术具有方便易行、成本低且效率高 等特点．采用该技术对钢液进行处理后铸坯中氧 化物夹杂的数量明显减少尺寸变小钢的全氧最低 可达6×10—6．反应诱发微小异相去除细小夹杂物 工艺是一种全新的夹杂物控制技术值得深入研究． 参 考 文 献 ［1］ Takaki SKawasaki KKimura Y．Mechanical properties of ultra fine grained steels．J Mater Process Technol2001117：359 ［2］ Kato T．Stirring in the steelmaking processes． T rans ISIJ 198626：851 ［3］ Ouchi C．Development of steel plates by intensive use of T MCP and direct quenching processes．ISIJ Int200141（6）：542 ［4］ Lee TKim H JKang B Yet al．Effect of inclusion size on the nucleation of acicular ferrite in welds．ISIJ Int200040（12）： 1260 ［5］ Yin HShibata HEmiand Tet al．Characteristics on molten steel of agglomeration surface of various inclusion particles．ISIJ Int199737（10）：946 ［6］ Wang L HLee H GHayes P．Prediction of the optimum bubble size for inclusion removal from molten steel by flotation． ISIJ Int199636（1）：7 ［7］ Wang Y Z．Analysis and control method on the inclusion resource in the ultra-low head steel plate．Iron Steel200035（11）：26 （王一洲．超低头板坯夹杂物来源分析及控制实践．钢铁 200035（11）：26） ［8］ Wang L TZhang Q YPeng S Het al．Model for growth and removal of inclusion in a mult-i tuyere ladle during gas stirring． ISIJ Int200545（3）：331 ［9］ Wang L TZhang Q YPeng S Het al．Fundamental of inclusion removal from molten steel by rising bubble．J Iron Steel Res Int200411（6）：5 ［10］ Wang L TZhang Q YPeng S Het al．Mathematical model for removal of inclusion in molten steel by gas at ladle shroud． ISIJ Int200545（8）：1138 ［11］ Bessho NYamasaki HFujii Tet al．Removal of inclusion from molten steel in continuous casting tundish． ISIJ Int 199232（1）：157 ［12］ Liu Z ZCai K K．Cleanness steel production technology．Iron Steel200035（2）：64 （刘中柱蔡开科．纯净钢生产技术．钢铁200035（2）：64） ［13］ Zhu M YXiao Z Q．Mathematic and Physical simulation on the Secondary Refining Process．Beijing：Metallurgical Industry Press1998 （朱苗勇萧泽强．钢的精炼过程数学物理模拟．北京：冶金 工业出版1998） ［14］ Turkdogan E T．Novel concept of cleansing liquid steel of solid oxide inclusions by cullet injection in ladle．Ironmaking Steelmaking200431（2）：131 ·1238· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷