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user: 3. 帘线钢的纯净化 3.1. 无铝脱氧工艺 解决钢中Al 2 O 3 夹杂带来的影响主要思路有两条：一是使用如Si-Al-Fe或Si-Al-Ca-Ba等含铝的脱氧剂进行预脱氧，再通过后续调整精炼工艺，以达到将大部分Al 2 O 3 夹杂去除；二是采用无铝脱氧工艺，即通过提前脱磷，提高转炉终点钢的碳含量，降低Ti含量，以硅锰、硅铁或者锰铁替代纯铝或含铝合金进行脱氧合金化，并采用碳硅或硅钙进行终脱氧处理 [ 12 ] [ 13 ]。但方法一对夹杂物的处理难度较大，因此，目前主要采用无铝脱氧工艺。方法二在终脱氧后，对Al 2 O 3 起一定的抑制作用。同时需要严格控制所用原料中的铝含量和钢水包衬材料中的Al 2 O 3 含量等。 当采用Si、Mn复合脱氧时，脱氧反应可表示为 [ 14 ]： 2MnO ( s ) + [ Si ] = SiO 2 ( s ) + 2 [ Mn ] Δ G 1 θ = − 5700 − 34.8 T ( J/mol ) (1) 在低氧势条件下，炉渣中部分Al 2 O 3 被还原进入钢液，[Al]因而参与脱氧，复合脱氧反应可表示为 [ 15 ]： 2 / 3 Al 2 O 3 ( s ) + [ Si ] = SiO 2 ( s ) + 4 / 3 [ Al ] Δ G 2 θ = 219400 − 35.7 T ( J/mol ) (2) 3.2. 钙处理工艺 Ca用于净化钢液不仅能深脱氧，还能深脱硫，同时Ca能对夹杂进行变性处理，Ca能够与Al 2 O 3 发生反应 [ 12 ]： 3xCa + 3yAl 2 O 3 = 3xCaO ⋅ ( 3y − x ) Al 2 O 3 + 2xAl (3) Ca处理工艺通过喂Si-Ca线，让Ca在钢液中得到扩散，生成mCaO-nAl 2 O 3 ，当CaO的含量超过25%时，会生成液态钙铝酸盐 [ 12 ]。当将Al 2 O 3 通过钙处理变性成液态的钙铝酸盐后，大部分液态的钙铝酸盐会上浮进入渣层，随着渣被清除。即使剩下少量残留，也会形成较小的球状夹杂。 钙处理过程中，要注意把控好w(Ca)/w(Al)和w(Ca)/w(S)的值，以避免CaS包裹mCaO-nAl 2 O 3 型的不变形夹杂产生，这种夹杂形成，将影响钢的性能。虽然钙处理工艺有利于钢液的纯净化，但成本会随之增加。 除了喂Si-Ca线外，可以考虑喂Si-Ca-Ba线，在添加了Ba之后能够将Ca的变性能力放大 [ 16 ]。 3.3. TiN夹杂物的控制 TiN或Ti(C， N)夹杂一般呈棱角状，其硬度高，塑性加工的过程中不发生变形，对帘线钢的性能影响恶劣，可能会造成在拉拔捏股的过程中钢丝发生断裂，还降低钢丝的抗疲劳性能 [ 17 ]。对于TiN夹杂物的控制和处理，需要对钢中的氮钛积([Ti] × [N])进行限制，其主要通过两种措施，一是控制Ti的含量，二是控制N的含量 [ 18 ]。 3.3.1. Ti的控制措施 对于Ti含量的控制，考虑其引入路径 [ 19 ] [ 20 ]。首先在入炉铁水和废钢就需要对Ti含量有所限制，采用低Ti的铁水和低Ti的废钢，可以减少源头Ti的引入。其次，合金、造渣料和钢包同样有可能带入Ti。采用低Ti合金和低Ti造渣料，同时对在帘线钢的生产过程中，采用专用的钢包，避免钢水污染。最后在出钢过程中进行挡渣，严格控制转炉下渣量，并对钢水进行扒渣处理，避免回Ti。 Wang等人 [ 21 ] 根据热力学计算，分析了含Ti夹杂物(TiC、TiN和TiC X N 1−X )在SWRH 92A帘线钢中的析出行为。结果表明，三种类型的夹杂物都不能在液相区析出，因为它们的溶解度较低。TiN和TiC X N 1−X 在凝固后期(固相分数大于0.98)时可在糊状区析出，TiC只能在起始温度为1241K的固相(γ-Fe)中析出，并测定了TiC X N 1−X →TiN→TiC的析出顺序。 3.3.2. N的控制措施 在转炉过程中，往往会对钢水进行点吹，以达到除P的目的 [ 13 ]。但是点吹会使得钢水产生流动，钢水容易吸氮。因此在生产中对P、S和Ti的含量进行限制，在P含量合格的前提下，采用高拉碳技术。同时，配合低N增碳剂和低N合金，也可以有效避免N含量的增加。此外，在出钢时间需要严格控制，时间过长，钢液从空气中吸收的N就越多 [ 20 ]。 在LF精炼过程中，各种不当的操作会增加钢水中的氮含量 [ 19 ]。首先，必须确保钢水温度和成分合格。同时，在第一次加热中，加入电石处理炉渣，电石与氧气反应产生气体并通过气泡上浮，以减少电弧在高温下电离产生的氮气进入钢液中。在每次测量温度之前和碳混合之后，可以在短时间内进行大的氩气搅拌，并且搅拌时间不应超过1分钟。如果没有特殊需要，其余操作需要少量氩气。同时，由于氧可以占据钢水的自由表面，适当增加氧含量可以减少氮的增加。帘线钢的生产采用单LF炉的进料方式，减少了LF炉的加工时间，加快了生产节奏，有效避免空气和钢水直接接触，并有效减少了氮的增加。 在连铸过程中，为了减少钢中氮含量增加。连铸长水口氩气开度为30%~40%。中间包使用镁质预熔覆盖物以确保钢液液面被完全覆盖，并且在浇铸时适当地添加覆盖剂。同时采用中间包气幕挡墙和加压减压法，以及中间包挡墙由V型两侧孔改为V型单侧4孔等方法，都能有效减少钢中夹杂 [ 12 ] [ 13 ]。 铁水中的氢和氮的溶解度与气体中的气体成分平方根成正比。陈均等人 [ 22 ] 研发出一种氮含量的方法。包括转炉氧气顶吹、出钢前调渣处理，挡渣出钢，其中，根据钢种对氮含量的要求，在转炉氧气顶吹过程中采用不同的底吹模式，并在吹炼末期加入发泡剂，在出钢前1~3 min提前对钢包进行吹氩，出钢过程对钢包进行软吹氩操作。本发明能将转炉终点钢中氮含量控制在11 ppm以内，出钢过程增氮量控制在1~3 ppm以内。北京科大三泰科技发展有限公司开发出一种超低氢钢H ≤ 1.5 ppm的冶炼方法 [ 23 ]。通过控制出钢渣层厚度、到站钢水温度和到站氢含量等初始条件，在真空条件下调节单嘴炉浸渍管插入深度、真空度、以及钢包偏心底吹氩气搅拌钢水来达到脱氢的目的。 3.4. 搅拌净化工艺 文献 [ 24 ] 指出，在LF精炼之后采用RH精炼，帘线钢盘条中夹杂物的Al 2 O 3 含量会较高，不利于夹杂物塑性化的控制，可能会使得少部分夹杂物的成分偏离低熔点区域。如果采用软吹氩气的方式替代RH精炼，可以更好的控制夹杂物成分，使得钢中夹杂物位于低熔点区域。采用氩气进行气体搅拌是常见的精炼的方法之一，由于大气量进行吹氩搅拌会使得钢水二次氧化和卷渣，同时难以使小颗粒的夹杂物上浮，去夹杂的效果不理想。采用全程软吹氩搅拌工艺是解决方法之一，为了保证有足够的时间使得夹杂上浮达到渣层，软吹氩搅拌过程至少在10~15 min以上。但是，软吹氩过程中会导致钢水温度下降，在浇铸过程中温度难以控制，造成温度过低，若是采用点加热控制温度，部分炉渣会被重新卷入钢液，影响钢液的洁净度。凌海涛等人 [ 25 ] 试验显示LF精炼时长增加到96 min (其中软吹氩时间在20~30 min)时，是氮发生波动增加的临界时间。同时MgO-CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -MnO系五元夹杂在LF精炼过程中会逐渐偏出低熔点区域，当LF精炼时长增加到96 min (其中软吹氩时间在20~30 min)时，其又回到低熔点区域，塑性增加，大尺寸夹杂上浮。结合生产实际，武钢软吹氩时间控制在25~35 min之间，软吹流量控制在0.040 m 3 /min [ 26 ]。 同时，可采用钢包电磁搅拌辅助气体搅拌，搅拌更充分，钢包内各个部分都能在流场中 [ 12 ]。 对钢水搅拌的目的是加速和强化精炼反应，这是加强冶金反应动力学的重要条件。气体可以通过透气砖、风眼或者喷枪来输入。吹入气体的比搅拌能ɛ与气体流量有关： ε = 6.2 × 10 3 Q t L m − ln ( 1 + 9.68 × 10 − 3 ρ z ) + ( 1 − t G t L ) (4) 式中ɛ：比搅拌能，Q：气体流量，m：钢液质量，ρ：钢液密度，z：插入深度，t L ：钢液温度，t G ：气体温度。 可以看出，通过控制气体流量和插入深度，都能够提高比搅拌能。 最近广西大学和广西柳州钢铁集团研究院合作，研发了多孔吹头钢包精炼技术。该技术基于惰性气体通过耐火材料砂粒空隙中的数学模型。将多孔吹头置于钢包内，可以形成弥散的惰性气体气泡，并可以通过调气源的压力和流量控制气泡喷出的速度。由于向钢水中吹入惰性气体，气体本身不和钢水产生冶金反应，气泡中的氢、氮和一氧化碳分压接近于零，因而能够通过扩散“吸入”更多的氢、氮的气体元素，从而使钢水得到纯净化。通过移动吹头，还可以控制搅拌区域。水力学模拟表明，用100目左右的砂粒制备的多孔喷头，能得到弥散细小的气泡流，具有良好的精炼效果。