钢液吹氩处理(blowing   argon   treatment)

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。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、温度均液进行搅拌，称为盖扎尔(Gazal)法。(见图)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(图中b)。1963年美国Lin&!公司也对Gazal法进行改进(图中c)，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～llOO℃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氢是依据西华特定律：去除钢液中的氮：

由于氩气泡中PH₂和PN₂趋近于零，而使钢液中溶解的氢和氮进入到氩气泡内而被携带出去。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氩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，而氩气泡中声PO₂趋于零，氩气泡表面与非金属氧化物夹杂之间的界面张力与PO₂有关，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，而被氩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。温降可按下式计算：

式中VAr为氩气耗量，m³；‰、CAr_`C_M为氩和钢液的比热容，kJ／kg；TAr，T_M为吹氩过程，Ar气和钢液的温度变化，K；Vm为钢液量，kg。对于大容量，钢包，吹氩开始后的5～6min内钢液降温的速度为3．5～2℃／min；到8～10min时，降温速度只有1．5～1℃／min。

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时，初生氩气泡上浮速度(cm／s)为

式中R₀为氩气泡初生半径，cm；μ为钢液黏度，Pa•s；ρ_m为钢液密度，g／cm²；g为重力加速度，cm／s²。

钢液吹氩的初生气泡半径(cm)可按下式计算：

式中Rn为多孔塞半径，cm；Q_Ar为吹氩速度，mL／s；R₀为多孔透气塞的气孔平均半径，cm。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]36上下循环、搅动。氩气泡上升对钢液产生的搅拌功(w)可按下式计算：

式中Q为氩气流量，m³／s；R为气体常数(8．314m／K•mol)；T1、T2为氩气和钢液的温度，K；P1、P2为氩气在透气塞出口处和钢液表面的压力，N／m³。吹入氩气搅拌钢液的冶金效果之一是使钢液混匀，达到钢液的成分和温度均匀。吹氩搅拌钢液混匀需用的时间(s)可用下式计算：式中能量耗散速度，w／1000kg；VM为钢包内钢液量，kg。

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氩气泡压力为而初始吹入钢液的氩气泡中PH₂，PO₂，PN₂，PCO都近似为零。氩气是惰性气体，不与钢液中任何合金元素反应，所以每个小的氩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，可按下式计算所需要耗用的氩气量(m³／t)：式中为钢液中最初含氢量，％；[％H]，为钢液吹氩后要求达到的含氢量，％。

吹氩去除钢液中含氮量所需用的氩气量(m³／t)可按下式计算：，式中为吹氩前钢液中含氮量和要求吹氩后钢液的含氮量，％。

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；去除氩气中含水的技术及装置；钢包内衬加热到800～1100℃的技术及装置。钢包加盖及控制钢包内氩气压力的技术和装置以及供氩强度调整的技术等。

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氩气是太多了。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氢反应，以达到增强脱氢的效果：从而减少氩气耗量。