真空脱气（VD）主要通过侵蚀钢包耐火材料来驱动尖晶石夹杂物的形成。该工艺在低压环境下利用强烈的搅拌来去除气体并促进炉渣-金属反应。然而，这种剧烈的物理搅拌会磨损钢包衬里，将镁引入炉渣，从而创造出镁铝（Mg–Al）尖晶石夹杂物形成所需的化学条件。
虽然真空脱气对于去除气体至关重要，但在真空下长时间搅拌会加速钢包砖的退化。这种侵蚀会使炉渣中的氧化镁（MgO）含量增加，而氧化镁是坚硬、有害的尖晶石夹杂物的直接化学前体。
夹杂物形成机理
物理环境的作用
VD工艺依赖于真空环境结合长时间和强烈的搅拌。
这种搅拌对于确保钢水与炉渣充分接触以及促进有害气体的去除是必要的。
耐火材料退化
这种搅拌的剧烈性质给钢包耐火材料带来了巨大的压力。
这些衬里通常由镁碳砖或高铝砖构成，它们在工艺的物理磨损下会退化。
炉渣的化学富集
随着耐火材料的侵蚀，它们会将其组成材料释放到炼钢环境中。
特别是，这种侵蚀会导致炉渣中MgO含量显著增加。
镁铝尖晶石的形成
炉渣中过量MgO的存在是夹杂物形成的临界点。
这种镁与钢水中的铝发生反应，为镁铝尖晶石夹杂物在重轨钢中成核和生长提供了化学基础。
理解权衡
工艺效率与材料清洁度
VD工艺的操作目标与最终产品的清洁度之间存在固有的冲突。
为了有效地去除气体和优化炉渣-金属反应，需要强烈的搅拌。
搅拌的代价
然而，用于净化钢中气体的能量本身却成为了夹杂物来源的污染物。
追求更长或更剧烈的脱气循环直接导致耐火材料侵蚀增加和尖晶石夹杂物数量增加。
管理工艺变量以提高钢材质量
为了优化重轨钢的生产，您必须在脱气的必要性与耐火材料侵蚀的风险之间取得平衡。
- 如果您的主要关注点是去除气体：保持必要的搅拌强度，但要严格监控持续时间，以防止过度的耐火材料磨损。
- 如果您的主要关注点是夹杂物控制：尽量减小搅拌的剧烈程度，并密切跟踪炉渣中的MgO含量，以检测衬里退化的早期迹象。
理解钢包衬里是VD工艺中一个活跃的化学参与者，是控制尖晶石形成的关键。
总结表：
| VD工艺要素 | 对重轨钢的影响 | 在尖晶石形成中的作用 |
|---|---|---|
| 强力搅拌 | 促进气体去除和炉渣-金属反应 | 导致钢包耐火材料的物理磨损/侵蚀 |
| 真空环境 | 降低脱气的分压 | 加速炉渣界面处的化学反应 |
| 耐火材料侵蚀 | 将MgO释放到炉渣和钢水中 | 为镁铝尖晶石成核提供MgO前体 |
| MgO富集 | 改变炉渣化学成分 | 直接与铝反应形成硬质夹杂物 |
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参考文献
- Jun Zhu, Jichun Yang. Study on the Causes and Control Measures of Mg–Al Spinel Inclusions in U75V Heavy Rail Steel. DOI: 10.3390/app14051718
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
