廖建國(guó)
隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，迫切期待鋼材的大型化、高合金化和大批量生產(chǎn)化。自20 世紀(jì)70 年代以后，二次精煉工藝取得了飛速發(fā)展，取代了部分一次精煉功能，提高了一次精煉的效率，并可以生產(chǎn)出以前無(wú)法生產(chǎn)的高品質(zhì)鋼材。本文回顧了二次精煉工藝技術(shù)的發(fā)展歷史，并對(duì)二次精煉技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹。
目前，在日本無(wú)論是轉(zhuǎn)爐鋼還是電爐鋼，幾乎100%采用了二次精煉處理。.約80%轉(zhuǎn)爐鋼進(jìn)行了真空脫碳處理。對(duì)于采用電爐冶煉的特殊鋼，則根據(jù)不同的鋼種進(jìn)行了多種二次精煉處理，而對(duì)于采用電爐冶煉的普通鋼，其LF 處理比例達(dá)到95%，二次精煉已基本承擔(dān)了還原精煉的功能。
1 二次精煉技術(shù)的發(fā)展
二次精煉具有使鋼水溫度和成分均勻、調(diào)整鋼水成分、脫氣(脫碳、脫氮、脫氫)、脫氧、脫硫、脫磷及調(diào)整鋼水溫度和控制夾雜物形態(tài)等功能。目前，正在開發(fā)具有能根據(jù)不同功能要求(鋼水?dāng)嚢琛姶捣垠w、添加合金、控制爐內(nèi)氣氛、減壓和加熱)的多種二次精煉工藝。
日本鋼鐵聯(lián)合企業(yè)在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)期為擴(kuò)大可采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼種，在提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率的同時(shí)，作為提高轉(zhuǎn)爐鋼質(zhì)量的手段，完成了由“轉(zhuǎn)爐——二次精煉”構(gòu)成的煉鋼工藝，確立了多品種、高品質(zhì)鋼的大批量生產(chǎn)方式。
另外，對(duì)于電爐煉鋼時(shí)的二次精煉，當(dāng)初為轉(zhuǎn)移電爐煉鋼的鋼水還原期冶煉操作，開發(fā)了LF法，為提高電爐生產(chǎn)率做出了很大貢獻(xiàn)。目前，根據(jù)電爐具有吹氧等多種功能和對(duì)鋼材高質(zhì)量的要求，已應(yīng)用了各種二次精煉設(shè)備。
20 世紀(jì)80 年代，隨著以超低碳鋼為代表的高純度鋼的精煉處理比例的提高，對(duì)鋼水的大批量處理要求越來(lái)越高，要求簡(jiǎn)化處理工序。隨著各種處理技術(shù)的提高，即使在二次精煉中，也出現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有工藝附加處理功能，加快了反應(yīng)容器從簡(jiǎn)單處理向集約化和多功能化方向發(fā)展。在二次精煉處理時(shí)由于鋼水溫度的下降會(huì)加快，因此為減輕出鋼溫度上升后轉(zhuǎn)爐耐火材料承受的負(fù)荷，積極開發(fā)并引進(jìn)了具有升溫功能的設(shè)備。
另外，為降低低磷鋼的生產(chǎn)成本，在引進(jìn)鐵水預(yù)處理技術(shù)的同時(shí)，一方面優(yōu)化轉(zhuǎn)爐和二次精煉所承擔(dān)的冶煉功能，另一方面進(jìn)行各種精煉工藝的開發(fā)，使高純度和高潔凈鋼水的生產(chǎn)技術(shù)得到飛速發(fā)展。
2 二次精煉工藝的發(fā)展
2.1 真空脫氣工藝的發(fā)展
真空脫氣工藝起源于粒滴脫氣法，其后開發(fā)了各種真空脫氣法并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。
1)DH 脫氣法
1959 年，DH 脫氣法首次在日本八幡制鐵所平爐車間采用。DH 脫氣法是一種采用真空吸取鋼液進(jìn)行脫氣的方法。它通過真空室的升降，反復(fù)吸取、排出鋼包內(nèi)的鋼液，是真空室——鋼包循環(huán)的方式。DH 脫氣法在真空室內(nèi)鋼水表面進(jìn)行自由脫氣反應(yīng)。為提高鋼水的環(huán)流速度，八幡制鐵所進(jìn)行了各種改進(jìn)，如加快真空室的升降速度等，使DH 真空脫氣法在日本鋼鐵廠迅速推廣應(yīng)用。但由于脫氣能力和升降式真空室設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，在20 世紀(jì)60 年代以后，沒有設(shè)置新的DH 脫氣設(shè)備，RH 脫氣法成為了后來(lái)的主要脫氣法。
為解決DH 脫氣法存在的問題，1998 年新日鐵公司開發(fā)了裝有單只大型浸漬管和底吹A(chǔ)r 氣的REDA 法。該脫氣法將鋼水吸取到減壓下的大口徑浸漬管內(nèi)，通過從鋼包底部吹A(chǔ)r，使鋼水形成環(huán)流。由于處于減壓下的鋼水表面積大，且Ar 氣具有增大鋼水表面積的作用，因此，脫碳速度和脫氫速度比DH 法快。
2)RH 脫氣法
1959 年日本富士制鐵公司與Ruhrsta 公司進(jìn)行技術(shù)合作，于1962 年在広畑制鐵所(富士制鐵所)設(shè)置了RH 脫氣法2 號(hào)機(jī)。采用RH 脫氣法時(shí)將真空室內(nèi)的壓力降到1.33hPa(1Torr)，利用從上升管吹入Ar 的上升力作用，使鋼水形成循環(huán)。RH 脫氣法的主要功能是通過真空處理進(jìn)行脫碳、脫氮、脫氫，并利用鋼水的循環(huán)，使Al203 等非金屬夾雜物上浮分離。目前，它已成為真空脫氣法的主流。
(1)脫碳
RH 的脫碳速度對(duì)生產(chǎn)率影響很大，為提高脫碳反應(yīng)速度常數(shù)，同時(shí)提高環(huán)流速度和脫碳反應(yīng)容量系數(shù)是很重要的。為提高環(huán)流速度，要增大環(huán)流氣體流量、擴(kuò)大浸漬管內(nèi)徑和在高真空下從熔池深處噴吹環(huán)流氣體。另外，為增大脫碳反應(yīng)容量系數(shù)，除了增加環(huán)流氣體流量外，還開發(fā)了①提高包含預(yù)排氣在內(nèi)的真空排氣速度，②向真空室內(nèi)鋼水噴吹A(chǔ)r 氣，③噴吹鐵礦石粉，④噴吹氫等技術(shù)。
(2)脫氫、脫氮
脫氫與脫碳反應(yīng)一樣，提高環(huán)流速度和增大反應(yīng)容量系數(shù)是很重要的。采用RH 處(理時(shí)，擴(kuò)大浸漬管內(nèi)徑和采用RH 噴吹法等可以提高脫氫速度。采用RH 處理時(shí)，除了在處理前的氮含量高的情況以外，幾乎不脫氮。但是，通過提高Ar 氣流量可以促進(jìn)脫氮。
(3)多功能化
作為RH 處理時(shí)多功能化的代表例是附加吹氧精煉功能。當(dāng)初，為對(duì)不銹鋼進(jìn)行脫碳，開發(fā)了RH-OB 法，采用頂吹氧或通過半浸漬管進(jìn)行吹氧。其后，為改善氧的脫碳效率，開發(fā)了將雙重管噴槍浸漬在鋼水中的RH-OB·FD 法。該法除了脫碳外，還可利用Al 和Si 的氧化對(duì)鋼水進(jìn)行加熱，它已作為鋼水溫度的補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于普通鋼的冶煉。
多功能化的另一個(gè)代表例是附加脫硫功能。為此，開發(fā)了將脫硫劑從噴吹口吹到RH 真空室內(nèi)鋼水中的RH-PB 法和通過安裝在真空室內(nèi)的頂吹噴槍將熔劑噴吹到鋼水液面的RH-PB(頂吹)法及將噴吹用的噴槍浸漬在RH 上升管下方的RH 噴吹法，由此可冶煉[S]≤5ppm 的超低硫鋼。
3)其他脫氣法
◆V-KIP 法
作為鋼包粉體噴吹法的KIP 法的多功能化，開發(fā)了在真空室內(nèi)進(jìn)行處理的V-KIP 法。通過在真空下噴吹脫硫劑，可以獲得高的脫硫效率，同時(shí)可以提高脫氧效果并可脫氫。
◆VOD 法
VOD 法是在減壓氣氛中優(yōu)先對(duì)不銹鋼等含Cr 鋼水進(jìn)行脫碳的真空脫氣處理法。由于該法可優(yōu)先進(jìn)行脫碳，具有Cr 的氧化損失小的特征，因此得到廣泛應(yīng)用。
◆鋼包脫氣法和鋼液流真空脫氣法
鋼包脫氣法是通過在鋼包安裝與排氣裝置連接的頂蓋進(jìn)、行脫氣的方法，或?qū)摪旁谡婵帐疫M(jìn)行脫氣的方法。鋼液流真空脫氣法是把鋼水從中間包注入預(yù)先安裝在真空室內(nèi)的結(jié)晶器或把鋼水從中間包注入鋼包進(jìn)行鋼液流真空脫氣的方法。由于被注入的鋼水在真空室隨氣體的產(chǎn)生會(huì)變成滴流狀態(tài)，因此會(huì)增大氣-液界面積，并能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行脫氫。
2.2 簡(jiǎn)易鋼包精煉工藝的發(fā)展
雖然已明確了轉(zhuǎn)爐-RH(或DH)-連鑄的煉鋼方式可以提高各鋼種的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，但從降低生產(chǎn)成本方面來(lái)看，強(qiáng)烈要求將沒有安裝真空設(shè)備的轉(zhuǎn)爐或電爐生產(chǎn)的鋼水變成適合連鑄的鋼水。因此，加快了采用各種方式的簡(jiǎn)易鋼包精煉工藝的開發(fā)和應(yīng)用。無(wú)論采用哪種方法，都是以吹A(chǔ)r 起泡法作為攪拌手段，通過攪拌鋼水促進(jìn)夾雜物的上浮分離，使鋼包內(nèi)的鋼水成分和鋼水溫度達(dá)到均勻。
1)喂絲法
喂絲法就是把具有很強(qiáng)還原性的Al、Ca、Mg、REM 等金屬元素快速添加到鋼水中，減輕脫氧劑和爐渣反應(yīng)的方法。1970 年日本鋼管公司首次將喂絲法作為添加法，把作為脫氧劑的Al 添加到鋼包，并與吹A(chǔ)r 起泡一起使用。從80 年代開始就利用Ca 來(lái)控制夾雜物的形態(tài)，作為Ca 的添加法可以采用喂絲法。
2)TN 法
TN 法是通過惰性氣體將Ca、CaC2、Al 等和特殊熔劑一起噴吹到熔池內(nèi)的方法。德國(guó)Thyssen-Niederrhein 公司將TN 法作為一種向鋼水噴吹的方法在70 年代就成功地進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。當(dāng)初開發(fā)TN 法的目的是用于脫硫，但從80 年代開始為控制夾雜物形態(tài)，采用了噴吹法。噴吹法主要用于生產(chǎn)小斷面連鑄坯工廠。
3)CAS 法
新日鐵八幡制鐵所開發(fā)的CAS 法是在去除鋼包渣后將脫氧劑和合金添加到惰性氣氛下的鋼水表面的方法。CAS 法是利用鋼包精煉使無(wú)需脫碳的鋼水變?yōu)檫m宜連鑄的簡(jiǎn)單方法，它可以提高連鑄比，因此得到廣泛應(yīng)用。
CAS 法也加快了多功能化開發(fā)，作為加熱功能，開發(fā)了利用頂吹氧的CAS-OB 法。另外，近年來(lái)還開發(fā)了附加粉體噴吹功能的CAS-Injection 法，尤其是開發(fā)了具有減壓處理功能的CAS-OB法。
2.3 鋼包加熱精煉工藝的發(fā)展
非加熱式鋼包精煉工藝由于在處理過程中鋼水溫度會(huì)下降，因此存在著處理時(shí)間受限的問題。為解決這一問題，開發(fā)了具有電弧加熱等功能的鋼包精煉工藝。目前，主要鋼包加熱精煉工藝為L(zhǎng)F 法。LF 法是從鋼包多孔塞底吹A(chǔ)r 氣進(jìn)行攪拌的基礎(chǔ)上附加電弧加熱功能的精煉方法。
LF 法開發(fā)于1968 年，其后為省略電爐的還原精煉，1971 年1 號(hào)LF 爐-應(yīng)用于日本特殊鋼公司的大森車間。由于設(shè)置了LF 爐，因此適合連鑄的鋼水(鋼水潔凈度高且鋼水溫度在所規(guī)定的范圍內(nèi))可以在所規(guī)定的時(shí)間(進(jìn)行1 爐連鑄的時(shí)間)內(nèi)送到連鑄工序，由此確立了由電爐LF-CC 構(gòu)成的電爐車間高品質(zhì)鋼的大批量生產(chǎn)方式。
另外，自80 年代以來(lái)，為完善脫氣功能和生產(chǎn)高潔凈度鋼，采用了將LF 和真空處理組合(LF-RH，LF-VD)的工藝。為提高LF 法的功能，開發(fā)了采用浸漬噴槍進(jìn)行大流量氣體攪拌的NK-AP法。一般認(rèn)為，渣-金屬間的紊流強(qiáng)度高有利于渣的精煉。另外，還開發(fā)了附加真空處理和粉體噴吹功能，可生產(chǎn)超低碳鋼的多功能LF 爐。尤其是還開發(fā)了PLF 法，該法用等離子取代LF 爐所用的石墨電極。由于沒有從電極帶入的C，因此它是超低碳鋼高潔凈化處理的有效工藝。
3 二次精煉技術(shù)的發(fā)展和向精煉極限的挑戰(zhàn)
3.1 脫氫技術(shù)
以往的研究表明，脫氫速度是控制鐵水側(cè)傳質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，或是混合控制鐵水側(cè)和氣體側(cè)傳質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另一方面，鐵水的吸氫速度是控制鐵水側(cè)氫擴(kuò)散的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，氧含量的影響小。在裝有真空設(shè)備的二次精煉中，脫氫反應(yīng)主要是控制氫在鋼水中的傳質(zhì)，與脫碳反應(yīng)一樣，增加環(huán)流量和反應(yīng)容量系數(shù)是很重要的。如果擴(kuò)大RH 浸漬管的口徑和采用RH 噴吹法等可以提高脫氫反應(yīng)速度，并確保充分的精煉時(shí)間，就可以生產(chǎn)[H]<1.0ppm 的鋼水。
3.2 脫氮技術(shù)
作為增大反應(yīng)界面積的方法，有的是向真空室內(nèi)的鋼水噴吹氣體，有的是通過增加初期C 含量來(lái)增大CO 氣泡的發(fā)生量(與反應(yīng)界面積對(duì)應(yīng))。在RH 處理中由于脫氮和吸氮同時(shí)進(jìn)行，因此鋼水一旦與空氣接觸，就容易發(fā)生吸氮。一般認(rèn)為在RH 中氮侵入的主要因素是浸漬管造成的，防止吸氮的措施是強(qiáng)化浸漬管等的Ar 氣密封或使用無(wú)凸緣的浸漬管等。
3.3 脫碳技術(shù)
減壓下的脫碳反應(yīng)是控制鋼水中碳傳質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為促進(jìn)RH 法在超低碳含量區(qū)域的脫碳反應(yīng)，提出了幾種脫碳模型。將RH 分為真空室內(nèi)的脫碳反應(yīng)區(qū)域和鋼包內(nèi)區(qū)域，根據(jù)鋼包內(nèi)及真空室內(nèi)C 的物質(zhì)平衡，研究了環(huán)流速度和真空室內(nèi)的脫碳反應(yīng)的容量系數(shù)對(duì)表觀脫碳速度常數(shù)的影響關(guān)系，推導(dǎo)出如下結(jié)論。①當(dāng)鋼水的環(huán)流速度小時(shí)，表觀的脫碳速度常數(shù)與環(huán)流速度成正比；②當(dāng)環(huán)流速度非常大時(shí)，表觀的速度常數(shù)與真空室內(nèi)的反應(yīng)容量系數(shù)成正比。另外，還提出了減壓下的鋼水表面和鋼水內(nèi)部的脫碳反應(yīng)位置的脫碳反應(yīng)模型。根據(jù)脫碳反應(yīng)位置，考慮到真空室內(nèi)自由表面、噴吹氣體氣泡-鋼水界面及真空室內(nèi)鋼水內(nèi)部，尤其是考慮到鋼水的環(huán)流速度和鋼水在鋼包內(nèi)的停滯層，提出了綜合反應(yīng)模型。
3.4 脫硫技術(shù)
為提高爐渣-金屬間脫硫反應(yīng)時(shí)硫的分配比，促進(jìn)脫硫反應(yīng)，降低氧活度和提高硫化物容量是很重要的。進(jìn)入20 世紀(jì)80 年代后，開發(fā)了各種RH 脫硫法。除了①簡(jiǎn)單的RH 真空室內(nèi)熔劑添加法外，還開發(fā)了②從安裝在RH 上升管下部的噴槍或從RH 真空室側(cè)壁噴口將脫硫劑噴吹到鋼水中的RH 粉體噴吹法、以及③在RH 處理過程中通過從真空室上部插入的水冷噴槍進(jìn)行頂部噴吹脫硫劑的RH 粉體頂部噴吹法。②和③可生產(chǎn)5ppm 以下的超低硫鋼。
3.5 脫氧技術(shù)
攪拌下的脫氧速度是控制脫氧生成物聚集和分離的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為提高脫氧速度常數(shù)，一般是通過加大攪拌強(qiáng)度來(lái)促使夾雜物之間的聚集和上浮。而且，還對(duì)不同粒度夾雜物的去除速度進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)增大攪拌力能有效去除粒度小的Al203 夾雜物。
另外，作為利用氣泡捕捉夾雜物的新方法，提出了增減壓精煉法。該精煉法就是在鋼水中添加可溶性氣體，然后進(jìn)行快速脫氣，利用產(chǎn)生的微細(xì)氣泡捕捉夾雜物的方法。
3.6 夾雜物形態(tài)控制技術(shù)
自70 年代后期至80 年代，非金屬夾雜物無(wú)害化夾雜物形態(tài)控制技術(shù)得到了快速發(fā)展。夾雜物的形態(tài)控制就是通過控制精煉渣的組成和添加第3 元素，由此改變夾雜物本身的組成，或改變夾雜物形態(tài)的控制技術(shù)，大致可分為3 種。
1)弱脫氧鋼的夾雜物塑性控制技術(shù)
由于輪胎簾線用鋼和彈簧用鋼在軋制、拉絲和拉拔過程中夾雜物容易成為拉斷的源頭，因此需對(duì)造成拉斷原因的Al203 系夾雜物和尖晶石系夾雜物等進(jìn)行控制，使其破壞或變?yōu)槿菀姿苄曰某煞帧?/span>
2)通過Ca 處理控制MnS 的形態(tài)
MnS 是軋制后生長(zhǎng)的軟質(zhì)夾雜物，生長(zhǎng)后的MnS 會(huì)使在含有H2s 的潤(rùn)濕環(huán)境下使用的干線管產(chǎn)生氫誘導(dǎo)裂紋，它會(huì)使軋制直角方向的韌性下降。從80 年代開始，為使MnS 無(wú)害化，在降低鋼中s 含量的同時(shí)，采用喂絲法向鋼水中喂ca 絲，即使在軋制后，也能將MnS 的形態(tài)控制在球形。
MnS 有凝固時(shí)形成結(jié)晶的MnS 和凝固后伴隨鋼的相變和固溶度的下降而析出的MnS。因此，為控制MnS 的形態(tài)，必須在熔融階段確保固溶在鋼水中的Ca。將Ca/S 控制在2-5 的范圍內(nèi)，可以抑制MnS 及Ca-Oxysulfide 的發(fā)生。
3)Al2O3 系夾雜物的形態(tài)控制
作為把ca 添加到鋼水的方法有:噴吹CaC2 或CaSi 粉末、連續(xù)喂絲、把塊狀的Ni-ca 合金或Fe-Ca 團(tuán)塊添加到RH 真空室內(nèi)。另外，由于ca 與氧的親和力較強(qiáng)，而且沸點(diǎn)為大約1400℃，比鋼水溫度更低，因此添加ca 的鋼水收得率一般較低。為切實(shí)控制夾雜物的形態(tài)，還開發(fā)了在RH和中間包的兩處添加ca 的技術(shù)。
4 二次精煉技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
二次精煉工藝的作用在于能夠穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量鋼水，并將鋼水穩(wěn)定供給澆鑄工藝。因此，目前的二次精煉技術(shù)的發(fā)展始終把擔(dān)負(fù)成分調(diào)整的精煉工藝作為最終工序，同時(shí)為確立具有低成本競(jìng)爭(zhēng)力的鋼水生產(chǎn)工藝，把提高工藝能力和提高生產(chǎn)效率作為二次精煉的目標(biāo)。尤其是，近年來(lái)為滿足對(duì)高功能鋼材日益增長(zhǎng)的需求，要求二次精煉技術(shù)具有能夠提高鋼材新功能的作用。尤其是，二次精煉工藝所要求的各種功能與鋼材需求密切相關(guān)。由于滿足社會(huì)需求而精煉的鋼種呈多樣化，因此在開發(fā)新工藝和新技術(shù)的同時(shí)，必須不斷擴(kuò)大作為技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)的學(xué)術(shù)研究。而且，從近年來(lái)對(duì)進(jìn)一步降低環(huán)境負(fù)荷，構(gòu)筑環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝的觀點(diǎn)來(lái)看，也要求提高生產(chǎn)工藝的靈活性，以滿足生產(chǎn)的高效化和適應(yīng)各種原料使用的要求。
近年來(lái)，真空處理技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。積極利用這種特殊真空氣氛可以促進(jìn)脫硫、脫碳、脫氮反應(yīng)，提高夾雜物的分離功能，使添加的合金元素有效發(fā)揮其功能。尤其是，使用鋼包的RH工藝取得了發(fā)展。通過在真空室內(nèi)附加RH 工藝的精煉功能，可以簡(jiǎn)化整個(gè)二次精煉工序，使各工藝的多功能化和集約化成為可能。
隨著能源領(lǐng)域及其輸送機(jī)械領(lǐng)域等對(duì)高合金鋼需求的明顯擴(kuò)大，生產(chǎn)高品質(zhì)高合金鋼的技術(shù)不可或缺，而且開發(fā)了精確控制脫氧工藝中的鋼水成分、夾雜物組成及其粒度的技術(shù)。日本研究人員對(duì)具有代表性的高合金鋼——Cr-Ni 系不銹鋼冶煉時(shí)脫碳反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，明確了溶解在高合金鋼中的氧和合金元素的活度，不僅從學(xué)術(shù)上對(duì)不銹鋼脫氧工藝進(jìn)行了精準(zhǔn)解析，而且使人正確理解了高合金鋼中的脫氧生成物。
從生產(chǎn)高潔凈度鋼的觀點(diǎn)來(lái)看，為最大限度地去除夾雜物，開發(fā)了二次精煉工藝中的流動(dòng)控制技術(shù)、二次精煉熔劑的優(yōu)化技術(shù)和夾雜物組成及粒度控制技術(shù)，確立了穩(wěn)定生產(chǎn)多品種鋼材的技術(shù)。從提高脫氧工藝技術(shù)和控制夾雜物技術(shù)方面來(lái)看，尤其是關(guān)于抗硫化氫鋼管生產(chǎn)時(shí)所必須的夾雜物形態(tài)控制技術(shù)，還開發(fā)了采用添加Ca 控制Al2O3 系夾雜物形態(tài)和控制MnS 生成的技術(shù)。
近年來(lái)，還開發(fā)了采用稀土類元素進(jìn)行強(qiáng)脫氧的技術(shù)，通過控制夾雜物組成及其形態(tài)，可提高鋼材特性，因此稀土類元素添加工藝正在不斷發(fā)展。
為積極利用凝固后存在于鋼材中的夾雜物，如利用連鑄工藝中的夾雜物可以使凝固組織細(xì)化和等軸晶化，利用鋼材加工時(shí)的夾雜物可以防止焊接熱影響區(qū)組織的肥大，因此開發(fā)了夾雜物的組成、組織和粒度控制技術(shù)。
近年來(lái)，日本鋼鐵協(xié)會(huì)成立了“非金屬夾雜物固相內(nèi)組織控制研究會(huì)”(2008-2011 年度)和“非金屬夾雜物與硫化物、氮化物固相內(nèi)反應(yīng)研究會(huì)”(2012 年度開始)，對(duì)二次精煉過程中生成的夾雜物和連鑄過程中形成結(jié)晶、析出的夾雜物在熱處理溫度區(qū)域的固相中的變化行為和對(duì)鋼材特性的影響進(jìn)行了集中研究。而且，在開發(fā)高潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)和積極利用殘留夾雜物技術(shù)時(shí)，必須要對(duì)夾雜物進(jìn)行適當(dāng)評(píng)價(jià)，因此必須研究夾雜物的評(píng)價(jià)技術(shù)。近年來(lái)，為滿足對(duì)微細(xì)夾雜物的組成和粒度等的各種分析和統(tǒng)計(jì)解析，以及對(duì)超微細(xì)夾雜物的精確分析、對(duì)夾雜物的三維評(píng)價(jià)和對(duì)大夾雜物的檢測(cè)等各種要求，開發(fā)了夾雜物評(píng)價(jià)技術(shù)。最近，“鋼中非金屬夾雜物粒度的全方位評(píng)價(jià)研究會(huì)”(2010-2012 年度)對(duì)微小夾雜物的快速分析和三維分析等技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)。
另外，為應(yīng)對(duì)需要二次精煉工藝處理鋼種的擴(kuò)大，也加快了耐火材料的開發(fā)。近年來(lái)，隨著高合金鋼生產(chǎn)的增加，出現(xiàn)了很多因耐火材料與鋼水反應(yīng)而導(dǎo)致耐火材料熔損或鋼水成分發(fā)生變化的問題。在精煉時(shí)，一般是使用堿性熔劑，因此一般是使用堿性耐火材料替代以往的酸性耐火材料，鋼包渣線部MgO-C 系耐火材料的利用成為了標(biāo)準(zhǔn)。另外，為節(jié)省耐火材料的施工量，降低施工成本，越來(lái)越多地使用了氧化鋁-尖晶石質(zhì)和氧化鋁-鎂質(zhì)澆鑄耐火材料。另外，RH 等真空處理爐也開始使用MgO-C 系耐火材料。而且，、由于耐火材料的熔損以及耐火材料與鋼水的反應(yīng)會(huì)污染鋼水，耐火材料也成為了夾雜物的發(fā)生源，因此為保持鋼水的潔凈度，必須開發(fā)能滿足不同鋼種冶煉和鋼水潔凈度要求的耐火材料。
5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
作為二次精煉技術(shù)的發(fā)展方向，首先必須對(duì)以往的各種技術(shù)做進(jìn)一步的發(fā)展和提高。也就是說(shuō)，必須開發(fā)可以降低生產(chǎn)成本的廉價(jià)精煉工藝和精煉技術(shù)；必須開發(fā)可以增加精煉功能，用于生產(chǎn)高功能鋼材的高純度、高潔凈鋼水的精煉工藝；必須開發(fā)環(huán)境友好型精煉工藝技術(shù)。而且為促進(jìn)上述技術(shù)的開發(fā)，必須進(jìn)一步發(fā)展相關(guān)基礎(chǔ)研究，提高基礎(chǔ)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)。
1)為降低成本，進(jìn)一步發(fā)展高效精煉工藝，因此必須在快速二次精煉技術(shù)取得飛躍發(fā)展的同時(shí)，使整個(gè)二次精煉工序達(dá)到節(jié)能和簡(jiǎn)化，并使各工藝實(shí)現(xiàn)多功能化和集約化。另外，從節(jié)約資源和降低成本方面來(lái)看，要求進(jìn)一步提高鋼水收得率。為滿足這些要求，對(duì)吹煉技術(shù)、精煉所用熔劑和精煉終點(diǎn)控制技術(shù)等進(jìn)行研究是不可或缺的。高效二次精煉工藝技術(shù)的發(fā)展，除了可以降低生產(chǎn)成本和提高精煉速度外，從環(huán)境友好型精煉工藝構(gòu)筑觀點(diǎn)來(lái)看，也是很重要的。以使用螢石熔劑的精煉工藝變化為例進(jìn)行說(shuō)明。自2001 年對(duì)鋼渣析出的氟做出規(guī)定后，精煉時(shí)所用含螢石熔劑已逐步轉(zhuǎn)為使用不含氟的熔劑，但目前仍未達(dá)到完全無(wú)氟精煉。雖然已取得了減少渣量、提高精煉效率和實(shí)現(xiàn)最大限度去除夾雜物的冶煉，但如果考慮到與含氟渣處理有關(guān)的環(huán)境負(fù)荷和處理成本高的問題，進(jìn)一步開發(fā)無(wú)氟熔劑必然成為重要課題。另外，“利用多相熔劑的新精煉工藝技術(shù)研究會(huì)”(2005-2008 年)和“利用多相熔劑的鐵水脫磷工藝模擬技術(shù)研究會(huì)”(2008-2010 年度)開展的利用多相熔劑的冶煉工藝研究成果也有可能應(yīng)用于二次精煉工藝。
2)從確立高功能鋼材生產(chǎn)工藝方面來(lái)看，今后還必須加強(qiáng)高純度、高潔凈度鋼生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)。從穩(wěn)定生產(chǎn)高純度鋼方面來(lái)看，必須開發(fā)進(jìn)一步減少雜質(zhì)的技術(shù)，如脫磷和脫硫工藝等。脫磷、脫硫工藝的發(fā)展不僅可提高高功能鋼材的生產(chǎn)，而且也是應(yīng)對(duì)未來(lái)鐵礦石等原料采購(gòu)困難和輔助原料質(zhì)量下降所必需的。從提高競(jìng)爭(zhēng)力方面來(lái)看，也是一個(gè)不可避免的課題。
3)從生產(chǎn)高潔凈鋼方面來(lái)看，今后還必須開發(fā)可使夾雜物含量降到最低的二次精煉工藝中的流動(dòng)控制技術(shù)，以及優(yōu)化二次精煉熔劑和控制夾雜物組成和粒度的技術(shù)。關(guān)于流動(dòng)控制，除了進(jìn)一步提高氣體攪拌技術(shù)，如優(yōu)化以往氣體攪拌時(shí)的氣體噴吹條件和使用微小氣體閥等，近年來(lái)還期待著正在不斷推廣的磁力攪拌技術(shù)的應(yīng)用和利用重力的下流式攪拌技術(shù)的應(yīng)用。尤其是，近年來(lái)還積極推進(jìn)夾雜物利用技術(shù)的開發(fā)。為積極利用凝固后存在于鋼材中的夾雜物，如利用連鑄工藝中的夾雜物可以使凝固組織細(xì)化和等軸晶化，利用鋼材加工時(shí)的夾雜物可以防止焊接熱影響區(qū)組織的肥大，因此必須開發(fā)夾雜物的組成、組織和粒度控制技術(shù)。
4)在提高基礎(chǔ)技術(shù)方面，希望以往一直在研究開發(fā)的極微量成分含量的定量分析技術(shù)、鋼水成分的在線精確定量分析技術(shù)、夾雜物的快速定量評(píng)價(jià)技術(shù)、精確分析技術(shù)和有效萃取分離技術(shù)等能得到進(jìn)一步發(fā)展。還必須持續(xù)推進(jìn)未利用技術(shù)的可應(yīng)用性研究。從利用廢鋼提高生產(chǎn)能力和利用劣質(zhì)資源的觀點(diǎn)來(lái)看，作為去除鋼水中混入元素(例如Cu)的技術(shù)，今后必須探索使用硫化物系熔劑時(shí)的脫銅反應(yīng)機(jī)理，并開發(fā)應(yīng)用技術(shù)等。
另外，近年來(lái)研究的使用多相熔劑的二次精煉技術(shù)、利用強(qiáng)還原氣氛下的反應(yīng)進(jìn)一步去除雜質(zhì)的技術(shù)、利用微波化渣并提高反應(yīng)效率的技術(shù)等一系列新技術(shù)的研究開發(fā)都是很重要的。使用后的熔劑再利用技術(shù)對(duì)于構(gòu)建環(huán)境友好型工藝是非常有效的技術(shù)，還迫切希望從渣中去除雜質(zhì)成分技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。但是，鋼水去除雜質(zhì)不僅是二次精煉工藝所要求的，而且也是包括鐵水預(yù)處理工藝、轉(zhuǎn)爐工藝在內(nèi)的整個(gè)’煉鋼工藝優(yōu)化負(fù)荷分配所要求的。基于這種觀點(diǎn)的研究也是必不可少的課題。