鋼水成分傳感器及其應(yīng)用進(jìn)展
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電爐上應(yīng)用氧傳感器的目的是根據(jù)氧含量計(jì)算碳含量并確定脫氧劑的添加量。需要注意的是氧傳感器測(cè)定的是氧活度，而實(shí)際工藝過(guò)程的[C][O]積受多種過(guò)程參數(shù)影響，如C/O2噴吹效率或者局部有未熔化的廢鋼等。各種實(shí)際煉鋼過(guò)程的[C][O]積數(shù)值也不盡相同，使用時(shí)要注意根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取。
2. 鋼包精煉中鋼水氧含量測(cè)定
鋼水注入鋼包后使用氧傳感器測(cè)定鋼水中的氧含量可以確定脫氧劑加入量、確認(rèn)脫氧效果，如果輔以渣中FeO活度傳感器[18]，可以控制精煉渣調(diào)渣劑的添加、控制精煉脫硫過(guò)程和鋼水潔凈度，防止水口堵塞。
3. RH真空精煉脫氫過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制
常規(guī)的取樣分析無(wú)法準(zhǔn)確知道過(guò)程中氫含量的變化情況。住友金屬工業(yè)公司在鹿島鋼廠采用Hydris作為氫傳感器對(duì)RH脫氫過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)控制實(shí)驗(yàn)。[19]鋼包容量為270t，真空裝置有3臺(tái)增壓機(jī)，2個(gè)噴射器，四臺(tái)水泵。真空容量是0.5托1000kg/h， 1.0托1500kg/h，10托5000kg/h。Hydris的設(shè)置見(jiàn)圖5。
圖5 用HYDRIS檢測(cè)RH真空脫氫的設(shè)置
圖6 靜態(tài)控制與動(dòng)態(tài)控制的RH脫氫效果比較
表1 動(dòng)態(tài)脫氫控制縮短處理時(shí)間的效果 
年美國(guó)CitiSteel在用Hydris測(cè)定鋼中氫含量的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，中間包鋼水在穩(wěn)態(tài)鑄造期間其中氫含量隨當(dāng)時(shí)的空氣露點(diǎn)升高而升高，最大變化量在2~3ppm[H]。添加脫氧劑、鋼包熱循環(huán)次數(shù)、連鑄的不同階段鋼中氫含量都有不同的變化[20]。
實(shí)際上鋼中溶解的[N]、[H]、[O]在鋼凝固過(guò)程中因溫度降低而過(guò)飽和析出氣體，這些氣體的總壓大于大氣壓時(shí)便會(huì)產(chǎn)生針孔、氣泡等缺陷。根據(jù)熱力學(xué)原理，可以給出不同碳含量的鋼種形成針孔的[N]、[O]含量區(qū)間，如圖7所示[21]。
圖7 含氮0~40ppm，氧20ppm~50ppm，不同含碳量的鋼在凝固終點(diǎn)出現(xiàn)針孔的條件
圖8 渣改質(zhì)劑添加量與中間包鋼水氫含量的關(guān)系
圖9 平均鋼包下渣深度、針孔數(shù)、鋼包渣改質(zhì)前氫含量與中間包鋼氫含量的關(guān)系
鋼水中各種成分的在線測(cè)定技術(shù)逐漸成熟。這些技術(shù)大大提高了鐵水預(yù)處理、二次精煉、連鑄等各工藝環(huán)節(jié)的過(guò)程控制水平，加深了人們對(duì)鋼中氣體引起的鑄坯質(zhì)量問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，為解決相關(guān)的質(zhì)量問(wèn)題提供了手段。我國(guó)的鋼水成分在線測(cè)定技術(shù)尤其是傳感器的研發(fā)相對(duì)落后，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性亟待提高，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和新技術(shù)應(yīng)用方面更應(yīng)該加大投入。
作者介紹：李光強(qiáng)博士 武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院教授
研究方向 高純凈度、高性能、高附加值鋼鐵產(chǎn)品制備 純凈鋼的化學(xué)冶金 冶金資源綜合利用及環(huán)保 高溫熔體物理化學(xué) 光纖傳感器相關(guān)文章:光纖傳感器原理
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