[发明专利]一种去除、控制金属及合金中夹杂物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属及合金精炼的方法，尤其是一种去除、控制金属及合金中夹杂物的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步，用户对金属、合金材料的质量提出更高的要求。传统的生产技术已经不能满足用户对这些材料的质量要求。例如对于钢铁产品，有些洁净钢对钢材的洁净度提出杂质元素总和小于80ppm～150ppm。但是即使达到这样低的杂质含量水平，夹杂物的含量也是相当可观的。据文献报道(R.Kiessling，Clean Steel-ADebatable Concept，p.2，in Clean Steel，Proceedings in English of the Second International Conference on Clean Steel，Jun.！～3，1981，Hungary，Published in January 1983by The Metals Society)，钢中含有1ppm的[O]或[S]时，若是生成的夹杂物以不同粒径均匀弥散分布于钢中时，每吨钢所含夹杂物数量及夹杂物颗粒的平均距离见表1。

表1夹杂物粒径与夹杂物个数及夹杂物颗粒的平均距离

(钢中氧含量或硫含量为1ppm)

而目前的冶炼技术是不可能低成本地在工艺上实现1ppm杂质含量水平的。因此，所谓“洁净钢”实际上只不过是含有大量微小夹杂物的“复合材料”。

夹杂物与钢在性质上有很大差别，虽然夹杂物的存在会使金属材料性能的连续性遭到破坏，材料性能受到影响，但是研究表明，只要夹杂物的尺寸小于某一临界尺寸，就不会对钢的性能产生危害。因此只要将夹杂物尺寸控制在一定的范围内，就不会对钢的性能产生危害。此外，不同用途的钢材必须保证对某些特定要求的性能，而夹杂物的种类对钢的各种性能影响是不同的，例如：由于硫化物夹杂会引发氢致开裂(HIC)及应力腐蚀开裂(SCC)，因此管线钢对硫化物夹杂要求严格；由于Al₂O₃夹杂具有刚性，在钢的变形过程中Al₂O₃夹杂不易变形，所以帘线钢对Al₂O₃夹杂要求苛刻；由于Al₂O₃夹杂会成为引发断裂的源，Al₂O₃夹杂会显著降低钢材的疲劳性能，因此轴承钢等钢种对Al₂O₃夹杂要求严格。因此，对于不同用途的钢种，在冶炼过程中，如果能够对那些使钢材特定要求的性能产生危害的夹杂物加以控制或去除，则可使钢材的性能得以保证。

一般洁净钢对夹杂物的尺寸都有较严格限制，大部分洁净钢要求夹杂物的尺寸＜15μm。

夹杂物是冶炼过程中的必然产物。在金属及合金的冶炼过程中，尺寸较大的夹杂物能上浮进入顶渣而被去除，尺寸较小的夹杂物则没有充分时间上浮而保留在金属液中。由于夹杂物可对材料的性能产生危害，冶炼过程必须设法降低夹杂物的含量，并且设法将夹杂物的尺寸减小到不对材料的性能产生危害的程度，以保证材料的性能要求。对于钢铁冶金行业，目前是采用吹氩搅拌、真空处理(如RH、VD精炼等)、合成渣洗以及这些方法的组合等精炼工艺来达到控制或去除夹杂物的目的。