鋼水成分傳感器及其應用進(jìn)展
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電爐上應用氧傳感器的目的是根據氧含量計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]積數值也不盡相同，使用時(shí)要注意根據工藝經(jīng)驗來(lái)選取。
2. 鋼包精煉中鋼水氧含量測定
鋼水注入鋼包后使用氧傳感器測定鋼水中的氧含量可以確定脫氧劑加入量、確認脫氧效果，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
常規的取樣分析無(wú)法準確知道過(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(chǎng)采用Hydris作為氫傳感器對RH脫氫過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)控制實(shí)驗。[19]鋼包容量為270t，真空裝置有3臺增壓機，2個(gè)噴射器，四臺水泵。真空容量是0.5托1000kg/h， 1.0托1500kg/h，10托5000kg/h。Hydris的設置見(jiàn)圖5。
圖5 用HYDRIS檢測RH真空脫氫的設置
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CitiSteel在用Hydris測定鋼中氫含量的過(guò)程中發(fā)現，中間包鋼水在穩態(tài)鑄造期間其中氫含量隨當時(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、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、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(xiàn)測定技術(shù)逐漸成熟。這些技術(shù)大大提高了鐵水預處理、二次精煉、連鑄等各工藝環(huán)節的過(guò)程控制水平，加深了人們對鋼中氣體引起的鑄坯質(zhì)量問(wèn)題的認識，為解決相關(guān)的質(zhì)量問(wèn)題提供了手段。我國的鋼水成分在線(xiàn)測定技術(shù)尤其是傳感器的研發(fā)相對落后，產(chǎn)品的質(zhì)量穩定性亟待提高，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和新技術(shù)應用方面更應該加大投入。
作者介紹：李光強博士 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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