1 前言

　 近年来，由于对钢洁净度的要求越来越高，因此，以前不构成问题的细小夹杂物必须除去，以提高钢的抗疲劳和耐腐蚀特性。随着对这种洁净钢需求量的不断增加，因此希望开发一种能迅速去除夹杂物的炼钢工艺。

　 作为去除夹杂物的方法，做了以往采用的将Ar气等惰性气体吹入钢水去除夹杂物的方法外，还研究了利用细小气泡去除夹杂物的气泡去除法和采用旋转磁场去除夹杂物的离心分离法等，并已应用于实际。作为与这些方法不同的一种新的夹杂物去除方法是，预先将可溶性气体溶解于钢水中，然后迅速减压，使钢水内部的过饱和气体生成气泡的新脱氧法。

2 实验装置和实验方法

　 实验装置为小型RH装置。在高频感应炉内对高碳铝镇静钢进行熔化，从炉体上部将装有连通管的真空罐插入钢水中，用真空泵进行减压后，通过安装在距连通管下端720mm处的水口吹入 Ar气， 由此使钢水在真空罐和感应炉之间形成环流。水口采用耐火材料制作，其内径为2mm，外径为8mm，并将水口插人钢水中2mm进行固定。关于实验时真空罐内的压力变化，在减压开始后l分钟为50×103〔Pa〕左右；3分钟以后基本保持2～5×103〔Pa〕。

　 减压开始后， 采用石英管从感应炉内钢水表面以下15cm的位置对钢水进行适时取样，用作分析的试料。总氧（T.［0］）和氮的分析分别采用惰性气体熔融导热率法和红外线吸收法进行。另外， 在环流开始后立刻添加溶剂，防止钢水因空气而发生二次氧化。由于氮是从埋在炉体底部的水口吹入的，因此对在把初期氮提高至0.03mass％时和把初期氮降至0.08mass％的脱氧速度进行了比较，这种脱氮速度是根据T.[O]随时间变化求得的。而且还调查了环流量和真空罐内钢水量的变化对脱氧速度的影响。另外，为掌握环流量的变化，添加了示踪物，并根据钢水在感应炉内浓度变化的计算式和桑原等人的公式求出环流量变化。

3 实验结果

　 脱氧速度常数和用感应炉内钢水除以环流量所得的钢水环流时间的关系表明，如果环流时间相同，那么预先添加氮时的脱氧速度常数比没有添加氮时的大。另外，不论初期是否添加氮，在真空罐内的钢水量与钢包内的钢水量之比一定的条件下，环流量越大则脱氧速度常数就越大。

　 在脱气初期气泡产生过程中，从钢水中取出试样进行急冷，对粘着在金属锭的表面和厚度方向的气泡状况进行了观察。在初期氮为0.035mass％时，进行减压脱气。对初期氮为0.02mass％时试样厚度方向的气泡进行了测定。这种气泡断面形状接近于圆形，将最大直径和最小直径的平均直径为4/π倍的气泡断面作为气泡直径。气泡直径的分布从 0.1mm到30mm，平均为0.84mm。

4 研究

　 当夹杂物为氧化铝时，气泡与夹杂物的接触角为140°，自由能的变化为负数，被气泡所包裹的夹杂物稳定。 因此可以认为，虽然由夹杂物生成的气泡受钢水流动条件的控制，但气泡不会与夹杂物分离单独在钢水中上浮，而与夹杂物一起上浮的可能性很大。

　 关于利用气泡捕捉悬浮颗粒的技术，以往大部分是用水模型、铜水和钢水等进行研究，且以从外部吹入气体进行搅拌为主，而有关搅拌后熔池中生成气泡的研究报告很少。

　 根据实测氮气生成气泡的平均直径为 0.84mm，但在此次实验条件下，通过水口吹入气体时产生的气泡直径采用佐野等人的公式计算为1.6－2.0mm，可以推测初期氮高时的气体气泡直径是吹人气体的0.42－0.53倍。因此，在初期氮高的情况下，由于气泡直径会减小以及因夹杂物而生成的气体可以提高捕集率和吹人氨气可以达到使气体量成倍增加的效果，因此脱氧速度常数增大。

　 由于脱氧速度常数受环流量和钢水量比的影响，因此将RH环流型的脱氧反应模型分成钢包内和真空罐内的反应模型来评价脱氧速度 。

　 另外，关于真空罐内夹杂物的去除，浮在钢水表面上的夹杂物会粘着在真空罐内的耐火材料上等，即使凝集增大后的夹杂物被再次卷入感应炉内，也会上浮被炉渣吸住。

　 关于真空罐内的脱氧速度常数，如果钢水量比一定，那么初期氮高的真空罐内的脱氧速度常数就比通常处理时的大。另外，随着钢水量比的增加，脱氧速度常数会增大，可以推测这是由于钢水在真空罐内的平均滞留时间增加造成夹杂物上浮时间增加的缘故。

　 如果真空罐内的脱氧速度一定，那么钢水量比越大，脱氧速度也越大；环流时间的影响也越大。另外，如果钢水量比不变，随着真空罐内脱氧速度常数的增大，脱氧速度也会增大，真空罐内的脱氧速度常数越大。环流时间的影响也会越大。

　 关于RH中的脱氧反应，虽然通过提高初期氮量，可增大真空罐内的容量系数，但为进一步促进脱氧反应，应在促进真空罐内脱氧反应的同时，也应促进钢包内的脱氧反应。

5 结束语

　 在小型RH装置中进行了利用可溶性气体进行脱氧的试验，得出如下见解：

　 （1）利用可溶性气体在减压时生成的气体能有效地使钢水在RH装置中形成环流。

　 （2）由于减压时在过饱和情况下生成的气泡比吹人气体的气泡细小以及生成的气体能增加钢水的搅拌，因此可以认为利用可溶性气体能有效脱氧。

　 （3）建立真空罐和钢包的脱氧模型，由此能对真空罐和钢包的脱氧能力进行定量。