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【申請(qǐng)?zhí)枴? CN201280031101.4 【申請(qǐng)日】 2012-06-19 【公開號(hào)】 CN103748267A 【公開日】 2014-04-23 【申請(qǐng)人】 奧圖泰有限公司 【地址】 芬蘭埃斯波 【共同申請(qǐng)人】 【發(fā)明人】 M·林格倫;H·弗塔嫩;V·尼米嫩 【國(guó)際申請(qǐng)】 2012-06-19 PCT/FI2012/050637 【國(guó)際公布】 2012-12-27 WO2012/175803 EN 【進(jìn)入國(guó)家日期】 【專利代理機(jī)構(gòu)】 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038 【代理人】 李躍龍 【分案原申請(qǐng)?zhí)枴? 【國(guó)省代碼】 FI 【摘要】 本發(fā)明涉及一種在金屬的電解沉積中用作電極的永久陰極(1),包括至少部分由鋼制成的永久陰極板(4)并且提供從電解溶液中在其表面(6)上電化學(xué)沉積金屬的可能性,在這種情況下,該永久陰極板(4)的表面(6)上的晶界(7)尺寸被設(shè)置為適合于表面上沉積金屬的附著以及至少在與電解質(zhì)接觸的表面部分中從該表面上的金屬剝離。本發(fā)明還涉及一種用于處理永久陰極表面的方法。 【主權(quán)項(xiàng)】 一種在金屬的電解沉積中用作電極的永久陰極(1),包括至少部分由鋼制成的永久陰極板(4)并且提供從電解溶液中在其表面(6,6a,6b)上電化學(xué)沉積金屬的可能性,其特征在于該永久陰極板(4)的表面(6)上的晶界(7)尺寸被設(shè)置為適合于沉積金屬在該表面上的附著以及至少在與電解質(zhì)接觸的表面部分(6,6a)中從該表面的金屬剝離。 【頁(yè)數(shù)】 14 【主分類號(hào)】 C25C7/02 【專利分類號(hào)】 C25C7/02;C25C1/00;C25C7/08 法律狀態(tài)檢索   申請(qǐng)（專利）號(hào) 201280031101.4 授權(quán)公告號(hào) 法律狀態(tài)公告日 2014.05.21 法律狀態(tài)類型 實(shí)質(zhì)審查的生效

　　日本各鋼廠雖也積極進(jìn)行了降低高爐燃料比的試驗(yàn)研究，但在現(xiàn)有原料條件下，達(dá)到470～480kg/t基本上是最小值，要進(jìn)一步降低是困難的。其中，神戶制鐵所根據(jù)全新的原理，進(jìn)行了能有效降低燃料比的含碳人造塊礦的開發(fā)。 　　含碳人造塊礦是將粉碎的煤粉和鐵礦粉加熱，利用煤的熔融軟化性在不同粘結(jié)劑的作用下加壓成形。其特點(diǎn)如下: 　　①在100%使用劣質(zhì)(中高結(jié)晶水)礦石時(shí)也能確保高爐所需塊礦強(qiáng)度，并能適應(yīng)今后礦石劣質(zhì)化的形勢(shì)。 　?、诳?00%使用比煉焦煤價(jià)格低的弱粘結(jié)性煤。 　?、燮溥€原性和還原粉化性都優(yōu)于普通燒結(jié)礦。 　　另外，新日鐵的高爐內(nèi)還原反應(yīng)模擬和住友金屬試驗(yàn)高爐的結(jié)果表明，在高爐入爐料中配入10%的含碳?jí)K礦，即可提高高爐內(nèi)的還原效率(CO利用率)，從而將燃料比降低30kg/t鐵水。

　  在水泥、磷肥等生產(chǎn)中，球磨機(jī)用襯板和立窯用襯磚大多采用鑄鋼件，不但成本高，而且使用壽命有限，直接影響生產(chǎn)成本的降低。因此，有必要研究耐磨白口鑄鐵來(lái)代替鑄鋼件。 　　球磨機(jī)襯板和鐵鍛的磨損主要有兩種形式：一是鑿削式磨損，二是高應(yīng)力磨損。對(duì)鑿削式磨損，要求襯板能承受一定的沖擊載荷：對(duì)高應(yīng)力磨損，要求襯板表面有盡可能高的硬度，以抵抗磨料的壓力，減輕表面脆化脫落的現(xiàn)象。 　　球磨機(jī)襯板、鐵鍛和立窯用襯磚，由于受磨料產(chǎn)生的沖擊力不大，因其磨損形式主要以高應(yīng)力磨損為主。所以在選材時(shí)，主要考慮材料的硬度，以提高其耐磨性。而鑄鐵的耐磨性主要取決于其組織中萊氏體的數(shù)量，組織中萊氏體量越大，其硬度越大。 　　耐磨白口鑄鐵的生產(chǎn)： 　　1、襯板、襯磚的生產(chǎn) 　　采用2.5t三排小風(fēng)口熱風(fēng)沖天爐，底焦高度1200~1400mm，層焦40kg，石灰石20kg，批料280kg。底焦和層焦的加入量對(duì)鐵水溫度、增碳和熔化率有著明顯的影響，應(yīng)嚴(yán)加控制。采用較高的廢鋼加入量，以降低碳當(dāng)量，有利于鑄件較厚斷面得到白口。采用4#稀土合金進(jìn)行孕育處理，以防止孕育衰退，并在抬包里進(jìn)行第二次孕育；孕育的目的在于細(xì)化組織晶粒，提高鑄件的力學(xué)性能，增強(qiáng)韌性。襯板采用濕型澆注，襯磚采用干型澆注。襯磚、襯板配料比例(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：煉鋼生鐵，30％；廢鋼，70％；錳鐵，4.5％：硅鐵，0.6％(包括在抬包內(nèi)孕育處理的加入量)；4＃稀土合金，0.5％(包括在出鐵槽中進(jìn)行孕育處理和抬包中進(jìn)行二次孕育處理的加入量)。 　　2、鐵鍛的生產(chǎn)。 　　采用0.5t小型沖天爐兩座。輪換使用；焦鐵比1：6；采用5臺(tái)水冷小鐵模，小包點(diǎn)注，連續(xù)作業(yè)，班臺(tái)產(chǎn)量300~400kg。配料比例(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：20＃生鐵，30％；回爐鐵，30％：廢鋼，40％。 　　以上生產(chǎn)的耐磨白口鑄鐵件，其組織中萊氏體的含量為70%~80%，硬度51~53HRC。鑄件使用壽命超過14400h，大大超過高錳鋼襯板和碳鋼襯板的使用壽命，并且產(chǎn)品噸成本大為下降。

　　在酒鋼集團(tuán)公司2013年度技術(shù)創(chuàng)新成果中，煉軋廠開發(fā)的30MnSi熱軋盤條，為酒鋼鋼材家族增添了新成員。 　　所謂30MnSi熱軋盤條，是指含C量在30%左右，以Mn和Si為主要合金元素的熱軋盤條。這種鋼屬PC鋼棒，具有高強(qiáng)度韌性、低松弛性、與混凝土容易結(jié)合、可焊接性好、節(jié)省材料等諸多特點(diǎn)，因此在國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用于電桿、橋墩、鐵路等工程施工領(lǐng)域。 　　（一） 　　上世紀(jì)90年代，酒鋼曾經(jīng)嘗試過30MnSi熱軋盤條的開發(fā)，當(dāng)時(shí)因?yàn)楣に嚱Y(jié)構(gòu)、設(shè)備裝備以及技術(shù)水平等因素的制約，最終沒有成功。 　　進(jìn)入2013年以來(lái)，持續(xù)惡化的外部市場(chǎng)形勢(shì)讓國(guó)內(nèi)眾多鋼廠步履維艱，集團(tuán)公司打響“三大攻堅(jiān)戰(zhàn)”。曾經(jīng)為酒鋼的發(fā)展創(chuàng)造過輝煌業(yè)績(jī)的煉軋廠，在新的挑戰(zhàn)面前，如何轉(zhuǎn)變經(jīng)營(yíng)理念，由原來(lái)的“規(guī)?；a(chǎn)”向“批量化生產(chǎn)”轉(zhuǎn)變，從“銷售數(shù)量”向“銷售質(zhì)量”轉(zhuǎn)變，通過新產(chǎn)品研發(fā)提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，搶占市場(chǎng)份額，成為該廠面臨的新使命。為了適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境變化，該廠緊密結(jié)合客戶需求，開始在新鋼種研發(fā)上下功夫，以按照訂單生產(chǎn)為理念，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，努力實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。 　　經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研后，煉軋廠結(jié)合市場(chǎng)需求，對(duì)30MnSi熱軋盤條再次發(fā)起沖擊。由該廠10余名技術(shù)骨干組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)半年多，30MnSi熱軋盤條研發(fā)獲得成功。該科研成果獲集團(tuán)公司2013年度技術(shù)創(chuàng)新成果三等獎(jiǎng)。目前，30MnSi熱軋盤條已進(jìn)入常規(guī)化生產(chǎn)階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至今年5月底，煉軋廠共生產(chǎn)該產(chǎn)品12000多噸，主要銷往南方發(fā)達(dá)地區(qū)。 　?。ǘ? 　　30MnSi熱軋盤條起源于日本，20世紀(jì)80年代初引入我國(guó)，主要用于工業(yè)與高層民用建筑及港口、水利等工程。近年來(lái)，隨著我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑業(yè)更是發(fā)展迅猛。但很多鋼廠由于受電力資源及原料短缺的影響，這種產(chǎn)品的產(chǎn)量還沒有達(dá)到生產(chǎn)能力。 　　因?yàn)橐呀?jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)兩年生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線盤條82B，煉軋廠在煉鋼和軋鋼工藝方面有一定的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)控制水平相對(duì)穩(wěn)定。在研發(fā)過程中，技術(shù)人員利用煉鋼作業(yè)區(qū)現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，采用LF精煉爐對(duì)鋼水進(jìn)行精煉處理，提高了鋼水的純凈度，使鋼水成分、溫度均勻。 　　針對(duì)連鑄工藝，技術(shù)人員還采用全過程保護(hù)澆鑄，使鑄坯表面質(zhì)量、鋼水的純凈度得到了改善，滿足了產(chǎn)品性能要求。煉軋廠連鑄作業(yè)區(qū)協(xié)理工程師楊軍說(shuō)：“通過不斷技術(shù)探索和生產(chǎn)實(shí)踐，我們的30MnSi熱軋盤條生產(chǎn)工藝趨于成熟，質(zhì)量合格率達(dá)到100%。接到訂單后，我們隨時(shí)可以組織生產(chǎn)?！? 　?。ㄈ? 　　在30MnSi熱軋盤條研發(fā)初期，各項(xiàng)工作都比較順利。然而，讓技術(shù)人員感到意外的是，當(dāng)產(chǎn)品第一次生產(chǎn)出來(lái)后，表面出現(xiàn)了結(jié)疤，質(zhì)量不過關(guān)，給產(chǎn)品銷售帶來(lái)很大困擾。煉軋廠二高線作業(yè)區(qū)責(zé)任工程師金武俊是這個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他回憶說(shuō)：“去年11月份，我們每天晚上現(xiàn)場(chǎng)跟蹤試驗(yàn)。有一天晚上到凌晨三點(diǎn)，還找不出問題。第二天，全廠召開技術(shù)人員大會(huì)，從連鑄、精煉、轉(zhuǎn)爐、煉鋼各個(gè)工藝分析原因，采用新的配方，最終見到了實(shí)效?！? 　　30MnSi熱軋盤條達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求后，煉軋廠派出技術(shù)人員，對(duì)客戶使用30MnSi熱軋盤條進(jìn)行跟蹤觀察服務(wù)，對(duì)使用中存在的問題一一記錄下來(lái)。回來(lái)后，煉軋廠結(jié)合工藝實(shí)際，做了進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)。在經(jīng)過工藝試驗(yàn)、擴(kuò)大試驗(yàn)和批量試驗(yàn)三個(gè)階段后，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，受到客戶好評(píng)，市場(chǎng)占有率大幅提高。 　　據(jù)了解，煉軋廠還有一些新的品種正在研發(fā)，并取得了初步成效，將陸續(xù)投放市場(chǎng)。金武俊說(shuō)：“30MnSi熱軋盤條的開發(fā)生產(chǎn)，對(duì)增加酒鋼產(chǎn)品種類、拓寬銷售渠道、擴(kuò)大產(chǎn)品銷量、增加經(jīng)濟(jì)效益大有裨益。同時(shí)，可提高酒鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)知名度。”

　　耐火纖維是耐火材料大家族中的重要一員。其具有一般纖維的特性，如柔軟、有彈性、有一定的抗拉強(qiáng)度，又具有一般纖維所沒有的耐高溫、耐腐蝕性能。作為耐火隔熱材料，耐火纖維已被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、建材、造船、航空、航天等行業(yè)。目前，市場(chǎng)上的耐火纖維以硅酸鋁系列為主，廣泛應(yīng)用于冶金、陶瓷等領(lǐng)域的加熱爐、熱處理爐等高溫裝備。硅酸鋁系列耐火纖維的優(yōu)點(diǎn)是使用溫度高，且高溫使用性能好，但其最大的缺陷是不可降解，對(duì)人體有害，目前在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，其使用已受到限制，歐盟甚至已將其列為二類可能性致癌物質(zhì)。 　　對(duì)此，研究人員紛紛開展了對(duì)于可降解、無(wú)害于人體的耐火纖維的研究開發(fā)。環(huán)保型可降解無(wú)機(jī)纖維正是近年來(lái)加入耐火材料行列的新成員之一，其具有耐高溫、節(jié)能、隔熱等特性，在人體和土壤環(huán)境中能夠快速降解，不會(huì)對(duì)人體和自然環(huán)境產(chǎn)生危害。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，材料與環(huán)境的關(guān)系越來(lái)越受到普遍關(guān)注，具有生物可降解性能的無(wú)機(jī)纖維材料越來(lái)越受到重視，可降解耐火纖維在市場(chǎng)上對(duì)傳統(tǒng)耐火纖維市場(chǎng)造成很大的影響和沖擊。 　　要衡量耐火纖維對(duì)環(huán)境的影響程度，則著重要參考其降解性能的強(qiáng)弱。目前，可降解無(wú)機(jī)耐火纖維降解性能的測(cè)試方法主要有生物學(xué)性能測(cè)試及體外測(cè)試兩種。生物學(xué)性能測(cè)試是采用在小白鼠體內(nèi)或肺部植入纖維，經(jīng)過一定試驗(yàn)周期后觀察小白鼠肺部是否病變，以此來(lái)判斷纖維在生物體內(nèi)的降解能力。此法周期長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)條件要求高，應(yīng)用于工業(yè)測(cè)定的可行性比較小。 　　因此，通過配制模擬肺液，采用體外模擬試驗(yàn)測(cè)定纖維的溶解量來(lái)間接地反映降解速度是簡(jiǎn)單可行的測(cè)試方法。一般來(lái)說(shuō)，可降解無(wú)機(jī)耐火纖維的降解速度越快，在模擬肺液中的溶解量也越大。但是，溶解量的測(cè)定受到諸多因素的影響，比如纖維長(zhǎng)度、溶解時(shí)間以及人體肺液代謝的動(dòng)態(tài)環(huán)境等。為此，有研究人員采用恒溫水浴振蕩法模擬人體肺液的動(dòng)態(tài)環(huán)境，測(cè)定并分析了纖維長(zhǎng)度、溶解時(shí)間、振蕩速度等測(cè)定因素對(duì)纖維溶解量的影響，以求為更環(huán)保、無(wú)害的耐火纖維研發(fā)和生產(chǎn)提供依據(jù)。 　　科學(xué)試驗(yàn)提供依據(jù) 　　試驗(yàn)原理。環(huán)保型可降解無(wú)機(jī)纖維的結(jié)構(gòu)為玻璃態(tài)。由于在弱堿性模擬肺液中的水分子作用下纖維結(jié)構(gòu)中的Ca2+、Mg2+發(fā)生水解反應(yīng)，使Ca2+、Mg2+不斷被浸出。因此，可以通過定量分析不同環(huán)境下纖維在模擬肺液中的Ca2+、Mg2+析出量來(lái)反映無(wú)機(jī)纖維的溶解量。 　　試驗(yàn)過程。研究人員采用以下分析純?cè)噭┡渲颇M肺液：氯化鈉（NaCl）6.78克，氯化氨（NH4Cl）0.54克，碳酸氫鈉（NaHCO3）2.27克，磷酸氫二鈉（Na2HPO4）0.17克，硫酸（H2SO4，1：100）5克，二水合檸檬酸鈉（Na3C6H5O72H2O）0.06克，甘氨酸（H2NCH2CO2H）0.45克。將以上試劑用蒸餾水稀釋至1升，就得到模擬肺溶液。 　　試驗(yàn)所用的可降解環(huán)保耐火纖維樣品是采用高純工業(yè)原料生產(chǎn)的，其主要化學(xué)組成分為SiO2、CaO、MgO，三者總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于96%。主要試驗(yàn)設(shè)備有恒溫水浴振蕩加熱箱、塑料離心管、干燥箱、標(biāo)準(zhǔn)篩、瑪瑙研缽等。 　　試驗(yàn)過程如下：取可降解無(wú)機(jī)耐火纖維樣品各1克，放入裝有50毫升模擬肺液的塑料離心管中，然后放置在恒溫水浴箱中恒溫37℃，設(shè)定振蕩速度，持續(xù)一定時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)束后，過濾，出濾清液，使用ICP（電感耦合等離子體）分析儀測(cè)定溶解在模擬肺液中的SiO2、CaO、MgO含量。分別研究以下測(cè)試因素對(duì)纖維溶解量的影響： 　　纖維長(zhǎng)度的影響。研究人員分別取3份不同長(zhǎng)度的耐火纖維樣品進(jìn)行測(cè)試。其中包括沒有經(jīng)過短切的纖維原棉，經(jīng)短切、粉碎后過2 毫米（10目）篩的纖維棉，研磨后過0.250毫米（60目）篩的篩下纖維粉末。溶解時(shí)間均為24小時(shí)，振蕩速度均為每分鐘180轉(zhuǎn)。 　　溶解時(shí)間的影響。取3份短切試樣，分別進(jìn)行24小時(shí)、48小時(shí)、168小時(shí)的測(cè)試，振蕩速度均為每分鐘180轉(zhuǎn)。 　　振蕩速度的影響。取3份短切試樣，分別以每分鐘60轉(zhuǎn)、180轉(zhuǎn)、280轉(zhuǎn)的振蕩速率進(jìn)行測(cè)試，溶解時(shí)間均為24小時(shí)。 　　對(duì)比分析確定結(jié)論 　　纖維長(zhǎng)度對(duì)溶解量的影響。研究人員將不同長(zhǎng)度的耐火纖維棉同時(shí)溶解24小時(shí)后，測(cè)定濾清液中的SiO2、CaO、MgO的含量，從不同長(zhǎng)度纖維在模擬肺液中溶解24小時(shí)后的溶解量可以看出，未經(jīng)短切的纖維在模擬肺液中的降解性最小，經(jīng)過短切粉碎的纖維和經(jīng)研磨的纖維粉末的降解性較好；但研磨的試樣相對(duì)于短切試樣的降解能力增加并不明顯。纖維的離子析出能力主要受纖維表面積大小的制約，纖維粉碎得越細(xì)，相應(yīng)比表面積就越大，析出能力也相應(yīng)增大。纖維經(jīng)剪切研磨后，比表面積增大，與模擬肺液中水分子的水解反應(yīng)更加充分。因此，在相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)隨著纖維長(zhǎng)度的減小，環(huán)保纖維的總?cè)芙饬孔兇?，即降解性增大? 　　溶解時(shí)間對(duì)溶解量的影響。纖維棉溶解不同時(shí)間后，從測(cè)定濾清液中的SiO2、CaO、MgO的含量可以看出：隨著溶解時(shí)間的延長(zhǎng)，纖維棉的總?cè)芙饬坎粩嘣龃?；但隨著時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，其降解速度并沒有呈比例增加，而是明顯變緩。這主要是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，模擬肺液中SiO2、CaO、MgO的量越多，反應(yīng)逐漸變慢，直至反應(yīng)趨于平衡，纖維的降解終止。然而，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，人體吸入環(huán)保耐火纖維粉塵后，由于人體的新陳代謝，肺液會(huì)不斷更新，從纖維析出的離子會(huì)不斷被人體排泄，纖維在動(dòng)態(tài)的肺液環(huán)境中的溶解速率受離子濃度影響比較小。因此，在最初的24小時(shí)內(nèi)的模擬溶液環(huán)境更接近人體肺液成分，纖維的溶解速度也更接近在人體內(nèi)的降解速度。 　　振蕩速度對(duì)溶解量的影響。振蕩試驗(yàn)的目的是為了模擬人體肺液的動(dòng)態(tài)環(huán)境。改變振蕩速度，溶解24小時(shí)后，測(cè)定濾清液中的SiO2、CaO、MgO的含量。從中可以看出，隨著振蕩速度的增大，環(huán)保耐火纖維在模擬肺液中溶解的離子量增大，振蕩最慢的試樣的溶解量最小。這主要是因?yàn)檎袷幙梢允箯睦w維中析出的離子快速離開纖維表面，從而使模擬肺液中的水解反應(yīng)能夠在纖維表面充分進(jìn)行。但是振蕩速度每分鐘180轉(zhuǎn)和280轉(zhuǎn)的試樣溶解量變化不大。 　　在模擬試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，纖維長(zhǎng)度、溶解時(shí)間、振蕩速率對(duì)纖維降解析出離子的影響較大。但是，較大幅度地減少纖維長(zhǎng)度、延長(zhǎng)溶解時(shí)間和提高振蕩速度

超低氧特殊鋼廣泛用于制造業(yè)，如作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧與減震彈簧、汽車軸與連桿、列車車輪與車軸等。這些部件在服役時(shí)經(jīng)受交變應(yīng)力作用，要求具有良好的抗疲勞性能。除了要求抗疲勞性能外，汽車軸與連桿等非調(diào)質(zhì)類超低氧鋼還要求一定的切削性能，通常加入較高的硫含量。 　　非金屬夾雜物與鋼基體在變形性能、熱膨脹、硬度等性質(zhì)方面有很大不同，在鋼基體與夾雜物界面處易形成疲勞起裂。研究表明，尺寸細(xì)小、球形、低熔點(diǎn)（可一定程度變形）的夾雜物可有效延長(zhǎng)鋼的疲勞壽命。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)超低氧超低硫系列特殊鋼、超低氧較高硫含量系列特殊鋼中夾雜物控制規(guī)律與控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)探索。 　　特殊鋼夾雜物的控制策略 　　為了提高抗疲勞性能，目前特殊鋼中夾雜物主要有兩種控制策略。 　　第一種策略即夾雜物塑性化：將夾雜物控制在CaO-Al2O3-SiO2系中假硅灰石、鈣斜長(zhǎng)石和鱗石英所圍成的低熔點(diǎn)塑性區(qū)，以及SiO2-MnO-Al2O3系中錳鋁榴石低熔點(diǎn)塑性區(qū)。該工藝要求采用Si-Mn脫氧與低堿度低Al2O3含量爐渣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間精煉，并將鋼中[Al]控制在極低水平（<5ppm），技術(shù)難度大且生產(chǎn)成本高，目前僅用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)閥門彈簧鋼與輪胎子午線等少數(shù)高品質(zhì)特殊鋼。 　　第二種策略是超低氧冶煉：采用Al強(qiáng)脫氧與較高堿度爐渣（CaO/SiO2:3~5，Al2O3:20%~30%）精煉來(lái)大幅度減少夾雜物數(shù)量。但是，該工藝條件下絕大多數(shù)夾雜物熔點(diǎn)很高，尤其是很難避免大尺寸的高熔點(diǎn)夾雜物。ASTME45-2005標(biāo)準(zhǔn)將此類球狀不變形歸類為D類夾雜物；當(dāng)其尺寸大于13μm時(shí)，國(guó)標(biāo)GB/T10561-2005中稱之為DS類夾雜物。日本生產(chǎn)軸承鋼最著名的山陽(yáng)特殊鋼早在2007年時(shí)就報(bào)道，軸承鋼T[O]降至5ppm時(shí)，仍然很難避免生成大尺寸高熔點(diǎn)鈣鎂鋁硅酸鹽夾雜物。因此，如何在實(shí)現(xiàn)超低氧含量的同時(shí)得到低熔點(diǎn)夾雜物，是超低氧特殊鋼夾雜物控制技術(shù)中的難題。 　　另外，高熔點(diǎn)夾雜物除了對(duì)特殊鋼疲勞性能危害很大，還容易誘發(fā)連鑄水口結(jié)瘤。眾所周知，鈣處理可以有效減輕或避免水口結(jié)瘤的產(chǎn)生。但是，對(duì)于要求一定硫含量以保證切削性能的特殊鋼如汽車軸用非調(diào)質(zhì)鋼，采用鈣處理易生成高熔點(diǎn)CaS夾雜物，同樣會(huì)造成水口結(jié)瘤。因而在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用控Al脫氧、提高中間包鋼液的溫度等方法來(lái)減輕此類特殊鋼連鑄時(shí)的水口結(jié)瘤；在精煉后期采用較低堿度的爐渣進(jìn)行精煉，以減少高熔點(diǎn)鈣鋁酸鹽夾雜物（D類夾雜物），也便于進(jìn)行增硫操作。 　　探索夾雜物特征的研究方法 　　超低氧低硫鋼中低熔點(diǎn)鈣鎂鋁酸鹽類夾雜物控制。通過真空感應(yīng)爐冶煉得到成分合格的母鐵，隨后通過Si-Mo電阻爐進(jìn)行鋼液—爐渣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：將100g鋼樣、50g渣樣放入MgO坩堝，將MgO坩堝置于剛玉反應(yīng)管的恒溫區(qū)內(nèi)并加熱至1873K。實(shí)驗(yàn)時(shí)，剛玉反應(yīng)管全程通入氬氣（1.5NL/min）進(jìn)行保護(hù)。在鋼液—爐渣反應(yīng)一定時(shí)間后，將坩堝取出后水淬冷卻，得到鋼樣與爐渣樣。實(shí)驗(yàn)中，鋼液—爐渣反應(yīng)時(shí)間為90min。同時(shí)，為了研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)夾雜物生成的影響，部分爐次反應(yīng)時(shí)間分別為30min、60min、90min、180min。實(shí)驗(yàn)所用爐渣料是化學(xué)分析純CaO、SiO2、Al2O3經(jīng)過預(yù)脫水處理后進(jìn)行配制而得到的。夾雜物采用掃描電鏡-能譜儀（SEM-EDS，日本JEOL公司產(chǎn)）進(jìn)行分析，得到其尺寸、數(shù)量、成分等特征。 　　超低氧較高硫含量鋼中MnS+氧化物型復(fù)合夾雜物控制。采用10kg真空感應(yīng)爐（ZG-0.01型）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：第一步，將工業(yè)純鐵（Fe：99.8%）裝入鎂砂坩堝中，在空氣氣氛下熔清；第二步，開啟真空泵對(duì)真空室抽真空、充入高純Ar，如此反復(fù)3次達(dá)到所需的真空度（<50Pa）；第三步，向鋼液加入鋁粒進(jìn)行脫氧后，加入石墨（99%）、電解錳（99.3%）、多晶硅（99.5%）進(jìn)行合金化，加入FeS（75%）增硫，冶煉一段時(shí)間后，出鋼前在真空條件下采用自制取樣器進(jìn)行取樣（水淬水冷）；第四步，將鋼液注入真空室內(nèi)鋼錠模中冷卻。實(shí)驗(yàn)中所用爐渣堿度為3~5，并變化鋼中[Al]、[S]含量以考察其對(duì)鋼中夾雜物生成的影響，共進(jìn)行了6爐次實(shí)驗(yàn)。 　　隨后，研究人員將所得鋼樣與爐渣試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，對(duì)鋼樣進(jìn)行金相制樣后采用SEM-EDS（日本JEOL公司產(chǎn)）與ASPEX eXplorer自動(dòng)掃描電鏡（原美國(guó)ASPEX公司產(chǎn)，現(xiàn)為FEI公司）對(duì)夾雜物進(jìn)行隨機(jī)分析，得到夾雜物的成分、尺寸、數(shù)量等特征。 　　超低氧低硫特殊鋼中夾雜物特征 　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鋼液—爐渣反應(yīng)90min后，鋼中全部為球形的CaO-MgO-Al2O3系復(fù)合夾雜物，其尺寸主要在5μm以下。 　　夾雜物元素分布面掃描結(jié)果表明復(fù)合夾雜物可分為兩類。第一類夾雜物元素面分布特征為：Al均勻地分布、Mg集中于中心、Ca分布于表層且Mg、Ca空間位置呈互補(bǔ)關(guān)系，即MgO-Al2O3作為夾雜物核心而外圍包裹CaO-Al2O3。第二類夾雜物元素面分布特征為：夾雜物中心Mg含量很高，夾雜物外圍Ca、Al含量很高，Mg含量高的區(qū)域與Ca、Al含量高的區(qū)域呈互補(bǔ)關(guān)系，Ca、Al含量高的區(qū)域互相重疊，即高M(jìn)gO為夾雜物核心而外圍包裹CaO-Al2O3。夾雜物成分分布特征顯示，夾雜物主要集中于低熔點(diǎn)區(qū)域及其周邊鄰近區(qū)域，少量分布著高M(jìn)gO含量的夾雜物。 　　鋼中CaO-MgO-Al2O3系復(fù)合夾雜物之所以具有如上所述特征，是因?yàn)殇撘骸獱t渣反應(yīng)在不同時(shí)間條件下，鋼中夾雜物經(jīng)歷了復(fù)雜的轉(zhuǎn)變過程。鋼液—爐渣反應(yīng)30min后，鋼中夾雜物主要是Al2O3-MgO與MgO，其形貌為棱角分明的多邊形。隨著鋼液—爐渣反應(yīng)時(shí)間的增加，夾雜物外形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐?，成分則逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO-MgO-Al2O3系。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，夾雜物平均成分逐漸往低熔點(diǎn)區(qū)域移動(dòng)。隨著反應(yīng)時(shí)間從30min增加到180min，夾雜物中的CaO含量由15%增加到30%，MgO含量由30%減少至20%。 　　其關(guān)鍵在于：隨著鋼液與爐渣反應(yīng)時(shí)間的增加，爐渣中CaO被還原導(dǎo)致Ca進(jìn)入鋼液，鋼液與夾雜物發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，使鋼中高熔點(diǎn)夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低熔點(diǎn)的鈣鎂鋁酸鹽類夾雜物。由于此類夾雜物以較低熔點(diǎn)CaO-Al2O3包裹較硬的MgO-Al2O3類核心或高M(jìn)gO含量的核心，其具有一定變形能力，能夠有效延長(zhǎng)鋼的疲勞壽命。 　　超低氧較高硫含量特殊鋼中夾雜物特征 　　研究人員采用ASPEX eXplorer自動(dòng)掃描電鏡對(duì)夾雜物進(jìn)行了大面積分析，每個(gè)試樣分析約50mm2的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)1μm以上的夾雜物都能夠被檢測(cè)到。結(jié)果表明，鋼中大部分夾雜物尺寸在10μm以下，少數(shù)夾雜物尺寸大于15μm但全部小于30μm。對(duì)中[Al]、中[S]含量和高[Al]、高[S]含量條件下鋼中夾雜物的類型特征的統(tǒng)計(jì)分析顯示，鋼中絕大多數(shù)夾雜物為MnS，其數(shù)量比例為88.8%~95.4%，其余主要為MnS+Al2O3、MnS+MgO-Al2O3。 　　夾雜物元素分布面掃描結(jié)果表明，在中[Al]、中[S]含量和高[Al]、高[S]含量條件下，鋼中MnS+Al2O3類復(fù)合夾雜物以尺寸極為細(xì)小的Al2O3為核心、外表包裹MnS而形成。眾所周知，MnS夾雜物具有良好的塑性變形能力，在熱軋溫度下能夠與鋼基體一起發(fā)生變形而不容易引起應(yīng)力集中。因此，MnS包裹Al2O3與MgO-Al2O3所形成的復(fù)合夾雜物屬于“軟”包“硬”型夾雜物，具有很好的變形性能，有利于提高鋼的抗疲勞性能。 　　由于MnS是在凝固過程中溫度較低時(shí)生成的，此類包裹型復(fù)合夾雜物應(yīng)該是MnS以Al2O3與MgO-Al2O3夾雜物為異質(zhì)形核核心而生成的。根據(jù)異質(zhì)形核理論，Al2O3與MgO-Al2O3夾雜物的尺寸是影響MnS能否以其作為形核核心的關(guān)鍵性因素。另外，MnS包裹層的厚度對(duì)此類復(fù)合夾雜物的變形性能也將產(chǎn)生重要影響。因此根據(jù)MnS包裹氧化物核心的狀態(tài)，將其區(qū)分為完全包裹、部分包裹和未包裹狀態(tài)。 　　總之，對(duì)于低硫系列的超低氧鋼，在Al脫氧與高堿度高Al2O3爐渣精煉的條件下，通過促進(jìn)鋼液與爐渣之間的反應(yīng)而間接促進(jìn)夾雜物的低熔點(diǎn)化轉(zhuǎn)變，從而在實(shí)現(xiàn)超低氧含量的同時(shí)，在鋼中生成尺寸細(xì)小、球形、較低熔點(diǎn)的鈣鎂鋁酸鹽類夾雜物。對(duì)于較高硫含量的超低氧特殊鋼，則探索在Al脫氧與較高爐渣精煉的條件下，在實(shí)現(xiàn)超低氧含量的同時(shí)，通過抑制鋼液與爐渣之間的反應(yīng)，有效抑制鈣鋁酸鹽類夾雜物的生成，從而減少D類夾雜物的來(lái)源。鋼中絕大多數(shù)夾雜物為凝固過程生成的MnS，并利用變形性能良好的MnS包裹脫氧與精煉過程中生成的高熔點(diǎn)Al2O3與Al2O3-MgO，從而形成“軟”包“硬”型復(fù)合夾雜物，有效改善鋼的抗疲勞性能與切削性能。