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完善精煉裝置中的精煉工藝，采用保證鋼軌中氧含量降低的脫氧新制度，依據(jù)氧含量確定鋼中非金屬夾雜的特性和數(shù)量。當(dāng)氧含量降低到25ppm時(shí)，基本以脆性斷裂氧化夾雜為主;而當(dāng)氧含量大于40ppm時(shí)，則以塑性硅酸鹽為主要形態(tài)。 目前，俄羅斯冶金行業(yè)具有足夠強(qiáng)大的技術(shù)裝備，能夠有效地改進(jìn)鋼軌的冶金質(zhì)量。由于實(shí)施一系列措施，包括研究熔煉工藝、采用綜合脫氧方法、利用鋼軌變形處理以及精煉和真空處理裝置，有可能將鋼軌中的氧含量降至20ppm，并同時(shí)降低非金屬夾雜的夾雜度。 新庫(kù)茲涅茨克鋼鐵公司利用電爐生產(chǎn)鐵路用鋼軌。一臺(tái)型號(hào)為ДСП--100H10（凸窗出鋼、95MVA變壓器、BSE公司的供氧系統(tǒng)）;另一臺(tái)型號(hào)為ДСП—100И7（虹吸出鋼、80MVA變壓器、彎形門(mén)式氧氣風(fēng)嘴）。這兩臺(tái)電爐利用25%～40%液態(tài)鐵水進(jìn)行熔煉，在上爐留下的15～30t爐渣和金屬內(nèi)，加入金屬?gòu)U鋼裝料。為了加快爐中金屬料和碳氧化物的熔煉過(guò)程，利用有效的氧氣噴嘴，BSE公司的噴嘴或者門(mén)式氧氣風(fēng)嘴Fuchs和彎形風(fēng)嘴。鼓入氧氣的一般消耗量達(dá)到1萬(wàn)m3/h。 鐵水在裝入廢金屬前直接注入，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)溫度，且碳含量大于0.7%時(shí)，在電爐啟動(dòng)的情況下，將非脫氧金屬排放到無(wú)渣罐。在往罐中排放的過(guò)程中添加造渣劑。造渣劑由石灰和螢石，以及通過(guò)計(jì)算錳在成品鋼中最低含量的硅錳合金組成。在排放的過(guò)程中，通過(guò)底部多孔風(fēng)嘴對(duì)罐中的鋼水吹入氮?dú)猓瑝毫?.7Mpa，消耗量為20m3/h。排完以后，進(jìn)入精煉裝置，繼續(xù)對(duì)鋼水進(jìn)行處理，以達(dá)到要求的化學(xué)成分及澆注溫度。 為降低鋼水中碳含量，在精煉裝置中開(kāi)發(fā)了精煉新工藝。當(dāng)帶有金屬的罐進(jìn)入精煉爐后，通過(guò)底部多孔風(fēng)嘴以20m3/h的消耗量進(jìn)行提前3min吹氬，進(jìn)行溫度測(cè)量、提取金屬和鋼渣試樣，繼續(xù)利用夾送器按125g/t Ca的計(jì)算量添加硅鈣合金絲。通過(guò)添加ФС75渣、0.4～0.7kg/t焦炭粉和石灰，造Fe0含量小于0.5%和堿度2.5～3.0的液態(tài)渣。 當(dāng)?shù)玫焦拗薪饘僭嚇拥幕瘜W(xué)分析結(jié)果后，再加入鐵合金及其他合金。第二次按125g/t Ca加入硅鈣合金絲，進(jìn)行最終脫氧，但不早于精煉結(jié)束前5min。利用Heraeus Electr0-Nite公司的Hydris儀器，在完成階段確定溫度和氧含量。經(jīng)過(guò)爐外精煉，鋼水在尺寸為300mm×300mm的結(jié)晶器，四流連鑄機(jī)上進(jìn)行澆鑄。 由于在精煉裝置中完善精煉工藝，并采用脫氧新制度，新庫(kù)茲涅茨克鋼鐵公司鋼軌鋼中平均氧含量達(dá)到27.8ppm。這種情況下，氧化夾雜脆性鏈的平均長(zhǎng)度為0.18mm。 為了確立依氧含量變化的鋼軌中非金屬夾雜數(shù)量和特性關(guān)系，進(jìn)行了不同氧含量鋼的金相研究。在成品軌氧含量小于25ppm時(shí)，夾雜物基本上是鈣鋁酸鹽脆性斷裂線條（Ca0.Al203）。 在這種氧含量下，最大夾雜長(zhǎng)度不超過(guò)10μm，鋼的鈣鋁酸鹽夾雜度水平評(píng)價(jià)平均不超過(guò)ГОСТ1778—70渣1級(jí)。盡管在脫氧工藝中去除了含鋁材料，在非金屬夾雜線條中仍存在Al203。顯然，鐵合金和罐中渣是鋁產(chǎn)生的源頭。 隨著氧含量升高到40ppm時(shí)，非金屬夾雜的特性和數(shù)量明顯地發(fā)生了變化。脆性斷裂氧化夾雜數(shù)量減少，而產(chǎn)生應(yīng)變的硅酸鹽的比例增加。在硅酸鹽夾雜的里還存在鋁和鈣，在顯微切片上看到的硅酸鹽夾雜，其形式是長(zhǎng)度為0.12～0.30mm黑灰色細(xì)的均勻分布線條。 在更高的氧含量下，非金屬夾雜基本上是長(zhǎng)度為0.25～0.53mm的單一硅酸鹽。這些夾雜物的鋼夾雜度平均與ГОСТ1778—70渣2級(jí)相符。 由于與脆性斷裂氧化夾雜相比，微小塑性硅酸鹽對(duì)投入運(yùn)行的鋼軌壽命影響很小。含有塑性硅酸鹽外殼的鋁氧化物是比較安全的夾雜種類(lèi)。 除此而外，還可以確定不依氧含量為轉(zhuǎn)移，與內(nèi)源夾雜一樣，在鋼軌中遇見(jiàn)的還有少數(shù)長(zhǎng)度達(dá)1.5mm外源特性的夾雜。一般來(lái)說(shuō)，這樣的夾雜具有多相組成，且基本上是進(jìn)入結(jié)晶器中的渣滴和耐火材料或造渣劑的微粒。 依據(jù)組成不同而變化的多相渣夾雜在軋制中表現(xiàn)出不一樣的變形。一些氧化物夾雜，形成帶有尖的或縱向裂開(kāi)端的粗糙線條，其組成元素的順序?yàn)閇Mn]>[Si]>[Al]>[Ca]>[S]，在軋制時(shí)會(huì)產(chǎn)生塑性變形。而另一些夾雜，氧化物為波浪形線條，其組成的元素順序?yàn)閇Ca]>[Si]>[Mn]>[Al]>[Ti]>[Mg]>[K]>[S]，該夾雜在軋制時(shí)不會(huì)產(chǎn)生變形。 通常情況下，外源氧化夾雜具有偶然性，在鋼軌鋼中極少遇到。 研究表明，鋼中氧含量的降低，會(huì)使應(yīng)變硅酸鹽夾雜數(shù)量的明顯減少，而脆性斷裂復(fù)雜氧化物比例增加。因此，這是一個(gè)不良的傾向。 俄羅斯鐵路運(yùn)輸科研所開(kāi)展的批量試驗(yàn)結(jié)果表明，具有硅酸鹽高份額的К23批次鋼軌與Т17-22批次鋼軌相比，其使用壽命要長(zhǎng)。而Т17-22鋼軌是利用真空煉鋼，硅酸鹽含量較低，而鈣鋁酸鹽含量較高。該結(jié)果證明，鋼軌使用壽命不僅取決于鋼中的氧含量，而且也取決于非金屬夾雜的類(lèi)型。 為了保證鋼軌更優(yōu)良的使用特性，理論上最好使非金屬夾雜的夾雜度最小。但與此同時(shí)，在鋼中氧含量降低的同時(shí)，如何保證非金屬夾雜確定形式和組成的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。