钢中尺寸较小的夹杂物颗粒不足以上浮去除，必须通过碰撞聚合成大颗粒，较大的夹杂物陆续上浮到渣层，离开钢液。

1、钢中夹杂物的长大、上浮与分离

在强湍流下，夹杂物碰撞聚合非常迅速，例如在0.1m2/s的强湍流条件下，夹杂物半径长大到100μm只要2min。直径为100μm的Al2O3夹杂物从钢液表面下2.5m上浮到钢液表面需要4.8min，直径为20μm的夹杂物，上浮时间增加到119min。

从钢液中分离夹杂物的主要途径包括两种：（1）被表面的渣层吸附；（2）被壁面耐火材料吸附。

2、钢中夹杂物去除技术

2.1气体搅拌

2.1.1钢包吹氩

吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼手段之一，钢中夹杂物被气泡俘获去除的效率决定于吹入钢液中气泡数量和气泡尺寸。钢包底吹氩用透气砖平均孔径一般为2～4mm，在常用的吹氩流量范围产生的气泡直径为10～20mm。而有效去除夹杂物的最佳气泡直径为2～15mm，并且气泡在上浮过程会迅速膨胀。因此，底吹氩产生的气泡捕获小颗粒夹杂物概率很小，对细小夹杂物去除效果不理想。在钢包底吹氩过程中，过强的搅拌功会导致钢水的二次氧化及卷渣。

为了去除钢中的细小夹杂物颗粒，必须钢液中制造直径更小的气泡。将氩气引入到足够湍流强度的钢液中，依靠湍流波动速度梯度产生的剪切力将气泡击碎，可将大气泡击碎成小气泡。钢包与中间包之间的长水口具有高的湍流强度，在此区域钢水流速达到1～3m/s。在长水口吹氩水模型研究表明，可获得0.5～1mm的细小气泡。细小的气泡捕获夹杂物的概率很高。这种方法可显著提高氩气泡去除夹杂物的效率。

2.1.2中间包气幕挡墙

通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹入的气泡，与流经此处的钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液的目的。

德国NMSG公司的应用结果表明，与不吹气相比，50～200μm大尺寸夹杂物全部去除，小尺寸夹杂物的去除效率增加50％。为了获取细小气泡，新日铁研制了一种旋转喷嘴，借助耐火材料制的旋转叶轮，使吹入中间包的气泡分裂成微细气泡，与传统的中间包设置挡墙法相比，小于50μm的夹杂明显减少。

本溪钢厂中间包底吹氩试验证实：底吹氩形成的气幕挡墙对夹杂物去除效果明显，同不吹氩相比，铸坯中夹杂物数量下降50％，而且未观察到30～50μm的夹杂物。

2.1.3加压减压法

加压减压法（NK-PERM）是日本钢管公司开发的精炼法，采用顶吹喷枪和包底透气砖吹氮和氢强制性的溶解在钢水中，使钢中的氮或氢增到（150～400）×10-6，然后在RH真空循环脱气装置中脱气去夹杂。钢中过饱和的氮或氢在迅速减压过程中析出，形成微小气泡促使夹杂物上浮。与传统的钢包吹氩相比，钢中夹杂物平均尺寸明显减小，且直径在10μm以上的夹杂颗粒全部去除。

2.2电磁净化

2.2.1钢包电磁搅拌

瑞典ASEA公司与SKF公司，于1965年建成了第1座采用电磁感应搅拌的钢包精炼炉ASEA-SKF。用此方法生产钢的总氧量可小于20×10-6，夹杂物显著减少。

国内冶金工作者在对90tLF-VD钢包精炼电磁搅拌的试验表明，电磁搅拌在降低尺寸在20μm以下的非金属夹杂物与吹氩搅拌相比有显著的优越性，非金属夹杂物不论颗粒大小，都能以较快速度从钢液中排除。此外，电磁搅拌能量分布均匀，流场基本无死角。

一般来说，电磁搅拌比气体搅拌更容易准确掌握，和气体搅拌相比，对钢渣界面的搅动强度还不够大。电磁搅拌使钢液的流动比较稳定、均衡，避免钢水流速过大导致的卷渣。但电磁搅拌不能提供促使夹杂物上浮的气泡。

2.2.2中间包离心分离

利用夹杂物与钢液的密度差，可以用离心场中分离夹杂物。在旋转的钢液中，由于夹杂物密度比钢液小，夹杂物会向心运动，在钢液中心聚集长大、上浮。钢液的旋转可以通过旋转磁场产生。

20世纪90年代，日本中间包中进行旋转磁场离心分离夹杂物的试验，离心流动中间包分为圆筒形旋转室和矩形室，钢水由钢包长水口进入旋转室，在旋转区受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋转区底部出口进入矩形室进行浇铸。离心搅拌后全氧由（20～40）×10-6降到（8～15）×10-6，夹杂物总量约减少一半。

2.2.3结晶器电磁制动

电磁制动是利用向上的电磁力阻止从浸入式水口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透尝试，促使夹杂物上浮分离，同时，抑制弯月面的波动，防止卷渣。

20世纪80年代，瑞典ASEA公司与日本川崎公司联合开发的板坯结晶器电磁制动技术，取得较好效果。90年代，成功开发出两段电磁制动技术，上段用于抑制弯月面的波动，下段用于制动高速流股。近年来又开发出了全幅三段电磁制动技术，将下段磁场用于二次制动，日本川崎钢铁公司在采用电磁制动后，即使在2.5m/min以上高速连铸时，结晶器内的保护渣也不会卷入钢液中。

国内梅钢2号连铸机采用全幅两段电磁制动技术，使用效果表明：采用电磁制动后，结晶器液面波动幅度明显降低，铸坯夹杂物数量较少且尺寸≤20μm。

2.3渣洗

渣洗通过控制炉渣成分处理钢液，是最早出现的二次精炼方法。由于精炼渣可以吸附夹杂物，为了保证渣洗的效果，一般要进行搅拌。渣洗通常与其它工艺操作配合使用。

电渣重熔是在渣洗基础上发展起来的一项新技术。在电渣重熔过程中，自耗电极的端部熔化的金属汇集成液滴，分散细小的熔滴穿过渣层并最终进入金属熔池，使金属液与熔渣的接触界面显著增加。而且，电极端头温度高达1800℃，原有的固态夹杂一般均能变成液态，更容易被渣吸附。经电渣重熔的GCr15钢轴承的寿命是电炉钢轴承的3.35倍。

2.4过滤器

过滤器主要通过机械拦截、表面吸附的作用去除夹杂物。夹杂物的去除率与过滤器的材质、过滤器孔径和钢水流速有关。美国SELEE钢铁公司研制的过滤器应用在中间包上，夹杂物去除效率提高40％～80％。日本千叶厂研制的陶瓷狭孔过滤器，在最佳情况下能全部去除≥20μm的夹杂。

国内对钢水过滤器进行的研究也取得了较好的效果。宝钢在中间包上使用CaO质过滤器，采用有向上倾斜角度的小孔，以增加渣吸附夹杂的机会，使用后发现对去除夹杂物中Al2O3、SiO2作用显著，可使中间包第3、第4流钢水T[O]分别降低25％和10％。

目前，过滤器的制作工艺比较复杂，生产成本较高，过滤器的比表面积有限，难以满足钢水连续过滤的要求，也仅限应用于高纯净度高价位钢材的生产。应当用其它措施尽可能多去除一些夹杂，剩余的难去除的小型夹杂物，再通过过滤器去除。随着过滤器越来越多的应用于生产，为钢铁工业提供优质、廉价、长寿的过滤器成为今后的研究重点。

(来源：钢铁产业)