为什么在炼钢过程中使用氩气？为了卓越的保护、纯度和性能

在现代炼钢中， 氩气被用作多功能工具，用于保护、提纯和均化熔融钢水。其主要功能源于其化学惰性，这可以防止液态金属与大气中的氧气和氮气发生反应，但它也被用于物理搅拌熔体和去除溶解的气体和杂质。

氩气在炼钢中不仅仅是一个被动的保护屏障；它是一种主动的工具。它使生产商能够高精度地控制钢材的最终化学成分和清洁度，将一个粗放的过程转变为复杂的制造科学。

核心原理：为什么惰性很重要

炼钢中的基本挑战是，熔融钢水在超过 1600°C (2900°F) 的温度下具有极高的反应活性。与周围空气接触会在几秒钟内毁掉一批钢材。

在高温下，钢中的铁和有价值的合金元素会很容易与空气中的氧气和氮气反应。这会形成氧化物和氮化物，它们是非金属杂质。

这些杂质在钢凝固时会滞留在钢中，形成弱点，可能导致最终产品出现脆性、开裂和性能不佳。氩气作为一种惰性气体，几乎完全不反应，它能驱逐空气，形成保护性气氛。

每当熔融钢水从一个容器转移到另一个容器时——例如，从炉子到钢包，或从钢包到连铸机——它都会暴露在外。

这个过程被称为保护流/覆盖或气幕保护，它利用氩气流在液态钢流周围形成一个看不见的保护屏障。这可以防止空气在这一高度脆弱的阶段接触到金属。

除了其化学保护特性外，将氩气鼓泡通入熔融钢水中的物理行为对于精炼产品至关重要。这在钢包精炼炉 (LMF) 等容器中进行。

一包钢水可能含有数百吨的液态金属。从底部鼓泡通入氩气会产生强大的、连续的搅拌作用。

这种搅拌确保了整个熔体中的温度和化学成分都是均匀的。它消除了热点或冷点，并确保添加的合金得到完美混合，从而保证产品的一致性。

熔融钢水会溶解有害气体，特别是氢气。随着钢材冷却，氢气的溶解度降低，它可能会形成内部空隙和晶粒间裂纹，这种缺陷被称为氢致脆化。

当氩气气泡穿过熔体上升时，溶解的氢气和氮气会扩散到气泡中，并被无害地带到表面。这个脱气过程对于生产高质量、洁净的钢材至关重要。

氩气气泡产生的搅拌作用还有助于先前提到的小的固体杂质（氧化物和氮化物）相互碰撞并聚集在一起。

这些较大、团聚的夹杂物浮力更大，更容易浮到表面。在那里，它们被吸收到炉渣层中，炉渣层是浮在表面的杂质液态覆盖层，可以撇去。

对于不锈钢生产，氩氧脱碳 (AOD) 工艺至关重要，氩气是其名称的由来。

不锈钢含有高含量的昂贵铬，必须对其进行保护。为了去除多余的碳，纯氧会被吹入熔体中，但这也会迅速氧化铬。

通过用氩气稀释氧气，氧气的分压会降低。这使得碳优先被氧化并以一氧化碳气体的形式去除，同时保护了钢中有价值的铬。

虽然氩气非常有效，但其使用受质量要求和成本的平衡制约。

氩气是通过对液态空气进行分馏生产的，这是一个高能耗且昂贵的过程。其成本是任何钢厂重要的运营考虑因素。

氮气的成本大约是氩气的十分之一。对于许多常见的碳钢等级（其中氮气不被视为有害杂质，甚至可能是一种所需的合金元素），通常使用氮气进行搅拌和保护，而不是氩气。

使用氩气、氮气或两者的混合物的决定取决于最终的钢种。对于纯度至关重要的、高价值的不锈钢或特种合金，氩气是不可或缺的。对于商品级结构钢，氮气通常就足够了。

使用氩气的策略完全取决于所生产的钢材类型和所需质量。

最终，对氩气的受控使用将炼钢从一个简单的熔化过程提升为一门精确的工程学科。