元素的蒸发 除氮、氢、氧以外,钢中还溶解了很多其他元素,有的是为获得某种性能而添加的有用元素,或称合金化元素;有些是从炼钢原料中带来的。这些元素存在于钢液中,在钢液表面形成一定的该元素的蒸气压,易溶于钢液的元素蒸气压低些,不易溶于钢液的元素蒸气压则高些。不断降低钢液表面的压力,就可使某些易蒸发元素的分压力不断降低,从而使这种元素不断去除。在有害元素蒸馏去除的同时,往往也伴随着有用元素的挥发,甚至包括铁原子的挥发,因此某些元素通过挥发去除了,而另一些元素则可能在钢液中富集,如钢中的Ni、Co、P等就容易富集。
耐火材料与钢液之间的反应耐火材料一般由MgO、Al2O3 、SiO2 、ZrO2等组成,而钢液中含有一定的碳量,因此在真空条件下,钢液中的碳就可能还原耐火材料并发生耐火材料的分解反应。如:
由于耐火材料的分解向钢中供氧,钢液中的氧含量就会增加,当真空下碳氧反应进行到一定程度时,耐火材料向钢液中的供氧与氧的脱除达到动态平衡,脱氧过程虽在进行,但钢中氧含量却保持一定的数值,不再发生变化。
促进更应的措施 为了获得好的处理效果,缩短真空处理时间,采用了各种改进措施,如电磁搅拌和吹气搅拌。在搅拌的作用下将含氧、氢、氛高的钢液尽快输送到气液相界面以加速反应过程,而吹入的气泡也可以作为形核核心,每个小气泡又相当于一个小真空室,更加速反应去气的过程。
有了各种现代化的真空处理设备,钢液真空处理的水平不断提高.表现于处理量不断增加,同时钢中。氮、氢、氧等杂质的含量下降到很低水平。在已可使钢中总氧量达2×10-6大批量生产的钢中,总氧量可达5×10-6,氢达0.5×10-6 ,氮达10×10-6 。由于钢中有害杂质的不断降低,钢材的使用寿命与可靠性都大大提高。以轴承钢为例,当钢中总氧量由30×10-6降至15×10-6 ,其疲劳寿命(L10)提高5倍;降至10×10-6 ,其疲劳寿命提高15倍:降至5×10-6 ,其疲劳寿命则可提高30倍。
通常钢水表面总是有一层渣覆盖,由于渣层的静压力作用,增大了气泡形核阻力。因此真空处理时要少带渣或者不带渣。LF炉、ASEA—SKF精炼炉和VAD炉处理钢水时,钢水表面总要带渣,而RH法、DH法是将钢液抽进真空室进行处理,钢液完全暴露在高真空气氛中,故它们的脱气效果优于LF炉、ASEA—SKF精炼炉和VAD炉。