完善精煉裝置中的精煉工藝(yi)，采用(yong)保證(zheng)鋼軌中氧(yang)含(han)量(liang)降(jiang)低的脫氧(yang)新制度，依(yi)據氧(yang)含(han)量(liang)確定鋼中非金屬(shu)夾雜的特性和數量(liang)。當氧(yang)含(han)量(liang)降(jiang)低到(dao)25ppm時(shi)，基本以脆性斷裂氧(yang)化夾雜為主;而(er)當氧(yang)含(han)量(liang)大于40ppm時(shi)，則(ze)以塑性硅酸鹽為主要形(xing)態。
目(mu)前，俄羅斯冶金(jin)行業(ye)具有足(zu)夠(gou)強大的(de)(de)(de)(de)技術裝備，能夠(gou)有效地改進(jin)鋼軌的(de)(de)(de)(de)冶金(jin)質量。由于實施一系列措施，包括研究(jiu)熔煉(lian)(lian)工(gong)藝、采(cai)用綜合(he)脫氧(yang)(yang)方(fang)法(fa)、利用鋼軌變形處理(li)(li)以(yi)及(ji)精煉(lian)(lian)和真(zhen)空處理(li)(li)裝置，有可能將鋼軌中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含量降至20ppm，并同時降低非(fei)金(jin)屬夾(jia)雜(za)的(de)(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)度。
新(xin)庫茲涅茨克鋼(gang)鐵公司利(li)用(yong)電爐(lu)生產鐵路用(yong)鋼(gang)軌。一(yi)(yi)(yi)臺(tai)型(xing)號(hao)為ДСП--100H10（凸窗出鋼(gang)、95MVA變壓器、BSE公司的(de)供氧(yang)(yang)(yang)系(xi)統）;另一(yi)(yi)(yi)臺(tai)型(xing)號(hao)為ДСП—100И7（虹吸出鋼(gang)、80MVA變壓器、彎形門式氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)風嘴）。這兩臺(tai)電爐(lu)利(li)用(yong)25%～40%液態鐵水進行熔煉(lian)(lian)，在(zai)上爐(lu)留(liu)下的(de)15～30t爐(lu)渣和金屬內(nei)，加入金屬廢(fei)鋼(gang)裝料。為了(le)加快爐(lu)中金屬料和碳氧(yang)(yang)(yang)化物的(de)熔煉(lian)(lian)過程，利(li)用(yong)有效的(de)氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)噴嘴，BSE公司的(de)噴嘴或者門式氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)風嘴Fuchs和彎形風嘴。鼓入氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)的(de)一(yi)(yi)(yi)般(ban)消耗量達到1萬m3/h。
鐵水(shui)在(zai)裝入(ru)廢金屬前直接注(zhu)入(ru)，當達到目(mu)標溫(wen)度(du)，且碳含量(liang)大于0.7%時，在(zai)電爐啟動的(de)(de)情況下(xia)，將非脫氧金屬排(pai)放(fang)到無(wu)渣罐(guan)。在(zai)往罐(guan)中排(pai)放(fang)的(de)(de)過(guo)程中添(tian)加造渣劑。造渣劑由(you)石(shi)灰和(he)螢(ying)石(shi)，以(yi)(yi)及(ji)通(tong)(tong)過(guo)計算錳(meng)在(zai)成(cheng)品鋼(gang)中最低含量(liang)的(de)(de)硅(gui)錳(meng)合金組(zu)成(cheng)。在(zai)排(pai)放(fang)的(de)(de)過(guo)程中，通(tong)(tong)過(guo)底部(bu)多孔風嘴(zui)對罐(guan)中的(de)(de)鋼(gang)水(shui)吹入(ru)氮氣，壓(ya)力為0.7Mpa，消耗量(liang)為20m3/h。排(pai)完以(yi)(yi)后，進入(ru)精煉裝置，繼續對鋼(gang)水(shui)進行(xing)處理，以(yi)(yi)達到要求(qiu)的(de)(de)化學成(cheng)分及(ji)澆注(zhu)溫(wen)度(du)。
為降低鋼(gang)(gang)水中碳含量，在精煉(lian)裝置(zhi)中開發了(le)精煉(lian)新工藝(yi)。當帶有金屬(shu)的(de)罐進入精煉(lian)爐后，通過(guo)(guo)底(di)部多孔風嘴以20m3/h的(de)消(xiao)耗量進行提前(qian)3min吹氬(ya)，進行溫度(du)測量、提取金屬(shu)和(he)鋼(gang)(gang)渣試樣，繼續利(li)用夾送(song)器按125g/t Ca的(de)計(ji)算量添加(jia)硅鈣合(he)金絲。通過(guo)(guo)添加(jia)ФС75渣、0.4～0.7kg/t焦炭粉和(he)石(shi)灰(hui)，造Fe0含量小于(yu)0.5%和(he)堿度(du)2.5～3.0的(de)液態渣。
當得到罐(guan)中金屬試樣的化學分析(xi)結果后，再加(jia)入鐵(tie)合(he)金及其他合(he)金。第二(er)次按125g/t Ca加(jia)入硅鈣合(he)金絲，進行最終脫氧，但不早于精煉結束(shu)前5min。利用Heraeus Electr0-Nite公司的Hydris儀器(qi)，在(zai)完(wan)成階段確定溫度和氧含(han)量。經過爐外精煉，鋼水(shui)在(zai)尺(chi)寸為(wei)300mm×300mm的結晶器(qi)，四(si)流連鑄(zhu)機上進行澆鑄(zhu)。
由(you)于(yu)在精煉裝置中(zhong)完(wan)善精煉工藝，并采用脫氧(yang)新(xin)制度(du)，新(xin)庫(ku)茲涅茨(ci)克(ke)鋼(gang)鐵公司鋼(gang)軌鋼(gang)中(zhong)平均(jun)(jun)氧(yang)含量達到27.8ppm。這種情況下，氧(yang)化夾雜脆性鏈(lian)的平均(jun)(jun)長(chang)度(du)為(wei)0.18mm。
為了確立依氧(yang)含(han)(han)量(liang)變化的鋼軌(gui)中非金(jin)屬(shu)夾(jia)雜數(shu)量(liang)和特性關系，進行了不同氧(yang)含(han)(han)量(liang)鋼的金(jin)相研究。在成品軌(gui)氧(yang)含(han)(han)量(liang)小(xiao)于25ppm時，夾(jia)雜物基(ji)本上是(shi)鈣鋁酸鹽脆性斷(duan)裂(lie)線條（Ca0.Al203）。
在(zai)(zai)這(zhe)種氧含量下，最大夾雜長度(du)不(bu)超(chao)過10μm，鋼(gang)的鈣鋁(lv)酸鹽夾雜度(du)水平(ping)評價平(ping)均不(bu)超(chao)過ГОСТ1778—70渣1級(ji)。盡管在(zai)(zai)脫氧工藝中(zhong)去除了含鋁(lv)材料，在(zai)(zai)非(fei)金(jin)屬夾雜線(xian)條(tiao)中(zhong)仍存(cun)在(zai)(zai)Al203。顯然，鐵合金(jin)和罐中(zhong)渣是鋁(lv)產生的源頭(tou)。
隨著氧含(han)量(liang)升高到40ppm時，非金屬夾雜的特(te)性和(he)數量(liang)明顯(xian)地(di)發生了變化。脆性斷裂(lie)氧化夾雜數量(liang)減少，而產生應變的硅酸(suan)鹽的比例增加。在硅酸(suan)鹽夾雜的里還(huan)存(cun)在鋁(lv)和(he)鈣，在顯(xian)微切片上看(kan)到的硅酸(suan)鹽夾雜，其形式是長(chang)度為0.12～0.30mm黑灰色細的均(jun)勻分布(bu)線條。
在更高的氧含量下，非金屬夾雜(za)基本(ben)上是長度為0.25～0.53mm的單(dan)一硅酸鹽(yan)。這些夾雜(za)物的鋼夾雜(za)度平(ping)均與ГОСТ1778—70渣2級相(xiang)符。
由(you)于與(yu)脆性(xing)(xing)斷裂(lie)氧化夾雜相(xiang)比，微小塑性(xing)(xing)硅(gui)酸鹽對投入運行的(de)(de)鋼軌壽命影響很(hen)小。含有塑性(xing)(xing)硅(gui)酸鹽外(wai)殼的(de)(de)鋁氧化物(wu)是比較安全(quan)的(de)(de)夾雜種類。
除此而外，還(huan)可以確定不依氧含量(liang)為(wei)轉移，與內源夾雜(za)(za)一樣，在鋼軌中遇見(jian)的(de)還(huan)有(you)少數長度達1.5mm外源特性的(de)夾雜(za)(za)。一般來說，這樣的(de)夾雜(za)(za)具(ju)有(you)多相組(zu)成，且基本上是進入結晶器中的(de)渣滴和耐火材(cai)料或(huo)造渣劑的(de)微(wei)粒。
依據組成不同而(er)變(bian)化的(de)多相(xiang)渣夾(jia)(jia)雜在(zai)(zai)軋(ya)(ya)制(zhi)中表現(xian)出不一(yi)樣的(de)變(bian)形。一(yi)些氧化物夾(jia)(jia)雜，形成帶有尖的(de)或縱(zong)向裂開端(duan)的(de)粗糙(cao)線條，其組成元(yuan)(yuan)素的(de)順序為[Mn]>[Si]>[Al]>[Ca]>[S]，在(zai)(zai)軋(ya)(ya)制(zhi)時會產生塑性變(bian)形。而(er)另(ling)一(yi)些夾(jia)(jia)雜，氧化物為波浪形線條，其組成的(de)元(yuan)(yuan)素順序為[Ca]>[Si]>[Mn]>[Al]>[Ti]>[Mg]>[K]>[S]，該夾(jia)(jia)雜在(zai)(zai)軋(ya)(ya)制(zhi)時不會產生變(bian)形。
通常情況下(xia)，外(wai)源氧化夾雜(za)具有偶然(ran)性，在鋼軌鋼中極少遇到。
研究表(biao)明，鋼中氧(yang)含量的降低(di)，會使應變硅(gui)酸鹽夾(jia)雜(za)數量的明顯減少，而脆性斷(duan)裂復雜(za)氧(yang)化物比例增加。因此，這是(shi)一個不良(liang)的傾向。
俄羅斯鐵路運輸科研所開展的(de)(de)批(pi)量(liang)(liang)(liang)試驗結(jie)果(guo)表明，具有硅酸(suan)鹽高(gao)(gao)份額的(de)(de)К23批(pi)次鋼軌與Т17-22批(pi)次鋼軌相比，其使用壽(shou)命(ming)(ming)要長。而Т17-22鋼軌是(shi)利用真空煉鋼，硅酸(suan)鹽含量(liang)(liang)(liang)較低，而鈣鋁酸(suan)鹽含量(liang)(liang)(liang)較高(gao)(gao)。該結(jie)果(guo)證明，鋼軌使用壽(shou)命(ming)(ming)不僅取(qu)決于(yu)鋼中(zhong)的(de)(de)氧(yang)含量(liang)(liang)(liang)，而且也取(qu)決于(yu)非金(jin)屬夾雜(za)的(de)(de)類型。
為(wei)了保證鋼(gang)軌更(geng)優(you)良的使用特性，理論上最(zui)好使非(fei)金屬(shu)夾(jia)雜(za)(za)的夾(jia)雜(za)(za)度(du)最(zui)小。但與此同時，在鋼(gang)中氧含量降低的同時，如何保證非(fei)金屬(shu)夾(jia)雜(za)(za)確(que)定形式(shi)和組成(cheng)的問題也(ye)逐(zhu)漸顯現(xian)出來。