鋼中非金屬夾雜對質(zhì)量的影響及控制措施

1、鋼中非金屬夾雜對質(zhì)量的影響鋼中非金屬夾雜對質(zhì)量的影響及控制措施及控制措施工藝技術(shù)部工藝技術(shù)部非金屬夾雜物危害：非金屬夾雜物危害：質(zhì)量缺陷：質(zhì)量缺陷： 鑄坯：表面裂紋，內(nèi)部裂紋，偏析等；鑄坯：表面裂紋，內(nèi)部裂紋，偏析等； 鋼材：裂紋，鋼材：裂紋，“翹皮翹皮”，線形缺陷等。，線形缺陷等。鋼材性能：鋼材性能： 沖壓開裂、冷拉斷裂等；沖壓開裂、冷拉斷裂等； 延性，低溫韌性，抗疲勞破壞，非軋制方向性能，切延性，低溫韌性，抗疲勞破壞，非軋制方向性能，切削，焊接，耐蝕，電磁性能等。削，焊接，耐蝕，電磁性能等。前言前言 研究重要意義研究重要意義2“潔凈潔凈”“”“高潔凈高潔凈”“”“超高潔凈超高潔凈”趨勢：趨

2、勢：-強化內(nèi)生類夾雜物去除效果；強化內(nèi)生類夾雜物去除效果；-嚴格嚴格“杜絕杜絕”二次氧化；二次氧化；-對夾雜物成分、尺寸、分布、性能的控制。對夾雜物成分、尺寸、分布、性能的控制。開發(fā)新工藝，降低成本，提高對夾雜物控制效率：開發(fā)新工藝，降低成本，提高對夾雜物控制效率：-縮短或取消縮短或取消LFLF精煉；精煉；-強化強化LFLF、VDVD、RHRH精煉；精煉；-針對不同類型鋼材，對夾雜物實行針對不同類型鋼材，對夾雜物實行“重點控制重點控制”。夾雜物控制技術(shù)發(fā)展趨勢夾雜物控制技術(shù)發(fā)展趨勢3目目 錄錄夾雜物概念、種類以及分類夾雜物概念、種類以及分類夾雜物對鋼材的性能以及實例夾雜物對鋼材的性能以及實例夾

3、雜物的來源以及夾雜物控制技術(shù)夾雜物的來源以及夾雜物控制技術(shù)1 1、夾雜物概念以及分類、夾雜物概念以及分類鋼中氧化物夾雜可分為：內(nèi)生夾雜鋼中氧化物夾雜可分為：內(nèi)生夾雜 外來夾雜外來夾雜 相相互反應(yīng)夾雜物互反應(yīng)夾雜物非金屬夾雜物是一種非金屬的化合物，它是鋼材在非金屬夾雜物是一種非金屬的化合物，它是鋼材在脫氧過程和鋼液凝固過程中產(chǎn)生的。脫氧過程和鋼液凝固過程中產(chǎn)生的。 內(nèi)生夾雜物：鋼在冶煉過程中，脫氧反應(yīng)會產(chǎn)生氧化內(nèi)生夾雜物：鋼在冶煉過程中，脫氧反應(yīng)會產(chǎn)生氧化物等產(chǎn)物，若這些產(chǎn)物在鋼液凝固前未浮出，將留在鋼中。物等產(chǎn)物，若這些產(chǎn)物在鋼液凝固前未浮出，將留在鋼中。溶解在鋼液中的氧、硫、氮等雜質(zhì)元素在降

4、溫和凝固時，溶解在鋼液中的氧、硫、氮等雜質(zhì)元素在降溫和凝固時，由于溶解度的降低，與其他元素結(jié)合以化合物形式從液相由于溶解度的降低，與其他元素結(jié)合以化合物形式從液相或固溶體中析出，最后留在鋼錠中?；蚬倘荏w中析出，最后留在鋼錠中。 內(nèi)生夾雜物分布比較均勻，顆粒也較小，正確的操作內(nèi)生夾雜物分布比較均勻，顆粒也較小，正確的操作和合理的工藝措施可以減少其數(shù)量和改變其成分、大小和和合理的工藝措施可以減少其數(shù)量和改變其成分、大小和分布情況，但一般來說是不可避免的。分布情況，但一般來說是不可避免的。1.1內(nèi)生夾雜物1) 1) 液體鋼的脫氧產(chǎn)物液體鋼的脫氧產(chǎn)物; ;2) 2) 鋼液從澆注溫度冷卻到凝固溫度過程中

5、，由鋼液從澆注溫度冷卻到凝固溫度過程中，由 于溫度的降低使溶液中溶質(zhì)的溶解度降低，于溫度的降低使溶液中溶質(zhì)的溶解度降低， 即鋼水溫度的變化使反應(yīng)平衡移動，重新析即鋼水溫度的變化使反應(yīng)平衡移動，重新析 出脫氧產(chǎn)物出脫氧產(chǎn)物; ;3) 3) 鋼液冷凝時發(fā)生溶質(zhì)樹枝形偏析所析出的脫鋼液冷凝時發(fā)生溶質(zhì)樹枝形偏析所析出的脫 氧產(chǎn)物氧產(chǎn)物; ;4) 4) 固相線溫度以下鋼繼續(xù)冷卻或者由于相變的固相線溫度以下鋼繼續(xù)冷卻或者由于相變的 緣故，引起的夾雜物重新析出。緣故，引起的夾雜物重新析出。1.2 1.2 外來夾雜物外來夾雜物1) 1) 出鋼過程中卷入鋼液內(nèi)的夾渣，鋼液或爐出鋼過程中卷入鋼液內(nèi)的夾渣，鋼液或爐

6、 渣與耐火材料接觸時的侵蝕產(chǎn)物，中間包渣與耐火材料接觸時的侵蝕產(chǎn)物，中間包 渣的乳化渣的乳化, ,結(jié)晶器內(nèi)保護渣的卷入等等。這結(jié)晶器內(nèi)保護渣的卷入等等。這 種夾雜物在澆注過程中未來得及上浮而殘種夾雜物在澆注過程中未來得及上浮而殘 留在鋼中。留在鋼中。2)2)鋼液二次氧化產(chǎn)物。鋼液二次氧化產(chǎn)物。1.3 1.3 相互反應(yīng)夾雜物相互反應(yīng)夾雜物相互反應(yīng)夾雜物相互反應(yīng)夾雜物 ( (意思是內(nèi)生和外來相交錯意思是內(nèi)生和外來相交錯) )，可列入尖晶石、某些鋁酸鹽、可列入尖晶石、某些鋁酸鹽、 硅酸鹽和許多其他反硅酸鹽和許多其他反應(yīng)產(chǎn)物。應(yīng)產(chǎn)物。內(nèi)生夾雜和外來夾雜有明顯的差別內(nèi)生夾雜和外來夾雜有明顯的差別1)1)

7、內(nèi)生夾雜的典型特征是尺寸小，數(shù)目多，較均勻地分布在鑄內(nèi)生夾雜的典型特征是尺寸小，數(shù)目多，較均勻地分布在鑄 坯的各個部位，夾雜物的成分與鋼液成分有很強的依賴關(guān)系。坯的各個部位，夾雜物的成分與鋼液成分有很強的依賴關(guān)系。2)2)外來夾雜往往尺寸較大，形狀不規(guī)則，具有偶發(fā)性，成分和外來夾雜往往尺寸較大，形狀不規(guī)則，具有偶發(fā)性，成分和 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它與鋼液成分沒有直接關(guān)系，分布位置不定。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它與鋼液成分沒有直接關(guān)系，分布位置不定。3)3)實際煉鋼過程中的夾雜物很少為單純的內(nèi)生夾雜或外來夾雜實際煉鋼過程中的夾雜物很少為單純的內(nèi)生夾雜或外來夾雜 ，它們經(jīng)常是共生的，其原因是，它們經(jīng)常是共生的，其原因是:

8、 :在煉鋼過程中各階段，內(nèi)生夾雜以外來夾雜為核心析出，并在煉鋼過程中各階段，內(nèi)生夾雜以外來夾雜為核心析出，并 發(fā)生交互反應(yīng)是一種普遍現(xiàn)象；發(fā)生交互反應(yīng)是一種普遍現(xiàn)象；脫氧的鋼液與卷入的爐渣脫氧的鋼液與卷入的爐渣 ( (包括保護渣包括保護渣) )或耐火材料接觸時，或耐火材料接觸時， 總會或多或少地起反應(yīng)，因此仍保持原來的內(nèi)生或外來夾雜總會或多或少地起反應(yīng)，因此仍保持原來的內(nèi)生或外來夾雜 物的成分和結(jié)構(gòu)是不多見的物的成分和結(jié)構(gòu)是不多見的; ; 1.4 1.4 按夾雜物尺寸分類按夾雜物尺寸分類1) 1) 亞顯微夾雜，粒徑亞顯微夾雜，粒徑lmlm。在純凈鋼中亞顯微夾雜包括氮。在純凈鋼中亞顯微夾雜包括氮

9、化物、硫化物和氧化物，總數(shù)約為化物、硫化物和氧化物，總數(shù)約為10111011個個/cm3/cm3，其中氧化物，其中氧化物夾雜個數(shù)約占夾雜個數(shù)約占108/cm3108/cm3。一般認為這種微小氧化物對鋼質(zhì)。一般認為這種微小氧化物對鋼質(zhì)( (除除硅鋼片外硅鋼片外) )多半無害，對它在鋼中的作用，目前研究得不夠。多半無害，對它在鋼中的作用，目前研究得不夠。2) 2) 顯微夾雜，粒徑顯微夾雜，粒徑l l1OOm1OOm，主要是脫氧產(chǎn)物。它對高強，主要是脫氧產(chǎn)物。它對高強度鋼的疲勞性能和斷裂韌性影響極大，它的含量與鋼中溶解度鋼的疲勞性能和斷裂韌性影響極大，它的含量與鋼中溶解氧含量有很好的對應(yīng)關(guān)系。氧含量

10、有很好的對應(yīng)關(guān)系。3) 3) 大型夾雜，粒徑大型夾雜，粒徑1OOm1OOm。大顆粒。大顆粒( (大型大型) )夾雜在干凈鋼中夾雜在干凈鋼中的數(shù)量占鋼坯中整個夾雜總體積的的數(shù)量占鋼坯中整個夾雜總體積的1%1%，但對鋼的表面和內(nèi)部，但對鋼的表面和內(nèi)部質(zhì)量影響最大，很多產(chǎn)品由于存在這種大型夾雜，致使超聲質(zhì)量影響最大，很多產(chǎn)品由于存在這種大型夾雜，致使超聲波探傷時不合格，造成鋼材報廢。這類夾雜物成分上的特點波探傷時不合格，造成鋼材報廢。這類夾雜物成分上的特點是與鋼中溶解氧量無關(guān)。是與鋼中溶解氧量無關(guān)。1.5 1.5 按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類A A類夾雜：硫化物類夾雜：硫化物 FeSFeS、MnSM

11、nSB B類夾雜類夾雜: : 氧化鋁、氧化鐵氧化鋁、氧化鐵 Al2O3+FeOAl2O3+FeOC C類夾雜：硅酸鹽、氮化物類夾雜：硅酸鹽、氮化物 2MnO.SiO22MnO.SiO2 TiN TiN、BNBN、NbNNbN等等D D類夾雜：類夾雜：球狀氧化物類球狀氧化物類 小型氧化物小型氧化物 FeOFeO、MnOMnO、TiO2TiO2等等DsDs類夾雜：單個大型類夾雜：單個大型球狀氧化物類球狀氧化物類 1.6 1.6 鋼中夾雜物的形貌鋼中夾雜物的形貌煉鋼鋼坯煉鋼鋼坯氧化鋁 氧化鋁+硫化鈣15102486N 氧化鐵 視場50X硫化鈣氮化物氧化鋁軋鋼鋼板軋鋼鋼板2 2、非金屬夾雜物對性能影響

12、、非金屬夾雜物對性能影響使用性能的影響：使用性能的影響： 1 1、疲勞性能、疲勞性能 2 2、沖擊韌性、沖擊韌性 塑性塑性 3 3、耐腐蝕性、耐腐蝕性對工藝性能的影響：對工藝性能的影響： 1 1、對鍛造和冷加工、淬火加熱和焊接過程、對鍛造和冷加工、淬火加熱和焊接過程易開裂。易開裂。 2 2、軋制后表面質(zhì)量以及磨削后零件表面粗、軋制后表面質(zhì)量以及磨削后零件表面粗糙度降低。糙度降低。2.12.1夾雜物對性能影響夾雜物對性能影響對于尺寸小于對于尺寸小于10um10um的夾雜物的夾雜物 促進組織形核，焊接時阻促進組織形核，焊接時阻止晶粒長大。止晶粒長大。（1 1）由于加入）由于加入NbNb、V V、T

13、iTi等合金元素，在連鑄、加熱過程等合金元素，在連鑄、加熱過程中都會析出，形核中都會析出，形核C C、N N化合物（一種微型夾雜物）化合物（一種微型夾雜物）（2 2）鈣化處理的）鈣化處理的S S化物、硅酸鹽類以及細小的氧化亞鐵化物、硅酸鹽類以及細小的氧化亞鐵 FeOFeO 可以細化晶核。有利于鋼板的韌性、塑性以及強度?？梢约毣Ш?。有利于鋼板的韌性、塑性以及強度。 VN顆粒 VN顆粒鈣化處理硫化物 當非金屬夾雜物尺寸大于當非金屬夾雜物尺寸大于50um時，降低了鋼的塑性、韌性時，降低了鋼的塑性、韌性和疲勞壽命，使鋼的冷熱加工性能乃至某些物理性能變壞。和疲勞壽命，使鋼的冷熱加工性能乃至某些物理性能

14、變壞。 一般一般我們鋼水中夾雜物尺寸都為大于我們鋼水中夾雜物尺寸都為大于50um。 大型夾雜物不利用鋼板大型夾雜物不利用鋼板韌性、塑性以及強度指標。除了這些性能外，還有降低抗酸性能、韌性、塑性以及強度指標。除了這些性能外，還有降低抗酸性能、疲勞性能、表面光潔度疲勞性能、表面光潔度 以及焊接性能。以及焊接性能。 夾雜物對鋼板強度、延伸的影響夾雜物對鋼板強度、延伸的影響 當夾雜物顆粒比較大（當夾雜物顆粒比較大（），特別是夾雜物），特別是夾雜物含量較低時。明顯降低鋼的屈服強度，且同時降低鋼的含量較低時。明顯降低鋼的屈服強度，且同時降低鋼的抗拉強度；當夾雜物顆粒小到一定尺寸（抗拉強度；當夾雜物顆粒小到

15、一定尺寸（10）時，）時，鋼的屈服強度和抗拉強度都將提高。當鋼中彌散的小顆鋼的屈服強度和抗拉強度都將提高。當鋼中彌散的小顆粒的夾雜物數(shù)量增加時。鋼的屈服強度和抗拉強度都有粒的夾雜物數(shù)量增加時。鋼的屈服強度和抗拉強度都有所提高，但延伸率有很小的下降。所提高，但延伸率有很小的下降。 夾雜物對鋼板沖擊的影響夾雜物對鋼板沖擊的影響 當夾雜物顆粒比較大（當夾雜物顆粒比較大（5），特別是夾），特別是夾雜物含量較多、尺寸較大時，明顯降低鋼的沖擊。雜物含量較多、尺寸較大時，明顯降低鋼的沖擊。且沖擊功曾幾何狀下降，尤其沖擊斷口出現(xiàn)夾渣時，且沖擊功曾幾何狀下降，尤其沖擊斷口出現(xiàn)夾渣時，沖擊值幾乎為個位數(shù)。主要原因

16、是夾雜物阻礙了沖沖擊值幾乎為個位數(shù)。主要原因是夾雜物阻礙了沖擊的擴展功能量的釋放。擊的擴展功能量的釋放。 夾雜物對鋼板厚拉（夾雜物對鋼板厚拉（Z向）的影響向）的影響 當厚拉斷口出現(xiàn)夾雜物含量較多、尺寸較大時，當厚拉斷口出現(xiàn)夾雜物含量較多、尺寸較大時，明顯降低鋼的明顯降低鋼的Z向性能，性能幾乎為個位數(shù)。尤其向性能，性能幾乎為個位數(shù)。尤其是硫化物夾雜和氧化鋁夾雜，破壞鋼板基體組織的是硫化物夾雜和氧化鋁夾雜，破壞鋼板基體組織的連續(xù)性，厚度方向被該類別夾雜物穿晶破壞。連續(xù)性，厚度方向被該類別夾雜物穿晶破壞。氧化鋁夾雜 沖擊為3J P460NL1夾雜+FeO夾雜 延伸 9 12Cr2Mo1VR多處鋁酸鹽

17、夾雜 16MnDR 探傷不合國標 I級多處鋁酸鹽夾雜 Q345R 形成內(nèi)裂紋不同類別夾雜物對塑性的影響不同類別夾雜物對塑性的影響J. Monnot, et al., Amer. Soc. For Test Mat., 1988, p.14925“D類類”或或“DS類類”“D類類”或或“DS類類”2.22.2夾雜物的檢測夾雜物的檢測鋼材出廠檢驗：鋼材出廠檢驗：ASTM標準（標準（A、B、C、D、Ds類夾雜物）；類夾雜物）；用戶標準（用戶標準（SKF、米其林、貝卡爾特等）；、米其林、貝卡爾特等）；分析檢驗手段：光學(xué)顯微鏡。分析檢驗手段：光學(xué)顯微鏡?？茖W(xué)研究：科學(xué)研究：光學(xué)顯微鏡；光學(xué)顯微鏡；掃描電

18、鏡（掃描電鏡（+EDS）；）；投射電鏡（投射電鏡（+EPMA、EDS）；）；圖像分析；圖像分析；PDA（Pulse Distribution Analysis）。）。常規(guī)檢測方法的不足：常規(guī)檢測方法的不足：問題：問題：試樣檢測面積?。辉嚇訖z測面積??；分析檢驗耗時長；分析檢驗耗時長；分析檢驗結(jié)果分析檢驗結(jié)果(夾雜物數(shù)量、尺寸、成分、位置夾雜物數(shù)量、尺寸、成分、位置)可信度低?？尚哦鹊?。2.3 2.3 夾雜物統(tǒng)計學(xué)夾雜物統(tǒng)計學(xué)夾雜物統(tǒng)計學(xué)是一種現(xiàn)代高級、建立在實際生產(chǎn)上，對夾夾雜物統(tǒng)計學(xué)是一種現(xiàn)代高級、建立在實際生產(chǎn)上，對夾雜物進行批量的分析（采用電子散射儀以及電解夾雜等手雜物進行批量的分析（采用

19、電子散射儀以及電解夾雜等手段），以及量子力學(xué)和模型模擬等技術(shù)學(xué)科。用來研究鋼段），以及量子力學(xué)和模型模擬等技術(shù)學(xué)科。用來研究鋼中夾雜物的分布、大小，以及產(chǎn)生的動力學(xué)和熱力學(xué)的基中夾雜物的分布、大小，以及產(chǎn)生的動力學(xué)和熱力學(xué)的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。正常坯夾雜物數(shù)量正常坯夾雜物數(shù)量(50(50 m)m)29爐次檢測面積mm2絕對數(shù)量 (個數(shù))數(shù)量密度 (個/cm2)Al2O3保護渣100m Al2O3保護渣100m11112041050.36900.04531407062080.44100.05751235126040.21100.03261452035040.24100.028平均520611640210.

20、31500.040正常坯夾雜物數(shù)量分布正常坯夾雜物數(shù)量分布30正常澆鑄鑄坯夾雜物正常澆鑄鑄坯夾雜物31檢測面積總計檢測面積總計52061mm2（超過（超過JFE同類研究一倍），大于同類研究一倍），大于50 m夾雜物數(shù)量密度在夾雜物數(shù)量密度在0.210.45個個/cm2，低于，低于JFE鑄坯同鑄坯同類夾雜物數(shù)量；類夾雜物數(shù)量；正常坯表層試樣中大于正常坯表層試樣中大于50 m夾雜物主要為簇群狀夾雜物主要為簇群狀A(yù)l2O3，保護渣卷入形成夾雜物微量；因此通過常規(guī)的手段，夾雜保護渣卷入形成夾雜物微量；因此通過常規(guī)的手段，夾雜物水平是可控的物水平是可控的不能避免不能避免100 m有害夾雜物存在（數(shù)量：有

21、害夾雜物存在（數(shù)量：0.0280.057個個/cm2），生產(chǎn)高端用戶鋼板應(yīng)對鑄坯采用表面清理（扒），生產(chǎn)高端用戶鋼板應(yīng)對鑄坯采用表面清理（扒皮）。皮）。3 3、夾雜物的來源與控制、夾雜物的來源與控制精煉時，加入硅、錳、鋁或碳等脫氧劑來降低溶解精煉時，加入硅、錳、鋁或碳等脫氧劑來降低溶解氧時產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物，氧時產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物， 或者鋼水二次氧化產(chǎn)物?；蛘咪撍窝趸a(chǎn)物。鋼液或渣對耐火材料的化學(xué)或熱侵蝕作用，耐火材鋼液或渣對耐火材料的化學(xué)或熱侵蝕作用，耐火材料中的一些組元會進入鋼中或與鋼液發(fā)生反應(yīng)會生料中的一些組元會進入鋼中或與鋼液發(fā)生反應(yīng)會生成夾雜物，固態(tài)耐火材料顆粒脫落進入鋼中也會形成夾雜物

22、，固態(tài)耐火材料顆粒脫落進入鋼中也會形成夾雜物。成夾雜物。當鋼渣界面的鋼液流動速度大于卷渣的臨界剪切流當鋼渣界面的鋼液流動速度大于卷渣的臨界剪切流速時，覆蓋渣會以渣滴的形勢卷入鋼水中。速時，覆蓋渣會以渣滴的形勢卷入鋼水中。 根據(jù)加人脫氧劑的類型、數(shù)量和鋼液靜壓根據(jù)加人脫氧劑的類型、數(shù)量和鋼液靜壓力，脫氧產(chǎn)物可能為固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。鋼液力，脫氧產(chǎn)物可能為固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。鋼液的溫度決定了氧化物夾雜的化學(xué)穩(wěn)定性。隨著的溫度決定了氧化物夾雜的化學(xué)穩(wěn)定性。隨著溫度的降低，越來越多的脫氧產(chǎn)物從鋼液中析溫度的降低，越來越多的脫氧產(chǎn)物從鋼液中析出。它們的成分決定于脫氧產(chǎn)物形成時的溫度出。它們的成分決定于脫氧產(chǎn)

23、物形成時的溫度和鋼水成分。夾雜物在脫氧過程中的生成是不和鋼水成分。夾雜物在脫氧過程中的生成是不可避免的，隨著溫度的降低夾雜物也還會繼續(xù)可避免的，隨著溫度的降低夾雜物也還會繼續(xù)生成直到鋼液全部凝固。生成直到鋼液全部凝固。 3.1 夾雜物的來源夾雜物的來源鋼中析出的夾雜主要來自四部分鋼中析出的夾雜主要來自四部分1)1)是在煉鋼溫度下合金化和鋁終脫氧時析出的脫氧產(chǎn)是在煉鋼溫度下合金化和鋁終脫氧時析出的脫氧產(chǎn)物，稱為一次脫氧產(chǎn)物。主要發(fā)生在物，稱為一次脫氧產(chǎn)物。主要發(fā)生在LFLF或出鋼過程中?；虺鲣撨^程中。LFLF爐加入爐加入Si-CSi-C、C C、Si-MnSi-Mn、TiTi等都是作為脫氧劑使用

24、，等都是作為脫氧劑使用，LFLF主要主要之一為脫氧，去除夾雜物。主要主要之一為脫氧，去除夾雜物。2)2)鋼水從精煉溫度冷卻至液相線溫度過程中析出的脫鋼水從精煉溫度冷卻至液相線溫度過程中析出的脫氧產(chǎn)物，稱為二次脫氧產(chǎn)物。主要發(fā)生連鑄前半過程氧產(chǎn)物，稱為二次脫氧產(chǎn)物。主要發(fā)生連鑄前半過程中，包括中，包括VDVD，RHRH，大包、中間包以及結(jié)晶器中。，大包、中間包以及結(jié)晶器中。3)3)鋼水從液相線溫度冷卻到固相線溫度過程中析出的鋼水從液相線溫度冷卻到固相線溫度過程中析出的脫氧產(chǎn)物，稱為三次脫氧產(chǎn)物。主要發(fā)生連鑄坯冷卻脫氧產(chǎn)物，稱為三次脫氧產(chǎn)物。主要發(fā)生連鑄坯冷卻過程中。過程中。4 4）鋼水吸收空氣中

25、）鋼水吸收空氣中N N、H H氣體或與空氣中氣體發(fā)生反氣體或與空氣中氣體發(fā)生反應(yīng)后，溶入鋼水中應(yīng)后，溶入鋼水中 3.2 3.2 在夾雜物的去除在夾雜物的去除3.2.1 精煉過程、精煉渣對夾雜物的去除3.2.2 夾雜物的變形處理3.2.3 氬氣泡對夾雜物的浮選作用 3.3.4 連鑄過程中夾雜物控制 3.3.5 其它環(huán)節(jié)3.2.1 3.2.1 精煉、渣系對夾雜物的去除精煉、渣系對夾雜物的去除 控制鋼中非金屬夾雜的途徑，一是減少冶煉控制鋼中非金屬夾雜的途徑，一是減少冶煉及澆注工藝操作過程中夾雜的產(chǎn)生和外來夾雜對及澆注工藝操作過程中夾雜的產(chǎn)生和外來夾雜對鋼水的污染，二是設(shè)法排除已存在于鋼水中的夾鋼水的

26、污染，二是設(shè)法排除已存在于鋼水中的夾雜物或減輕夾雜物對鋼的危害。雜物或減輕夾雜物對鋼的危害。 不管采用何種精煉方法（如不管采用何種精煉方法（如RH、LF、VD），合理精煉渣組成是獲得潔凈鋼水），合理精煉渣組成是獲得潔凈鋼水的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 精煉過程可采取的控制措施包括，真空吹氬攪拌去除夾雜物，加入粉劑進一步去除鋼中的雜質(zhì)元素，鋼液中夾雜物的變性，造合適的精煉渣去除夾雜物。中問包可采取的控制措施包括： 保證足夠的停留時間，使夾雜物充分上??； 采用長水口氬封保護澆注，減少來源于氣體的污染； 優(yōu)化中間包鋼液流場，促進夾雜物上浮，并可使用過濾器強制吸附夾雜物； 使用高堿度覆蓋劑吸收夾雜物，造還原性中間

27、包渣，使用堿性耐火材料，降低侵蝕。 精煉渣的主要作用是脫氧、脫硫、保溫和吸收鋼中精煉渣的主要作用是脫氧、脫硫、保溫和吸收鋼中的夾雜物。目前廣泛使用的精煉渣系有的夾雜物。目前廣泛使用的精煉渣系有CaO-A1203CaO-A1203基預(yù)熔基預(yù)熔渣、渣、CaO-A1203-Si02CaO-A1203-Si02渣系、渣系、CaO-Si02-A1203-MgO-CaF2CaO-Si02-A1203-MgO-CaF2渣渣系，以系，以CaO-A1203CaO-A1203為基的低氟和無氟的精煉渣正成為研究為基的低氟和無氟的精煉渣正成為研究和應(yīng)用的熱點。精煉渣吸收夾雜物的動力學(xué)原理是：一是和應(yīng)用的熱點。精煉渣吸

28、收夾雜物的動力學(xué)原理是：一是鋼中原有的夾雜物上浮，通過與渣的接觸、碰撞，被渣吸鋼中原有的夾雜物上浮，通過與渣的接觸、碰撞，被渣吸收去除。渣和夾雜物界面張力遠小于鋼液與夾雜物之間的收去除。渣和夾雜物界面張力遠小于鋼液與夾雜物之間的界面張力，所以鋼中的夾雜物很容易被與它接觸的渣滴所界面張力，所以鋼中的夾雜物很容易被與它接觸的渣滴所吸收。二是采用的吸收。二是采用的CaO-Si02-A1203-MgO-CaF2CaO-Si02-A1203-MgO-CaF2渣系均為氧渣系均為氧化物熔體，而夾雜物大多是氧化物，所以被渣吸收的夾雜化物熔體，而夾雜物大多是氧化物，所以被渣吸收的夾雜物比較容易溶解于渣中，并隨渣

29、滴一起上浮排除。物比較容易溶解于渣中，并隨渣滴一起上浮排除。在精煉過程中發(fā)生主要反應(yīng)：在精煉過程中發(fā)生主要反應(yīng)：2Al+3O=Al2O32Al+3O=Al2O3Si+2O=SiO2Si+2O=SiO2Ca+S=CaSCa+S=CaSC+O=CO/CO2C+O=CO/CO2 為了促進夾雜物上浮，除了需要合理吹氬工藝處，合適的鋼渣組成對夾雜上浮起到關(guān)鍵作用。一般鋼渣組成為CaO-SiO2-Al2O3以及其他的像MgO等。 鋼渣在高溫鋼水形成乳化的渣滴，吸收溶解鋼中的夾雜物，加速鋼中夾雜物的上浮。 精煉渣在高溫應(yīng)有合適的粘度以保證足夠的乳化性能，增加渣鋼接觸面積。還應(yīng)注意精煉渣的表面性能以保證乳化的

30、渣滴能全部從鋼液中排出而不懸浮于鋼液中。 高堿度、低熔點、低氧化鐵、富CaO鈣鋁酸鹽的精煉渣，能有效吸收大顆粒夾雜物，降低總氧。 AlAl鎮(zhèn)靜鋼精煉用渣鎮(zhèn)靜鋼精煉用渣 CaO/ Al2O31.5-1.8，CaO/ SiO2=8-13，（FeO+MnO）5。 高堿度渣系（舞鋼大部分產(chǎn)品屬于低碳鋼），高堿度對Si的脫氧反應(yīng)有顯著影響，在高堿度渣下Si的脫氧能力大大提高。 一旦氧化鋁夾雜被渣子吸收以后，保護渣粘度將急劇上升。一旦氧化鋁夾雜被渣子吸收以后，保護渣粘度將急劇上升。對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，如渣子的堿度波動在對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，如渣子的堿度波動在0.670.67- -1.21.2之間，之間，130013

31、00時渣子原始粘度為時渣子原始粘度為0.80.8，由于氧化鋁濃度上升，粘度，由于氧化鋁濃度上升，粘度增加值是：每增加值是：每5% Al2O35% Al2O3渣粘度增加渣粘度增加1.01.0；每加；每加10% Al2O310% Al2O3渣粘渣粘度增加度增加2.22.2；每加；每加20% Al2O320% Al2O3渣粘度增加渣粘度增加3.43.4，一般需要加入，一般需要加入電石。電石。渣的調(diào)整渣的調(diào)整在實際操作中，出鋼過程中加入在實際操作中，出鋼過程中加入12kg/t12kg/t的精煉渣，在的精煉渣，在合金微調(diào)站取渣樣，視渣子的狀況，分別加入石灰、電合金微調(diào)站取渣樣，視渣子的狀況，分別加入石灰

32、、電石或石英砂加以調(diào)整。石或石英砂加以調(diào)整。 渣的黏度渣的黏度 渣的顏色渣的顏色黏度大黏度大黏度小黏度小 黑色黑色 墨綠色墨綠色奶油色奶油色 加 入 石加 入 石英砂、鋁英砂、鋁礬土等礬土等加 入 石 灰加 入 石 灰、電石等、電石等 加入加入SiFeSiFe粉粉、電石等、電石等 電石等電石等 所希望的所希望的顏色顏色3.2.23.2.2夾雜物的變形處理夾雜物的變形處理在鋼中加入少量變性劑，降低其在鋼中含量的同時，科學(xué)在鋼中加入少量變性劑，降低其在鋼中含量的同時，科學(xué)地控制夾雜物的類型、尺寸、分布和形態(tài)，盡量降低其對地控制夾雜物的類型、尺寸、分布和形態(tài)，盡量降低其對鋼材質(zhì)的危害就是變性處理的目

33、的。鋼材質(zhì)的危害就是變性處理的目的。夾雜物變性處理能使夾雜物球化或接近球狀，這樣可使鋼夾雜物變性處理能使夾雜物球化或接近球狀，這樣可使鋼材的各向異性差別減小或基本消除。材的各向異性差別減小或基本消除。鋼材中變性處理后的夾雜物消除了有尖角、銳角的一類夾鋼材中變性處理后的夾雜物消除了有尖角、銳角的一類夾雜物，減少了引起應(yīng)力集中和產(chǎn)生微裂紋的可能性。雜物，減少了引起應(yīng)力集中和產(chǎn)生微裂紋的可能性。高熔點的夾雜物經(jīng)變性處理后則變成低熔點的在澆注溫度高熔點的夾雜物經(jīng)變性處理后則變成低熔點的在澆注溫度下仍為液態(tài)的夾雜物，澆鑄時不再堵塞水口，有利于連鑄下仍為液態(tài)的夾雜物，澆鑄時不再堵塞水口，有利于連鑄的順利進

34、行。的順利進行。變性劑：鈣合金，稀土合金。變性劑：鈣合金，稀土合金。 常用：鈣處理使夾雜物得以常用：鈣處理使夾雜物得以變性。變性。 鈣合金在鋼液中熔化后，鈣與鋼液中的氧化物夾雜物接觸起反應(yīng)，待溫度達到一定高度時鈣氣化成鈣氣泡，鈣氣泡中的Ca溶解于鋼液成為溶解Ca，并與鋼液中的氧及Al2O3夾雜物反應(yīng)；由于鋁脫氧鋼中溶解的氧并不很高，因此鈣與鋼中大量分散的Al2O3發(fā)生反應(yīng)并使Al2O3夾雜表面的CaO含量的升高，出現(xiàn)液態(tài)nCaOmAl2O3層，此液態(tài)層不斷增加，最終改變了Al2O3夾雜的組成，成為12CaO7Al2O3，或3CaOAl2O3夾雜物。 這兩種夾雜物在澆注溫度下由于熔點低都是液態(tài)的

35、，它們在凝固時按最小界面能原理成為球狀。此球形夾雜物在鋼加工過程中不變形也不破碎仍為球狀，也即把鋼中鏈狀或串狀，多邊形帶棱角的Al2O3夾雜物改變?yōu)榍驙罨蚪咏驙畹拟}鋁酸鹽夾雜，使鋼材性能得到了改善。 當有當有A1203A1203存在的條件下形成鈣鋁酸鹽，它具存在的條件下形成鈣鋁酸鹽，它具有較高的硫容量，可以吸收脫硫后鋼中剩余的硫。有較高的硫容量，可以吸收脫硫后鋼中剩余的硫。隨著鋼液的冷卻，硫在鈣鋁酸鹽中溶解度的降低，隨著鋼液的冷卻，硫在鈣鋁酸鹽中溶解度的降低，硫化物以硫化鈣的形式析出，抑制鋼水在此過程硫化物以硫化鈣的形式析出，抑制鋼水在此過程中中MnSMnS的總量和聚集程度，并將的總量和聚集

36、程度，并將MnSMnS部分或全部改部分或全部改性為性為CaSCaS，導(dǎo)致最后形成內(nèi)部含鈣鋁酸鹽、外殼，導(dǎo)致最后形成內(nèi)部含鈣鋁酸鹽、外殼包圍著硫化鈣層的復(fù)合夾雜物，或是包圍著硫化鈣層的復(fù)合夾雜物，或是CaSCaS與與MnMn的的復(fù)合相，從而改善鋼的各向異性，起到了鈣作為復(fù)合相，從而改善鋼的各向異性，起到了鈣作為硫的變性劑作用。硫的變性劑作用。 將將B B類氧化鋁夾雜轉(zhuǎn)變成含高類氧化鋁夾雜轉(zhuǎn)變成含高CaOCaO的低熔點的點球狀鈣的低熔點的點球狀鈣鋁硅酸鹽鋁硅酸鹽D D類夾雜，如類夾雜，如7Al2O37Al2O312CaO12CaO，熔點是，熔點是14501450，在，在煉鋼溫度下成為液態(tài)，容易上浮

37、分離出去。煉鋼溫度下成為液態(tài)，容易上浮分離出去。 這些點球狀的夾雜，細小而且分布彌散的，硬度比氧這些點球狀的夾雜，細小而且分布彌散的，硬度比氧化鋁低，對鋼的危害性輕?；X低，對鋼的危害性輕。 改變氧化鋁的形態(tài)，原則上有兩個途徑，即向鋼中加改變氧化鋁的形態(tài)，原則上有兩個途徑，即向鋼中加CaCa或者加入或者加入CaOCaO基的合成渣。基的合成渣。加鈣的技術(shù)加鈣的技術(shù)有塊加法，噴吹法，彈射法和喂絲法有塊加法，噴吹法，彈射法和喂絲法其中喂絲法的效果最好。其中喂絲法的效果最好。用喂絲機通過導(dǎo)管把鈣絲喂入鋼包深處，在用喂絲機通過導(dǎo)管把鈣絲喂入鋼包深處，在16001600下，下，鈣在鈣在1s-3s1s-3s

38、內(nèi)就可熔化。內(nèi)就可熔化。對鋁脫氧鋼而言，加鈣量至少比鋼中總氧量多三倍以上，對鋁脫氧鋼而言，加鈣量至少比鋼中總氧量多三倍以上，不論合金成分如何，均能使串狀氧化鋁變態(tài)。不論合金成分如何，均能使串狀氧化鋁變態(tài)。 鋼中S及Ca/S比控制實驗證明，中心氧化鋁含量為70-80%,周圍被CaS所包裹的球形夾雜的鈣硫比在1.25-1.98之間。Ca/S比對夾雜物的成分和結(jié)構(gòu)有重要的影響，當Ca/S1.25時，可達到完全變形，即氧化鋁可完全形成鋁酸鈣球形夾雜。 Ca/OCa/O控制控制 為了把氧化鋁改質(zhì)為鋁酸鈣，必須把為了把氧化鋁改質(zhì)為鋁酸鈣，必須把 TOTO和鈣和鈣的濃度比控制在的濃度比控制在0.7-1.20

39、.7-1.2的狹窄范圍；必須滿足的狹窄范圍；必須滿足0.32Al/Ca11.40.32Al/Ca11.4，而此時恰好滿足，而此時恰好滿足S0.008S0.008。 氧含量高時，鋼樣中的夾雜物以氧含量高時，鋼樣中的夾雜物以B類為主；類為主； 氧含量低時，鋼樣中的夾雜物以氧含量低時，鋼樣中的夾雜物以D類為主。類為主。鈣處理鋁鎮(zhèn)靜鋼要想盡量保持鈣處理鋁鎮(zhèn)靜鋼要想盡量保持D類夾雜的存在，類夾雜的存在，除了除了足夠的鈣量以外，鋼液脫氧還應(yīng)有一個合適足夠的鈣量以外，鋼液脫氧還應(yīng)有一個合適的限度的限度。3.2.33.2.3氬氣泡對夾雜物的浮選作用氬氣泡對夾雜物的浮選作用鋼包吹氬條件下鋼中固相夾雜物的去除主要

40、依靠鋼包吹氬條件下鋼中固相夾雜物的去除主要依靠小氣泡的浮選作用，即夾雜物與小氣泡碰撞并粘小氣泡的浮選作用，即夾雜物與小氣泡碰撞并粘附在氣泡壁上，然后隨氣泡上浮而去除。附在氣泡壁上，然后隨氣泡上浮而去除。 鋼包吹氬時，鋼液存在環(huán)流和上升流，鋼渣界面鋼包吹氬時，鋼液存在環(huán)流和上升流，鋼渣界面下鋼流水平速度等于鋼下鋼流水平速度等于鋼/ /氣流股中心線上的最大氣流股中心線上的最大流速。由于鋼液平循環(huán)流速遠大于夾雜物自由上流速。由于鋼液平循環(huán)流速遠大于夾雜物自由上浮速度時，不能通過夾雜物自由上浮來實現(xiàn)夾雜浮速度時，不能通過夾雜物自由上浮來實現(xiàn)夾雜物的有效去除。物的有效去除。攪拌的目的是促進夾雜物的聚集與

41、上浮攪拌的目的是促進夾雜物的聚集與上浮, ,促進成分和溫促進成分和溫度的均勻。度的均勻。長時間的弱攪拌是去除細小長時間的弱攪拌是去除細小AlAl2 2O O3 3夾雜的有效手段夾雜的有效手段真空可以進一步脫氧去除夾雜物。鋼包吹氬的精煉真空可以進一步脫氧去除夾雜物。鋼包吹氬的精煉原理是：氬氣泡的清洗作用；氬氣泡上浮帶動的鋼原理是：氬氣泡的清洗作用；氬氣泡上浮帶動的鋼水流動。其作用主要有：使包中鋼液成分均勻；使水流動。其作用主要有：使包中鋼液成分均勻；使包中鋼液溫度均勻，便于正確掌握鑄溫；攪動的鋼包中鋼液溫度均勻，便于正確掌握鑄溫；攪動的鋼液增加了鋼中非金屬夾雜碰撞、聚集長大的機會，液增加了鋼中非

42、金屬夾雜碰撞、聚集長大的機會，使上浮的氬氣泡把鋼液中的非金屬夾雜物和氣體一使上浮的氬氣泡把鋼液中的非金屬夾雜物和氣體一起帶到鋼液表面，并被渣層所吸收。起帶到鋼液表面，并被渣層所吸收。ArAr氣泡氣泡+Al+Al2 2O O3 353Takashi MIYAKE, Influence of Sulphur Content and Molten Steel Flow on Entrapment of Bubbles to Solid/Liquid Interface, ISIJ International, Vol. 46 (2006), No. 12, pp. 181718223.3.43.3.4連鑄過程中夾雜物控制連鑄過程中夾雜物控制 結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動狀況、拉坯速度、夾雜結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動狀況、拉坯速度、夾雜物粒徑、夾雜物停留時問、水口張角等因素都會物粒徑、夾雜物停留時問、水口張角等因素都會對夾雜物的去除率產(chǎn)生影響，夾雜物上浮速度隨對夾雜物的去除率產(chǎn)生影響，夾雜物上浮速度隨著粒徑的增大而增大，隨著夾雜物密度的增大而著粒徑的增大而增大，隨著夾雜物密度的增大而減小。拉速太大會使液面鋼渣卷混現(xiàn)象嚴重，