夾雜物分類-來源和降低鋼中夾雜物含量的技術措施

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上夾雜物分類、來源和降低鋼中夾雜物含量的技術措施冶093 孫蘇皖 摘要：非金屬夾雜物降低了鋼的塑性、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，對鋼的強度、延伸性、韌性、切削性、抗腐蝕性能、表面光潔度、焊接性能等各方面的性能有著直接的影響。夾雜物對鋼的性能影響的具體程度決定于一系列因素，比如夾雜物的數(shù)量、顆粒大小、形態(tài)及分布等。關鍵詞：擋渣出鋼；中間包污染；二次氧化；結晶器液面波動一 鋼中夾雜物的分類分類方法很多，但常見的有以下四種：1按來源分類，可分為兩類：(1)外來夾雜物：耐火材料、熔渣或兩者的反應產(chǎn)物混入鋼中并殘留在鋼中的顆 粒夾雜稱為外來夾雜。包括從

2、爐襯或包襯、或從湯道磚、中包絕熱板、保護 渣進入鋼水中的夾雜物（有人還將鋼水二次氧化生成的夾雜物包括在內）。這 類夾雜顆粒較大，易于上浮，但在鋼中，它們的出現(xiàn)帶著偶然性且不規(guī)則。(2)內生夾雜物：在冶煉、澆注和凝固過程中，鋼液、固體鋼內進行著各種化學反應，對于在冶煉過程中所形成的化合物、脫氧時產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物、或在鋼水凝固過程產(chǎn)生的化合物，當這些化合物來不及從鋼水中徹底排出而殘存在鋼中者，叫做內在的非金屬夾雜物。 內生夾雜物形成的時間可分為四個階段： 一次夾雜（原生夾雜）：鋼液脫氧反應時生成的脫氧產(chǎn)物；二次夾雜：在出鋼和澆注過程中溫度下降平衡移動時生成的夾雜物；三次夾雜（再生夾雜）：凝固過程中生

3、成的夾雜；四次夾雜：固態(tài)相變時因溶解度變化生成的夾雜。一般說來外來夾雜物顆粒較大，在鋼中比較集中，而內生夾雜物則與此相反。從組成來看，內生夾雜物可以是簡單組成，也可以是復雜組成；可以是單相的，也可以是多相的。在鑄坯凝固以及隨后的冷卻過程中，夾雜物不僅與鋼基體保持平衡，而且夾雜物本身也不斷發(fā)生改變，例如析出新的化合物以趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在軋制或熱處理時，每次加熱都為夾雜物和鋼基體之間趨向平衡提供了條件，在室溫下所觀察到的夾雜物，實際上是經(jīng)過了一系列復雜變化的結果。 2按化學成分分類，一般分三類。(1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有時它們各自獨立存在，有時形成尖晶石(如MnO.Al

4、203）或固溶體 (如FeO 和MnO)。 (2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe. Mn) S的固溶體。當加Al過多時可能以A12S3的形態(tài)出現(xiàn)。 (3)氮化物：如TiN, ZrN 等 3按夾雜物的變形性能分類當鋼進行熱加工時，例如：軋制時，夾雜物此時是否也變形，它對鋼的性能有明顯的影響。為此，把夾雜物分為三類：(1)脆性：這類夾雜物完全沒有塑性，在熱加工時，尺寸和形狀都沒有變化，屬于這一類的主要是A1203、Cr203等，它們屬于高熔點的夾雜物。 (2)塑性：鋼在加工變形時，夾雜物也能隨之變形，形成條狀，屬于這類的有硫化物以及含SiO240-60的鐵、錳硅酸鹽。 (3)球狀（或點狀）不變形

5、：屬于這類的有Si02 及SiO2 >70的硅酸鹽。 4按尺寸大小分類，可分三類：(1)大型：尺寸> 100微米。(2)中型：也叫顯微型，尺寸1-100微米。(3)小型：也叫超顯微型，尺寸100微米。 二 夾雜物對鋼質量和性能的影響非金屬夾雜物降低了鋼的塑性、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。在某些特殊場合下夾雜物也能起到好的作用。夾雜物對鋼的性能影響的具體程度決定于一系列因素。在考慮鋼中夾雜物對鋼的性能影響的時候，應當注意夾雜物的數(shù)量、顆粒大小、形態(tài)及分布，不同夾雜物與鋼基體的連接能力的大小，夾雜物的塑性和彈性系數(shù)的大小，以及熱膨脹系數(shù)、熔點、硬度等幾何、化

6、學和物理學方面的因素。（） 夾雜物對強度的影響當夾雜物顆粒比較大（），特別是夾雜物含量較低時。明顯降低鋼的屈服強度，且同時降低鋼的抗拉強度；當夾雜物顆粒小到一定尺寸（）時，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所提高，但延伸率有很小的下降（） 夾雜物對延伸性的影響通常夾雜物對鋼材的縱向延伸性的影響不大，而對橫向延伸性的影響很顯著。橫向斷面收縮率隨夾雜物總量和帶狀夾雜物數(shù)量的增加而顯著降低，而帶狀夾雜物多為硫化物。（） 夾雜物對韌性的影響隨硫化物夾雜數(shù)量和長度的增加，鋼材的縱向、橫向沖擊韌性、斷裂韌性都明顯下降。由于圓柱坯中夾雜物在截面上

7、的分布極為不均，且硫化物夾雜多為帶狀，因此夾雜物明顯降低了管坯的韌性。（） 夾雜物對切削性能的影響球狀的硫化物夾雜能顯著提高鋼材的切削性能，且硫化物顆粒愈大，鋼材切削性愈好Al2O3、Cr2O3、MnO·Al2O3和鈣鋁酸鹽類氧化物夾雜在很大程度上降低了鋼材的切削性，但MnOSiO2Al2O3系和CaO-SiO2-Al2O3系中某些成分范圍內的夾雜物卻能提高鋼材的切削性。（） 夾雜物對疲勞性能的影響夾雜物都使鋼材的抗疲勞性能下降，脆性夾雜比塑性夾雜的影響更大，外來大型氧化物夾雜更明顯。（） 夾雜物對抗腐蝕性能的影響硫化物和硫化物復合的某些氧化物夾雜物是鋼材造成腐蝕的根源，復合夾雜物的

8、影響更大，而單獨的氧化物夾雜不會造成點蝕現(xiàn)象。（） 夾雜物對表面光潔度的影響夾雜物都使鋼的表面光潔度下降，氧化物夾雜是最主要的，鋼的表面光潔度隨夾雜物數(shù)量的增加而下降，夾雜物的本性影響不是很大。（） 夾雜物對焊接性能的影響硫化物夾雜和大型氧化物夾雜都使鋼材的焊接性能下降。三 夾雜物的來源按鋼的冶煉流程，在以下各個環(huán)節(jié)都有可能引起鑄坯產(chǎn)生夾雜物1.轉爐出鋼下渣擋渣出鋼效果相對較差，出鋼時帶入鋼包中的爐渣較多，再加上使用過的鋼包有的不太干凈，出鋼時很多剩渣夾裹在鋼水中，污染了鋼水。有的爐次吹氣精煉不好，直接澆注，脫氧產(chǎn)物及鋼水中懸浮的爐渣不能充分上浮，也造成鋼水的污染。2.鋼包、中間包包襯侵蝕物

9、在生產(chǎn)過程中如果鋼包包襯侵蝕物進入鋼水，尤其是精煉爐升溫時對鋼包上部打結料的侵蝕嚴重，會造成包襯侵蝕污染鋼水。大量的中間包填充料（粘土磚粉）和絕熱板殘塊進入鋼水也會造成污染，而被中間包填充料污染的鋼水極易通過浸入式水口進入結晶器，所形成的夾雜物的尺寸也是最大的，對鋼板性能的破壞亦最明顯。另外，澆注后期涂料侵蝕透后，中間包打結料侵蝕進入鋼水也造成污染。3.鋼水二次氧化 鋼水由大包到中蜘包應采用全程密封保護，但在實際使用中，上部鋼流往往暴露與空氣中造成二次氧化。還有澆注過程中用氧氣燒高壓保護箱內壁上的鋼瘤等時形成的氧化物極易進入結晶器凝入坯殼。河北理工大學碩士學位論文精煉爐吹氬時，如果片面追求快速

10、降溫或縮短精煉時間，會使氬氣壓力過高，使大包液面翻動過大，一方面造成鋼水面裸露二次氧化，另一方面，液面過度翻動使表面渣層裹入鋼水，污染鋼水。4.中間包污染 澆注過程中，上下爐鋼水連接時，往往由于生產(chǎn)組織或其它方面的原因，造成連接不好，下爐鋼水不能及時再澆，中間包液面過低，上層的渣子隨水口渦旋進入結晶器。中間包不干凈，雜物及耐火材料碎塊也污染鋼水。5.結晶器液面波動 如果中間包塞棒開閉和拉速調整是由人工控制，結晶器有時液面波動較大，并且前一時期浸入式水口側孔角度偏小，插入深度經(jīng)常變化以改變水口渣線的位置，都加劇了結晶器液面的波動，保護渣被鋼流沖至水口到側弧板的位置聚集，并被鋼流卷入鋼水中，而結晶

11、器面上下波動最易造成鑄坯彎月面處初生坯殼皮下裹渣。四 降低夾雜物含量的措施 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)生和外來夾雜對鋼水的污染，二是設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。 轉爐冶煉中夾雜物的控制 為了減少生成夾雜物，轉爐出鋼過程中，采取合理的冶煉制度，這些措施包括：（） 減少補吹并盡量減少下渣量，以降低轉爐終點的氧含量；（） 提高轉爐終渣含量和堿度，減少下渣；（） 采取出鋼擋渣、扒渣和爐渣變性；（） 轉爐出鋼過程中渣沈脫硫，降低鋼水硫含量，抑制硫化物央雜危害；（） 利用渣洗過程中液態(tài)高堿度脫硫熔渣與鋼水重度差，促使熔渣在與鋼水充分接觸的同

12、時，從鋼水內部不同層面上不斷上浮析出形成脫氧及脫硫產(chǎn)物，為后續(xù)鋼水的鈣處理創(chuàng)造條件，促進鋼中夾雜物交性。 精煉過程及中間包內的夾雜物控制 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；（） 用磁旋轉離心器，所有比重小的夾雜物和氣體受到離心力的作用脫離表面并上浮；（） 使用高堿度覆蓋劑吸收夾雜物，造還原性中間包渣，使用堿性耐火材料，降低侵蝕。3. 結晶器內的夾雜物控制結晶器內鋼液流動狀況、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減小。拉速太大會使液面鋼渣卷混現(xiàn)象嚴重，鋼液流速加大，使夾雜物上浮去除的凡率減小，因此要確定合適的拉速；增大侵入式水口的插入深度可以避免卷渣的產(chǎn)生下傾水口張角較小時容易產(chǎn)生鋼渣卷混現(xiàn)象，下傾水口張角越大，會使鋼液中的夾雜物在結晶器內停留的時間越短，去除率也增大。結論：鋼中非金屬夾雜物含量雖然少，但對鋼的性能影響極大，所以必須對它進行定