冶金質(zhì)量分析第六次四、鋼中非金屬夾雜物的

1、（四）夾雜物對(duì)鋼壓力加工性能的影響（四）夾雜物對(duì)鋼壓力加工性能的影響除在鋼中晶界上存在的低熔點(diǎn)夾雜物使鋼在熱變形加除在鋼中晶界上存在的低熔點(diǎn)夾雜物使鋼在熱變形加工時(shí)可能產(chǎn)生工時(shí)可能產(chǎn)生“熱脆熱脆”破壞破壞外，鋼中的非金屬夾雜物外，鋼中的非金屬夾雜物降低鋼在室溫時(shí)的塑性，也必然使鋼的降低鋼在室溫時(shí)的塑性，也必然使鋼的冷變形性能變冷變形性能變壞壞。鋼在冷軋、冷拉、冷擠和冷沖壓中，不僅會(huì)因表面的鋼在冷軋、冷拉、冷擠和冷沖壓中，不僅會(huì)因表面的非金屬夾雜物過多非金屬夾雜物過多引起表面裂紋而降低鋼材（件）的引起表面裂紋而降低鋼材（件）的表面質(zhì)量，而且表面質(zhì)量，而且高硬度的夾雜物高硬度的夾雜物也可以使也可以

2、使模具損壞模具損壞 （五）夾雜物對(duì)鋼切削性能的影響（五）夾雜物對(duì)鋼切削性能的影響在易切削鋼中，一般要加入S、Te、Ca等元素，使它們?cè)阡撝行纬捎欣谇邢骷庸さ膴A雜物或金屬間化合物，提高鋼的自動(dòng)切削速度和程度。鋼的切削性能隨脫氧元素的不同而有差別鋼的切削性能隨脫氧元素的不同而有差別。按照。按照Mn、Cr、Si、Zr、V、Ti、Al的順序下降（夾雜物硬度的順序下降（夾雜物硬度）（六）夾雜物對(duì)鋼電磁性能的影響（六）夾雜物對(duì)鋼電磁性能的影響非金屬夾雜物是非鐵磁性相，它在鋼中的存在減少了鐵磁性基體的體積分?jǐn)?shù)，破壞了金屬基體的連續(xù)性；夾雜物的存在（在晶界上或晶內(nèi)）使鋼基體內(nèi)可能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因而基體磁化不均

3、勻，磁性下降。細(xì)小分散的夾雜物要比粗大聚集的夾雜物對(duì)磁性的危細(xì)小分散的夾雜物要比粗大聚集的夾雜物對(duì)磁性的危害大；害大；長條的針狀?yuàn)A雜物比球狀的危害大；長條的針狀?yuàn)A雜物比球狀的危害大；多角形鋁的氧化物危害最大多角形鋁的氧化物危害最大。（七（七）夾雜物對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響）夾雜物對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響在腐蝕介質(zhì)中工作或表面附著有腐蝕介質(zhì)的鋼制零部在腐蝕介質(zhì)中工作或表面附著有腐蝕介質(zhì)的鋼制零部件，當(dāng)其表面存在有大量非金屬夾雜物時(shí)，由于件，當(dāng)其表面存在有大量非金屬夾雜物時(shí)，由于非金非金屬夾雜物與鋼基體的電極電位不同而構(gòu)成腐蝕微電池，屬夾雜物與鋼基體的電極電位不同而構(gòu)成腐蝕微電池，將將會(huì)在非金屬夾雜物與鋼

4、基體的交界處發(fā)生電化學(xué)腐會(huì)在非金屬夾雜物與鋼基體的交界處發(fā)生電化學(xué)腐蝕蝕。 鋼中的硫化物、氧化物和硅酸鹽類夾雜物的電極電位鋼中的硫化物、氧化物和硅酸鹽類夾雜物的電極電位高于鋼基體，成為腐蝕電池中的陰極，使鋼基體在夾高于鋼基體，成為腐蝕電池中的陰極，使鋼基體在夾雜物周圍產(chǎn)生腐蝕。雜物周圍產(chǎn)生腐蝕。 （七（七）夾雜物對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響）夾雜物對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響鋼中的硫化物鋼中的硫化物（FeS、MnS）易于被酸溶解，并且產(chǎn)）易于被酸溶解，并且產(chǎn)生硫化氫（生硫化氫（H2S），），加速鋼的腐蝕破壞加速鋼的腐蝕破壞。 不銹鋼中的夾雜物，能破壞不銹鋼表面鈍化膜的嚴(yán)密不銹鋼中的夾雜物，能破壞不銹鋼表面鈍化

5、膜的嚴(yán)密性，所以性，所以不銹鋼的點(diǎn)腐蝕多與其中的夾雜物有關(guān)不銹鋼的點(diǎn)腐蝕多與其中的夾雜物有關(guān) （七（七）夾雜物對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響）夾雜物對(duì)鋼耐腐蝕性能的影響在腐蝕介質(zhì)中工作的承受動(dòng)載荷的零部件，當(dāng)表面存在腐蝕介質(zhì)中工作的承受動(dòng)載荷的零部件，當(dāng)表面存在有夾雜物時(shí)，首先會(huì)在夾雜物處引起腐蝕形成缺口，在有夾雜物時(shí)，首先會(huì)在夾雜物處引起腐蝕形成缺口，并不斷向零部件內(nèi)部擴(kuò)展成疲勞裂紋，導(dǎo)致零部件產(chǎn)并不斷向零部件內(nèi)部擴(kuò)展成疲勞裂紋，導(dǎo)致零部件產(chǎn)生腐蝕疲勞破壞。生腐蝕疲勞破壞。（八）夾雜物對(duì)熱處理性能的影響（八）夾雜物對(duì)熱處理性能的影響夾雜物在鋼中割裂了鋼基體的連續(xù)性，起著局部缺口夾雜物在鋼中割裂了鋼基體

6、的連續(xù)性，起著局部缺口的作用。的作用。在淬火內(nèi)應(yīng)力較大時(shí)，就可能使零件以夾雜在淬火內(nèi)應(yīng)力較大時(shí)，就可能使零件以夾雜物處為裂紋發(fā)源地而產(chǎn)生淬火開裂。當(dāng)夾雜物處在淬物處為裂紋發(fā)源地而產(chǎn)生淬火開裂。當(dāng)夾雜物處在淬火零件的截面而突變部位或鋼中有大塊夾雜物時(shí)，零火零件的截面而突變部位或鋼中有大塊夾雜物時(shí)，零件對(duì)淬火開裂尤為敏感。件對(duì)淬火開裂尤為敏感。 鋼在滲氮熱處理時(shí)，夾雜物經(jīng)常引起滲氮件表面鋼在滲氮熱處理時(shí)，夾雜物經(jīng)常引起滲氮件表面“起起泡泡”，降低滲氮質(zhì)量。，降低滲氮質(zhì)量。 （九）夾雜物對(duì)鋼焊接性能的影響（九）夾雜物對(duì)鋼焊接性能的影響非金屬夾雜物對(duì)鋼焊接性能的影響主要是容易非金屬夾雜物對(duì)鋼焊接性能的

7、影響主要是容易引起焊引起焊接件在焊縫或焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋接件在焊縫或焊縫熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。當(dāng)鋼中晶界上存在大量低熔點(diǎn)非金屬夾雜物時(shí)，在焊當(dāng)鋼中晶界上存在大量低熔點(diǎn)非金屬夾雜物時(shí)，在焊接熔池液體凝固和母材冷卻的熱應(yīng)力作用下，常會(huì)出接熔池液體凝固和母材冷卻的熱應(yīng)力作用下，常會(huì)出現(xiàn)沿晶界產(chǎn)生的裂紋?，F(xiàn)沿晶界產(chǎn)生的裂紋。非金屬夾雜物處易于形成高的應(yīng)力集中，故焊接件母非金屬夾雜物處易于形成高的應(yīng)力集中，故焊接件母材由于焊接應(yīng)力的作用，常沿鋼中的非金屬夾雜物處材由于焊接應(yīng)力的作用，常沿鋼中的非金屬夾雜物處形成焊接裂紋。形成焊接裂紋。 第三章習(xí)題第三章習(xí)題n電弧爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在煉鋼設(shè)備和操作上有何不同？

8、電弧爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在煉鋼設(shè)備和操作上有何不同？n電弧爐煉鋼法有何特點(diǎn)？為什么電弧爐鋼中的磷、硫電弧爐煉鋼法有何特點(diǎn)？為什么電弧爐鋼中的磷、硫和夾雜物含量一般低于轉(zhuǎn)爐鋼？和夾雜物含量一般低于轉(zhuǎn)爐鋼？n為什么氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼速度最快？為什么氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼速度最快？n感應(yīng)爐熔煉有何特點(diǎn)？產(chǎn)品質(zhì)量如何？感應(yīng)爐熔煉有何特點(diǎn)？產(chǎn)品質(zhì)量如何？n綜合分析電弧爐、轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)品特點(diǎn)（產(chǎn)品范圍、氣綜合分析電弧爐、轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)品特點(diǎn)（產(chǎn)品范圍、氣體含量、夾雜物數(shù)量及鋼產(chǎn)量）體含量、夾雜物數(shù)量及鋼產(chǎn)量）?n不同煉鋼方法的選用原則是什么？不同煉鋼方法的選用原則是什么？四、鋼中非金屬夾雜物的去除及控制形態(tài)四、鋼中非金屬夾

9、雜物的去除及控制形態(tài)四、鋼中非金屬夾雜物的去除及控制形態(tài)四、鋼中非金屬夾雜物的去除及控制形態(tài)實(shí)際生產(chǎn)中不可能完全去除鋼中的非金屬夾雜物，在這種情況下，就通過采用控制鋼中非金屬夾雜物的類型、數(shù)量 、分布形態(tài)、尺寸的形式將非金屬夾雜物的危害降至最低。（-）夾雜物的去除）夾雜物的去除1. 夾雜物浮升去除夾雜物浮升去除浮升去除夾雜物的本質(zhì)在于非金屬夾雜物的密度比熔煉金屬液體的小，在有渣覆蓋金屬液熔煉時(shí)，非金屬夾雜物上浮至金屬熔體與熔渣界面而被熔渣吸收。（-）夾雜物的去除）夾雜物的去除2. 渣洗去除夾雜物電渣重熔過程能有效去除氧化物夾雜，其去除是通過熔滴形成以及通過渣層過渡階段的渣鋼作用。 （二）鋼中非

10、金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制控制夾雜物形態(tài)控制夾雜物形態(tài)主要是指對(duì)氧化物和硫化物形態(tài)進(jìn)行控制 通過向鋼液中加入對(duì)氧、硫結(jié)合力較強(qiáng)的元素，改變?cè)袏A雜物的組成并使其形成為比較理想的夾雜物形態(tài)。 （二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制 氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(I)1.氧化鋁夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制氧化鋁夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制（1）氧化鋁夾雜形態(tài)的調(diào)整）氧化鋁夾雜形態(tài)的調(diào)整 在鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼液中，夾雜物主要以簇狀聚集的Al2O3形態(tài)出現(xiàn)，軋制時(shí)，簇狀聚集的Al2O3沿鋼材變形方向延伸成鏈狀?yuàn)A雜物。這種鏈狀A(yù)l2O3夾雜物顯著地降低了鋼

11、材橫向力學(xué)性能。在脫氧時(shí)，進(jìn)行加鈣處理，鋼中Al2O3數(shù)量顯著減少，而出現(xiàn)CaO-Al2O3或CaO-Al2O3-CaS系的氧化物和復(fù)合硫氧化物。這種球狀復(fù)合型夾雜，改善了鋼材的性能，減少了鋼材的力學(xué)性能的方向性，當(dāng)Ca/S的比值為0.60.8時(shí)，鋼材的力學(xué)性能的方向性幾乎消失。（二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制 氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(I)(2) 復(fù)合氧化物形態(tài)的調(diào)整 利用CaO-Al2O3-SiO2三元系中存在CaOAl2O32SiO2(熔點(diǎn)1553)和2CaOAl2O3SiO2(熔點(diǎn)1593)兩個(gè)區(qū)域，在用鋁作最終脫氧的鋼中，同時(shí)加

12、入鈣和硅，可以達(dá)到改變CaO-Al2O3系氧化物夾雜形態(tài)的目的 （二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制 氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制氧化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(I)經(jīng)硅鈣合金和鋁處理后，鋼中形成的夾雜物是鈣鋁硅酸鹽，其熔點(diǎn)低而且是可變形的夾雜物，在鋼材中呈紡錘狀或棒狀，對(duì)鋼材的強(qiáng)度和韌性有利。 在易切削鋼中，這種夾雜物可在刀具刃部形成保護(hù)層，從而提高了刀具的壽命 （二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制 硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(II)(1) 硫化物的形態(tài) 鋼中的硫化物種類主要有FeS、MnS和(Mn，F(xiàn)e)S 當(dāng)Mn%0.1

13、時(shí)，F(xiàn)eS基本消失，因此高錳鋼中主要硫化物是MnS MnS在鋼錠中主要以球狀不變形硫化錳（對(duì)鋼材性能比較有利）、鏈狀硫化錳、多角硫化錳形態(tài)存在 調(diào)整硫化物形態(tài)目的改變鏈狀和多角硫化錳為球狀（二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制 硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(II)(2) MnS形態(tài)的調(diào)整形態(tài)的調(diào)整 通常調(diào)整MnS形態(tài)的方法是加入合金元素，將錳從MnS中置換出來，形成硬度高、不變形、呈球狀的硫化物 合金元素特點(diǎn)合金元素特點(diǎn)對(duì)硫的親和力比錳強(qiáng)，形成呈球狀的不易變形的硫化物，同時(shí)不降低鋼的加工性能、力學(xué)性能 （二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾

14、雜物的控制 硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(II)鈣調(diào)整硫化錳形態(tài)當(dāng) 0.4，MnS消失被CaS取代鋼液配合鋁進(jìn)行終脫氧情況下，鋼中出現(xiàn)硫化物型夾雜，夾雜物組成如下圖。CaO-Al2O3CaS + MnSS/Ca（二）鋼中非金屬夾雜物的控制（二）鋼中非金屬夾雜物的控制 硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(II)稀土元素調(diào)整MnS形態(tài) 隨 比值的增加，夾雜物在鋼材中的形態(tài)變化順序?yàn)椋杭?xì)長條MnS變形能力較低的(RE，,Mn)S呈紡錘形的稀土硫氧化物RE2O2S圓形或碎塊狀不變形的稀土硫化物RE2S3或RE3S4不規(guī)則的點(diǎn)狀或串狀稀土硫化物RES。

15、SRE/二）鋼中非金屬夾雜物的控制二）鋼中非金屬夾雜物的控制 硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制硫化物夾雜物形態(tài)的調(diào)整與控制(II)值得注意：值得注意：稀土硫化物的密度大，接近于鋼液密度，不易自鋼液排除，容易在鋼錠的中、下部產(chǎn)生偏析而影響鋼材的質(zhì)量。 3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 鋼及合金中金屬雜質(zhì)的行為（鋼及合金中金屬雜質(zhì)的行為（1） 鋼與合金中金屬雜質(zhì)元素鋼與合金中金屬雜質(zhì)元素是指：鉛、錫、鉍、銻、砷等雖然它們?cè)阡摷昂辖鹬械钠骄繕O微，但它們?nèi)菀自诰Ы缣幤邸⑵錆舛葹槠骄康膸妆渡踔翈资?，而且具有低熔點(diǎn)和氣體原子的特征，所以，會(huì)使晶界脆化，導(dǎo)致鋼及合金的熱強(qiáng)性、熱塑

16、性以及其他性能下降。 表表4-1 有害元素的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)及其在鐵、鎳中的溶解度有害元素的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)及其在鐵、鎳中的溶解度 3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響（2）（一）（一） 微量金屬雜質(zhì)對(duì)熱加工性能的影響微量金屬雜質(zhì)對(duì)熱加工性能的影響微量有害金屬雜質(zhì)（例如Pb、Sb）對(duì)鋼或合金的熱加工性能的危害極大、其影響程度隨鋼與合金的化學(xué)成分的不同而異。在不同含鎳的鋼與合金中，確保鍛軋加工和熱頂鍛時(shí)不在不同含鎳的鋼與合金中，確保鍛軋加工和熱頂鍛時(shí)不產(chǎn)生裂紋的產(chǎn)生裂紋的Pb、Sb允許含量列于表允許含量列于表4-2。 Pb、B

17、i、Sn、Te等元素對(duì)等元素對(duì)17Cr-13Ni-3Mo不不銹鋼的熱塑性的影響如圖銹鋼的熱塑性的影響如圖4-9所示。所示。 斷面收縮率（%）Pb、Bi、Te，（%）3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響（2）鋼熱塑性影響折合用鉛當(dāng)量表示AsSbSnBiPbPb007. 002. 001. 043 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響（2）（二）微量有害元素對(duì)高溫力學(xué)性能的影響（二）微量有害元素對(duì)高溫力學(xué)性能的影響Pb、Sn、Sb、Bi等微

18、量有害元素即使在等微量有害元素即使在10-4%含量含量范圍內(nèi)，也會(huì)使鋼和合金的熱強(qiáng)性、蠕變強(qiáng)度和持久范圍內(nèi)，也會(huì)使鋼和合金的熱強(qiáng)性、蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度急劇降低。強(qiáng)度急劇降低。 t3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響（2）（三）微量有害元素對(duì)室溫力學(xué)性能的影響（三）微量有害元素對(duì)室溫力學(xué)性能的影響在低合金鋼中，鉛、錫會(huì)降低沖擊韌度。在高合金鋼中，As、Sn、Sb等雜質(zhì)金屬元素嚴(yán)重降低鋼的韌性。（見圖4-11） 0.07%3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 微量金屬雜質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響微量金屬雜

19、質(zhì)對(duì)鋼與合金性能的影響（2）（四）微量有害元素對(duì)其他性能的影響（四）微量有害元素對(duì)其他性能的影響微量有害元素（Sb、Sn、As）提高了回火鋼的回火脆性敏感性；在不銹鋼中，微量有害元素對(duì)其抗腐蝕性產(chǎn)生有害的影響；在焊接鋼中，降低其焊接性能 在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，微量有害元素對(duì)球化過程起反作用。 3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 微量有害元素的允許含量微量有害元素的允許含量（3）生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)，必須控制鐵液中微量元素的含量，見表4-3。 3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 降低微量元素有害影響的方法降低微量元素有害影響的方法（4）（一）微量有害元素的真空揮發(fā)去除（

20、一）微量有害元素的真空揮發(fā)去除真空感應(yīng)冶煉是降低合金中微量有害元素最有效的方法 真空感應(yīng)冶煉法可使鋼和合金中的Sb比采用大氣冶煉降低一個(gè)數(shù)量級(jí) （二）利用微量添加劑來消除雜質(zhì)的有害影響（二）利用微量添加劑來消除雜質(zhì)的有害影響這些元素與有害雜質(zhì)元素形成熔點(diǎn)較高的化合物，從而改變其析出條件，消除雜質(zhì)沿晶界偏析而引起的脆性。進(jìn)一步凈化和強(qiáng)化晶界 3 鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制鋼中的金屬雜質(zhì)及冶金控制 降低微量元素有害影響的方法降低微量元素有害影響的方法（4）（三）限制由原材料帶入的有害元素?cái)?shù)量（三）限制由原材料帶入的有害元素?cái)?shù)量鋼及合金中的有害元素往往是在煉鋼過程中由原材料（礦石、合金元素、廢鋼等）帶

21、入的。嚴(yán)格選擇和控制原材料中有害元素的含量水平，是降低鋼與合金有害元素含量的重要途徑。 第四章第四章 習(xí)題習(xí)題1. 鋼中氫氮對(duì)鋼性能有何影響？如何減少鋼液中的氫和氮含量？2. 鋼中常見的非金屬夾雜物來源于哪些方面？有哪些類型和各有和特點(diǎn)？3. 鋼中的非金屬夾雜物對(duì)鋼性能有哪些影響？原因何在？4.如何改善和控制鋼中的非金屬夾雜物？5. 微量有害元素對(duì)鋼質(zhì)量有何影響？如何控制？舉例說明。爐外精煉：在轉(zhuǎn)爐、電弧爐之外，加上必要的精煉裝置，對(duì)初煉鋼液進(jìn)行精煉或處理，這一精煉過程，統(tǒng)稱為爐外精煉。1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉應(yīng)用真空、鋼液攪拌、加熱、渣洗等技術(shù)，或其組合技術(shù)，大大強(qiáng)化

22、了冶金反應(yīng)過程，最終達(dá)到提高鋼的純凈度，控制夾雜物的性質(zhì)和形態(tài)等的目的。1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 真空脫氣（真空脫氣（I） 真空脫氣包括真空脫氧、脫氮和脫氫真空脫氣包括真空脫氧、脫氮和脫氫 冶金過程中的各種化學(xué)反應(yīng)，都是向平衡狀態(tài)方向自發(fā)進(jìn)行。改變系統(tǒng)壓力可以影響化學(xué)平衡，例如反應(yīng)生成物為氣體時(shí)，減少系統(tǒng)的壓力，可以使化學(xué)平衡向增多氣體物質(zhì)的方向移動(dòng)。這就是真空可以使已經(jīng)達(dá)到平衡的脫氣、脫碳、脫氧反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，從而提高鋼液的質(zhì)量。 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 真空脫氣（真空脫氣（I）實(shí)際生產(chǎn)過程中在熔池內(nèi)部，因?yàn)樯蓺馀菀朔庀嗫倝毫?、液體靜壓力和毛細(xì)管壓力的作

23、用，CO氣泡內(nèi)的壓力必然大大超過金屬上面氣相中CO的分壓力，其CO 的氣相壓力為式中，p(g)為金屬熔池上面的氣相壓力；為液體金屬的密度；H為氣泡逸出點(diǎn)上面金屬液柱的高度；為金屬液的表面張力；r為氣泡核的半徑。 rHppgCO21 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 真空脫氣（真空脫氣（I）如果向鋼液中吹入惰性氣體，形成很多小氣泡，這些小氣泡內(nèi)CO含量幾乎為零，鋼液中的碳、氧能在氣泡表面生成CO而進(jìn)入氣泡中。直至氣泡中的CO分壓達(dá)到與鋼液中的C、O相平衡的數(shù)值為止。這就是吹氬這就是吹氬法脫氣和脫氧的理論依據(jù)法脫氣和脫氧的理論依據(jù)。 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 真空脫氣（真空脫氣

24、（I）雙原子的氣體（雙原子的氣體（N2、H2、O2）在金屬中的溶解度與氣）在金屬中的溶解度與氣體壓力的平方根成正比。體壓力的平方根成正比。如果對(duì)于純鐵來說，當(dāng)溫度為如果對(duì)于純鐵來說，當(dāng)溫度為1600時(shí)，與氫的質(zhì)量分時(shí)，與氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)0.0002%和氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0033%的金屬液平衡的金屬液平衡時(shí)，氣相中氫和氮的分壓力應(yīng)為時(shí)，氣相中氫和氮的分壓力應(yīng)為1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 真空脫氣（真空脫氣（I）氮與鋼液中多種元素生成穩(wěn)定的氮化物，靠真空狀態(tài)下脫氮，氣相中氮的分壓力必須低于氮化物的分解壓力才有可能。鋼液真空脫氣與真空脫氧非常相似，特別是脫氮，其熱力學(xué)條件雖然

25、具備，但實(shí)際的脫氮效果很差，原因就在于動(dòng)力學(xué)條件。 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 鋼液攪拌（鋼液攪拌（II）鋼液攪拌是爐外精煉過程中強(qiáng)化冶金動(dòng)力學(xué)條件的重要鋼液攪拌是爐外精煉過程中強(qiáng)化冶金動(dòng)力學(xué)條件的重要手段手段攪拌是向系統(tǒng)輸送能量，使鋼液和熔渣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)攪拌是向系統(tǒng)輸送能量，使鋼液和熔渣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 鋼液攪拌（鋼液攪拌（II）（一）氣體攪拌（一）氣體攪拌氣體可通過安裝在精煉鋼包底部的透氣塞、風(fēng)眼或噴氣體可通過安裝在精煉鋼包底部的透氣塞、風(fēng)眼或噴槍來吹入，吹入氣體的比攪拌能受吹氣量（例如槍來吹入，吹入氣體的比攪拌能受吹氣量（例如Ar、N2等）、鋼

26、液溫度和真空度的影響。等）、鋼液溫度和真空度的影響。吹氬的作用：吹氬的作用：脫氧、脫碳、去氣、攪拌鋼液及去除夾雜脫氧、脫碳、去氣、攪拌鋼液及去除夾雜物等物等 為了達(dá)到預(yù)定的去氣、脫氧的效果，通常把至少必須的吹氬數(shù)量稱為臨界供氬量 表表5-1給出了在給出了在1600、0.1MPa下吹氬下吹氬去氣和脫氧的臨界吹氬量的理論計(jì)算值。去氣和脫氧的臨界吹氬量的理論計(jì)算值。 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 鋼液攪拌（鋼液攪拌（II）（二）感應(yīng)攪拌（二）感應(yīng)攪拌用低頻率電流，通過改變?nèi)垠w中的電磁場來攪拌鋼液。感應(yīng)攪拌的比攪拌能感應(yīng)攪拌的比攪拌能是線圈電流、線圈與鋼液之間距離的函數(shù)。 1 爐外精煉的理

27、論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 鋼液攪拌（鋼液攪拌（II）（三）（三）RH循環(huán)攪拌和循環(huán)攪拌和DH提升攪拌提升攪拌RH與DH輸入攪拌能可用下式計(jì)算式中 分別為下降管的線速度、環(huán)流量及鋼液質(zhì)量 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 鋼液攪拌（鋼液攪拌（II）（四）鋼液的攪拌效果四）鋼液的攪拌效果鋼液攪拌使精煉爐中的加入物與鋼液的混合均勻時(shí)間縮短，消除溫度、濃度梯度，促進(jìn)精煉反應(yīng)。 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 鋼液攪拌（鋼液攪拌（II）鋼包吹氬攪拌能促進(jìn)脫氧產(chǎn)物（非金屬夾雜物）從鋼液中分離出去吹氬的攪拌作用，縮短了夾雜物向鋼液表面移動(dòng)的距離，增大了夾雜物上浮的速度；增大夾雜物顆粒間碰撞

28、的幾率，促進(jìn)了夾雜物的長大；使夾雜物附著于氣泡表面，起到浮選的作用。 圖圖5-3為大冶特殊鋼公司為大冶特殊鋼公司60t鋼包精煉爐生產(chǎn)高碳鉻軸承鋼包精煉爐生產(chǎn)高碳鉻軸承鋼，吹氬攪拌鋁脫氧鋼液時(shí)鋼中鋼，吹氬攪拌鋁脫氧鋼液時(shí)鋼中O的減少情況。的減少情況。 圖圖 5-4 鋼包吹氬鋼包吹氬時(shí)，時(shí)，Al2O3系夾系夾雜物指數(shù)的變化雜物指數(shù)的變化 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 精煉爐渣（精煉爐渣（III）鋼液與爐渣相互作用時(shí)的脫氧、脫硫速度可用下式表示式中，t為時(shí)間(s)；為渣、鋼單位接觸面積，等于總接觸面積與鋼液總體積之比；n鋼液中硫或氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；為硫或氧的平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；i為取決

29、于渣和鋼中的物質(zhì)擴(kuò)散速度及攪動(dòng)功率的傳質(zhì)系數(shù)。單位S平衡n最佳的爐外精煉渣成分如表最佳的爐外精煉渣成分如表5-2所示所示 1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 氣體稀釋脫碳（氣體稀釋脫碳（IV）向鋼液中吹入惰性氣體和氧氣的混合氣體，氧參與脫碳反應(yīng)，而惰性氣體不參與化學(xué)反應(yīng)，從熔池中逸出，它在上升中的氣泡相當(dāng)于一個(gè)小真空室，脫碳反應(yīng)生成的CO氣體向氬氣泡中擴(kuò)散，將CO的分壓Pco不斷降低，這就是促進(jìn)了金屬熔池中下面兩個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行1 爐外精煉的理論基礎(chǔ)爐外精煉的理論基礎(chǔ) 氣體稀釋脫碳（氣體稀釋脫碳（IV）熔池中產(chǎn)生的CO氣體不斷被氬氣所稀釋，有利于上述反應(yīng)向右進(jìn)行，從而使鋼液的含碳量很容易降低

30、，同時(shí)還能保護(hù)鋼液中的Cr不被氧化，這就是氣體稀釋法的原理。 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn) 爐外處理的手段爐外處理的手段有吹氬、真空、電磁攪拌、渣洗、噴有吹氬、真空、電磁攪拌、渣洗、噴粉、喂線等粉、喂線等 爐外精煉技術(shù)的發(fā)展?fàn)t外精煉技術(shù)的發(fā)展 的三個(gè)階段真空脫氣、加熱精煉及優(yōu)化組合真空脫氣、加熱精煉及優(yōu)化組合 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）（一）真空液面脫氣法、真空澆鑄法和滴流鋼包脫氣法（一）真空液面脫氣法、真空澆鑄法和滴流鋼包脫氣法真空液面脫氣法真空液面脫氣法:將具有將具有60100過熱度的

31、鋼液出至過熱度的鋼液出至盛鋼桶內(nèi)，然后將盛鋼桶放入真空室內(nèi)或蓋上真空密盛鋼桶內(nèi)，然后將盛鋼桶放入真空室內(nèi)或蓋上真空密封蓋，進(jìn)行減壓狀態(tài)下脫氣和去夾雜處理。封蓋，進(jìn)行減壓狀態(tài)下脫氣和去夾雜處理。 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）（二）DH、RH脫氣法、RH-OB法在脫氣方法的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步降低處理過程中的溫度損失，提高脫氣效率，進(jìn)行成分微調(diào)，去除鋼中夾雜物，開發(fā)出真空提升脫氣法-DH和 真空循環(huán)脫氣法-RH DH、RH特點(diǎn)

32、：借助真空和氬氣的受熱膨脹，將鋼液吸入真空室，進(jìn)行間歇或循環(huán)脫氣，為耐火材料吸附夾雜物或上浮創(chuàng)造了良好的條件，去氫效果極佳、溫降小 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）（三）（三） 噴粉裝置噴粉裝置主要功能是脫硫、脫磷、脫氧、排除鋼中夾雜物，改主要功能是脫硫、脫磷、脫氧、排除鋼中夾雜物，改變夾雜物的形態(tài)以及微量元素，易氧化元素的合金化。變夾雜物的形態(tài)以及微量元素，易氧化元素的合金化。 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）鋼包噴射冶金的特征表現(xiàn)在：擴(kuò)大反應(yīng)面積：1m

33、m以下的粉劑，與塊狀料相比，反應(yīng)面積成幾十倍甚至幾百倍增加，噴入的粉料在鋼液內(nèi)的傳質(zhì)過程可以在粉料或反應(yīng)產(chǎn)物上浮至鋼液表面以前充分進(jìn)行，甚至在鋼液深部完成。連續(xù)的可控供料：連續(xù)供料可以均衡冶金反應(yīng)過程，提高冶煉效果。解決微合金化元素和易氧化元素的加入問題：對(duì)于密度顯著輕于或顯著重于鋼液的合金材料、在煉鋼溫度下蒸氣壓很高的元素和有毒氣體的元素等 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）反應(yīng)在熔池強(qiáng)烈攪動(dòng)下進(jìn)行：冶金過程精煉用物料采用粉劑噴吹進(jìn)入鋼液內(nèi)部，所有反應(yīng)均在熔池強(qiáng)烈的攪動(dòng)下進(jìn)行，可以顯著改善冶金反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。圖5-

34、14是鋼包噴射冶金的示意圖。 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝置（脫氣及爐外處理裝置（I）（四）鈣處理技術(shù)（四）鈣處理技術(shù)加鈣處理的目的加鈣處理的目的:脫硫、改善連鑄鋼液的流動(dòng)性，改善脫硫、改善連鑄鋼液的流動(dòng)性，改善切削性能，改善橫向力學(xué)性能。切削性能，改善橫向力學(xué)性能。鋼中加鈣的作用：能細(xì)化晶粒、脫氧、脫硫，改變非金屬夾雜物的成分、數(shù)量及形態(tài)；改善鋼的耐蝕性、耐磨性、耐高溫、耐低溫性能；提高鋼的塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和焊接性能；增強(qiáng)鋼的抗熱裂、抗氫致裂紋和抗層狀撕裂等性能。 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)脫氣及爐外處理裝

35、置（脫氣及爐外處理裝置（I）（五）喂線技術(shù) 金屬鈣是一種強(qiáng)脫氧劑和脫硫劑，然而，它是一種非?；顫姷慕饘伲?600鈣的蒸氣壓達(dá)到156.8kPa，很快氣化 用80300m/min的速度將鈣線送到鋼液靜壓力超過鈣蒸氣壓力的深度。在1600時(shí)，超過金屬鈣蒸氣壓力的要求深度為1.5m。 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)具有加熱功能的精煉裝置（具有加熱功能的精煉裝置（II）（一）ASEA-SKF法桶爐由一個(gè)鋼包（內(nèi)襯堿性耐火材料）和鋼包車、一個(gè)電極爐蓋和一個(gè)真空爐蓋所組成，并配有電磁感應(yīng)攪拌器、蒸氣噴射泵，可在桶爐內(nèi)進(jìn)行各種不同的冶煉工序，包括：除渣、感應(yīng)攪拌、電弧加熱、脫氧

36、、合金化、脫硫、脫氣，最后將鋼液注入錠模 ASEA-SKF桶爐（桶爐（Ladle furnace）真空脫氣精）真空脫氣精煉法，見圖煉法，見圖5-16。 （二）VAD法一個(gè)帶多孔塞的鋼包、電極加熱密封蓋、真空室、多極蒸氣噴射泵和加料系統(tǒng)組成。 （三）LF法四個(gè)部分：帶有攪拌器的常規(guī)鋼（氬氣攪拌方式）；帶有電極孔的鋼包加熱蓋；加熱裝置；真空系統(tǒng)。 （四）CAB法一種鋼包吹氬精煉裝置（CAS）和氧槍吹氧（OB）的工藝組合 第二節(jié)第二節(jié) 爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉裝置及工藝特點(diǎn)爐外精煉工藝優(yōu)化（爐外精煉工藝優(yōu)化（III）爐外精煉技術(shù)發(fā)展的第三階段，形成了獨(dú)立而完整的爐外精煉工藝，它表現(xiàn)在根據(jù)精煉裝

37、置的機(jī)能，進(jìn)行合理的組合與搭配、前后工序的合理配置與完善，即精煉工藝的最優(yōu)化 在爐外精煉工藝優(yōu)化階段，多種精煉裝置的合理組合搭配，及噴粉、鈣處理、喂線技術(shù)與連鑄機(jī)或VOD、LF等爐外精煉設(shè)備的配合，生產(chǎn)高質(zhì)量鋼。山陽特殊鋼公司爐外精煉工藝的特點(diǎn)n冶煉設(shè)備有：一臺(tái)90t UHP EAF及一臺(tái)LF爐、一臺(tái)三流370mm470mm大截面垂直式連鑄機(jī)（84萬t/年）。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼的生產(chǎn)工藝進(jìn)行過三次大的技術(shù)改造，使熔煉工藝得到了優(yōu)化。n第一階段：1964年采用60t電弧爐鋼包脫氣處理。1968年從原聯(lián)邦德國引進(jìn)RH裝置與60t EAF配合，真空度13Pa，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比鋼包坑脫氣處理大

38、大降低，達(dá)到1510-4%左右。n第二階段：70年代中期，LF爐與RH裝置配合，其工藝為：60t UHP EAF-LF-RH-IC(鋼錠模下注)。由于LF爐的加熱，使得目標(biāo)溫度、澆鑄時(shí)間有可能進(jìn)行控制，大大提高了鋼的純凈度，在模注條件下氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到8.410-4%（軸承鋼）。n第三階段：1982年電弧爐容量擴(kuò)大到90t，加上大截面垂直連鑄機(jī)的采用，到80年代中后期，并將電弧爐改造成偏心爐底出鋼，再加上連鑄系統(tǒng)的全密封裝置，山陽特殊鋼公司的爐外精煉工藝達(dá)到最優(yōu)化，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定地降到5.410-4%（指軸承鋼） (I) 爐外精煉技術(shù)開發(fā)的初始目的是為了解決品種和質(zhì)量，爐外精煉技術(shù)開發(fā)的初始

39、目的是為了解決品種和質(zhì)量，用以獲得高純潔度、高均勻性和高精度的鋼材。用以獲得高純潔度、高均勻性和高精度的鋼材。選擇爐外精煉方法選擇爐外精煉方法時(shí)，提高鋼的純潔度與提高生產(chǎn)效時(shí)，提高鋼的純潔度與提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)該同時(shí)考慮率和經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)該同時(shí)考慮在在選擇爐外精煉方法時(shí)選擇爐外精煉方法時(shí)，不僅為了滿足鋼的純潔度及，不僅為了滿足鋼的純潔度及更精確地控制化學(xué)成分，有效地改善鋼的力學(xué)性能，更精確地控制化學(xué)成分，有效地改善鋼的力學(xué)性能，以適應(yīng)多種復(fù)雜和惡劣的工作條件的要求，同時(shí)還要以適應(yīng)多種復(fù)雜和惡劣的工作條件的要求，同時(shí)還要滿足鋼生產(chǎn)的本身來自連鑄、壓力加工、熱處理等后滿足鋼生產(chǎn)的本身來自連鑄、壓

40、力加工、熱處理等后步工序的要求。步工序的要求。 (II)(一一) EF-VAD-IC工藝效果工藝效果工藝一：工藝一：50t高功率電弧爐熔化廢鋼，氧化脫碳、脫磷、高功率電弧爐熔化廢鋼，氧化脫碳、脫磷、自由放渣，最后將爐渣堿度調(diào)整到自由放渣，最后將爐渣堿度調(diào)整到R=1.02.5，翻爐，翻爐出鋼，鋼包合金化，接著加熱，調(diào)整鋼液成分（包括出鋼，鋼包合金化，接著加熱，調(diào)整鋼液成分（包括補(bǔ)加脫硫劑調(diào)整鋼液含硫量），在真空下脫氣精煉。補(bǔ)加脫硫劑調(diào)整鋼液含硫量），在真空下脫氣精煉。工藝二：將真空精煉改為非真空加氬攪拌精煉工藝二：將真空精煉改為非真空加氬攪拌精煉 精煉時(shí)間都在精煉時(shí)間都在60min左右左右 (I

41、I)爐外精煉工藝特點(diǎn)：初煉鋼液事先用鋁沉淀脫氧，然后再進(jìn)行精煉。真空精煉與非真空吹氬攪拌精煉的脫氧、去除夾雜物的效果沒有差異將精煉渣的堿度控制在1.02.5范圍內(nèi)，可以減少鋼液中的含鈣量（2010-4%），從而導(dǎo)致高碳鉻軸承鋼不會(huì)出現(xiàn)不變形的球狀?yuàn)A雜物，提高了軸承鋼的疲勞壽命。 表表5-5 為高碳鉻軸承鋼采用大氣下熔煉和爐外真為高碳鉻軸承鋼采用大氣下熔煉和爐外真空精煉的氣體和夾雜物的測定結(jié)果?？站珶挼臍怏w和夾雜物的測定結(jié)果。采用爐外精煉工藝生產(chǎn)的滲碳鋼采用爐外精煉工藝生產(chǎn)的滲碳鋼(G20CrNi2Mo)的氧含的氧含量及非金屬夾雜物含量與其尺寸分布列于表量及非金屬夾雜物含量與其尺寸分布列于表5-

42、6采用爐外精煉工藝生產(chǎn)的滲碳鋼采用爐外精煉工藝生產(chǎn)的滲碳鋼(G20CrNi2Mo)的力學(xué)的力學(xué)性能及淬透性列于表性能及淬透性列于表5-7 采用爐外精煉工藝生產(chǎn)的滲碳鋼采用爐外精煉工藝生產(chǎn)的滲碳鋼(G20CrNi2Mo)的疲勞的疲勞壽命列于表壽命列于表5-8 精煉渣 氬氣攪拌方式有利于渣-鋼間的物理化學(xué)反應(yīng)。要求深度脫硫的鋼種，既要控制精煉渣的堿度，同時(shí)還應(yīng)控制渣中Al2O3的含量；在精煉高碳鉻軸承鋼時(shí)，渣的堿度控制在較低的范圍內(nèi)(1.02.5)。攪拌強(qiáng)度 不管是真空精煉或非真空下的吹氬攪拌精煉，一定的攪拌強(qiáng)度是獲得高質(zhì)量鋼的必備條件。(見圖5-3)吹氬攪拌時(shí)間 60t鋼包精煉爐以70200L/

43、min吹氬攪拌，攪拌時(shí)間是影響氧含量的主要因素（見圖5-3）。EF-LF-RH-CC工藝特點(diǎn) 擴(kuò)大爐子容量、采用偏心爐底出鋼系統(tǒng)擴(kuò)大爐子容量、采用偏心爐底出鋼系統(tǒng) 爐子容量的擴(kuò)大，提高了生產(chǎn)效率。采用偏心爐底出鋼系統(tǒng)，減少了鋼液的二次氧化，同時(shí)能隔開氧化渣，有利于無渣出鋼，使在精煉包內(nèi)的還原過程更容易進(jìn)行。采用采用LF鋼包爐加熱精煉鋼包爐加熱精煉 鋼包爐的加熱功能使溫度和澆鑄時(shí)間的控制成為可能 RH真空循環(huán)脫氣真空循環(huán)脫氣避開精煉渣，只對(duì)鋼液進(jìn)行循環(huán)脫氣和去除夾雜物。 大截面連鑄機(jī)澆鑄鋼坯大截面連鑄機(jī)澆鑄鋼坯 帶有兩段或三段電磁攪拌，可使殘留于與鋼液中的夾雜物在澆鑄過程中繼續(xù)上浮1）單個(gè)操作的

44、設(shè)備容量2）多個(gè)工序的配合3）原材料的質(zhì)量和價(jià)格4）設(shè)備靈活性以及相應(yīng)的工藝選擇5）組合后的生產(chǎn)穩(wěn)定性和可控制程度（1）鐵水預(yù)處理）鐵水預(yù)處理 處理后的鐵水P、S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可以達(dá)到0.010%以下 （2）轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉）轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉 經(jīng)過預(yù)處理后的鐵水，在少渣量吹煉下向轉(zhuǎn)爐中加入鉻鐵，鐵合金中的鈦可以有效地被氧化去除，而達(dá)到1510-4%以下的水平。（3）轉(zhuǎn)爐鋼液除渣）轉(zhuǎn)爐鋼液除渣 在轉(zhuǎn)爐吹煉后的鋼液與爐渣，通過換包法去除含有低級(jí)氧化物的轉(zhuǎn)爐渣，然后進(jìn)入精煉爐。（4）鋼包加熱）鋼包加熱 人工配置堿度大于3的精煉渣，加入精煉鋼包進(jìn)行電弧加熱和電磁攪拌（5）真空脫氣）真空脫氣 在真空下通過強(qiáng)力電磁

45、攪拌在真空下通過強(qiáng)力電磁攪拌，不僅可以有效地降低鋼液的含氫量，而且可以使懸浮于鋼中的夾雜物充分上浮分離，鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以控制在910-4%以下。（6）連鑄）連鑄 在連鑄機(jī)的結(jié)晶器內(nèi)和凝固末端安裝電磁攪在連鑄機(jī)的結(jié)晶器內(nèi)和凝固末端安裝電磁攪拌裝置拌裝置。在結(jié)晶器內(nèi)攪拌鋼液，促進(jìn)非金屬夾雜物上浮分離，提高鋼的純潔度；凝固末端電磁攪拌可以防止白帶的產(chǎn)生，改善中心偏析。 吹氧精煉用的氧槍通過真空室上蓋的密封圈時(shí)必須自由升降；為排除大量的CO氣體，真空系統(tǒng)的抽氣能力比鋼包脫氣法應(yīng)有所提高 第五章 習(xí)題1.鋼液真空處理的原理是什么？效果如何？鋼液真空處理的原理是什么？效果如何？2. 鋼液爐外精煉技術(shù)有

46、何特點(diǎn)？鋼液爐外精煉技術(shù)有何特點(diǎn)？3. 爐外精煉的方法主要有哪幾種？對(duì)鋼的質(zhì)量爐外精煉的方法主要有哪幾種？對(duì)鋼的質(zhì)量有何影響？有何影響？4. 噴粉冶金的目的何在？各種噴粉技術(shù)的效果噴粉冶金的目的何在？各種噴粉技術(shù)的效果如何？如何？5. 爐外精煉方法的發(fā)展過程？如何選擇？爐外精煉方法的發(fā)展過程？如何選擇？是把在煉鋼爐中冶煉好的鋼水倒入盛鋼桶內(nèi)，進(jìn)行最后的脫氧、調(diào)整成分和調(diào)整溫度處理后、注入鋼錠模中凝固成為鋼錠；或是在連續(xù)鑄鋼設(shè)備中鑄成鋼坯。鋼液注入一定形狀的模型中直接得到冶金產(chǎn)品的過程稱為。鑄錠過程鑄錠過程是鋼液從液相結(jié)晶成為固相的過程 由于鑄錠的失誤，能把精煉合格的鋼液報(bào)廢，在鑄錠過程中產(chǎn)生的

47、缺陷可以使后續(xù)的鍛造或軋制等壓力加工不能實(shí)現(xiàn)；或者使成品的合格率降低。 鋼液凝固的一般規(guī)律鋼液凝固的一般規(guī)律(I)晶核的形成晶核的形成鋼液凝固的第一步是固體鐵從鋼液中結(jié)晶形核，它對(duì)凝固組織的形成和偏析現(xiàn)象影響很大。從液態(tài)金屬中結(jié)晶出固體 ，借助于不同介質(zhì)結(jié)晶形核的稱為非均質(zhì)形核非均質(zhì)形核 直接生成核心的，叫自發(fā)形核自發(fā)形核；依附于現(xiàn)成表面（如懸浮的夾雜物或鋼錠模表面）形成的晶核稱為非自發(fā)晶核非自發(fā)晶核 無論哪種晶核，晶核形成的推動(dòng)力是過冷度無論哪種晶核，晶核形成的推動(dòng)力是過冷度 鋼液凝固的一般規(guī)律鋼液凝固的一般規(guī)律(I)晶體的生長晶體的生長 獲得一定過冷度的鋼液，并不是一瞬間整個(gè)凝結(jié)成固體，而

48、必須經(jīng)歷晶核的形成和長大的過程。形核率形核率：單位時(shí)間內(nèi)的形核數(shù)目形核速度形核速度：單位時(shí)間內(nèi)晶體的長度增加量 鋼液凝固的一般規(guī)律鋼液凝固的一般規(guī)律(I) 一是晶體生長有潛熱放出，突出部分比平面散熱更有利；二是晶軸突入液體中有較大的表面積取得原子供應(yīng)；三是頂角及棱邊上晶體缺陷較多，更有利于將添加上來的原子抓住。 鋼液凝固的一般規(guī)律鋼液凝固的一般規(guī)律(I)界面富集、成分過冷學(xué)說界面富集、成分過冷學(xué)說 鋼錠的凝固組織及控制鋼錠的凝固組織及控制(II)當(dāng)鋼液進(jìn)入錠模時(shí)，表層鋼液因模壁的激冷作用獲得較大的過冷度（T），從而達(dá)到臨界晶粒尺寸（r*）的數(shù)目較多，其關(guān)系式為式中，為界面能，Tm為熔點(diǎn)，H為凝

49、固潛熱 隨著激冷層的形成，模壁因溫度迅速升高而膨脹，鋼錠表面則因凝固冷卻而產(chǎn)生線收縮，于是鋼錠與模壁之間出現(xiàn)了一個(gè)小間隙。 THTrm2 鋼錠的凝固組織及控制鋼錠的凝固組織及控制(II)隨著柱狀晶的發(fā)展，前沿鋼液中富集了愈來愈多的氣隨著柱狀晶的發(fā)展，前沿鋼液中富集了愈來愈多的氣體雜質(zhì)及低熔點(diǎn)組元，因而相對(duì)降低了其熔點(diǎn)和過冷體雜質(zhì)及低熔點(diǎn)組元，因而相對(duì)降低了其熔點(diǎn)和過冷度；同時(shí)因冷卻收縮使激冷層與模壁間產(chǎn)生的縫隙進(jìn)度；同時(shí)因冷卻收縮使激冷層與模壁間產(chǎn)生的縫隙進(jìn)一步擴(kuò)大，加上結(jié)晶層的不斷加厚等，使熱的傳遞不一步擴(kuò)大，加上結(jié)晶層的不斷加厚等，使熱的傳遞不斷減慢，從而不利于柱狀晶的發(fā)展，并隨中心部位與

50、斷減慢，從而不利于柱狀晶的發(fā)展，并隨中心部位與柱狀晶前沿鋼液的溫度差逐漸減小，致使柱狀晶停止柱狀晶前沿鋼液的溫度差逐漸減小，致使柱狀晶停止向內(nèi)生長。向內(nèi)生長。 鋼錠的凝固組織及控制鋼錠的凝固組織及控制(II)有時(shí)模壁散熱很快（如用水冷），柱狀晶長大速度很高，或液體溫度較高，這樣中心部位的液體來不及形核長大就完全生成柱狀晶，這樣的結(jié)晶稱為“穿晶穿晶”。鋼錠的結(jié)晶在前期因溫度梯度較大而由表及里順序進(jìn)鋼錠的結(jié)晶在前期因溫度梯度較大而由表及里順序進(jìn)行，形成晶體定向生長的激冷層和柱狀晶區(qū)；在后期行，形成晶體定向生長的激冷層和柱狀晶區(qū)；在后期則因溫度梯度很小而得以普遍形核，形成定向的粗大則因溫度梯度很小而

51、得以普遍形核，形成定向的粗大晶區(qū)。晶區(qū)。 鋼錠的凝固組織及控制鋼錠的凝固組織及控制(II)n上下結(jié)晶先后相差較大（即縱向凝固速度較?。r(shí)，能較充分地獲得鋼液來填補(bǔ)枝晶間因冷凝收縮所造成的空隙，這就使得鋼錠的下部有一個(gè)致密組織區(qū)；在帽口下面也出現(xiàn)致密組織區(qū)；鋼錠中上部軸心處的組織，則因縱向凝固速度較大，得不到鋼液的充分填補(bǔ)而較疏松，并因向下收縮呈V形分布，且隨鋼錠的高寬比增大和錐度減小而愈顯著。 n在結(jié)晶過程中，含低熔點(diǎn)組元而密度較小的富化鋼液可能上浮，密度大于鋼液的自由晶體可能下沉，這些現(xiàn)象常被用作解釋鋼錠組織和成分不均勻分布的理由 用快冷法增加液體過冷度和用機(jī)械或超聲波振動(dòng)法來用快冷法增加液

52、體過冷度和用機(jī)械或超聲波振動(dòng)法來加速鋼液中的形核作用，以及添加孕育劑與表面活性加速鋼液中的形核作用，以及添加孕育劑與表面活性物質(zhì)來促進(jìn)鋼錠晶粒細(xì)化物質(zhì)來促進(jìn)鋼錠晶粒細(xì)化。 鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象(III) 凝固時(shí)傳熱計(jì)算分析，如圖凝固時(shí)傳熱計(jì)算分析，如圖6-4所示所示 錠?；蚪Y(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固厚度（錠?；蚪Y(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固厚度（Xt）服從平方根定律）服從平方根定律tXta 鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象(III) 鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象(III)鋼液凝固時(shí)的收縮鋼液凝固時(shí)的收縮鋼液冷凝過程中體積和線度的減少稱為鋼的收

53、縮，鋼液冷凝過程中體積和線度的減少稱為鋼的收縮，其總收縮量V總由三方面組成，即液態(tài)收縮(V液)、凝固收縮(V凝)和固態(tài)收縮(V固)鋼的收縮鋼的收縮分為兩種：一種是集中收縮，在鋼錠中表現(xiàn)為縮孔縮孔；另一種是分散收縮，在鋼錠中表現(xiàn)為微收縮，稱為疏松疏松。由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固收縮和從澆注溫度冷卻到凝固溫度時(shí)的液態(tài)收縮所造成 鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象(III)鋼液結(jié)晶過程中的偏析鋼液結(jié)晶過程中的偏析 鋼液結(jié)晶過程中出現(xiàn)化學(xué)成分和非金屬夾雜物或相分的不均勻現(xiàn)象稱為偏析，偏析，是指化學(xué)成分的不均勻性 鋼液凝固時(shí)產(chǎn)生的偏析鋼液凝固時(shí)產(chǎn)生的偏析可分為化學(xué)偏析（區(qū)域偏析）：鋼錠各個(gè)

54、結(jié)晶帶間的化學(xué)不均勻性 （宏觀偏析）樹枝偏析（晶間偏析）：樹枝晶體的枝干與枝間部分在12mm范圍內(nèi)的化學(xué)不均勻性，它是只有在顯微鏡下才能確定的偏析 （顯微偏析）鋼液凝固時(shí)具有選分結(jié)晶、溶解度的變化和密度的差異等特性而產(chǎn)生的。 鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象鋼液凝固結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象(III)偏析度（k）和偏析系數(shù)（1-k）來表示元素的偏析傾向 其k為固體中的元素與原始液體中元素含量的比值，當(dāng)k1為正偏析，為正偏析，k1為負(fù)偏析為負(fù)偏析 在鋼中溶解度小的元素或使鋼液熔點(diǎn)降低的元素偏析程度較大 鎮(zhèn)靜鋼的特點(diǎn)鎮(zhèn)靜鋼的特點(diǎn)是有兩個(gè)正偏析層和沉積錐區(qū)域呈現(xiàn)的負(fù)偏析。沸騰鋼錠沸騰鋼錠在邊部呈負(fù)偏析，在內(nèi)部呈正

55、偏析。半鎮(zhèn)靜鋼錠半鎮(zhèn)靜鋼錠兼有上兩者偏析特點(diǎn)。 模鑄模鑄，就是把在各種煉鋼爐中熔煉合格的鋼液倒入盛鋼桶內(nèi)，然后注入到具有一定形狀的鋼錠模中，使之凝固形成鋼錠的工藝過程。1. 盛鋼桶盛鋼桶是用來盛裝煉鋼爐放出的鋼液以進(jìn)行澆注的重要設(shè)備（圖6-6）。 滑動(dòng)水口由上水口、上滑板、下水口、下滑板組成。澆注時(shí)，通過滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用，借助于上下滑板鑄孔的錯(cuò)位，可以控制鋼流，如圖6-7所示?；瑒?dòng)水口的優(yōu)點(diǎn)：因取消了塞桿，從根本上消除了塞桿插頭、蝕斷等事故；避免了桶內(nèi)的高溫作業(yè)，大大改善了勞動(dòng)條件；盛鋼桶可連續(xù)使用，加快周轉(zhuǎn)速度和提高壽命；降低燃料消耗，節(jié)約耐火材料，也有利于鋼質(zhì)量的提高。2. 鋼錠模鋼錠模鋼錠

56、模是鋼液凝固成錠的模型，根據(jù)冶煉鋼種以及鋼錠的用途、特性和尺寸不同，可采用各種類型的鋼錠模。3. 保溫帽保溫帽由鑄鐵外殼內(nèi)敷耐火襯制成。它的作用：一是使鋼錠頭部鋼液較長期地保持液體狀態(tài)，以填充鋼錠凝固時(shí)產(chǎn)生的縮孔，使鋼錠具有致密的組織。二是收集上浮的氣體和夾雜物，使偏析提升至錠身上部，以保證錠體的內(nèi)部質(zhì)量。4. 下鑄底盤和中注管下鑄底盤和中注管底盤由生鐵鑄成，是下注時(shí)放置鋼錠模的必需設(shè)備。中注管是下注時(shí)將鋼液引入錠模的總通道，由漏斗磚、注管磚和鑄鐵外殼組成。鋼錠模鑄法按照鋼液注入方式的不同，分為上注法和下注法（見圖6-8）上注法上注法是將盛鋼桶內(nèi)的鋼液直接從鋼錠模上口注入，每次只澆鑄一個(gè)鋼錠，

57、對(duì)于小熔量爐冶煉的鋼水采用上注法為多。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)備工作簡單，鋼錠成本低，鋼質(zhì)較純凈，由于高溫鋼水始終在鋼錠模上部，因而減少了某些缺陷的產(chǎn)生。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是澆注時(shí)鋼液飛濺至模壁，易引起結(jié)疤，影響鋼錠的表面質(zhì)量。是將盛鋼桶內(nèi)的鋼液澆入安置在下注底盤上的中心注管內(nèi)，使鋼液從中注管底部流出，沿著砌在底槽中的流鋼磚流至鋼錠模底部，并自下而上進(jìn)入鋼錠模內(nèi)。：一次可澆注幾個(gè)至幾十個(gè)鋼錠，生產(chǎn)效率比上注法高，表面質(zhì)量好。：耐火材料消耗多，鋼液損失大，成本高，且由于耐火材料與鋼液相接觸，常導(dǎo)致鋼中非金屬夾雜物增加，降低了鋼的質(zhì)量。 為了減少和防止鋼錠的偏析、縮孔、重皮、裂紋和夾雜物等缺陷，需要從鑄錠質(zhì)量和合格率與

58、生產(chǎn)率上綜合考慮采取措施，必須嚴(yán)格控制鑄錠工藝操作鑄錠前的準(zhǔn)備工作鑄錠前的準(zhǔn)備工作盛鋼桶的準(zhǔn)備主要是耐火磚襯的砌筑、干燥和預(yù)熱盛鋼桶的準(zhǔn)備主要是耐火磚襯的砌筑、干燥和預(yù)熱鋼錠模的準(zhǔn)備鋼錠模的準(zhǔn)備 一是錠形和錠重。鋼錠模的斷面形狀及各尺寸間的關(guān)系對(duì)鋼錠質(zhì)量和鋼材質(zhì)量均有重要影響。二是改善鋼錠的表面質(zhì)量。鋼錠模內(nèi)壁要光滑、干燥，不存在粗大的網(wǎng)狀裂紋、結(jié)疤等缺陷，還要無銹跡。 中注管應(yīng)垂直安放在鐵套中，不得與鋼套相碰，保證它對(duì)各錠模內(nèi)的鋼水有一定的壓力，以補(bǔ)充縮孔，獲得致密的鋼錠。垂直的中注管作用垂直的中注管作用：一方面能使各個(gè)湯道鋼液壓力一致，各模內(nèi)液面上升情況相同；另一方面減少鋼流對(duì)中注管的沖擊

59、，降低非金屬夾雜物混入鋼水。 保溫帽和發(fā)熱劑的準(zhǔn)備：澆注上大下小的鎮(zhèn)靜鋼錠時(shí)，錠模頭部要裝保溫帽。使用前必須保證帽口內(nèi)壁平整、光滑、干燥，以減少鋼中夾雜物及脫帽順利。加入發(fā)熱劑，以提高帽口保溫作用，使氣體和夾雜物上浮，保證錠體質(zhì)量。鋼液的靜止及澆注操作鋼液的靜止及澆注操作將煉鋼爐冶煉好的鋼水流出到鋼包的過程稱為出鋼。鋼液在澆注前要靜止一段時(shí)間，依鋼液溫度、鋼種及澆鑄系統(tǒng)情況而定。鎮(zhèn)靜操作的主要目的鎮(zhèn)靜操作的主要目的：促進(jìn)夾雜物集聚并上浮、有利于氣體排除而凈化鋼液、使鋼水成分均勻及調(diào)節(jié)鋼水溫度。鋼液在盛鋼桶內(nèi)靜置處理后，迅速將鋼包水口對(duì)準(zhǔn)正澆口中心，使之與缽子磚保持150200mm的距離，以保證

60、鋼流以穩(wěn)定的層流狀態(tài)進(jìn)行澆鑄。澆注溫度和澆注速度的控制澆注溫度和澆注速度的控制鋼水的澆注溫度一般用光學(xué)溫計(jì)測量，也可以觀察在錠模內(nèi)上升的液面狀態(tài)來判斷。鋼液碳含量、出鋼溫度和澆注溫度的關(guān)系如圖6-9所示。鋼液澆注的速度鋼液澆注的速度以鋼液在模內(nèi)上升速度（m/min）來計(jì)算，保證平穩(wěn)的澆注，不得斷流和過速。澆注溫度和速度隨鋼液種類、鋼錠的形狀和澆注方法不同而異 澆注溫度和速度要合理相互配合，可從下面三個(gè)澆注溫度和速度要合理相互配合，可從下面三個(gè)方面考慮：方面考慮：（1）澆注溫度）澆注溫度 較高的鋼水溫度應(yīng)配以較低的注速。（2）澆注方法）澆注方法 上注時(shí)應(yīng)采用較高的注速，一般為0.60.9m/mi