钢水精炼资料

1、.LF精炼知识1. 炉外精炼发展历程w 20世纪3040年代，合成渣洗、真空模铸。1933年，法国佩兰（R.Perrin)应用高碱度合成渣，对钢液进行“渣洗脱硫”现代炉外精练技术的萌芽；w 50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH)w 1935年H.Schenck 确定大型钢锻件中的白点缺陷是由氢引起的-氢脆。w 1950年，德国Bochumer Verein (伯施莫尔-威林）真空铸锭。w 1953年以来，美国的10万千瓦以上的发电厂中，都发现了电机轴或叶片折损的事故。1954年，钢包真空脱气。w 1956年，真空循环脱气（DH、RH）。w 607

2、0年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法w 60、70年代是炉外精炼多种方法分明的繁荣时期w 与60年代起纯净钢生产概念的提出、连铸生产工艺稳定和连铸品种扩大的强烈要求密切相关w 此时，炉外精炼正式形成了真空和非真空两大系列不同功能的系统技术，同时铁水预处理技术也得到迅速发展，它和钢水精炼技术前后呼应，经济分工，形成系统的炉外处理技术体系，使钢铁生产流程的优化重组基本完成。w 这个时期，还基本奠定了吹氩技术作为各种炉外精炼技术基础的地位和作用。w 这一时期发展的技术：VODVAD、ASEASKF、RHOB、LF、喷射冶金技术（SL、TN、KTS、KIP）、合金包芯线技术、加盖和加浸渍罩的吹

3、氩技术（SAB、CAB、CAS）w 8090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接，RHKTB、RHMFP、RHOB；RHIJ（真空深脱磷），RHPB、WPB（真空深脱硫）、VKIP、SRP脱磷w 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。2. 炉外精炼作用和地位w 提高冶金产品质量，扩大钢铁生产品种不可缺少的手段；w 是优化冶金生产工艺流程，进一步提高生产效率、节能强耗、降低生产成本的有力手段。w 保证炼钢连铸连铸坯热送热装和直接轧制高温连接优化的必要工艺手段w 优化重组的钢铁生产工艺流程中独立的，不可替代的生产工序3. LF精炼工艺优点l 精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；l

4、 具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；l 具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；l 采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；l 设备简单，投资较少。4. 计算合金加入量调整钢液成分 4.1 技能实施与操作步骤l 根据钢种的特点和工艺要求，首先了解初钢液中合金元素配加情况并预测在加热前期、中途、后期、结束分别配加合金的种类并作好准备。l 精炼钢包进入LF工位后，按要求取样进行化学元素全分析。l 根据全分析结果，计算出精炼期应配加的各种合金的补加量，并进行称量。l 精炼钢水加热到预定温度后，把上述称量好的合金通过料仓或人工分批加入。l 凡钢水经过造白渣处理后，一般

5、应再取样进行全分析。l 根据全分析结果及该钢种成分控制要求，计算出需要补加的合金数量，进行称量，并在进入软吹前5分钟加入完毕图1 取样器示意图l 取样操作: 取样器(见图1)取样操作过程: A.完好取样器插入取样棒。 B.检查头部保护套是否完好。 C.打开工作门。 D.快速插入钢水深约300mm左右，位置靠近吹氩搅拌区。 E.保持3s-5s左右后迅速提起取样棒，拉出钢液面。 F.拆卸纸管，打破壳取出试样。4.2 注意事项l 在进行合金补加前，必须掌握准确的钢水量及各种合金的成分液中已经配加的合金量。l 合金加入量的计算必须要经过复核，以保证准确无误。l 要能准确识别各类常用合金，防止误用。l

6、称量合金要准确，并经过复核才能加入钢包内。l 合金加入钢包内时，注意勿碰击电极，必要时应停止加热。l 精炼钢包内合金熔化的条件较差，因此不宜加入块状较大的合金，一般控制在10mm-30mm。l 为了确保合金元素有较稳定的回收率。加合金前钢包中的渣应脱氧良好，渣应呈白色为好。l 加合金毕要继续保持炉渣良好的还原性，在渣面要适量补加粉状脱氧剂。l 全部合金加毕到开始软吹必须有足够的时间使合金充分熔化。l 加入较多数量的合金必须考虑合金熔化吸热造成的钢液温度下降，及足够的温度弥补。l 在加入合金时要考虑合金中除主元素外的其它元素对钢液成分的影响。如加入高碳铬、高碳锰要计算增碳量，喂Ca-Si丝时考虑

7、增硅量，喂Fe-Ti丝时要考虑A1、Si增量喂A1丝时注意有增硅的可能性。4.3 知识点l 各种合金加入量的计算计算公式 铁合金:合金加入量(公斤) 喂丝: 喂丝长度喂丝总量单位重量（Si含量）l 各种合金元素的回收率 在精炼炉内脱氧条件较好的情况下加入合金的回收率比较高，在钢包内顶渣氧化铁小于 0.5的条件下各元素的回收率分别为: (1)100回收率的元素有Ni、Mo、Mn、Cr、Si、C、V、Nb。 (2)S、A1、Ti直接加包中回收率30%50。 (3)喂丝法加入的回收率，S、A1、Ti为70%80，B为40%50。5.成分异常的处理5.1 技能实施与操作步骤 l 在精炼过程中通过取样发

8、现钢水成分同预测成分(合金配加成分)比较有较大差异。l 重新取样进行验证。l 对照工艺卡检查执行情况，及时发现问题，寻找原因。可按以下几个方面检查，以下14项原因是易造成成分异常的主要原因。 (1)钢水量是否有误。 (2)前期合金加入是否有误。 (3)搅拌系统工作是否正常。 (4)是否有设备漏水情况，电极是否有增碳现象。 (5)取样是否有代表性。 (6)炉渣是否还原良好，上工序氧化渣是否带入过多。 (7)温度是否过低。 (8)已加入合金是否熔化均匀。 (9)发送样是否有误。 (10)分析试样是否符合要求。 (11)是否采用全新未烘烤良好的钢包。 (12)合金元素成分是否正确无误。 (13)合金

9、配加量计算是否正确。 (14)料仓及输送系统是否工作正常。l 根据重取样分析结果与工艺执行情况的分析，采取相应措施。l 如合金元素(C、Si、Mn、Cr、Ni等)低于下限要求，补加合金至成分中下限。l 如合金元素(C、Si、Mn、Cr、P、Ni等)确认高于上限，则回炉重氧化或改钢号、改相应标准。 l 如有害元素S不符合进入下一工序要求必须进一步采取脱硫操作。 (1)增加渣量。 (2)加强钢液搅拌。 (3)加强渣脱氧。5.2注意事项 l 取样符合操作规范，具有代表性。要做到:(1)添加合金、还原剂后不能马上取样。(2)渣况不好出现灰色、褐色、棕黄色，要等渣转白再取样，不然会引起取样无代表性。(3

10、)温度过低会引起取样无代表性，不宜取样。 l 发现钢水成分异常应尽早处理。l 补加合金量应考虑炉渣还原性。l 钢水量必须正确。l 合金成分必须确认无误。l 要杜绝合金元素配加过量。5.3 知识点l 成分异常产生的原因分析(1)取样无代表性A.取样位置、方式不符合要求，如靠近渣面的试样易受炉渣影响造成成分波动B.合金未全部熔化造成成分偏析。C.搅拌效果差，造成钢水成分不均匀，同时钢渣反应差影响脱硫的正常。(2)合金料未加入由于合金加料系统故障，应加入合金料部分留在料仓内或撒落在钢包外。也有人为因素造成漏加、计算错误等。 (3)操作工艺执行不规范A.还原精炼渣未达到脱氧良好的要求，渣量不足。在上工

11、序氧化渣带人过多时尤其要注意。B.加热过程电极插入钢液增碳。C.钢水量不准。秤量系统故障以及对造成损失的钢水估计不足。D.钢液温度不符合要求。尤其是温度低造成化学成分均匀性差。l 防止措施 (1)取样操作熟练工具完好。(2)保证加料系统正常。(3)严格执行操作工艺。l 处理方法(1)成分高于上限要求，不能改钢号作回炉或原料钢处理。应尽量避免出现这类事故。 (2)成分低于下限要求，补加合金至成分要求范围。6.常见典型成分异常情况炼钢生产过程中，钢液中C的异常情况最常见，以此作为典型分析。(1)造成C的异常的原因: A.初钢液出钢过程增碳，因电极粒密度较钢液、炉渣轻，如果操作不当部分电极粒将浮在渣

12、面，而未进入钢液，同时吹氩搅拌不充分，造成C偏低。在增碳量较大的钢种中易发生。 B.电极粒中固定碳含量不稳定，引起增碳量误差。 C.加热电极熔损，引起增碳。特别是当炉渣较稀薄时，加热操作中电极容易与钢液接触造成增碳。炉渣结块不导电，电极下降插入钢液造成增碳。 D.炉渣脱氧不良，含碳脱氧剂（电石）使用过量造成增碳。 E.取样无代表性。 F.含碳质耐火材料的钢包内衬烘烤不符合要求，造成在精炼过程中剥落进入钢液增碳。 (2)防止措施: A.电极粒加入时要直接与钢液接触，尽量避免通过炉渣再进入钢液。必要时可用喂丝机喂碳粉包芯线增碳。 B.电极粒中固定碳含量要定期检验，并在实际操作中进行验证。 C.加热

13、操作时做到电极严禁与钢液接触。 D.造好还原精炼渣，保证碳的吸收率。 E.增碳操作结束要经充分搅拌后取样。 (3)C成分异常处理方法: A.C成分高于上限要求时，可考虑改钢号。如45钢改50钢。 B.C成分低于上限要求时，可用电极粒或喂碳粉包芯线增碳至要求成分中下限。7. 钢包精炼炉脱硫操作 7.1技能实施 准备好符合工艺要求数量的造渣材料(石灰、萤石、)、脱氧剂(SiFe粉、铝粒)及发泡剂等渣料。造渣的二种形式 (1)在出钢过程加入预制或配比好的造渣材料。 (2)氧化渣出钢在排除氧化渣后加入渣料。 渣量控制 渣量按钢包容量确定:一般控制钢渣比为1.52.5，大容量钢包取下限，小容量钢包取中下

14、限(结合脱硫要求)。渣成分控制 (1)碱度一般控制24，碱度过高造成熔点过高易结壳影响钢渣反应，碱度过低造成对包衬侵蚀，一般可适当提高渣中A12O3含量。 (2)精炼过程包中渣的氧化铁控制1.0，通过渣面加入C、FeSi粉、铝粒等脱氧剂控制。 (3)为防止包衬侵蚀可加入发泡剂，发泡剂一般可含碳质或CaCO3质的材料。钢渣搅拌方式 运用钢渣的接触，实现脱硫反应，钢渣搅拌方式共有二种: (1)钢包底吹氩搅拌(较普遍)。 (2)钢包外有电磁搅拌装置(国内较少)。 脱硫量和脱硫率工艺要求 (1)了解该钢种初炼钢液的含硫量和精炼过程进入下一工序的含硫量要求。 (2)掌握常规精炼过程的脱硫率。7.2 操作

15、步骤l 加入造渣材料 按工艺要求加入准备好配比正确的造渣材料或按工艺要求对精炼钢包中已经加入的渣料作适当补充和调整。l 吹氩搅拌，要求可见渣面有翻滚现象。l 钢包进入加热工位三相电极通电加热。l 分批散加适量(0.20.3kgt)脱氧剂，种类一般为铝粒、Fe-Si粉、碳化硅。l 造白渣后每次打开工作门（间隔58min）用铁杆粘渣观察渣况一次。 粘渣均匀且厚度3mm4mm说明化渣均匀流动性良好，冷却后炉渣颜色呈乳白色说明渣中(FeO)在0.5左右，炉渣脱氧良好。发现下述情况将影响脱硫效果应作处理，粘渣厚度5mm说明渣稠应补加萤石或Fe-Si粉；炉渣呈玻璃状说明碱度偏低应补加石灰；炉渣黑灰说明脱氧

16、剂过少。l 根据加热过程的成分分析的硫含量决定下一步的操作。 (1)已符合成品的要求(工艺规程)，保持氩气均匀搅拌，补加少量脱氧剂保持渣况至钢包离开加热工位。 (2)接近成品的要求(工艺规程)。补加少量石灰和脱氧剂。如吹氩强度过小可适当提高，增加钢渣反应面。 (3)距成品要求有效大差距(例超过0.005)，应分析脱硫效果差的原因，并采取对应措施。7.3 注意事项l 各种渣料应合理堆放、标识清楚。l 各种渣料保持干燥，避免粉化、受潮，影响脱硫效果。l 加料时应对准加料窗口，切勿将渣料撒落于钢包外。l 加入量大的渣料如石灰可通过上位料仓加入，要注意渣料结块堵塞，影响正常加料操作。l 人工加料时应尽

17、量避开从加料孔飞溅出的炉渣。l 在造渣脱硫过程中，应随时取渣样观察渣况，并不断调整以获得最佳脱硫效果。 l 注意观察吹氩搅拌情况，不得断流。7.4 知识点l 钢包精炼炉脱硫的几个过程 (1)初炼钢液出钢过程钢渣混冲脱硫。(2)精炼加热过程钢渣反应脱硫。l 钢中硫的危害 硫，一般认为它是残存在钢中的有害元素之一。在绝大多数钢中都加以严格控制，普通碳素钢硫含量不得大于0.045，优质钢硫含量不得大于0.035，高级优质钢硫含量不得大于 0.025，特级优质钢硫含量不得大于0.015。钢中硫的危害主要表现在以下几个方面: (1)对力学性能的影响 硫对钢的强度影响不大，但由于硫化物夹杂的存在，使其延伸

18、性及韧性降低，特别是冲击韧性。 (2)对热加工的影响 由于硫化铁的熔点较低，在热加工过程中容易沿晶界析出，轧制时产生表面裂纹，造成废品。俗称“热脆”现象。 (3)对焊接性能的影响 硫易导致焊缝的热裂，同时在焊接过程中，硫易于氧化生成SO2气体而逸出，导致在焊接金属中产生很多气孔和疏松。因此硫对钢的焊接性不利。 但是钢中的硫也有利用之处。如易切削钢中，就是提高其硫和锰的含量，形成较多的硫化锰(MnS)微粒，以改善钢的切削加工性。l 炉渣状况 (1)氧化渣与还原渣 判别依据主要是渣中(FeO)量，(FeO)低为还原渣，(FeO)高为氧化渣，渣中(FeO)低渣子呈白色，渣中(FeO)高渣子发黑。 (

19、2)碱性渣与酸性渣 判别依据主要是渣中的碱度R，R高为碱性渣，R低为酸性渣。碱性渣渣子发粘，酸性渣渣子透明。 钢包精炼炉通常应用的是碱性还原渣，呈白色俗称“白渣”。其主要成分控制碱度(CaC/SiO2)为24，FeO1.0，A12O3为1520。8.吹氩8.1 知识点 吹氩精炼钢水工艺，即通过向钢包内的钢液吹入氩气的方法，达到类似真空处理的作用，它包括脱氧、脱气、脱碳、搅拌钢液及去夹杂物等。尤其在真空条件下吹氩脱气效果大幅度提高，被广泛地运用到钢包精炼炉中。8.2钢包吹氩脱气的原理 氩气是惰性气体，通常在制氧时作为副产品分离出来被利用。氩气吹入钢液既不参与化学反应，也不溶解在钢液内。所以氩气刚

20、进入钢液时，可以认为氩气泡对钢液中溶解的气体来说像一个小的“真空室”，这一小的“真空室”内其它气体的分压几乎等于零。根据西瓦特定律，钢液中氢、氮不断向氩气泡扩散，在氮气泡内形成一定的分压，氢和氮在氩气泡中的分压会随着气泡的上浮时受热体积膨胀，因而氢、氮的分压仍能保持较低的水平，故继续吸收氢和氮，最后随氩气泡溢出钢液而被去除。 此外钢液中吹氩时，氩气上浮推动钢液运动，从而起到搅拌钢液的作用，促进钢液成分均匀和温度均匀。由于钢液的搅拌运动有利于夹杂物的去除，同时对钢液进一步脱气更为有利。9.钙处理l 意义：用铝脱氧后在钢中形成大量的AL2O3，且很难从钢中去除干净，在浇铸时很容易粘附在水口壁上引起

21、水口堵塞。为此采用对钢水进行Ca处理，通过对钢中加入适量的钙，使高熔点的AL2O3与氧化钙结合形成低熔点的铝酸钙，从而提高钢液的浇铸性能；l 对于钙处理钢，造成水口堵塞的因素有两个：钙加入量不够，在向钢水中加钙的过程中，随着钢水中钙含量的不断增加，夹杂物中钙的含量也在增加，形成的复合夹杂物依次为CA6、CA2、CA、C12A7、C3A（C与A分别代表CaO和Al2O3），其中前两个的熔点均在1700以上，在实际大生产中必须加以避免，钢中钙含量达1510-6左右时，相应夹杂物中钙的含量在15左右，此时形成的主要是高熔点的CaO2Al2O3夹杂物，因此钙处理必须确保向钢中加入足够量的钙，才不会导致

22、钢水浇铸性能的恶化。钙的加入量过多，从而形成高熔点的CaS（熔点为2450），此时同样会恶化钢水的浇铸性能。随着钢中铝含量的增加，氧的活度降低，有利于硫化物的形成；随着钢中硫含量的增加，有利于形成高熔点的CaS；钢水温度降低时，氧的活度降低，也有利于CaS的形成。显然在1550的中间包浇铸温度条件下，当钢中铝含量为0.030%时，为了防止生成CaS夹杂物，钢中硫含量不得超过0.015%。l 为了改善连铸钢水的浇铸性能，并不是任何钢种都可以采用钙处理的方法，对于成形性要求较高的钢种如汽车板就不适宜采用钙处理的工艺来改善浇铸性能，因为经钙处理后形成的铝酸钙夹杂较硬。对于这类钢种一般采用提高钢水纯净

23、度的方法来改善浇铸性能，通过控制转炉下渣、钢包渣的变性处理、中间包冶金、保护浇注等措施来确保钢的纯净度，降低钢中的全氧含量。10.非金属夹杂物来源分类 根据非金属夹杂物的不同来源，通常可分为内生夹杂物和外来夹杂物两大类。这种分类方法有很大的局限性，因为实际形成的非金属夹杂物很少为单纯的内生夹杂或外来夹杂，通常钢水与卷入的炉渣(包括保护渣)或耐火材料接触时，总会或多或少地起反应，所以这种分类方法就有不严谨之嫌，但这种分类方法指出了非金属夹杂物的可能来源。 纯粹的内生夹杂与外来夹杂有明显的差别。内生夹杂的典型特征是尺寸小，数目多，与外来夹杂相比，均匀地分布在钢中(非镇静钢除外)，非金属夹杂物的成分

24、与钢水成分有很强的依存关系。而外来夹杂则不同，往往尺寸较大，形状不规则，位置不确定，成分和结构复杂，与钢水成分没有直接关系。11.按非金属夹杂物尺寸分类 其实在很早以前就提出了按尺寸的大小将非金属夹杂物分为微观夹杂和宏观夹杂，然而至今对非金属夹杂物尺寸大小的划分，不同的学者们都各自采用自己认为合理的分法。有一种方法是，把非金属夹杂物大致分成三类：第一类是亚显微夹杂，它的尺寸为直径小于1m;第二类是显微夹杂，它的尺寸为直径为1100m；第三类是大型非金属夹杂物，它的尺寸为直径100m以上。 根据研究的结果可以知道，亚显微、显微夹杂主要是脱氧产物，而大型夹杂则多为外来夹杂，但是这种分法不能把显微夹

25、杂和宏观夹杂与内生夹杂和外来夹杂混为一谈，因为也有一些大型夹杂通过检验证实是来自于脱氧产物。12.按非金属夹杂物组成和结构分类 这种分类方法的优点是比较直观方便。一般分为简单金属氧化物夹杂、各种类型的硅酸盐夹杂、尖晶石类夹杂物和各种铝酸盐夹杂等。因为这种分类方法应用广泛，所以有必要详细说明。 简单金属氧化物包括铁锰氧化物固溶体，氧化硅和氧化铝等单体非金属夹杂物。一般炼钢中经常遇到的氧化硅夹杂是树枝状的或梅花状的方石英，这种氧化硅夹杂可能是外来的，也可能是生产高硅钢时的氧化反应产物。而结晶形的氧化铝即刚玉是炼钢中最常见的非金属夹杂物之一，它可以有很多种形态，有不规则形和圆球形，并且容易结合成一种

26、比较稳定的微粒群体的聚集物。 分类 钢中的硅酸盐类非金属夹杂物(1)铁锰硅酸盐 可观察到(FeMn)O和橄榄石固溶体2(FeMn)OSiO2共晶，或板条状铁橄榄石和锰橄榄石2MnOSiO2，当硅酸盐中的SiO2组分含量很高时，有时可见到由分层区两个平衡组分决定的玻璃相，随着冷却速度的减慢，它也呈晶体。(2)铝硅酸盐 莫来石是唯一的铝硅酸盐，由于钢中总要存在相当量的锰，所以钢中很少观察到单纯的铝硅酸盐，最有可能碰到的物相是铁锰硅酸盐和钢中溶解铝反应后的产物或纯粹来自具有莫来石相的耐火材料。(3)复杂硅酸盐 钢中往往含有多种氧化物如SiO2，FeO，MnO，Al2O3，CaO和MgO等共存的复杂硅

27、酸盐。随着冷却速率的不同或再加热时间的不同，这些硅酸盐既可以是玻璃态，也可以是各个相组合起来的晶体。 钙铝酸盐是钙处理过程中普遍出现的非金属夹杂物之一。实际上钙铝酸盐化合物组成是在较宽的范围内变化的，并且各种铝酸钙中的CaO还能被MnO，FeO和MgO等部分替代，Al2O3可被Fe2O3，Cr2O3部分替代，所以这些氧化物常溶解在铝酸钙非金属夹杂物中，此外铝酸钙也可以溶解钛、锆、钒和其他金属氧化物。铝酸盐有时还和MgOAl2O3尖晶石一起伴生。 尖晶石类非金属夹杂物是常见的非金属夹杂物之一，它可用通式MOR2O3表示。在用少量铝脱氧的硅镇静钢中就可以找到MnOAl2O3，这种非金属夹杂物在铸态

28、下往往表现为树枝晶状，在钢材中其外貌与Al2O3十分相似，硬度很高，变形性能差。另一种尖晶石夹杂即MgOAl2O3通常来自碱性电炉渣或镁处理铝脱氧钢中。13.按其变形能力的大小分类 根据钢在加工变形中，各类非金属夹杂物的变形性不同，按其变形能力的大小可分为三类： 脆性非金属夹杂物。一般指那些不具有塑性变形能力的简单氧化物（如：Al2O3、Cr2O3、ZrO2等）、复合氧化物（如：FeOAl2O3、MgOAl2O3、CaO6Al2O3等）、氮化物（如：TiN、Ti(CN)、AlN、VN等）和不变形的球状（或点状）非金属夹杂物。对于变形率较低的脆性非金属夹杂物，在钢加工变形的过程中与钢基体相比变形

29、甚小，差异显著，势必造成非金属夹杂物与钢基体交界面处产生应力集中，导致裂纹产生或非金属夹杂物本身开裂。 塑性非金属夹杂物。这类非金属夹杂物在钢经受加工变形时具有良好的塑性，沿着钢的流变方向延伸成条带状，属于这类的非金属夹杂物有：含SiO2量较低的铁锰硅酸盐、硫化锰、（Fe，Mn）S等。当钢加工变形时，这类非金属夹杂物与钢基体变形相等，从室温一直到很宽的温度范围内均保持良好的变形性，与钢基体之间的交界面处结合很好，但其条带状分布使钢产生各向异性。半塑性变形的非金属夹杂物：半塑性变形的非金属夹杂物一般指各种复合的铝硅酸盐非金属夹杂物，其中夹杂物的基体在热加工变形过程中塑性变形，但分布在基体中的高凝

30、固点夹杂物（如铝酸钙、尖晶石型的夹杂物等）不变形，仍保持原来的形状，因此阻碍了周围基体的自由延伸。14.钢中非金属夹杂物对钢的疲劳性能的影响 非金属夹杂物与钢的性能关系最密切的方面，应该是钢的疲劳性能。非金属夹杂物的尺寸越大，疲劳裂纹越容易在其周围区域形成。大的非金属夹杂物的存在虽然使形成疲劳裂纹的几率最大，但它在材料中的个数少，因此从统计学观点来看，出现疲劳区的仍是大量含有的中等尺寸非金属夹杂物的材料。一个非金属夹杂物可以被看成是一个形状相当的孔洞(机械切口) 硫化物对材料的疲劳寿命危害小是因为其在钢的变形温度下加工时，和钢基体间不产生裂缝。而且不少研究结果认为硫化物不但对轴承钢的疲劳寿命无

31、害反而有利。其原因有两点：一是硫化物包围在氧化物的外面，从而降低了氧化物的危害作用，二是硫化物在转动处起润滑作用，由此使接触部位的应力分布和应力集中发生变化，同时也降低摩擦。 非金属夹杂物对材料强度产生危害的临界尺寸决定于它在钢件表面下的深度，位于钢件表面下的非金属夹杂物临界尺寸为10 m，在钢件表面下深度为100m处时，则临界尺寸可增到30m，当非金属夹杂物尺寸小于临界值时，未观察到它对疲劳寿命有影响。 15.钢中非金属夹杂物对钢的塑性的影响 非金属夹杂物破坏了钢基体的连续性，引起应力集中，导致提前产生微裂纹。一般非金属夹杂物在钢中都能发生变形，变形会引起组织和结构的变化，这种变化必然会反映

32、到性能上来，其具体的表现形式为加工硬化，各向异性等。尖晶石型非金属夹杂物在钢的热变形温度范围内不变形，但大于1250温度时，稍有变形。这说明在一定范围内调整非金属夹杂物成分，有可能减少这类夹杂对钢制品危害的程度；硫化锰夹杂在1000以下具有很高的塑性，超过1000以后，随着温度的上升，塑性逐渐减少，因此通过高温轧制改变硫化物形态，改善钢材各向异性是有利的。16.钢中非金属夹杂物对钢的热脆性的影响 所谓热脆性，就是指钢在热加工时开裂的可能性。在各种非金属夹杂物当中，最容易产生热脆的非金属夹杂物就是硫化物夹杂，造成热脆的原因是由于硫的严重偏析。在看来即使不算很高的平均含硫量下，也会出现(Fe+Fe

33、S)共晶。钢在凝固时，共晶中的铁附着在先前的共晶铁晶体上生长，只把FeS剩留在晶界呈薄膜状(即所谓的离异共晶)。由于该共晶的熔点很低，热加工时该共晶处于熔融状态，从而导致了加工时开裂。在生产中，通过加入锰来避免FeS生成，以防止热脆。因为锰比铁对硫有更大的亲和力，可以使钢水中的硫与锰优先形成MnS。17.钢中非金属夹杂物对钢的其他的性能的影响 一般来说，钢中非金属夹杂物对钢性能的影响都是不好的，但它们其中也有对钢的性能起好的作用。如钢中的氮化物，当氮与钢中的铝结合形成AlN时，可以消除氮的时效现象，高度弥散的AlN可以阻止钢在加热时奥氏体晶粒的长大，从而使铁素体基体强化并细化晶粒，钢的强度和韧

34、性可以显著提高。在这种情况下，氮化物便从有害变成有益了。其他的还有硫，对钢的性能也有好的一面，因为它能提高钢材的易切削性，减少热轧薄板的粘结等功能。18.非金属夹杂物的类型和物理性质对钢性能的影响 钢中非金属夹杂物的变形行为比较复杂，不仅取决于非金属夹杂物的类型，而且与非金属夹杂物的成分及变形温度密切相关，如下图所示。由图可知:1) FeO，MnO，(Fe、Mn)O在室温下容易变形，但随着温度升高，其塑性逐渐降低。2)Al2O3和铝酸钙在整个炼钢和轧钢温度范围内都不变形。3)尖晶石型氧化物在钢的成型温度以下都不变形，但在1200-1600变形性开始增高。4)硅酸盐在室温不变形，但在800-13

35、00随其成分不同，变形能力迅速提高。5)MnS从室温至1000以上，随着温度的升高，变形性则逐渐降低。19.非金属夹杂物的尺寸和分布对钢性能的影响 1）非金属夹杂物的尺寸：对钢的某些性能而言，只有那些尺寸大于“临界值”的非金属夹杂物才有重要影响，而尺寸的“临界值”与其在钢中的位置有关，通常越靠近表面，“临界值”越小。只存在尺寸小于“临界值”的钢，就可以认为是洁净钢。因此，分析钢中非金属夹杂物，不仅要明确钢中非金属夹杂物的平均含量，还要确定临界尺寸以上的非金属夹杂物的数量。非金属夹杂物与应力场的关系表明，应力场随着非金属夹杂物尺寸的增大而增加，所以较大的非金属夹杂物容易较早的产生疲劳裂纹，并沿着

36、非金属夹杂物周边发展，造成其与钢基体脱开。2）非金属夹杂物的分布的影响：由于非金属夹杂物具有较高的应力集中作用，因此随着非金属夹杂物分布密度的增加，产生裂纹的可能性也随之增大。如果两个非金属夹杂物紧挨在一起，它的作用相当于具有这两个夹杂物直径之和的大夹杂物的作用，钢中聚集刚玉和铝酸钙等非金属夹杂物之处往往产生裂纹。通常非金属夹杂物对钢的纵向延性影响不大，而对横向延性的影响却很显著，横向断面收缩率随非金属夹杂物总量的增加而降低。随着带状非金属夹杂物的延长，断面收缩率的各向异性也相应的增加，横向断面收缩率明显地下降，这种带状非金属夹杂物主要是硫化物。 钢中非金属夹杂物的碰撞理论 在流动的钢水中，非

37、金属夹杂物颗粒容易碰撞而凝聚成大颗粒。液态的非金属夹杂物凝聚后成为较大的液滴；固态的Al2O3夹杂和钢水间的润湿角大于90，碰撞后也能互相粘附，在钢水静压力和高温作用下，很快烧结成珊瑚状的群落。所以颗粒的碰撞凝聚对非金属夹杂物的上浮去除，起着重要的作用。 颗粒碰撞有以下四种方式： （1）布朗碰撞 ；（2）斯托克斯碰撞；（3）速度梯度碰撞；（4）湍流碰撞。（1）布朗碰撞 非金属夹杂物在钢水中作无规则的热运动（布朗运动）而产生的碰撞； （2）斯托克斯碰撞 大颗粒上浮速度大，在上浮时可能追上较小的颗粒而与之碰撞成为更大的颗粒； （3）速度梯度碰撞 颗粒沿流线轨迹运动，高速流线上的颗粒会从侧面碰撞低速

38、流线上的颗粒。 4）湍流碰撞 湍流中由于速度的大小和方向都不确定，作用于颗粒促使它们相互碰撞。 碰撞本身不能去除非金属夹杂物，但可促进非金属夹杂物长大上浮和粘附去除。 RH精炼知识1. RH真空循环脱气法是由谁发明的？RH真空循环脱气法是1957量由德国RHEISTAHL HETTWERKE AG 和 HENAEUS AG共同发明的，1959年世界上第一台工业生产用RH真空循环设备在德国蒂森公司恒尼西钢厂建成投产，1974年10月停止运行。2. RH真空精练技术的工艺流程是什么？ （1）待处理钢水包由起重机吊运至RH钢包台车上，钢包车开到位于真空槽下方的处理位置，由人工判定钢液面高度，随后顶升

39、钢包至预定高度。（2）进行测温、取样、定氧及测渣厚等操作。（3）钢包被液压缸再次顶升，将真空槽的浸渍管浸入钢水并到预定的深度。与此同时，上升浸渍管以预定的流量吹入氩气。随着浸渍管完全浸入钢液，真空泵启动。（4）各级真空泵根据预先设定的抽气曲线进行工作。（5）真空脱氢处理：在规定时间及规定低压条件下持续进行循环脱气操作，以达到脱氢的目标值。（6）真空脱碳处理（低碳或超低碳等级钢水）：循环脱气持续一定时间以达到脱碳的目标值。在脱碳过程中，钢水中的碳和氧反应形成一氧化碳并通过真空泵排出。如钢中氧含量不够，可通过顶枪吹氧提供氧气。脱碳结束时，钢水通过加铝进行脱氧。（7）钢水脱氧后，合金料通过真空料斗加

40、入真空槽。（8）对钢水进行测温，定氧和确定化学成分。（9）钢水处理完毕，真空泵系统依次关闭，真空槽复压，重新处于大气压状态，钢包下降至钢包台车。（10）上升浸渍管自动由吹氩切换为吹氮。（11）钢包台车开至加保温剂工位，投入保温剂并吹氩喂丝。（12）钢包台车开到钢水接受跨。行车把钢包吊运至连铸大包回转台。3、RH真空循环脱气法钢水的循环原理是什么？钢液真空循环原理类似于“企泡泵”的作用，如图2-1所示。当两个插入管插入钢液一定深度后，启动真空泵，真空室被抽成真空，由于真空室内外压力差，钢液从两个插入管上升到与压差相当的高度，即循环高度B；与此同时上升管输入驱动气体（氩气及其他惰性气体、反应气体）

41、，驱动气体由于受热膨胀，以及压力由P1降到P2，而引起等温膨胀，即上升管内钢液与气体混合物比重降低，而驱动钢液上升像喷泉一样涌入真空室内，使真空室内的平衡状态受到破坏，为了保持平衡，一部分钢液从下降管回到钢包中，就这样钢水受压差和驱动气体的作用不断地从上升管涌入真空室内，并经下降管回到钢包内，周而复始钢液循环。4、什么是循环因数？循环因数即循环次数，是RH真空精练过程中，钢液通过真空室地总量与钢包容量之比。可用下式表示：uw*1/v式中P真空室内外压差，pa P钢液密度 g重力加速度，m/s25、什么是循环流量，如何计算钢水地循环流量、 循环流量是指单位时间内通过真空室地钢水量，通常用t/mi

42、n表示。钢水循环流量与上升管直径、驱动气体流量等有关，计算钢水循环流量地公式很多，通常可用下式计算：Q11.4GD4/31n（P1/P2）1/4式中 Q钢水循环流量，t/min G驱动气体流量，m3/min D上升管直径，m P1大气压力，pa P2真空室内压力，pa6、如何确定插入管地高度？ 插入管的高度一般根据精练时插入钢水深度、钢包渣层厚度和渣层表面与连接法兰间要求的安全距离确定，通常在7501000mm范围内选取，考虑到精练效果和安全操作，选取插入管高度为900mm的居多。7、上升管内的供驱动气体小管的布置方式有哪几种？ 最原始的供气方法是上升管法兰与底部循环管法兰之间加一透气砖将驱动

43、气体引入到上升管内的钢液中将钢水驱动至真空室内。 目前采用的方法是在上升管内的耐火材料中放置不锈钢小管（称之为氩气小管或供气小管），将驱动气体引入，以驱动钢水进入真空室内。其布局方式多种多样，可以分为单层和多层布置。 一般下层离插入管下端300mm，供气小管内径一般为2.54mm，同层供气小管水平圆周上均匀分布，上下层的供气小管错开。8、影响RH真空循环脱气法钢水循环的因素有哪些？ 影响钢水循环的因素有：（1）驱动气体流量的大小。（2）上升管内径大小。（3）上升管内表面的粗糙度。（4）驱动气体小管在上升管的高度。（5）真空室的真空度。9、RH真空循环脱气法的冶金功能有哪些？ RH真空精练的冶金

44、功能，早期以脱氢为主要目的的而发展起来，随着RH真空精练的实践和RH真空精练技术的发展，它的冶金功能得到充分的发展，具有以下冶金功能。（1） 脱氢 早期利用RH以脱氢为主，开始时能使钢水的氢降到1.510-6以下。提高钢水的循环速度，延长精练时间，能使钢水中的氢降到1.510-6以下。（2） 脱碳 RH真空脱碳，能使钢中的碳含量降到1510-6以下。（3） 脱氧 RH真空精练后（有精练渣），TO量可2010-6，如和LF法配合，钢水TO可降到1010-6以下。（4） 脱氮 RH真空精练时脱氮比较难，但在一定的条件下（强脱氧，大Ar流量，确保真空度），也能使钢水的含氮量降低20左右。（5） 脱硫

45、 向真空室内添加脱硫剂，能使钢水的硫含量降到（1215）10-6，如果用RH内喷射法和RH-PB法，能保证稳定地冶炼S1010-6的钢，某些钢种甚至可以降到510-6左右。（6） 添加钙 向RH真空室内添加钙合金，其收得率能达到16，钢水中的Ca可达到1010-6左右。（7） 成分控制 为改善C、Mn、Si对低合金钢淬火均匀性的影响，向RH真空室内多次加入合金，可将C、Mn、Si的成分精度控制在正负0.015的水平。对低碳钢中的碳含量也可以通过RH的电子计算机综和控制C的偏差达到0.003的水平。 在弱脱氧钢中，RH进行成分微调，可使钢中铝含量控制在1.5ppm ; 对于含氮在70ppm左右的

46、中碳镇静钢，可通过把驱动气体换成供氧方式，能使N的精度控制在1.5ppm范围内。 （8） 升温 在RH真空吹氧时，由于Al的氧化放热，能使钢水获得4摄氏度每分钟的升温效果。 根据某厂的实际试验，RH脱氢效果达60以上，一般成品氢含量小于等于1.5ppm；氮含量可以达到40ppm，脱氮率025；成品钢中的氧含量小于等于60ppm；经RH自然脱碳可以将钢中的碳含量将到0.0020以下，最低碳含量可以达到9ppm；温度可以满足连铸工艺要求，控制在5摄氏度的范围内，并做到温度均匀；成分控制范围可以做到C正负0.005，Als正负0.005，钢中含硫量小于等于0.003，脱硫率达80，钢中的夹杂物可以将

47、到5.6mg/10kg以下。 新日铁技术中心的资料介绍，2000年钢中C、P、S、N、H、O等元素含量极限值可以达到： C40.2ppm P 30.2ppm S10.2ppm、 N60.1ppm H0.50.1ppm O20.1ppm 16.10.9ppm10、RH真空精练的工艺模式有哪几种？ RH真空精练的工艺模式有轻处理和本处理两种。11、什么是RH轻处理工艺模式，其主要冶金功能有哪些？ RH 轻处理是利用RH搅拌、真空脱碳功能，在低真空度条件下，对未脱氧钢水进行短时间处理，同时将钢水成分、温度调整到适于连续铸钢的工艺要求。其处理时间较短，一般为1520min。 RH轻处理工艺模式主要冶金

48、功能有：（1） 可以提高转炉终点碳含量，将低渣中（Feo）的含量，减轻渣对转炉炉衬的侵蚀，而且可提高钢水的收得率和钢水质量；（2） RH真空脱碳后，钢水中O相应降低，从而将低脱氧剂的消耗量；（3） 调整钢液成分和温度。12、什么是RH本处理工艺模式，其主要冶金功能有哪些？ RH本处理是在高真空度下完成脱气（H2、N2）、脱氧、合金化等作业，提高钢液质量为主要目的的一种RH真空精练模式，其处理时间较长，一般为2030min。 RH本处理工艺模式的主要冶金功能有：（1） 脱气；（2） 去夹杂；（3） 脱碳；（4） 脱氧；（5） 脱硫；（6） 调整钢液成分；（7） 调整钢液温度。13、RH真空脱碳时

49、控制真空泵应当注意哪些问题？ 真空泵系统控制的好环直接影响RH真空脱碳时钢水的喷溅程度，因此控制真空泵的原则是即要保证一定脱碳速度，又要抑制过分喷溅；在脱碳前期要避免快速启动真空泵，抑制严重的喷溅，在脱碳后期，要快速降压，提高脱碳速度。另外，在每一级泵启动时，除了应根据真空度是否达到该级泵的工作范围外，还应注意废气量的大小，只有废气量达到并稳定在一定值后方可启动下一级泵。14、RH真空脱碳时对设备有什么要求？ RH真空脱碳时对设备的要求有：（1） 真空系统漏气量要尽可能小；（2） 上升管氩气小管保持通畅，且分布均匀；（3） 真空室温度大于等于1200摄氏度，且残钢残渣少；（4） 驱动气体系统各

50、种仪表正常；（5） 插入管内径、形状正常；（6） 蒸汽喷射泵工作正常。15、循环高度的含义是什么，如何确定钢水的钢水的循环高度？ RH真空精练时，当两个插入管插入钢液一定深度后，启动真空泵，真空室被抽成真空，由于真空室内外压力差的作用，钢液从两个插入管上升到与压差相当的高度，即循环高度h。 hP/（pg） 式中 P真空室内外压差，pa P钢液密度 g重力加速度，m/s16、RH真空脱碳的效果如何，及其影响因素有那些？在钢水起始成份，温度满足脱碳要求时，经RH脱碳处理15分钟以上，钢水中的碳可降到15PPM以下，最低可以降到3PPM。其影响因素有：1.钢水起始成份：碳含量，氧含量；2.钢水起始温

51、度3.循环速度和钢水的循环状态；4.驱动气体流量和氩气小管个数及分布状况；5.真空泵的抽气能力和控制方式；6.脱碳时间的长短7.真空室和钢包状态及使用的材质。17、RH真空脱碳时对钢水有那些要求？RH真空脱碳是利用钢水中的氧和碳反应生成CO完成的，因此为保证良好的脱碳效果，应将钢水原始成份控制在以下水平：碳：0.0250.045硅：不大于0.020锰：不大于0.20酸溶铝：不大于0.003。如果RH真空精炼炉有真空吹氧设备，钢水原始碳含量可以适当提高。18、如何控制RH真空脱碳时的钢水喷溅？真空脱碳时，由于碳氧反应激烈，喷溅高度可达510米。由于钢水喷溅,容易造成真空室中部的烘烤孔,合金加料孔

52、,电加热孔等部位结冷钢,影响连续性作业,且在疏通冷钢过程中需要付出繁重体力劳动.对于真空室高度在10米左右的真空室,可考虑将合金加料孔,摄像孔设置于真空室顶部,减轻喷溅对其的影响.控制脱碳时钢水喷溅应注意以下问题:a) 转炉钢水到RH初始条件:转炉钢水到RH时含碳量越接近要求的上限,脱碳时喷溅越激烈,因此,当到RH钢水含碳量接近要求的上限时,应当控制真空泵的启动速度;b) 驱动气体量的控制:脱碳期应控制好驱动气体流量,特别是脱碳初期;c) 控制真空泵的启动速度,当真空度达到下一级泵启动要求，而且废气流量呈下降趋势时,才可以启动下一级泵.19、如何防止RH真空脱碳后钢水增碳?为了防止RH真空脱碳

53、后钢水增碳,应从使用的原材料和操作两方面进行控制,具体措施有:d) 使用含碳量低的合金;e) 合金化前控制好钢水温度,减少脱碳后调温废钢的加入;f) RH使用含碳量低的覆盖剂,待钢液面平静后方可加覆盖剂;g) 使用无碳工作层的钢包;h) 使用无碳或低碳浇注材料,包括大包长水口,中包覆盖剂,中包浸入式水口,结晶器保护渣;i) 操作稳定,防止大包下渣,中间包和结晶器卷渣;20、 如何计算RH真空脱碳过程中的降碳量?在真空条件下,碳,氧反映式为:C+O=CO+Q由反应式知,在RH真空脱碳过程中,每脱去钢中一定的碳(C),需要的氧(O)为: C=3/4O C= Co-C终 O= Oo- O终 式中 C

54、o Oo到RH起始碳,氧含量 C终 O终脱碳终点碳,氧含量.在实际生产过程中,通过脱碳终点定氧,发现脱碳终点氧(O终)含量高于几选的理论值,这是因为于钢液接触的钢渣,真空室耐材,真空室结瘤,钢包耐材等向钢液传输氧的结果. 21、 为什么RH真空脱碳过程中的降碳量和降氧量不一致?根据化学反应规律,降碳量 C=0.75O但是,在实际生产过程中，降碳量与降氧量并不完全符号以上关系,常常是降氧量小于理论值.这是由于在实际处理过程中与钢液接触的钢渣，真空室耐材,真空室结瘤,钢包耐材向钢液传输氧的结果.真空室结瘤中含有较多氧化物,其中以FeO较多.在处理过程中,部分结瘤融化进入钢中，造成增氧.钢包表面渣层有部分转炉渣,含氧量较高,会给钢水造成增氧.少量的夹杂物和耐火材料中的氧被碳还原,也会使钢水中含氧量增加.22、RH真空脱硫的原理是什么？RH真空脱硫是真空状态下向真空室的钢水中添加以CaO-CaF2为主要成份