钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施

1、钢中非金属夹杂对质量的影响钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施及控制措施工艺技术部工艺技术部非金属夹杂物危害：非金属夹杂物危害：质量缺陷：质量缺陷： 铸坯：表面裂纹，内部裂纹，偏析等；铸坯：表面裂纹，内部裂纹，偏析等； 钢材：裂纹，钢材：裂纹，“翘皮翘皮”，线形缺陷等。，线形缺陷等。钢材性能：钢材性能： 冲压开裂、冷拉断裂等；冲压开裂、冷拉断裂等； 延性，低温韧性，抗疲劳破坏，非轧制方向性能，切延性，低温韧性，抗疲劳破坏，非轧制方向性能，切削，焊接，耐蚀，电磁性能等。削，焊接，耐蚀，电磁性能等。前言前言 研究重要意义研究重要意义2“洁净洁净”“”“高洁净高洁净”“”“超高洁净超高洁净”趋势：趋

2、势：-强化内生类夹杂物去除效果；强化内生类夹杂物去除效果；-严格严格“杜绝杜绝”二次氧化；二次氧化；-对夹杂物成分、尺寸、分布、性能的控制。对夹杂物成分、尺寸、分布、性能的控制。开发新工艺，降低成本，提高对夹杂物控制效率：开发新工艺，降低成本，提高对夹杂物控制效率：-缩短或取消缩短或取消LFLF精炼；精炼；-强化强化LFLF、VDVD、RHRH精炼；精炼；-针对不同类型钢材，对夹杂物实行针对不同类型钢材，对夹杂物实行“重点控制重点控制”。夹杂物控制技术发展趋势夹杂物控制技术发展趋势3目目 录录夹杂物概念、种类以及分类夹杂物概念、种类以及分类夹杂物对钢材的性能以及实例夹杂物对钢材的性能以及实例夹

3、杂物的来源以及夹杂物控制技术夹杂物的来源以及夹杂物控制技术1 1、夹杂物概念以及分类、夹杂物概念以及分类钢中氧化物夹杂可分为：内生夹杂钢中氧化物夹杂可分为：内生夹杂 外来夹杂外来夹杂 相相互反应夹杂物互反应夹杂物非金属夹杂物是一种非金属的化合物，它是钢材在非金属夹杂物是一种非金属的化合物，它是钢材在脱氧过程和钢液凝固过程中产生的。脱氧过程和钢液凝固过程中产生的。 内生夹杂物：钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化内生夹杂物：钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物等产物，若这些产物在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。物等产物，若这些产物在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降

4、温和凝固时，溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中。或固溶体中析出，最后留在钢锭中。 内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。分布情况，但一般来说是不可避免的。1.1内生夹杂物1) 1) 液体钢的脱氧产物液体钢的脱氧产物; ;2) 2) 钢液从浇注温度冷却到凝固温度过程中

5、，由钢液从浇注温度冷却到凝固温度过程中，由 于温度的降低使溶液中溶质的溶解度降低，于温度的降低使溶液中溶质的溶解度降低， 即钢水温度的变化使反应平衡移动，重新析即钢水温度的变化使反应平衡移动，重新析 出脱氧产物出脱氧产物; ;3) 3) 钢液冷凝时发生溶质树枝形偏析所析出的脱钢液冷凝时发生溶质树枝形偏析所析出的脱 氧产物氧产物; ;4) 4) 固相线温度以下钢继续冷却或者由于相变的固相线温度以下钢继续冷却或者由于相变的 缘故，引起的夹杂物重新析出。缘故，引起的夹杂物重新析出。1.2 1.2 外来夹杂物外来夹杂物1) 1) 出钢过程中卷入钢液内的夹渣，钢液或炉出钢过程中卷入钢液内的夹渣，钢液或炉

6、 渣与耐火材料接触时的侵蚀产物，中间包渣与耐火材料接触时的侵蚀产物，中间包 渣的乳化渣的乳化, ,结晶器内保护渣的卷入等等。这结晶器内保护渣的卷入等等。这 种夹杂物在浇注过程中未来得及上浮而残种夹杂物在浇注过程中未来得及上浮而残 留在钢中。留在钢中。2)2)钢液二次氧化产物。钢液二次氧化产物。1.3 1.3 相互反应夹杂物相互反应夹杂物相互反应夹杂物相互反应夹杂物 ( (意思是内生和外来相交错意思是内生和外来相交错) )，可列入尖晶石、某些铝酸盐、可列入尖晶石、某些铝酸盐、 硅酸盐和许多其他反硅酸盐和许多其他反应产物。应产物。内生夹杂和外来夹杂有明显的差别内生夹杂和外来夹杂有明显的差别1)1)

7、内生夹杂的典型特征是尺寸小，数目多，较均匀地分布在铸内生夹杂的典型特征是尺寸小，数目多，较均匀地分布在铸 坯的各个部位，夹杂物的成分与钢液成分有很强的依赖关系。坯的各个部位，夹杂物的成分与钢液成分有很强的依赖关系。2)2)外来夹杂往往尺寸较大，形状不规则，具有偶发性，成分和外来夹杂往往尺寸较大，形状不规则，具有偶发性，成分和 结构复杂，它与钢液成分没有直接关系，分布位置不定。结构复杂，它与钢液成分没有直接关系，分布位置不定。3)3)实际炼钢过程中的夹杂物很少为单纯的内生夹杂或外来夹杂实际炼钢过程中的夹杂物很少为单纯的内生夹杂或外来夹杂 ，它们经常是共生的，其原因是，它们经常是共生的，其原因是:

8、 :在炼钢过程中各阶段，内生夹杂以外来夹杂为核心析出，并在炼钢过程中各阶段，内生夹杂以外来夹杂为核心析出，并 发生交互反应是一种普遍现象；发生交互反应是一种普遍现象；脱氧的钢液与卷入的炉渣脱氧的钢液与卷入的炉渣 ( (包括保护渣包括保护渣) )或耐火材料接触时，或耐火材料接触时， 总会或多或少地起反应，因此仍保持原来的内生或外来夹杂总会或多或少地起反应，因此仍保持原来的内生或外来夹杂 物的成分和结构是不多见的物的成分和结构是不多见的; ; 1.4 1.4 按夹杂物尺寸分类按夹杂物尺寸分类1) 1) 亚显微夹杂，粒径亚显微夹杂，粒径lmlm。在纯净钢中亚显微夹杂包括氮。在纯净钢中亚显微夹杂包括氮

9、化物、硫化物和氧化物，总数约为化物、硫化物和氧化物，总数约为10111011个个/cm3/cm3，其中氧化物，其中氧化物夹杂个数约占夹杂个数约占108/cm3108/cm3。一般认为这种微小氧化物对钢质。一般认为这种微小氧化物对钢质( (除除硅钢片外硅钢片外) )多半无害，对它在钢中的作用，目前研究得不够。多半无害，对它在钢中的作用，目前研究得不够。2) 2) 显微夹杂，粒径显微夹杂，粒径l l1OOm1OOm，主要是脱氧产物。它对高强，主要是脱氧产物。它对高强度钢的疲劳性能和断裂韧性影响极大，它的含量与钢中溶解度钢的疲劳性能和断裂韧性影响极大，它的含量与钢中溶解氧含量有很好的对应关系。氧含量

10、有很好的对应关系。3) 3) 大型夹杂，粒径大型夹杂，粒径1OOm1OOm。大颗粒。大颗粒( (大型大型) )夹杂在干净钢中夹杂在干净钢中的数量占钢坯中整个夹杂总体积的的数量占钢坯中整个夹杂总体积的1%1%，但对钢的表面和内部，但对钢的表面和内部质量影响最大，很多产品由于存在这种大型夹杂，致使超声质量影响最大，很多产品由于存在这种大型夹杂，致使超声波探伤时不合格，造成钢材报废。这类夹杂物成分上的特点波探伤时不合格，造成钢材报废。这类夹杂物成分上的特点是与钢中溶解氧量无关。是与钢中溶解氧量无关。1.5 1.5 按化学成分分类按化学成分分类A A类夹杂：硫化物类夹杂：硫化物 FeSFeS、MnSM

11、nSB B类夹杂类夹杂: : 氧化铝、氧化铁氧化铝、氧化铁 Al2O3+FeOAl2O3+FeOC C类夹杂：硅酸盐、氮化物类夹杂：硅酸盐、氮化物 2MnO.SiO22MnO.SiO2 TiN TiN、BNBN、NbNNbN等等D D类夹杂：类夹杂：球状氧化物类球状氧化物类 小型氧化物小型氧化物 FeOFeO、MnOMnO、TiO2TiO2等等DsDs类夹杂：单个大型类夹杂：单个大型球状氧化物类球状氧化物类 1.6 1.6 钢中夹杂物的形貌钢中夹杂物的形貌炼钢钢坯炼钢钢坯氧化铝 氧化铝+硫化钙15102486N 氧化铁 视场50X硫化钙氮化物氧化铝轧钢钢板轧钢钢板2 2、非金属夹杂物对性能影响

12、、非金属夹杂物对性能影响使用性能的影响：使用性能的影响： 1 1、疲劳性能、疲劳性能 2 2、冲击韧性、冲击韧性 塑性塑性 3 3、耐腐蚀性、耐腐蚀性对工艺性能的影响：对工艺性能的影响： 1 1、对锻造和冷加工、淬火加热和焊接过程、对锻造和冷加工、淬火加热和焊接过程易开裂。易开裂。 2 2、轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗、轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗糙度降低。糙度降低。2.12.1夹杂物对性能影响夹杂物对性能影响对于尺寸小于对于尺寸小于10um10um的夹杂物的夹杂物 促进组织形核，焊接时阻促进组织形核，焊接时阻止晶粒长大。止晶粒长大。（1 1）由于加入）由于加入NbNb、V V、T

13、iTi等合金元素，在连铸、加热过程等合金元素，在连铸、加热过程中都会析出，形核中都会析出，形核C C、N N化合物（一种微型夹杂物）化合物（一种微型夹杂物）（2 2）钙化处理的）钙化处理的S S化物、硅酸盐类以及细小的氧化亚铁化物、硅酸盐类以及细小的氧化亚铁 FeOFeO 可以细化晶核。有利于钢板的韧性、塑性以及强度。可以细化晶核。有利于钢板的韧性、塑性以及强度。 VN颗粒 VN颗粒钙化处理硫化物 当非金属夹杂物尺寸大于当非金属夹杂物尺寸大于50um时，降低了钢的塑性、韧性时，降低了钢的塑性、韧性和疲劳寿命，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。和疲劳寿命，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能

14、变坏。 一般一般我们钢水中夹杂物尺寸都为大于我们钢水中夹杂物尺寸都为大于50um。 大型夹杂物不利用钢板大型夹杂物不利用钢板韧性、塑性以及强度指标。除了这些性能外，还有降低抗酸性能、韧性、塑性以及强度指标。除了这些性能外，还有降低抗酸性能、疲劳性能、表面光洁度疲劳性能、表面光洁度 以及焊接性能。以及焊接性能。 夹杂物对钢板强度、延伸的影响夹杂物对钢板强度、延伸的影响 当夹杂物颗粒比较大（当夹杂物颗粒比较大（），特别是夹杂物），特别是夹杂物含量较低时。明显降低钢的屈服强度，且同时降低钢的含量较低时。明显降低钢的屈服强度，且同时降低钢的抗拉强度；当夹杂物颗粒小到一定尺寸（抗拉强度；当夹杂物颗粒小到

15、一定尺寸（10）时，）时，钢的屈服强度和抗拉强度都将提高。当钢中弥散的小颗钢的屈服强度和抗拉强度都将提高。当钢中弥散的小颗粒的夹杂物数量增加时。钢的屈服强度和抗拉强度都有粒的夹杂物数量增加时。钢的屈服强度和抗拉强度都有所提高，但延伸率有很小的下降。所提高，但延伸率有很小的下降。 夹杂物对钢板冲击的影响夹杂物对钢板冲击的影响 当夹杂物颗粒比较大（当夹杂物颗粒比较大（5），特别是夹），特别是夹杂物含量较多、尺寸较大时，明显降低钢的冲击。杂物含量较多、尺寸较大时，明显降低钢的冲击。且冲击功曾几何状下降，尤其冲击断口出现夹渣时，且冲击功曾几何状下降，尤其冲击断口出现夹渣时，冲击值几乎为个位数。主要原因

16、是夹杂物阻碍了冲冲击值几乎为个位数。主要原因是夹杂物阻碍了冲击的扩展功能量的释放。击的扩展功能量的释放。 夹杂物对钢板厚拉（夹杂物对钢板厚拉（Z向）的影响向）的影响 当厚拉断口出现夹杂物含量较多、尺寸较大时，当厚拉断口出现夹杂物含量较多、尺寸较大时，明显降低钢的明显降低钢的Z向性能，性能几乎为个位数。尤其向性能，性能几乎为个位数。尤其是硫化物夹杂和氧化铝夹杂，破坏钢板基体组织的是硫化物夹杂和氧化铝夹杂，破坏钢板基体组织的连续性，厚度方向被该类别夹杂物穿晶破坏。连续性，厚度方向被该类别夹杂物穿晶破坏。氧化铝夹杂 冲击为3J P460NL1夹杂+FeO夹杂 延伸 9 12Cr2Mo1VR多处铝酸盐

17、夹杂 16MnDR 探伤不合国标 I级多处铝酸盐夹杂 Q345R 形成内裂纹不同类别夹杂物对塑性的影响不同类别夹杂物对塑性的影响J. Monnot, et al., Amer. Soc. For Test Mat., 1988, p.14925“D类类”或或“DS类类”“D类类”或或“DS类类”2.22.2夹杂物的检测夹杂物的检测钢材出厂检验：钢材出厂检验：ASTM标准（标准（A、B、C、D、Ds类夹杂物）；类夹杂物）；用户标准（用户标准（SKF、米其林、贝卡尔特等）；、米其林、贝卡尔特等）；分析检验手段：光学显微镜。分析检验手段：光学显微镜。科学研究：科学研究：光学显微镜；光学显微镜；扫描电

18、镜（扫描电镜（+EDS）；）；投射电镜（投射电镜（+EPMA、EDS）；）；图像分析；图像分析；PDA（Pulse Distribution Analysis）。）。常规检测方法的不足：常规检测方法的不足：问题：问题：试样检测面积小；试样检测面积小；分析检验耗时长；分析检验耗时长；分析检验结果分析检验结果(夹杂物数量、尺寸、成分、位置夹杂物数量、尺寸、成分、位置)可信度低。可信度低。2.3 2.3 夹杂物统计学夹杂物统计学夹杂物统计学是一种现代高级、建立在实际生产上，对夹夹杂物统计学是一种现代高级、建立在实际生产上，对夹杂物进行批量的分析（采用电子散射仪以及电解夹杂等手杂物进行批量的分析（采用

19、电子散射仪以及电解夹杂等手段），以及量子力学和模型模拟等技术学科。用来研究钢段），以及量子力学和模型模拟等技术学科。用来研究钢中夹杂物的分布、大小，以及产生的动力学和热力学的基中夹杂物的分布、大小，以及产生的动力学和热力学的基础。础。正常坯夹杂物数量正常坯夹杂物数量(50(50 m)m)29炉次检测面积mm2绝对数量 (个数)数量密度 (个/cm2)Al2O3保护渣100m Al2O3保护渣100m11112041050.36900.04531407062080.44100.05751235126040.21100.03261452035040.24100.028平均520611640210.

20、31500.040正常坯夹杂物数量分布正常坯夹杂物数量分布30正常浇铸铸坯夹杂物正常浇铸铸坯夹杂物31检测面积总计检测面积总计52061mm2（超过（超过JFE同类研究一倍），大于同类研究一倍），大于50 m夹杂物数量密度在夹杂物数量密度在0.210.45个个/cm2，低于，低于JFE铸坯同铸坯同类夹杂物数量；类夹杂物数量；正常坯表层试样中大于正常坯表层试样中大于50 m夹杂物主要为簇群状夹杂物主要为簇群状Al2O3，保护渣卷入形成夹杂物微量；因此通过常规的手段，夹杂保护渣卷入形成夹杂物微量；因此通过常规的手段，夹杂物水平是可控的物水平是可控的不能避免不能避免100 m有害夹杂物存在（数量：有

21、害夹杂物存在（数量：0.0280.057个个/cm2），生产高端用户钢板应对铸坯采用表面清理（扒），生产高端用户钢板应对铸坯采用表面清理（扒皮）。皮）。3 3、夹杂物的来源与控制、夹杂物的来源与控制精炼时，加入硅、锰、铝或碳等脱氧剂来降低溶解精炼时，加入硅、锰、铝或碳等脱氧剂来降低溶解氧时产生的脱氧产物，氧时产生的脱氧产物， 或者钢水二次氧化产物。或者钢水二次氧化产物。钢液或渣对耐火材料的化学或热侵蚀作用，耐火材钢液或渣对耐火材料的化学或热侵蚀作用，耐火材料中的一些组元会进入钢中或与钢液发生反应会生料中的一些组元会进入钢中或与钢液发生反应会生成夹杂物，固态耐火材料颗粒脱落进入钢中也会形成夹杂物

22、，固态耐火材料颗粒脱落进入钢中也会形成夹杂物。成夹杂物。当钢渣界面的钢液流动速度大于卷渣的临界剪切流当钢渣界面的钢液流动速度大于卷渣的临界剪切流速时，覆盖渣会以渣滴的形势卷入钢水中。速时，覆盖渣会以渣滴的形势卷入钢水中。 根据加人脱氧剂的类型、数量和钢液静压根据加人脱氧剂的类型、数量和钢液静压力，脱氧产物可能为固态、液态或气态。钢液力，脱氧产物可能为固态、液态或气态。钢液的温度决定了氧化物夹杂的化学稳定性。随着的温度决定了氧化物夹杂的化学稳定性。随着温度的降低，越来越多的脱氧产物从钢液中析温度的降低，越来越多的脱氧产物从钢液中析出。它们的成分决定于脱氧产物形成时的温度出。它们的成分决定于脱氧产

23、物形成时的温度和钢水成分。夹杂物在脱氧过程中的生成是不和钢水成分。夹杂物在脱氧过程中的生成是不可避免的，随着温度的降低夹杂物也还会继续可避免的，随着温度的降低夹杂物也还会继续生成直到钢液全部凝固。生成直到钢液全部凝固。 3.1 夹杂物的来源夹杂物的来源钢中析出的夹杂主要来自四部分钢中析出的夹杂主要来自四部分1)1)是在炼钢温度下合金化和铝终脱氧时析出的脱氧产是在炼钢温度下合金化和铝终脱氧时析出的脱氧产物，称为一次脱氧产物。主要发生在物，称为一次脱氧产物。主要发生在LFLF或出钢过程中。或出钢过程中。LFLF炉加入炉加入Si-CSi-C、C C、Si-MnSi-Mn、TiTi等都是作为脱氧剂使用

24、，等都是作为脱氧剂使用，LFLF主要主要之一为脱氧，去除夹杂物。主要主要之一为脱氧，去除夹杂物。2)2)钢水从精炼温度冷却至液相线温度过程中析出的脱钢水从精炼温度冷却至液相线温度过程中析出的脱氧产物，称为二次脱氧产物。主要发生连铸前半过程氧产物，称为二次脱氧产物。主要发生连铸前半过程中，包括中，包括VDVD，RHRH，大包、中间包以及结晶器中。，大包、中间包以及结晶器中。3)3)钢水从液相线温度冷却到固相线温度过程中析出的钢水从液相线温度冷却到固相线温度过程中析出的脱氧产物，称为三次脱氧产物。主要发生连铸坯冷却脱氧产物，称为三次脱氧产物。主要发生连铸坯冷却过程中。过程中。4 4）钢水吸收空气中

25、）钢水吸收空气中N N、H H气体或与空气中气体发生反气体或与空气中气体发生反应后，溶入钢水中应后，溶入钢水中 3.2 3.2 在夹杂物的去除在夹杂物的去除3.2.1 精炼过程、精炼渣对夹杂物的去除3.2.2 夹杂物的变形处理3.2.3 氩气泡对夹杂物的浮选作用 3.3.4 连铸过程中夹杂物控制 3.3.5 其它环节3.2.1 3.2.1 精炼、渣系对夹杂物的去除精炼、渣系对夹杂物的去除 控制钢中非金属夹杂的途径，一是减少冶炼控制钢中非金属夹杂的途径，一是减少冶炼及浇注工艺操作过程中夹杂的产生和外来夹杂对及浇注工艺操作过程中夹杂的产生和外来夹杂对钢水的污染，二是设法排除已存在于钢水中的夹钢水的

26、污染，二是设法排除已存在于钢水中的夹杂物或减轻夹杂物对钢的危害。杂物或减轻夹杂物对钢的危害。 不管采用何种精炼方法（如不管采用何种精炼方法（如RH、LF、VD），合理精炼渣组成是获得洁净钢水），合理精炼渣组成是获得洁净钢水的基础。的基础。 精炼过程可采取的控制措施包括，真空吹氩搅拌去除夹杂物，加入粉剂进一步去除钢中的杂质元素，钢液中夹杂物的变性，造合适的精炼渣去除夹杂物。中问包可采取的控制措施包括： 保证足够的停留时间，使夹杂物充分上浮； 采用长水口氩封保护浇注，减少来源于气体的污染； 优化中间包钢液流场，促进夹杂物上浮，并可使用过滤器强制吸附夹杂物； 使用高碱度覆盖剂吸收夹杂物，造还原性中间

27、包渣，使用碱性耐火材料，降低侵蚀。 精炼渣的主要作用是脱氧、脱硫、保温和吸收钢中精炼渣的主要作用是脱氧、脱硫、保温和吸收钢中的夹杂物。目前广泛使用的精炼渣系有的夹杂物。目前广泛使用的精炼渣系有CaO-A1203CaO-A1203基预熔基预熔渣、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为基的低氟和无氟的精炼渣正成为研究为基的低氟和无氟的精炼渣正成为研究和应用的热点。精炼渣吸收夹杂物的动力学原理是：一是和应用的热点。精炼渣吸

28、收夹杂物的动力学原理是：一是钢中原有的夹杂物上浮，通过与渣的接触、碰撞，被渣吸钢中原有的夹杂物上浮，通过与渣的接触、碰撞，被渣吸收去除。渣和夹杂物界面张力远小于钢液与夹杂物之间的收去除。渣和夹杂物界面张力远小于钢液与夹杂物之间的界面张力，所以钢中的夹杂物很容易被与它接触的渣滴所界面张力，所以钢中的夹杂物很容易被与它接触的渣滴所吸收。二是采用的吸收。二是采用的CaO-Si02-A1203-MgO-CaF2CaO-Si02-A1203-MgO-CaF2渣系均为氧渣系均为氧化物熔体，而夹杂物大多是氧化物，所以被渣吸收的夹杂化物熔体，而夹杂物大多是氧化物，所以被渣吸收的夹杂物比较容易溶解于渣中，并随渣

29、滴一起上浮排除。物比较容易溶解于渣中，并随渣滴一起上浮排除。在精炼过程中发生主要反应：在精炼过程中发生主要反应：2Al+3O=Al2O32Al+3O=Al2O3Si+2O=SiO2Si+2O=SiO2Ca+S=CaSCa+S=CaSC+O=CO/CO2C+O=CO/CO2 为了促进夹杂物上浮，除了需要合理吹氩工艺处，合适的钢渣组成对夹杂上浮起到关键作用。一般钢渣组成为CaO-SiO2-Al2O3以及其他的像MgO等。 钢渣在高温钢水形成乳化的渣滴，吸收溶解钢中的夹杂物，加速钢中夹杂物的上浮。 精炼渣在高温应有合适的粘度以保证足够的乳化性能，增加渣钢接触面积。还应注意精炼渣的表面性能以保证乳化的

30、渣滴能全部从钢液中排出而不悬浮于钢液中。 高碱度、低熔点、低氧化铁、富CaO钙铝酸盐的精炼渣，能有效吸收大颗粒夹杂物，降低总氧。 AlAl镇静钢精炼用渣镇静钢精炼用渣 CaO/ Al2O31.5-1.8，CaO/ SiO2=8-13，（FeO+MnO）5。 高碱度渣系（舞钢大部分产品属于低碳钢），高碱度对Si的脱氧反应有显著影响，在高碱度渣下Si的脱氧能力大大提高。 一旦氧化铝夹杂被渣子吸收以后，保护渣粘度将急剧上升。一旦氧化铝夹杂被渣子吸收以后，保护渣粘度将急剧上升。对低碳铝镇静钢，如渣子的碱度波动在对低碳铝镇静钢，如渣子的碱度波动在0.670.67- -1.21.2之间，之间，130013

31、00时渣子原始粘度为时渣子原始粘度为0.80.8，由于氧化铝浓度上升，粘度，由于氧化铝浓度上升，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，一般需要加入电石。电石。渣的调整渣的调整在实际操作中，出钢过程中加入在实际操作中，出钢过程中加入12kg/t12kg/t的精炼渣，在的精炼渣，在合金微调站取渣样，视渣子的状况，分别加入石灰、电合金微调站取渣样，视渣子的状况，分别加入石灰

32、、电石或石英砂加以调整。石或石英砂加以调整。 渣的黏度渣的黏度 渣的颜色渣的颜色黏度大黏度大黏度小黏度小 黑色黑色 墨绿色墨绿色奶油色奶油色 加 入 石加 入 石英砂、铝英砂、铝矾土等矾土等加 入 石 灰加 入 石 灰、电石等、电石等 加入加入SiFeSiFe粉粉、电石等、电石等 电石等电石等 所希望的所希望的颜色颜色3.2.23.2.2夹杂物的变形处理夹杂物的变形处理在钢中加入少量变性剂，降低其在钢中含量的同时，科学在钢中加入少量变性剂，降低其在钢中含量的同时，科学地控制夹杂物的类型、尺寸、分布和形态，尽量降低其对地控制夹杂物的类型、尺寸、分布和形态，尽量降低其对钢材质的危害就是变性处理的目

33、的。钢材质的危害就是变性处理的目的。夹杂物变性处理能使夹杂物球化或接近球状，这样可使钢夹杂物变性处理能使夹杂物球化或接近球状，这样可使钢材的各向异性差别减小或基本消除。材的各向异性差别减小或基本消除。钢材中变性处理后的夹杂物消除了有尖角、锐角的一类夹钢材中变性处理后的夹杂物消除了有尖角、锐角的一类夹杂物，减少了引起应力集中和产生微裂纹的可能性。杂物，减少了引起应力集中和产生微裂纹的可能性。高熔点的夹杂物经变性处理后则变成低熔点的在浇注温度高熔点的夹杂物经变性处理后则变成低熔点的在浇注温度下仍为液态的夹杂物，浇铸时不再堵塞水口，有利于连铸下仍为液态的夹杂物，浇铸时不再堵塞水口，有利于连铸的顺利进

34、行。的顺利进行。变性剂：钙合金，稀土合金。变性剂：钙合金，稀土合金。 常用：钙处理使夹杂物得以常用：钙处理使夹杂物得以变性。变性。 钙合金在钢液中熔化后，钙与钢液中的氧化物夹杂物接触起反应，待温度达到一定高度时钙气化成钙气泡，钙气泡中的Ca溶解于钢液成为溶解Ca，并与钢液中的氧及Al2O3夹杂物反应；由于铝脱氧钢中溶解的氧并不很高，因此钙与钢中大量分散的Al2O3发生反应并使Al2O3夹杂表面的CaO含量的升高，出现液态nCaOmAl2O3层，此液态层不断增加，最终改变了Al2O3夹杂的组成，成为12CaO7Al2O3，或3CaOAl2O3夹杂物。 这两种夹杂物在浇注温度下由于熔点低都是液态的

35、，它们在凝固时按最小界面能原理成为球状。此球形夹杂物在钢加工过程中不变形也不破碎仍为球状，也即把钢中链状或串状，多边形带棱角的Al2O3夹杂物改变为球状或接近球状的钙铝酸盐夹杂，使钢材性能得到了改善。 当有当有A1203A1203存在的条件下形成钙铝酸盐，它具存在的条件下形成钙铝酸盐，它具有较高的硫容量，可以吸收脱硫后钢中剩余的硫。有较高的硫容量，可以吸收脱硫后钢中剩余的硫。随着钢液的冷却，硫在钙铝酸盐中溶解度的降低，随着钢液的冷却，硫在钙铝酸盐中溶解度的降低，硫化物以硫化钙的形式析出，抑制钢水在此过程硫化物以硫化钙的形式析出，抑制钢水在此过程中中MnSMnS的总量和聚集程度，并将的总量和聚集

36、程度，并将MnSMnS部分或全部改部分或全部改性为性为CaSCaS，导致最后形成内部含钙铝酸盐、外壳，导致最后形成内部含钙铝酸盐、外壳包围着硫化钙层的复合夹杂物，或是包围着硫化钙层的复合夹杂物，或是CaSCaS与与MnMn的的复合相，从而改善钢的各向异性，起到了钙作为复合相，从而改善钢的各向异性，起到了钙作为硫的变性剂作用。硫的变性剂作用。 将将B B类氧化铝夹杂转变成含高类氧化铝夹杂转变成含高CaOCaO的低熔点的点球状钙的低熔点的点球状钙铝硅酸盐铝硅酸盐D D类夹杂，如类夹杂，如7Al2O37Al2O312CaO12CaO，熔点是，熔点是14501450，在，在炼钢温度下成为液态，容易上浮

37、分离出去。炼钢温度下成为液态，容易上浮分离出去。 这些点球状的夹杂，细小而且分布弥散的，硬度比氧这些点球状的夹杂，细小而且分布弥散的，硬度比氧化铝低，对钢的危害性轻。化铝低，对钢的危害性轻。 改变氧化铝的形态，原则上有两个途径，即向钢中加改变氧化铝的形态，原则上有两个途径，即向钢中加CaCa或者加入或者加入CaOCaO基的合成渣。基的合成渣。加钙的技术加钙的技术有块加法，喷吹法，弹射法和喂丝法有块加法，喷吹法，弹射法和喂丝法其中喂丝法的效果最好。其中喂丝法的效果最好。用喂丝机通过导管把钙丝喂入钢包深处，在用喂丝机通过导管把钙丝喂入钢包深处，在16001600下，下，钙在钙在1s-3s1s-3s

38、内就可熔化。内就可熔化。对铝脱氧钢而言，加钙量至少比钢中总氧量多三倍以上，对铝脱氧钢而言，加钙量至少比钢中总氧量多三倍以上，不论合金成分如何，均能使串状氧化铝变态。不论合金成分如何，均能使串状氧化铝变态。 钢中S及Ca/S比控制实验证明，中心氧化铝含量为70-80%,周围被CaS所包裹的球形夹杂的钙硫比在1.25-1.98之间。Ca/S比对夹杂物的成分和结构有重要的影响，当Ca/S1.25时，可达到完全变形，即氧化铝可完全形成铝酸钙球形夹杂。 Ca/OCa/O控制控制 为了把氧化铝改质为铝酸钙，必须把为了把氧化铝改质为铝酸钙，必须把 TOTO和钙和钙的浓度比控制在的浓度比控制在0.7-1.20

39、.7-1.2的狭窄范围；必须满足的狭窄范围；必须满足0.32Al/Ca11.40.32Al/Ca11.4，而此时恰好满足，而此时恰好满足S0.008S0.008。 氧含量高时，钢样中的夹杂物以氧含量高时，钢样中的夹杂物以B类为主；类为主； 氧含量低时，钢样中的夹杂物以氧含量低时，钢样中的夹杂物以D类为主。类为主。钙处理铝镇静钢要想尽量保持钙处理铝镇静钢要想尽量保持D类夹杂的存在，类夹杂的存在，除了除了足够的钙量以外，钢液脱氧还应有一个合适足够的钙量以外，钢液脱氧还应有一个合适的限度的限度。3.2.33.2.3氩气泡对夹杂物的浮选作用氩气泡对夹杂物的浮选作用钢包吹氩条件下钢中固相夹杂物的去除主要

40、依靠钢包吹氩条件下钢中固相夹杂物的去除主要依靠小气泡的浮选作用，即夹杂物与小气泡碰撞并粘小气泡的浮选作用，即夹杂物与小气泡碰撞并粘附在气泡壁上，然后随气泡上浮而去除。附在气泡壁上，然后随气泡上浮而去除。 钢包吹氩时，钢液存在环流和上升流，钢渣界面钢包吹氩时，钢液存在环流和上升流，钢渣界面下钢流水平速度等于钢下钢流水平速度等于钢/ /气流股中心线上的最大气流股中心线上的最大流速。由于钢液平循环流速远大于夹杂物自由上流速。由于钢液平循环流速远大于夹杂物自由上浮速度时，不能通过夹杂物自由上浮来实现夹杂浮速度时，不能通过夹杂物自由上浮来实现夹杂物的有效去除。物的有效去除。搅拌的目的是促进夹杂物的聚集与

41、上浮搅拌的目的是促进夹杂物的聚集与上浮, ,促进成分和温促进成分和温度的均匀。度的均匀。长时间的弱搅拌是去除细小长时间的弱搅拌是去除细小AlAl2 2O O3 3夹杂的有效手段夹杂的有效手段真空可以进一步脱氧去除夹杂物。钢包吹氩的精炼真空可以进一步脱氧去除夹杂物。钢包吹氩的精炼原理是：氩气泡的清洗作用；氩气泡上浮带动的钢原理是：氩气泡的清洗作用；氩气泡上浮带动的钢水流动。其作用主要有：使包中钢液成分均匀；使水流动。其作用主要有：使包中钢液成分均匀；使包中钢液温度均匀，便于正确掌握铸温；搅动的钢包中钢液温度均匀，便于正确掌握铸温；搅动的钢液增加了钢中非金属夹杂碰撞、聚集长大的机会，液增加了钢中非

42、金属夹杂碰撞、聚集长大的机会，使上浮的氩气泡把钢液中的非金属夹杂物和气体一使上浮的氩气泡把钢液中的非金属夹杂物和气体一起带到钢液表面，并被渣层所吸收。起带到钢液表面，并被渣层所吸收。ArAr气泡气泡+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连铸过程中夹杂物控制连铸过程中夹杂物控制 结晶器内钢液流动状况、拉坯速度、夹杂结晶器内钢液流动状况、拉坯速度、夹杂物粒径、夹杂物停留时问、水口张角等因素都会物粒径、夹杂物停留时问、水口张角等因素都会对夹杂物的去除率产生影响，夹杂物上浮速度随对夹杂物的去除率产生影响，夹杂物上浮速度随着粒径的增大而增大，随着夹杂物密度的增大而着粒径的增大而增大，随着夹杂物密度的增大而减小。拉速太大会使液面钢渣卷混现象严重，