不锈钢高纯度冶炼与夹杂物控制-太钢20130621-刘浏

不锈钢高纯度冶炼与夹杂物控制钢铁研究总院刘浏2013年6月·太钢不锈钢产品与质量控制不锈钢生产工艺流程不锈钢冶炼技术不锈钢精炼技术钢中夹杂物控制最新技术进展主要内容不锈钢生产与消费1995~2009年世界不锈钢产量（1）随着市场繁荣，世界不锈钢消费量逐年增长，至2006年国际不锈钢粗钢产量达到峰值2838万吨，不锈钢的年均消费量增长6.7%。

（2）从世界范围看（1993~2002年）不锈钢的消费量始终低于生产量，说明不锈钢产能已经过剩。（3）2001年世界人均不锈钢消费量9.2kg，2005年升高到14.05kg，平均每年增长率为8.8%，高于世界不锈钢消费量的增长量。说明世界不锈钢产量仍然有较大的增长空间。（4）不锈钢的生产与消费一般随世界镍资源价格的波动而发生周期性变化。2006年以后由于金融危机的影响，不锈钢产量下滑，但长远看不会影响世界不锈钢增长的总趋势。世界美国日本1993~2002年世界不锈钢粗钢产量、表观消费量世界主要国家和地区不锈钢板卷分行业消费情况世界欧洲不锈钢主要消费领域世界不锈钢分行业消费情况不锈钢广泛应用于社会各个领域,由于各国经济发展状况不同,主要包括：家电和食品机械等领域约占26~37%;电子设备和自动化约占17~34%;工业机械约占10~22%;建筑领域约占11~18%；管材主要用于交通、能源领域，约占8~15%。2008年日本不锈钢产品结构不锈钢的产品结构日本不锈钢的产品结构：2008年日本热轧不锈钢钢种比例结构特点发达国家不锈钢生产以板材为主，占65~75%;其次为管材和线材;

不锈钢产品以300系和400系为主体,很少生产200系;400系不锈钢生产比例不断提高。2008年1-9月美国不锈钢产品消费结构不锈钢产品与工艺特点Cr含量对钢材耐蚀性能的影响Cr对钢在稀硝酸(32%)中的耐蚀性1.概述：不锈钢具有不锈和耐蚀特性及其它优良性能，在各工业部门和日常生活中得到广泛而大量的应用。自20世纪初，不锈钢问世至今已近100年历史。不锈钢的发明是冶金史上的重大成就，为近代工业发展和科学进步奠定重要的物质基础，逐步形成马氏体不锈钢（包括沉淀硬化不锈钢）、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体+铁素体双相不锈钢四大类产品。2.不锈钢的成份特点含铬高：不锈钢的不锈耐蚀性主要是由于钢的表面形成富铬氧化膜（钝化膜），一般铬含量≥12%以上使钢具有不锈钢性。合金比高：不锈钢往往含有13~35%的Cr、4~9%的Ni以及Ti、Al、Mo、Nb等其它微合金元素。

不锈钢品种不同，对钢的洁净度要求完全不同：如超纯铁素体不锈钢要求严格控制钢中C、N含量，但在双相钢中则要求尽可能精确控制钢中具有较高的N含量。3.不锈钢生产的冶炼特点由于不锈钢含有大量Cr，因此冶炼中必须严格控制C-Cr反应平衡，实现脱碳保铬。由于不锈钢合金比高，要求冶炼工艺设备必须具备较强的合金熔化能力，保证具有足够的热源熔化合金和实现高温冶炼。由于不锈钢种类繁多，质量控制严格，因此要求不锈钢冶炼工艺必须具有广泛的品种适应能力，适应多品种生产。奥氏体不锈钢洁净度要求[C]对304L不锈钢耐蚀性的影响（65%HNO3）奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢类，其产量和使用量超过不锈钢总量的50%。和其它不锈钢相比奥氏体不锈钢具有以下优点：在多种腐蚀介质中具有优秀的耐蚀性；综合力学性能良好；工艺性能和可焊性能优良；具有非铁磁性和良好的低温性能。奥氏体不锈钢的缺点：强度、硬度偏低，不适用于承载较重负荷及对硬度和耐磨性有要求的设备部件。碳的危害：碳是强烈形成并稳定和扩大奥氏体相区的元素，利于提高不锈钢强度。但碳常被视为有害元素，如碳与铬形成Cr23C6碳化物，使耐晶间腐蚀性能下降。一般要求[C]≤0.03%或0.02%。硫的危害：降低不锈钢热塑性，影响热加工性能和耐蚀性。形成MnS夹杂易溶于酸性氯化物溶液，导致耐点蚀和缝隙腐蚀性能显著下降。磷的危害：显著降低铬、镍奥氏体不锈钢耐各种浓度硝酸腐蚀的性能，提高固溶态晶间腐蚀的敏感性。铬、镍含量对钢在5%H2SO4中的耐蚀性影响Mn/S比对不锈钢耐点蚀性的影响不同[P]的00Cr18Ni14Mo2钢在尿素生产实际介质中挂片7000h的实验结果1-敏化处理，2-1050℃固溶处理，3-1300℃固溶处理50g/lFeCl3·6H2O,35℃铁素体不锈钢洁净度要求铁素体不锈钢系指Cr含量在11~30%，具有体心立方晶体结构，在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。铁素体不锈钢具有不锈性和耐一般腐蚀性能外，还具有耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等优良性能。是一种节镍型不锈钢，具有强度高、冷加工硬化倾向低、导热系数高、线膨胀系数低等优点。过去由于铁素体不锈钢低温韧性差，对晶间腐蚀较敏感，使其应用范围较窄。通过严格控制钢中C、N等间隙元素含量，解决了上述问题。随C、N量的增加铁素体不锈钢冲击韧性下降，特别是Cr≥15~18%更为明显，控制C+N≤200ppm可保证钢材的冲击韧性；随C、N量的增加铁素体不锈钢脆性转变温度升高，缺口敏感性恶化；随C、N量的增加铁素体不锈钢腐蚀速率升高，降低C+N量可解决；

C+N量超过0.008%，在5%NaCl中锈点显著增加。C、N量对铁素体不锈钢脆性转变温度的影响C、N与Cr对铁素体不锈钢冲击韧性的影响冲击韧性好冲击韧性差在65%沸腾的HNO3中C+N量对铁素体不锈钢耐蚀性的影响在5%NaCl中(35℃)C+N量对铁素体不锈钢锈蚀性的影响双相不锈钢洁净度要求Cr对含Ni5.5%和7%的两种双相不锈钢耐点蚀性能的影响50℃,10%FeCl3·6H2O,24h在80℃,3.5%NaCl中氮对双相不锈钢点蚀电位的影响氮对双相不锈钢点蚀速率的影响氮对双相不锈钢临界缝隙腐蚀温度的影响6%FeCl3溶液奥氏体+铁素体双相不锈钢具有+双相组织结构，兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点：与铁素体不锈钢相比双相不锈钢韧性高、脆性转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高；但同时又保留了铁素体不锈钢导热系数高、线膨胀系数小，具有超塑性等优点。和奥氏体不锈钢相比强度提高，耐应力腐蚀、腐蚀疲劳等性能明显改善。双相不锈钢分为：铬镍系双相不锈钢，包括Cr-Ni18-5、22-5、25-5三类。铬锰氮系双相不锈钢，包括Cr-Mn-N18-8-5和18-14(Cr-Mn)两类。70年代后铬镍双相不锈钢发展以提高钢中Cr+3.3Mo和N含量为主要特征：（1）双相不锈钢随Cr含量升高腐蚀速度降低，含Ni7%优于5.5%；（2）提高[N]具有以下优点：

N形成并稳定扩大奥氏体相区；提高[N]可明显提高双相不锈钢的点蚀电位；提高[N]大幅度降低双相不锈钢的孔蚀速度；提高[N]明显提高临界缝隙腐蚀温度。不锈钢生产工艺流程全废钢电炉不锈钢生产流程全铁水转炉不锈钢生产流程铁水-废钢不锈钢混合生产流程不锈钢冶炼流程分类不锈钢冶炼工艺流程可根据冶炼原料的差别分为：废钢电炉流程、铁水转炉流程和废钢-铁水混合流程。废钢电炉流程全铁水转炉流程铁水+废钢流程选择流程的原则：（1）对原材料适应性强（2）对不锈钢产品的适应性强（3）生产成本低（4）生产效率高（5）具备合理的规模全废钢不锈钢生产流程传统流程，工艺成熟；采用不锈钢返回料作原料，降低生产成本；生产规模小，一般为40~60万吨/年；铁素体、奥氏体不锈钢采用“二步法”生产工艺，超纯铁素体不锈钢采用“三步法”生产工艺。技术特点全铁水转炉不锈钢冶炼流程采用电炉熔化合金的全铁水不锈钢冶炼工艺流程全铁水不锈钢冶炼工艺流程的主要特点是以铁水为主要原料，配加合金直接生产各种牌号不锈钢的冶炼工艺。通常分为以下两种类型：（1）采用电炉熔化合金的全铁水不锈钢冶炼工艺；（2）采用转炉熔化合金的全铁水不锈钢冶炼工艺。全铁水不锈钢冶炼工艺的主要缺点是：冶炼过程热量不足，不能大量使用不锈钢返回料冶炼不锈钢（返回料的使用比例≤10%）。铁水+废钢不锈钢生产流程铁水+废钢不锈钢生产流程其主要优点是对不锈钢原料供应具有较大的灵活性，可根据市场镍价和不锈钢返回料价格的波动及供应情况灵活的调整铁水和不锈钢返回料的比例。其主要特点是同时配备转炉和电炉进行不锈钢冶炼，采用转炉进行铁水脱磷处理，采用电炉熔化合金和返回料。其缺点是工艺流程长，投资大，生产成本较高。目前我国宝钢不锈钢分厂、太钢不锈钢新区均采用该工艺流程，其特点是利用转炉进行铁水“三脱”，脱磷后半钢碳含量高，兑入电炉内熔化合金，铬收得率较高。不锈钢不同冶炼工艺路线的比较EAF-AODEAF-VODBOF-VOD较强较强较强EAF-AOD-VOD低全铁水转炉冶炼不锈钢的应用概况世界铁水冶炼不锈钢主要厂家一览表世界不同生产工艺不锈钢产量比较不同厂家的实际生产水平不锈钢冶炼技术不锈钢冶炼工艺方法采用侧吹氧的工艺方法采用底吹氧的工艺方法采用底吹搅拌的工艺方法不锈钢冶炼工艺的评价与选择不锈钢脱碳精炼热力学脱碳热力学：高铬铁水的脱碳可用下式表示：脱碳动力学：脱碳速度与温度的关系为：在高碳区碳的直接氧化和间接氧化同时发生，供氧强度是反应的限制性环节。在低碳区，脱碳反应为间接氧化，碳的扩散是反应的限制性环节。脱碳的动力学公式为：S：反应面积；V：钢水体积；D：钢液中碳的扩散系数热力学研究结论：钢液中碳铬平衡决定于钢中铬含量，在一定温度下随铬含量升高平衡碳含量增大;

提高反应温度使碳铬平衡常数减小有利于抑制铬的氧化;

降低CO分压使反应平衡常数减小,有利于保铬脱碳反应进行;

提高熔池传质速度可提高脱碳反应速度,促进脱碳反应平衡。不锈钢脱碳精炼指数（DOS）在碳的传质为反应的限制性环节时：假设铬氧化量取决于氧流量（QQ2），则铬氧化物的形成速率（DWCr2O3）为：则不锈钢精炼指数DOS（不锈钢冶炼中碳、铬间氧的分配）定义为：研究结论不锈钢冶炼过程中铬的损失(Cr/C)随DOS精炼指数的降低而减小;

降低供氧强度有利于减小DOS指数;

加强熔池搅拌,提高熔池传质速度可促进碳氧反应平衡,有利于减小DOS指数;

在不锈钢冶炼过程中,控制熔池升温速度和脱碳速度可减少铬的氧化。不锈钢冶炼工艺方法目前，国际上已经开发成功十几种不锈钢冶炼技术。不锈钢冶炼技术分为：以侧吹为主的VOD或VOD-L冶炼工艺；以转炉为基础的K-BOP、MRP等工艺；以顶底侧吹为特点的KCB-S和GOR工艺。冶炼工艺选择的原则：（1）脱碳速度快，生产效率高（2）C-Cr平衡值低，终点[C]低（3）喷嘴寿命长，炉龄高（4）生产成本低（5）合金熔化能力强，热效率高AOD1967年，美国乔斯林钢公司建设了世界上第一台AOD炉冶炼不锈钢获得成功。至1992年，全世界已有70多家钢厂、54家铸造厂购买了AOD设备。西方国家从1983~1991年用AOD生产的不锈钢占世界总产量的75.6%，成为世界上不锈钢生产的主导工艺。AOD法和VOD法精炼特性比较AOD气体配比AOD与电炉精炼工艺比较采用顶吹氧AOD精炼工艺(AOD-L)日本大同钢厂采用顶吹氧工艺后，提高了熔池脱碳速度，缩短了冶炼周期，提高了耐火材料寿命，降低了生产成本。并能保证不锈钢的产品质量。氧气顶吹AOD与传统AOD工艺脱碳效果的比较KCB-S工艺特点：吹炼初始阶段，同时顶吹和侧吹纯氧快速脱碳升温；到达一定温度后，在吹炼期间，分批加入各种合金料、石灰或废钢(作冷却剂)；熔池碳含量降到0.70%以下，按4:1，2:1，1:1，1:2和1:4比例逐步增加顶吹和侧吹气中惰性气体比例；熔池碳含量低于0.15%后，停掉顶枪，采用侧吹氧脱碳；目标碳含量达到后，仅采用惰性气体侧吹搅拌还原；K-OBM-S/K-BOPO2O2、N2、Ar、C3H8条件/消耗单位典型值目标碳%0.033目标氮ppm300初始碳%1.77初始硅%0.13氧气Nm3/ton29.5氮气Nm3/ton13.2氩气Nm3/ton16.5硅铁kg/ton11.1石灰kg/ton51白云石kg/ton20萤石kg/ton7.9AISI304不锈钢典型消耗和操作条件工艺特点：工艺原理与AOD-L转炉基本类似下部风嘴设在转炉底部，可从底部喷吹石灰粉，改善脱硫；底吹气体中采用天然气或丙烷作为保护气，以提高耐材寿命，炉龄可达600炉；GOR-GasOxygenRefiningCLU条件/消耗单位AISI304AISI409目标碳%0.030.01目标氮ppm350100初始碳%1.650.96初始硅%0.200.13氧气Nm3/ton27.722.4氮气Nm3/ton13.51.7蒸汽Nm3/ton10.46.0氩气Nm3/ton7.017.1氢ppm5.93.8硅铁kg./ton15.515.9工艺特点：采用蒸汽代替氩气作为稀释气体实现脱碳保铬，氩气消耗低；吹入熔池的蒸汽分解为氢气和氧气，氧气用于氧化熔池碳，氢气降低生产CO的分压；蒸汽分解产生的氢气溶解于钢水中，钢中氢含量较高；氢气比重小，扩散快，上浮速度快，碳低于0.18%时，降低CO分压作用没得到充分发挥，铬氧化量比AOD法多，导致还原硅铁消耗高达16kg/t；热效率低：水蒸汽与熔池反应为吸热反应；瑞典阿韦斯塔钢公司德格弗尔斯钢厂于1980年投产一座70吨CLU，现以EAF作为废钢熔化设备。MRP-L转炉O2N2、Ar工艺特点：顶吹纯氧，底吹纯惰性气体；采用可更换炉底，炉龄高达1200炉；炉容比与AOD炉接近，为0.6Nm3/t；一般与真空精炼脱碳炉组合成三步法工艺，出钢碳含量为0.20~0.30%，铬回收率达97~99%；CSCBCSCB以铁水、高碳铬铁和镍铁为原料，焦炭作补充热源，通过顶吹纯氧和底吹大流量吹惰性气体，在一座转炉内完成不锈钢熔炼和主脱碳任务；但因出钢碳不能低于0.20%，必须与VOD搭配才能生产不锈钢；可用于交替生产碳钢和不锈钢；核心技术：焦炭热补偿技术：计算合理的焦炭加入量，保证加入的焦炭溶解于钢水中成为钢水稳定升温的热源；脱碳保铬技术：低碳范围时优化顶吹纯供氧制度和底吹纯惰性气体搅拌工艺，最大限度减少铬的氧化；高效脱硫技术：焦炭带入的硫为入炉硫含量的50%以上，为保证脱硫率大于80%，还原期炉渣碱度应大于1.5。废比钢，%AISI304AISI316AISI410AISI420AISI430011.6%14.5%6.0%8.0%5.0%1721.5%23.5%15.0%17.0%14.0%转炉熔炼不锈钢热量不足率，%不锈钢冶炼工艺比较工艺风口位置底吹气体顶吹气体KCB-S侧面O2、N2、ArO2、供氧强度高K-BOP/K-OBM-S底部或侧面O2、N2、Ar、hydrocarbonsO2、供氧强度高MRP,ASM底部N2、ArO2、供氧强度高CSCB底部N2、ArO2、供氧强度高CLU底部O2、Steam、N2、ArO2、供氧强度高VOD(vacuum)底部ArO2、供氧强度小脱碳速度与熔池供氧强度成正比，在低碳区受钢中铬氧化的限制。通常：侧吹转炉最小纯底吹转炉其次；大流量顶底复吹转炉脱碳速度最大。侧吹与底吹的区别：侧吹向熔池传递的搅拌能最大，熔池混匀效果最好；底吹能减少转炉桶型部分的耐材磨损，提高其寿命；不同工艺脱碳速度比较：吹氧喷嘴的冷却与保护不同保护气体的冷却效果常用冷却性保护气体不锈钢冶炼工艺的评价与选择工艺名称AOD(1969)CLU(1973)CSCB(1977)K-OBM-S(1978)MRP(1983)工艺特点供氧强度脱碳能力熔化合金能力冶炼周期炉龄铬收得率硅铁消耗≤2.0m3/t.min≤0.015%低50~80min150~200炉95%10~12kg≤3.0m3/t.min0.03%低80min/98%16kg≤1.0~4.0m3/t.min0.2~0.3%高80min1000/300炉95%/≤2.5m3/t.min0.2~0.3%高50~60min600炉95%11kg≤2.0m3/t.min0.2~0.25%低70~80min600/300炉98%20kg不锈钢冶炼工艺的选择必须从不锈钢原料供给情况出发，正确选择不锈钢生产工艺流程，并根据流程的要求正确选择不锈钢冶炼工艺。不同不锈钢冶炼工艺的评价体系包括：①生产效率（供氧强度、冶炼周期、炉龄），②合金熔化能力，③生产成本（铬收得率、硅铁消耗和炉龄）。不锈钢精炼技术真空脱碳

VODSS-VODRH-KTB

不同精炼工艺的钢水洁净度真空脱碳真空脱碳是通过降低钢液面上方真空室压力，促进CO气泡溢出，从而加快熔池脱碳。现常采用的不锈钢真空减压脱碳法有VOD法、SS-VOD法和RH-KTB法。真空脱碳法的特点：通过控制真空度，能在完全抑制[Cr]氧化的情况下进行脱碳，渣中(Cr2O3)少，硅铁消耗低；在真空下，有利于脱碳、脱氮和脱氢，能生产超低碳、氮的不锈钢；为防止减压下钢水喷溅造成设备事故，供氧强度受到限制，要求处理钢水碳含量不大于0.60%。K-BOP工艺出钢碳对铬氧化损失的影响VODVacuumOxygenDecarburization真空氧脱碳是1967年ThyssenKrupp开发的不锈钢精炼技术。操作特点：脱碳初期：为防止喷溅增大，采用高枪位、低真空度和小底搅工艺；脱碳中期：随脱碳反应进行逐步提高真空度；脱碳后期：C扩散为限制环节，降低吹氧速度，增大底搅强度；临近终点停止送氧，吹氩搅拌利用真空氧脱碳；还原精炼：加还原剂和CaO、CaF2熔剂将脱碳精炼期氧化到1%Cr还原并脱除钢中硫；SS-VODSS-VOD（强搅VOD)是由川崎钢铁公司在传统VOD工艺基础上在底部增设多个多孔塞，对熔池进行强烈搅拌，加速高铬钢水的脱碳、脱氮和脱氢，能生产极低碳氮不锈钢。第一阶段脱碳[C]：由0.80%降到0.015%脱氮（90min）吹氩量1000~1200NL/min吹氧量1000~1400NL/min[N]：250ppm降到35ppm温度1630~1720oC炉渣成分(Cr2O3)18%，(SiO2)30%，(MgO)30%第二阶段脱碳（90min）吹氩量1200NL/min真空度0.5torr[C]：150ppm降到<20ppm温度1600~1720oC最终精炼添加合金、调整温度Cr、Si、Al等钢包成分：C15ppm，N50ppm，Si0.25%，Cr26%，Mo1.30%RH-KTBRH-KTB是川崎钢铁公司在传统RH基础上通过增设顶吹氧枪开发出的不锈钢深脱碳技术。K-BOP+RHK-BOP+RH-KTB出钢碳0.01%0.12%FeSiBase减少8.1kg/tonCaOBase减少33.7kg/ton氩气Base减少8.9Nm3/ton吹炼时间Base缩短13.5min生产率100123提高不锈钢洁净度铝脱O2不锈钢中夹杂物的组成

MgO·Al2O3尖晶石夹杂4/3(Al2O3)+Mg=(MgO·Al2O3)+2/3Al改进夹杂物组成的对策采用低碱度渣控制钢中Als含量不锈钢精炼效果的比较各种不锈钢精炼工艺的产量比例变化不同冶炼工艺生产不锈钢的消耗指标不同冶炼工艺下不锈钢中碳氧含量不同工艺冶炼的AISI304钢的气体含量[T.O]/10-6[C]/%≤60≤60≤15≤100.010.0050.0030.003AODVODRH-KTB达到水平精炼条件达到水平精炼条件达到水平精炼条件C<100ppm用氩强烈搅拌<10ppm铁素体不锈钢精炼时间160min(强搅）<20ppm铁素体不锈钢精炼时间30min,大流量搅拌N<100ppm确保脱碳量[C]>1%<30ppm确保脱碳量[C]>1%<25ppm减少吸嘴漏气S<10ppm用铝还原，采用循环渣法<10ppm采用特素氧枪用铝燃烧补偿温度<5ppm采用真空喷粉脱硫O<30ppm铝脱氧<30ppm铝脱氧<30ppm铝脱氧,吹氩时间>10minP<100ppm用Li2CO3系熔剂脱磷<100ppm用CaC2脱磷<100ppm铁水”三脱”精炼工艺对不锈钢洁净度的影响钢中夹杂物控制夹杂物对不锈钢表面质量影响“气孔+Al2O3”造成的表面缺陷Al2O3夹杂造成的表面缺陷形成机理夹杂物往往会造成钢板的表面缺陷，对于超低碳薄钢板的表面质量尤为严重。表面夹杂的特征：宽度小于3mm，长的可达数m；分为“黑线”和“亮线”两种；严重时可造成钢板表面开裂。形成机理：（1）连铸弯液面发达，形成钩状物，造成大型夹杂物在弯液面下10mm内富集。（2）夹杂物含有保护渣成份，且与微气泡并存（3）夹杂物尺寸多数为50~100m。不锈钢中夹杂物控制NK-PERM处理后夹杂物分布的变化情况ko和搅拌能量的关系0.50不锈钢通常采用铝脱氧工艺，生成的脱氧夹杂物大多为细小的MgO·Al2O3夹杂，精炼过程中钢水氧含量的变化可以表示为：RH处理钢水中夹杂物的形貌和成份渣中FeO+MnO含量和脱氧速度常数k间的关系夹杂物的控制措施：（1）优化RH处理模式，降低脱氧前钢水氧含量；（2）降低渣中FeO+MnO含量；（3）提高熔池搅拌能，促进Al2O3夹杂聚合上浮（4）强化钢水脱氢，利用析出的微小氢气泡携带细小夹杂物上浮（NK-PERM法）。钢中大型夹杂物的来源—神户制钢调研LF处理后夹杂物中CaO和SrO的浓度关系试验条件钢中钙系夹杂物的来源LF处理前后夹杂物组成变化

大型夹杂物特别是含CaO的复合夹杂（CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-MgO等）对钢材疲劳性能影响极大，因此需要调查大型夹杂物的起源。大型夹杂物的起源：初级脱氧产物碰撞聚合结晶器卷渣

LF精炼过程中形成试验结果：（1）LF处理前轴承钢中的夹杂物主要是细小的脱氧产物Al2O3夹杂，含有微量的CaO和MgO；精炼后Al2O3夹杂向MgO-Al2O3系和CaO-Al2O3-MgO系复合夹杂转变。（2）随着LF处理后夹杂物中CaO含量增加示踪剂SrO含量升高，说明含CaO的大型复合夹杂主要来源于LF精炼过程中。（3）LF处理后钢中细小的夹杂以Al2O3为主，含微量SrO；大型复合夹杂随CaO的增加SrO含量升高。（4）调查结论：钢中大型CaO系复合夹杂70%来源于LF精炼渣，30%来源于其它方面。试验条件：采用250t铁水“三脱”预处理炉-脱碳转炉-LF-RH工艺流程。LF冶炼前加入SrCO3示踪剂，控制加入量为渣中SrCO38%，精炼条件如表。钢中大型夹杂物的生成机理（1）LF精炼中由于底吹气体搅拌作用将含有CaO-Al2O3-SiO2-MgO的炉渣液滴卷入钢水内。（2）在渣钢界面铝还原渣中CaO和MgO生成MgO·Al2O3镁铝尖晶石和CaO夹杂，部分纯Ca熔入钢水。（3）钢液中铝脱氧反应生成的细小Al2O3夹杂与钢中纯Ca反应生成Ca-Al系夹杂。（4）Ca-Al系夹杂在钢液中与Al2O3夹杂和MgO·Al2O3夹杂碰撞聚合并还原夹杂物中的MgO，生成大颗粒nCaO·mAl2O3大型复合夹杂。（5）卷入钢液中的渣滴界面发生脱硫反应：生成CaS和Al2O3夹杂钢液中含CaO系大型复合夹杂的生成机理如下图所示。界面处的镁铝尖晶石夹杂镁铝尖晶石的理论成份为Al2O371.7%，MgO28.3%；实际分析结果Al2O370.5%，MgO28.1%，说明渣钢界面反应趋于平衡。LF精炼中脱硫与脱氧反应LF精炼中T.O、夹杂物密度(个/mm2)和渣中FeO+MnO+Cr2O3含量变化LF精炼过程中同时发生脱硫和脱氧反应：LF精炼渣成份LF精炼中(S)/[S]的变化LF精炼中S和Al的变化关系当LF精炼15min时，钢中T.O、夹杂物和渣中氧含量均达到最低点，脱硫反应开始进行。随着脱硫反应的持续，渣钢间硫的分配比逐步提高。在LF15min至结束的时间内，钢渣中的氧含量略有升高并基本保持不变。分析LF精炼过程中钢中硫和铝的变化发现基本符合反应(4)式的物质平衡关系：即脱硫0.002%增加0.001%的钢水氧含量，生成0.0021%的Al2O3。结论:

（1）LF精炼过程中同时发生脱氧和脱硫反应。（2）脱氧结束后脱硫反应开始，随反应进行渣钢间硫分配比升高。（3）精炼脱硫过程中铝含量降低，Al/S接近0.56的理论值。（4）随精炼脱硫反应的进行，钢中氧含量上升，Al2O3含量增加，与炉渣反应形成nCaO·mAl2O3系大型复合夹杂。

上述研究结果证明：LF精炼脱硫是造成钢中CaO系大型复合夹杂的主要原因。为什么国内夹杂物控制效果不佳?LF精炼后钙处理后国内控制钢中夹杂物采用的工艺与国外基本相同，但为什么夹杂物控制始终不能满足高品质钢的质量要求？其原因是：转炉冶炼严重过氧化，造成钢水氧含量大幅升高；大量加入脱氧剂，形成大量夹杂物；大量夹杂物难以全部去除，致使钙处理前的氧含量过高，难以保证钙处理的效果，无法实现夹杂物变性处理。解决措施：关键是改变目前夹杂物单纯依靠后处理的控制策略，采用全流程控氧工艺实现超低氧冶炼，具体措施如下：（1）采用铁水“三脱”预处理工艺，实现高碳脱磷。（2）采用转炉高碳出钢工艺，降低转炉终点钢水氧含量(aO≤35010-6)。（3）采用挡渣出钢、炉渣改质和沸腾出钢工艺，控制下渣量≤3kg/t，渣中FeO+MnO≤5%。（4）开发RH平衡脱碳工艺，控制加铝前aO≤20010-6。（5）严格控制脱氧剂加入量和钢水成份，实现对夹杂物成份和形态的有效控制。钢水过氧化控制目标：低氧钢冶炼控制终点[C]≥0.08%，aO≤35010-6;

中碳钢控制终点[C]≥0.2%，aO≤20010-6;

高碳钢控制终点[C]≥0.6%，aO≤10010-6;核心技术：高碳脱磷，避免钢渣过氧化；高碳出钢，严格控制终点钢水氧活度；优化复吹工艺，促进渣钢反应平衡；优化终点吹炼工艺，减小供氧量，采用氧氩混吹工艺，避免低碳钢水过氧化；

精确控制终点碳、温，提高命中率。CP=4.2103·（Q/W）（L/L0）-0.4-0.33ICO=CP[%C]=4.2103·（Q/W）（L/L0）-0.4-0.33[%C]-1吹炼工艺对氧含量的影响吹炼工艺对临界碳含量的影响吹炼工艺对炉渣氧化性影响ICO=CP[%C]=4.2103·（Q/W）（L/L0）-0.4-0.33[%C]-1真空碳氧反应远离平衡国内钢厂RH碳氧平衡控制水平RH精炼工艺优化Q和k对脱碳速度的影响目前国内多数钢厂已配备RH精炼设备，仍存在以下工艺问题：（1）碳氧反应远离平衡，造成脱碳后钢水氧含量高。（2）RH吹氧工艺往往造成钢水过氧化。（3）尚未开展提高界面反应速度的工艺研究。（4）RH去除夹杂物能力较低。提高界面反应速度的工艺方法：提高循环流量和传质速率，加快脱碳速度；优化吹氩和喷粉工艺，提高界面反应速度；改变RH内的流场，扩大界面反应面积；严格控制RH处理前碳氧含量；提高真空碳脱氧反应平衡能力，降低加铝前氧活度。碳对k的影响搅拌能对ko的影响0.50氧化物夹杂难以全部去除软吹时间对Al2O3夹杂物形态变化的影响钢水脱氧产生的大量氧化物夹杂采用软吹工艺难以全部去除：当软吹时间≤15min时，钢中仍存在大量大型簇状和树枝状Al2O3夹杂物；当软吹时间从15min延长到20min时，基本可消除大型簇状和树枝状Al2O3夹杂物，形成较为细小的块状和聚合状Al2O3夹杂物。当软吹时间从20min延长到50min时，夹杂物去除效果不明显，全部转变为30ｍ以下的块状和聚合状Al2O3夹杂物。

钢中Al2O3未能完全去除，不仅会影响钢材质量，而且造成水口堵塞。钙处理效果不佳钙处理前后钢中夹杂物变化钙处理前钙处理后国内多年的生产实践已经证明：钙处理工艺可以有效进行夹杂物变性，提高钢水流动性，有利于解决水口堵塞问题。但在国内长期以来钙处理未能得到应有效果，主要表现为：（1）钙处理后钢中夹杂物仍以铝为主，中心为Al-Mg系夹杂，外围为Al-Ca系夹杂，说明变性不充分。（2）钙处理后夹杂物中钙含量偏高，即使形成7Al2O312CaO液态夹杂也难以完全上浮，形成大量条串状夹杂。（3）钙处理前钢中夹杂物以Al2O3夹杂为主，钙处理后夹杂物向CaO-CaS系转移，但夹杂物数量增多。夹杂物变性效果不佳%CaOMnOSiO2Al2O3K2O宽度(m)神户14.350.719160.3武钢19.94.350.714.410.72神户武钢Ca/S对硫化物夹杂形态的影响%PSAlTiT.ON和歌山0.0140.00790.0330.00080.00040.0029马钢0.0160.00170.0330.00660.00060.0027通过夹杂物变性处理可以有效减小夹杂物危害，改善钢板力学性能，对高品质中厚板生产意义重大。

（1）氧化物夹杂变性处理：通过超低氧钢冶炼，严格控制钢中氧化物夹杂数量，形成以Al2O3为核心外裹MnS的可变形夹杂。

（2）夹杂物塑性化处理：严格控制夹杂物中Al2O3和CaO含量，形成硅锰系塑性夹杂，多用于帘