1、钢中夹杂物控制原理 钢中氧的存在形式TO=O溶+O夹（1）转炉吹炼终点：O夹=0，TOO溶2001000ppmO溶决定于：l 钢中C，转炉吹炼终点钢中C与 aO 关系如图 l 渣中(FeO) ；l 钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄CFe 的选择性氧化平衡点根据式 C + O = CO (1) lg (Pco/ac* %O)= 1149/T2.002以及反应 Fe + O = （FeO） (2) lg aFeo/%O = 6317/T 2.739得到反应 （FeO）+ C = Fe + CO (3) lg (Pco/ac* aFeo)= 5170/T+4.736结论 钢液中 C-Fe 的选择性氧
2、化平衡点为C0.035，也就是说终点C 0 TO=O夹AlK 钢：AlS=0.02-0.05，O 溶=4-8ppm （图 2）如在连铸坯中测定 TO=20ppm，说明除O溶外，氧化物夹杂O夹为 1218ppm ，说明钢中很干净。Si-K 钢：用 Si、Mn 脱氧平衡O 溶含量如图 3。仅用 Si、Mn 脱氧钢中O 溶为 4060ppm，在结晶器内凝固时铸坯易产生皮下气孔。图 2 钢中AlS 与O溶关系y = 25.054x-0.9996020040060080010001200140016000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1终 点 碳 含 量 （ %）终点氧含量（ppm）终
3、点 0乘 幂 (平 衡 O)y = 25x-1400600800100012001400160018000.02 0.03 0.04 0.05转 炉 终 点 碳 含 量 （ %）转炉终点氧含量（ppm）终 点 0乘 幂 (平 衡 O)人们预测 2000 年后生产超洁净钢，钢中 TO要达到 5ppm 水平，TO O溶O夹杂解决途径：生产“零夹杂物” 钢：O夹杂0，即钢中夹杂物完全去除；进一步降低O 溶对于 Al-K 钢，炉外精炼改变 Al-O 热力学平衡， Al2O3 溶于渣中可使熔渣中Al2O3 活度达到 0.001，与AlS 相平衡的O溶0.01）a)用 Si+Mn 脱氧如图 4 所示：形成
4、的脱氧产物有：纯 SiO2（固体） ；MnOSiO2(液体)；MnOFeO(固溶体) 。 图 4 FeO-MnO-SiO2 三元相图硅镇静钢用 SiMn 脱氧，形成的脱氧产物一般有纯 SiO2（固体） ，MnO SiO2（液体） ，MnOFeO（固溶体） 。Mn/Si 低时形成 SiO2 夹杂会导致水口堵塞；Mn/Si 高时生成典型的液态MnOSiO2，夹杂物容易上浮。因此因调整钢成分，保持 Mn/Si2.5。但与 Mn、Si 平衡的O溶较高，当钢水浇入结晶器时会产生皮下针孔，同时MnOSiO2 会污染钢水。为此在 LF 精炼采用白渣操作 Ar 搅拌，钢渣精炼扩散脱氧即能把钢水中O溶降到25
5、） 。其中锰铝榴石区域夹杂物熔点低，球形易上浮；可塑性及变形性好且不堵水口；脱氧良好不生成气孔。夹杂物中 Al2O3 含量控制当其中 Al2O3 超过 25%时，Al2O3 将析出；若 Al2O3 含量低于 10%，SiO2 将析出，两者均为不变形相。 为了控制 Al2O3 含量以形成 20%的 Al2O3 锰铝榴石夹杂物，必须与渣系中的Al2O3 联系起来，通过调整渣的组成防止渣中 Al2O3 过高导致锰铝榴石中 Al2O3 析出来平衡钢水中的夹杂物成分。最有效的方法是采用 Ca（CaO 粉剂）及钙硅石处理，不仅可以控制夹杂物中Al2O3 含量而且可将锰铝榴石夹杂转变为热轧时可变形的非晶体假
6、硅石灰。在钢中 Si0.2，Mn0.4，温度为 1550条件下，要把夹杂物成分控制在相图中的阴影区，则必须钢中AlS=0.006%（图 6） ，若钢中Als0.006%, 则钢中O20ppm，生成锰铝榴石而无 Al2O3 析出，钢水可浇性好，不堵水口，铸坯又不产生皮下气孔。图 5 MnO-SiO2- Al2O3 相图 图 6 钢中Al与O关系3）用过剩铝脱氧对于低碳细晶粒钢，要求钢中酸溶铝不低于 0.01；对于低碳铝镇静钢，为改善薄板深冲性能，要求钢中酸溶铝为 0.020.05；为此要求用过剩铝脱氧，其脱氧产物全部为 Al2O3 Al2O3 熔点高（2050 ）,钢水中呈固态；可浇性差，堵水口
7、；Al2O3 可塑性差，不变形，影响钢材性能。为此采用钙处理来改变 Al2O3 形态图 4 纯铁脱氧期间形成的枝晶状和点簇状 Al2O3 夹杂（左图）和珊瑚状 Al2O3 夹杂（右图）图 5 低碳钢 Al 脱氧期间的点簇状 Al2O3图 6 低碳铝镇静钢脱氧过程中形成的 Al2O3 夹杂（左：花盘型 Al2O3；右：小多面体颗粒的聚集） 点簇状氧化铝夹杂来自脱氧或二次氧化，如图 5 所示，为铝脱氧钢中的典型存在形式。由于具有较高的界面能，氧化铝夹杂容易通过碰撞、聚集形成三维点簇状。点簇状夹杂内每个单体直径约为 15 微米。在与其他颗粒碰撞、分离或聚集之前，这些单体可能是花盘型或多面体型夹杂物，
8、如图 6所示。簇状 Al2O3 夹杂物的形貌 块状 Al2O3 夹杂物的形貌 钙处理（喂 Si-Ca 线或 Ca 线，改变 Al2O3 形态） ；Als 较低，钙处理生成低熔点 2CaOAl2O3SiO2（图 7） ；Als 较高，钙处理保持合适 Ca/Al 比，最好能形成 12CaO7 Al2O3(图 8 和 9)。对于 Al-K 钢，钙处理后：解决了可浇性，不堵水口；夹杂物易上浮去除。改变夹杂物形态，改善钢性能就夹杂物传输到钢/渣界面而言，它决定于：夹杂物尺寸：夹杂物的形核，长大速率。形核约 15nm，在炼钢条件下很快长大到 15m；液体流动，搅拌，夹杂物碰撞、聚合，尺寸 5200m；夹杂
9、物性质：液态或固态；夹杂物上浮：静止溶池还是搅拌溶池。共焦扫描激光显微镜观察到的钢水表面 Al2O3 夹杂物形成点簇状的过程 夹杂物聚集借助于表面张力，固态夹杂物的聚集能够出现在任何界面上，包括在耐火材料表面上和气泡表面上。Al2O3 与钢水的接触角较大（ 134146） ，促使这类夹杂物为减少与钢液的接触而自发的粘附在耐火材料上。1530C 的高温可以使得 Al2O3 出现烧结相。较大的接触角和较大的夹杂物尺寸有利于夹杂物聚集（图 18） 。由于碰撞与集聚，随着时间和温度的增加，夹杂物趋向长大。 就渣相吸附夹杂而言 钢/渣界面能: 夹杂物溶于渣相。液体夹杂完全溶解于渣相，而固体夹杂在渣中是有
10、限溶解，决定于渣成分、温度和渣量。2)防止浇注过程钢水再污染，它决定于： 钢水二次氧化； 钢水与环境（渣、包衬、水口）相互作用； 渣相乳化（紊流、涡流） ； 非稳定态浇注。连铸坯中夹杂物来源1)内生夹杂物：主要是脱氧产物，其特点是： O溶 ，脱氧产物增加； 夹杂物尺寸细小20m； 在钢包精炼搅拌，大部分 85夹杂物上浮； 一般来说，对产品质量不构成大的危害； 钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀（5m） 。在连铸坯中常见的内生夹杂（endogenesis-inclusions）:铝镇静钢（Al-K）: Al 2O3硅镇静钢（Si-K）：硅酸锰（MnOSiO 2）或 MnOSiO2 Al2O3钙处理 Al-K 钢： 铝酸钙钛处理 Al-K 钢： Al 2O3，TiO 2，TiN镁处理 Al-K 钢： 铝酸镁所有钢： MnS（凝固时形成，以氧化物夹杂形核）钢水冷却和凝固过程中产生的沉淀析出夹杂物在冷却期间，液态钢水中溶解氧、氮、硫的浓度变大，同时这些元素的溶解度减小。这样造成氧化铝、硅、氮化铝和硫化物的沉淀析出。凝固过程中硫化物在枝晶间析出，亦经常以钢水中已存在的氧化物为核心析出。这类夹杂物通常较小（10m） 。
