純凈鋼及二次精煉碩士第1頁/共114頁2前言純凈鋼或潔凈鋼概論爐外精煉發(fā)展過程鋼中夾雜物控制原理連鑄坯中夾雜物來源與分布潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策第2頁/共114頁3一、前言

近二十年來國際鋼鐵界認(rèn)為最成功的兩個生產(chǎn)流程是：

1）從礦石開始的高爐冶煉→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐吹煉→二次精煉→連鑄→連軋長流程；

2）從廢鋼為原料的電爐熔煉→二次精煉→連鑄→連軋短流程。第3頁/共114頁4轉(zhuǎn)爐僅起到鐵水脫碳和提溫的作用；電爐操作也只有熔化期，主要完成廢鋼熔化及鋼水提溫的要求。

結(jié)果：有了二次精煉，使鋼的純凈度不斷提高,滿足連鑄要求;更重要的是容易與連鑄-連軋匹配。

通過二次精煉，轉(zhuǎn)爐和電爐失去了原有煉鋼功能：第4頁/共114頁5二、純凈鋼和潔凈鋼概論純凈鋼的由來

1962年,英國鋼鐵協(xié)會首先以純凈鋼為主題舉行了學(xué)術(shù)會議。純凈鋼的提出，一方面反映了人們始終沒有放棄過提高鋼質(zhì)量的奮斗；同時也是市場競爭的結(jié)果。第5頁/共114頁6純凈鋼的由來[H]、[P]、[O]、[S]1）[H]產(chǎn)生白點(diǎn)，真空冶金技術(shù)可解決；

2）[P]一般鋼種要求小于0.035%；

3）[O]以溶解和化合物的形式存在，形成復(fù)雜的氧化物，對鋼質(zhì)量影響大；

4）[S]與[O]一樣，最終也是硫化物的形式存在。第6頁/共114頁7鋼是合金基體與非金屬夾雜物構(gòu)成的復(fù)合材料。第7頁/共114頁8純凈鋼的由來[N]1）作合金用，提高鋼的強(qiáng)度，起碳的作用，如低合金高強(qiáng)度鋼和鐵素體合金鋼；２）對其它鋼種，又提出了超低氮的純度要求。第8頁/共114頁9純凈鋼的由來痕量殘余元素（Pb、As、Sb、Bi、Cu、Sn）特點(diǎn)：１）含量少，小于0.01%，一般不檢測；２）一般的氧化和還原不能排除去；３）作為廢鋼返回利用，不斷富積，從而影響鋼質(zhì)量。第9頁/共114頁10純凈鋼的由來［C］

鋼是鐵－碳合金；但［C］在不銹鋼是有害元素；在汽車用的IF鋼和電工鋼中也是有害元素。第10頁/共114頁11純凈鋼和潔凈鋼概念

關(guān)于純凈鋼(puritysteel)或潔凈鋼(cleansteel)的概念,目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的定義,但一般都認(rèn)為潔凈鋼是指對鋼中非金屬夾雜物(主要是氧化物、硫化物)進(jìn)行嚴(yán)格控制的鋼種,這主要包括:鋼中總氧含量低,非金屬夾雜物數(shù)量少、尺寸小、分布均勻、脆性夾雜物少以及合適的夾雜物形狀。只有那些尺寸大于“臨界值”的夾雜物才起重要作用，凡是只存在尺寸小于臨界值的夾雜物的鋼，就認(rèn)為是潔凈鋼。而純凈鋼則是指除對鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行嚴(yán)格控制以外,鋼中其它雜質(zhì)元素含量也少的鋼種，如銅、砷、鉛、鋅、銻等。第11頁/共114頁12純凈鋼（puritysteel）S+P+N+O+H總合水平：60年代900ppm70年代800ppm80年代600ppm90年代100ppm2000年

50ppm第12頁/共114頁13純凈鋼（puritysteel）高純凈鋼對煉鋼工藝要求：（1）去除雜質(zhì)元素超低[C]：如汽車板；超低[S]：如輸氣管線；超低[N]：如鐵素體不銹鋼管，冷鍛線棒材；超低[P]：如高壓容器鋼板。（2）去除夾雜物超低[O]：如滾珠鋼，汽車板；形態(tài)控制：如拉拔鋼絲，管線鋼。（3）成分控制化學(xué)成分控制在窄的范圍，性能均一性。第13頁/共114頁14滾珠軸承鋼的純凈度要求接觸疲勞破壞特征:表面凹坑,，“麻點(diǎn)”；非金屬夾雜物對接觸疲勞的破壞作用：

軸承鋼當(dāng)[O]從30PPm降到15PPm時，其疲勞壽命提高5倍；降到10PPm時，提高15倍；而降到5PPm時，提高30倍；3）其他影響因素：粗大的碳化物和雜質(zhì)元素，如TiN、Cu、[H]、[P]等。第14頁/共114頁15

非金屬夾雜物的平均線膨脹系數(shù)（α）夾雜物α×106×℃-1夾雜物α×106×℃-1TiN9.4（0～700)MgO·Al2O38.4（0～700)MnS18.1（0～700)CaO·2Al2O35.0（0～850)Al2O38.0（0～700)CaS14.7（0～850)Cr2O37.9（0～700)3CaO·Al2O310.0（0～800)MnO14.1（0～700)12CaO·7Al2O37.6（0～800)MgO13.5（0～700)CaO·6Al2O38.8（0～800)CaO13.5（0～700)CaO·Al2O36.5（0～800)MnO·Al2O38.0（0～700)鉻軸承鋼12.5（0～850)第15頁/共114頁16從組成和結(jié)構(gòu)上,對非金屬夾雜物分類：

1）A類夾雜：簡單金屬氧化物及固溶體；

2）B類夾雜：尖晶石夾雜物（MO·R2O3）

M=Fe,Mn,Mg；R=Fe,Al,Cr

3）C類夾雜：硅酸鹽夾雜（鐵、鋁和復(fù)雜硅酸鹽）；

4）D類夾雜：鈣鋁酸鹽（球狀氧化物）夾雜。第16頁/共114頁17結(jié)構(gòu)鋼的純凈度要求

1）熱加工性：FeS→MnS，AlN等，晶界析出；

2）冷加工性：[P]、[S]、[O]和[N]等；

3）焊接性：硬度、韌性和塑性等變化；

4）易切削性：[S]、MnS、Bi、Pb等；

5）承載能力對鋼純凈度的要求：①強(qiáng)度；②韌性與脆性-斷裂抗力；③失效與老化；④各向異性；⑤疲勞抗力；

6）大鍛件對鋼純凈度的要求：成分、組織均勻；

7）薄板的可涂覆性能：薄板表面質(zhì)量。第17頁/共114頁18不銹鋼、耐熱鋼和耐蝕鋼的純凈度要求1）耐蝕性：[C]、[Cu]、[P]；2）熱強(qiáng)性：[Pb]、[Sb]、[S]；3）超純鐵素體不銹鋼：[O]、[N]對脆性；4）高氮鐵素體不銹鋼：[N]增加彌散強(qiáng)化效果。第18頁/共114頁19電工鋼的純凈度要求1）軟磁性能：①初始導(dǎo)磁率和最大導(dǎo)磁率；②鐵損??；③磁致收縮常數(shù)小。2）加工性能和脆性。第19頁/共114頁20純凈鋼（puritysteel）國內(nèi)外一些鋼廠生產(chǎn)純凈鋼水平如表1第20頁/共114頁21純凈鋼（puritysteel）2000年后雜質(zhì)元素含量預(yù)測水平如表2：

純凈鋼除S+P+N+H+O五大元素外，隨電爐短流程的發(fā)展，廢鋼用量的增加，還包Cu、Zn、Sn、Bi、Pb等伴生元素。第21頁/共114頁22

理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐都證明鋼材的純凈度越高，其性能越好,使用壽命也越長。鋼中雜質(zhì)含量降低到一定水平，鋼材的性能將發(fā)生質(zhì)變。

1）鋼中碳含量從40×10-6降低到20×10-6，深沖鋼的伸長率可增加7%；

2）軸承鋼當(dāng)[O]從30PPm降到15PPm時，其疲勞壽命提高5倍；降到10PPm時，提高15倍；而降到5PPm時，提高30倍；

3）熱軋帶鋼[%S]從0.02降到0.001,鋼的橫向沖擊值提高12～15倍。純凈鋼（puritysteel）第22頁/共114頁23需要指出的是對不同鋼種其中的雜質(zhì)元素的種類是不同的,如硫在一般鋼中都視為雜質(zhì)元素,但在易切削鋼中其為有益元素;IF鋼中氮是雜質(zhì)元素,但在不銹鋼中氮可以代替一部分鎳和其它貴重合金元素,其固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用可提高鋼的強(qiáng)度。第23頁/共114頁24潔凈鋼（cleansteel）

鋼中非金屬夾雜物總量、形態(tài)和尺寸。它決定于鋼種和產(chǎn)品用途。不同用途的產(chǎn)品對鋼中潔凈度要求表3。第24頁/共114頁25潔凈鋼（cleansteel）

鋼的潔凈度與產(chǎn)品制造和使用過程中所出現(xiàn)的眾多缺陷密切相關(guān)，一些廠家對某些高純度鋼發(fā)生缺陷所作的調(diào)查如表4所示，可以看出鋼中的夾雜物尤其是大顆粒夾雜物是引起產(chǎn)品缺陷的主要原因。第25頁/共114頁26潔凈鋼（cleansteel）

日本一向?qū)︿摬馁|(zhì)量有著嚴(yán)格的要求，最近日本夾雜物委員會提出的不同成品對鋼中夾雜物含量及尺寸的要求如表5所示。第26頁/共114頁27高附加值產(chǎn)品潔凈度：高附加值產(chǎn)品對潔凈度要求是：

T[O]要低<20ppm;

夾雜物數(shù)量要少；夾雜物尺寸要小<50μm；夾雜物形態(tài)要合適。第27頁/共114頁28由上述討論，可得出以下認(rèn)識：

純凈鋼或潔凈鋼是一個相對概念；某一夾雜含量降低到什么水平?jīng)Q定于鋼種和產(chǎn)品用途；有害元素的降低程度決定于裝備和工藝現(xiàn)代化水平；不管生產(chǎn)什么用途得鋼，總是要求鋼中夾雜物數(shù)量尺寸、形態(tài)得到控制。第28頁/共114頁29

三、爐外精煉技術(shù)的發(fā)展過程

二次精煉發(fā)展歷程；鋼包精煉；中間包冶金；鐵水預(yù)處理第29頁/共114頁30若干爐外精煉技術(shù)的問世和特點(diǎn)名稱開發(fā)年代開發(fā)者技術(shù)特點(diǎn)合成渣渣洗30年代法60%CaO-40%Al2O3液渣沖混SAB,CAB,CAS1974日鋼包加蓋（罩），吹A(chǔ)r，加合金CAS-OB1983日CAS基礎(chǔ)上的Al-O2反應(yīng)提溫VID50年代德、蘇鋼包（鋼流、出鋼）真空脫氣DH1956德提升式真空脫氣RH1959德循環(huán)式真空脫氣RH-OB1972日RH真空槽下部淹沒吹氧RH-KTB1988日RH真空槽內(nèi)頂吹氧VOD1965德真空下頂吹氧AOD1968美Ar-O2淹沒噴吹VAD1968美低壓下電弧加熱，吹A(chǔ)r，鋼包脫氣ASEA-SKF1965瑞典電磁攪拌，大氣下電弧加熱，鋼包脫氣LF1971日大氣下電弧加熱，底吹A(chǔ)r噴粉(TN,SL)70年代德、瑞典淹沒噴吹渣粉或合金粉喂線70年代法高速喂入包芯線（合金料）SRP1982日轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)-渣金逆流鐵水預(yù)處理ORP1986日帶浸漬罩的鐵水包為反應(yīng)器的預(yù)處理H爐日鐵水預(yù)處理專用的復(fù)吹轉(zhuǎn)爐二次精煉發(fā)展歷程第30頁/共114頁31

國內(nèi)爐外精煉比(不包括吹氬、喂線工藝)、連鑄比和吹氬喂線比增長趨勢圖第31頁/共114頁32鋼包精煉的分類和發(fā)展1）不含真空設(shè)施的簡易鋼包精煉技術(shù)（SAB、CAB、CAS-OB）特點(diǎn)：①均勻溫度；②成分均勻；③促進(jìn)夾雜物排除。第32頁/共114頁33鋼包精煉的分類和發(fā)展DH過程原理RH過程原理2）真空脫氣技術(shù)（DH、RH）第33頁/共114頁342）真空脫氣技術(shù)（DH、RH）①DH法特點(diǎn)：提升式真空脫氣處理，缺點(diǎn)是處理速率低。②RH法特點(diǎn)：循環(huán)式真空脫氣，鋼水以“穩(wěn)定”速度不斷流進(jìn)真空室，處理速率高。

因此，在1970年以后，RH發(fā)展顯著超過DH。第34頁/共114頁35鋼包精煉的分類和發(fā)展3）鋼包爐（VAD/VHDASEA-SKFLF）微調(diào)成分氬氣攪拌泡沫渣埋弧加熱白渣精煉去除有害元素去除夾雜穩(wěn)定生產(chǎn)第35頁/共114頁36鋼包精煉的分類和發(fā)展4）VOD和AOD（去碳保鉻）①脫碳；②脫碳對運(yùn)行成本的影響；③脫氮和去氫；④脫氧及非金屬夾雜物；⑤脫硫。第36頁/共114頁37鋼包精煉的分類和發(fā)展鋼包噴粉和喂絲（線）

1）噴粉特點(diǎn)：①噴渣粉強(qiáng)化脫硫、脫磷；②吹A(chǔ)r或噴渣粉清除非金屬夾雜物；③噴CaSi粉控制夾雜物類型；④噴合金粉提高金屬收得率，并進(jìn)行鋼水成分微調(diào)或脫氧。

2）喂絲：發(fā)展較噴粉晚，基本上包括了所有噴粉的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。第37頁/共114頁38噴粉與喂線技術(shù)比較項(xiàng)目噴粉喂線投資10～20倍基準(zhǔn)可加粉劑渣粉、合金粉合金粉元素收得率Ca：6～20%Ca:30%，Al:40～90%,取決于[%O]成本噴Al粉，較高喂Al線，較低噴CaSi粉，較低喂包芯線，較高鋼水?dāng)噭虞^強(qiáng)，液面有裸露眼較弱，液面不裸露溫降大（10℃以上）小突出作用強(qiáng)化脫硫、脫磷，控制夾雜物類型夾雜變性處理，成分微調(diào)適用領(lǐng)域鐵水預(yù)處理，鋼包精煉鋼包精煉，中間包冶金操作技術(shù)較難掌握，需要較高自動化易控制，所需自動化程度低第38頁/共114頁39中間包冶金中間包的新作用

1、鋼水凈化器

2、調(diào)溫容器中間包內(nèi)安裝合理的控流裝置的必要性

1、促進(jìn)夾雜物上浮、分離

2、均勻鋼水溫度第39頁/共114頁40停留時間分布（RTD）曲線無控流裝置有控流裝置第40頁/共114頁41位置LD終點(diǎn)吹A(chǔ)r后LF后RH后中間包結(jié)晶器鑄坯平均6733808665121415范圍550～920200～56037～13035～9610～1411～1614～16重軌鋼生產(chǎn)過程鋼水及鑄坯T[O]含量變化，PPm六流大方坯連鑄機(jī)第41頁/共114頁42爐號4#5#6#4#和5#溫差5#和6#溫差平均溫差306150149514921492302.4306151149214921489032062931482148414802420629414861490149343六流大方坯中間包內(nèi)各爐溫度測試結(jié)果/℃第42頁/共114頁43鐵水預(yù)處理[%Si][%P][%S]一般要求＜0.01500.010～0.0300.003～0.020特殊要求＜0.0100＜0.0050＜0.0020鐵水三脫目標(biāo)第43頁/共114頁44第一階段（1980年前）：脫硫。第二階段（’80～’95）：脫硫；脫硅；脫磷。第三階段（’95～現(xiàn)在）：脫硫；氧氣轉(zhuǎn)爐脫磷處理。減輕煉鋼負(fù)荷，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期；將“相互矛盾”的冶金反應(yīng)分別處理，提高反應(yīng)效率；減少渣量。鐵水預(yù)處理發(fā)展目的：第44頁/共114頁45脫硫劑：CaO-CaC2；Mg。[S]可以脫除至30ppm；鐵水脫硫比率：100％；問題：脫硫渣殘留。鐵水脫硫預(yù)處理KR法噴粉法第45頁/共114頁46第46頁/共114頁47第47頁/共114頁48第48頁/共114頁49第49頁/共114頁50第50頁/共114頁51第51頁/共114頁52第52頁/共114頁53第53頁/共114頁54第54頁/共114頁55第55頁/共114頁56第56頁/共114頁57第57頁/共114頁58第58頁/共114頁59第59頁/共114頁60第60頁/共114頁61第61頁/共114頁62第62頁/共114頁63第63頁/共114頁64第64頁/共114頁65第65頁/共114頁66四、鋼中夾雜物控制原理鋼中夾雜物評價：評價鋼中夾雜物方法：金相法；電解法；低倍和硫印法；總氧T[O]法。T[O]=[O]夾+[O]溶轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)：

[O]夾→0，T[O]→[O]溶=700-900ppm[O]溶決定于：鋼中[C]，轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼中[C]與a[O]關(guān)系；渣中（FeO）；鋼水溫度。第66頁/共114頁67鋼中夾雜物評價：鋼包脫氧合金化+精練后：

[O]溶=>0T[O]=[O]夾

對于Al—K鋼：

[Al]S=0.02-0.05%，[O]溶=4-8ppm，如在連鑄坯中測定T[O]=20ppm，則說明除[O]溶外，氧化物夾雜[O]夾為12-18ppm，這說明鋼中很干凈了。

對于Si—K鋼：用Si、Mn脫氧平衡[O]溶含量較高。僅用Si、Mn脫氧鋼中[O]溶為40-60ppm。在結(jié)晶器內(nèi)凝固時鑄坯易產(chǎn)生皮下氣孔。第67頁/共114頁68鋼中夾雜物評價：人們預(yù)測2000年后生產(chǎn)超潔凈鋼，鋼中[O]要達(dá)到5ppm水平，T[O]=[O]溶+[O]夾解決途徑：生產(chǎn)“零夾雜物”鋼；

[O]夾→0，即鋼中夾雜物完全去除；進(jìn)一步降低[O]溶對于Al—K鋼，爐外精煉改變Al—O熱力學(xué)平衡，Al2O3溶于渣中可使熔渣中Al2O3活度達(dá)到0.001，與[Al]S相平衡得[O]溶小于1ppm。對于Si—K鋼，爐外精煉控制爐渣組成，使SiO2溶于鋁酸鈣渣中，降低aSiO2，可使鋼中[O]溶降到與Al—K鋼水平。第68頁/共114頁69鋼中夾雜物控制原理

由以上分析可知，要降低鋼中T[O]，就是要減少鋼中夾雜物，降低[O]夾，降低[O]夾其方法是：（1）去除脫氧產(chǎn)物。它決定于：夾雜物形成；夾雜物傳輸?shù)戒?渣界面；渣相吸附夾雜物；方法：控制脫氧產(chǎn)物+爐外精煉+攪拌→T[O]=20-40ppm第69頁/共114頁70鋼中夾雜物控制原理就脫氧而言，分三種情況：1）用Si+Mn脫氧形成的脫氧產(chǎn)物有：純SiO2（固體）：

MnO?SiO2（液體）；

MnO?FeO（固溶體）?？刂坪线m的Mn/Si比，得到液相MnO?SiO2

容易上浮排除。但往往由于脫氧不良，鑄坯會產(chǎn)生皮下氣孔。第70頁/共114頁71第71頁/共114頁72鋼中夾雜物控制原理2）用Si+Mn+Al脫氧形成的脫氧產(chǎn)物可能有：薔薇輝石（2MnO?2Al2O3?

5SiO2）；硅鋁榴石（3MnO?Al2O3?

3SiO2）；純Al2O3（Al2O3>30%）。要把夾雜物成分控制在相圖中的陰影區(qū)，則必須鋼中[Al]S<=0.006%，鋼中[O]溶可達(dá)20ppm而無Al2O3沉淀，鋼水可澆性好，不堵水口，鑄坯不產(chǎn)生皮下氣孔。第72頁/共114頁73第73頁/共114頁74鋼中夾雜物控制原理3）用過剩鋁脫氧對于低C—Al鎮(zhèn)靜鋼，鋼中[Al]S=0.02-0.04%，則脫氧產(chǎn)物全部為Al2O3：

Al2O3熔點(diǎn)高，鋼水中呈固態(tài)；可澆性差，堵水口；可塑性差，不變形，影響鋼材性能；鈣處理（喂Si—Ca線或Ca線，改變Al2O3

形態(tài)）：

[Al]S較低鈣處理生成低熔點(diǎn)2CaO?Al2O3?

SiO2

；

[Al]S較高鈣處理保持合適Ca/Al比，最好能形成12CaO?7Al2O3對于Al-K鋼，鈣處理后：解決了可澆性，不堵水口；夾雜物易上浮除去。第74頁/共114頁75就夾雜物傳輸?shù)戒?渣界面而言，它決定于：夾雜物尺寸，夾雜物的形核，長大速度。形核約15nm(納米)在煉鋼條件下很快長大到1-5μm（微米）；液體流動，攪拌，夾雜物碰撞、聚合，尺寸5-200μm；夾雜物性質(zhì)：液態(tài)或固態(tài)；夾雜物上?。红o止熔池，還是攪拌熔池。對Al-K鋼，鋼水夾雜物上浮后，鋼中總氧T[O]可表示為：

T[O]=（[O]i-[O]e）exp[-Akefft/v]+[O]e

式中：[O]i：初始氧量；

[O]e：平衡氧量；

keff

：有效質(zhì)量傳質(zhì)系數(shù)；

A：熔池表面積；

V：熔池體積；

t：時間。第75頁/共114頁76就渣相吸附夾雜物而言，它決定于：鋼/渣界面能；夾雜物溶于渣相。液體夾雜完全溶解于渣相，而固體夾雜在渣中是有限溶解，決定于渣成分、溫度和渣量。第76頁/共114頁77防止?jié)沧⑦^程鋼水再污染，它決定于：

鋼水二次氧化；鋼水與環(huán)境（渣、包襯、水口）相互作用；渣相乳化（紊流、渦流）；非穩(wěn)定態(tài)澆注。第77頁/共114頁78澆注過程中，創(chuàng)造條件，使夾雜物一步上浮

中間包冶金技術(shù)；結(jié)晶器鋼水流動合理化；因此，應(yīng)根據(jù)鋼種和產(chǎn)品用途，把煉鋼—精煉—連鑄的操作處于嚴(yán)格控制之下才能生產(chǎn)潔凈鋼。第78頁/共114頁79五、連鑄坯夾雜物來源與分布產(chǎn)品缺陷形態(tài)當(dāng)鋼水澆入結(jié)晶器，最終凝固成連鑄坯后，在后續(xù)的熱加工過程中，鑄坯中夾雜物尺寸會給最終產(chǎn)品留下不同產(chǎn)品缺陷。如Al-K鋼連鑄坯軋成薄板坯后，鋼中夾雜物會帶來以下表面缺陷：微細(xì)裂紋（sliver）：是由Al2O3類脆性夾雜物造成的；表面起皮：由鑄坯表層存在CaO?SiO2?Al2O3等夾雜所致；表面鼓包：鑄坯表層下Ar氣泡+夾雜物結(jié)合在一起所致。第79頁/共114頁80結(jié)晶器卷渣成為冷軋鋼板主要表面缺陷第80頁/共114頁81冷軋鋼板典型表面缺陷第81頁/共114頁82連鑄坯夾雜物分布特征鑄坯厚度1/4處夾雜物集聚；鑄坯表層2-20mm夾雜物集聚:鑄坯表層夾雜物集聚是與結(jié)晶器卷渣有關(guān)。結(jié)晶器渣卷入凝固殼可能有以下機(jī)構(gòu)：水口周圍的渦流（B）水口周圍上升的氣泡（C）注流向上回流的剪切力（A）未熔融的保護(hù)渣鑄坯中偶然性夾雜物，如水口堵塞物，沖入液相穴而留在鑄坯中；鑄坯表層下Ar氣泡+Al2O3夾雜。第82頁/共114頁83梅鋼高速板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動、氣泡運(yùn)動和液渣層分布第83頁/共114頁84連鑄坯夾雜物分布特征

為防止水口堵塞，在伸入式水口吹入氬氣，當(dāng)注流沖擊液相穴深處，在上浮過程中氣泡會被內(nèi)弧側(cè)凝固捕捉。利用X衍射技術(shù)探查氣泡在鑄坯厚度方向上的分布。氣泡上浮過程中與夾雜物聚合。第84頁/共114頁85連鑄坯中夾雜物來源(1)內(nèi)生夾雜物：主要是脫氧產(chǎn)物，其特點(diǎn)是：

[O]溶升高，脫氧產(chǎn)物增加；夾雜物尺寸細(xì)小，小于20μm；在鋼包精煉攪拌，大部分85%夾雜物上?。灰话銇碚f，對產(chǎn)品質(zhì)量不構(gòu)成大的危害；鋼成分和溫度變化時有新的夾雜物沉淀（小于5μm）。在連鑄坯中常見的內(nèi)生夾雜（micro-inclusions）：鋁鎮(zhèn)靜鋼（Al-K）：Al2O3硅鎮(zhèn)靜鋼（Si-K）：硅酸錳（MnO?SiO2）或MnO?SiO2?

Al2O3鈣處理Al-K鋼：鋁酸鈣鈦處理Al-K鋼：Al2O3，TiO2，TiN鎂處理Al-K鋼：鋁酸鎂所有鋼：MnS（凝固時形成，以氧化物夾雜形核）第85頁/共114頁86連鑄坯中夾雜物來源（2）外來夾雜物：鋼水與環(huán)境（空氣、包襯、爐渣、水口等）二次氧化產(chǎn)物，其特點(diǎn)是：夾雜物粒徑大>50μm，甚至幾百μm；組成復(fù)雜；來源廣泛；偶然性分布；對產(chǎn)品性能危害最大。第86頁/共114頁87連鑄坯中夾雜物來源

連鑄過程中氧化物夾雜的來源圖第87頁/共114頁88六、潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策從煉鋼→精煉→連鑄生產(chǎn)潔凈鋼，主要控制對策是：（1）控制煉鋼爐下渣量擋渣法：（偏心爐底出鋼、氣動法、擋渣球）；扒渣法：目標(biāo)是鋼包渣層厚<50mm，下渣2Kg/t。第88頁/共114頁89潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策（2）鋼包渣氧化性控制出鋼渣中高（FeO+MnO）是渣子氧勢量度。（FeO+MnO）上升，板坯T[O]上升（FeO+MnO）上升，冷軋板卷缺陷增大渣成分控制方法：渣稀釋法：鋼包加石灰、螢石或鋁礬土造低熔點(diǎn)渣；渣還原改質(zhì)處理：出鋼時加CaO+Al粉，可把渣中FeO小于5%，鑄坯中有T[O]小于15ppm，冷軋板缺陷大大降低。第89頁/共114頁90潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策（3）鋼包精煉渣成分控制不管采用何種精煉方法（如RH、LF、VD），合理攪拌強(qiáng)度和合理精煉渣組成是獲得潔凈鋼水的基礎(chǔ)。合適的鋼包渣成分：

CaO/Al2O3=1.5～1.8，CaO/SiO2=8～13，（FeO+MnO）小于5%，高堿度，低熔點(diǎn)、低氧化鐵、富CaO鈣鋁酸鹽的精煉渣，能有效吸收大顆粒夾雜物，降低總氧。第90頁/共114頁91潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策

LF精煉渣成分如表7：第91頁/共114頁92潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策

合適攪拌強(qiáng)度

RH處理鋼中T[O]預(yù)測模型：式中：

[O]0—初始氧含量，ppm[O]t—RH處理t分鐘鋼中氧量，ppmD—RH浸入管直徑，mG—

鋼水循環(huán)量，t/minT—RH處理時間，minW—鋼包鋼水量，t第92頁/共114頁93潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策（4）保護(hù)澆注鋼水保護(hù)是防止鋼水再污染生產(chǎn)潔凈鋼重要操作。保護(hù)澆注好壞判斷指標(biāo)：

—[N]=[N]鋼包-[N]中包

—[Al]=[Al]鋼包-[Al]中包保護(hù)方法：

—中包密封充Ar

—鋼包→中間包長水口：[N]=1.5ppm甚至為零

—中間包→結(jié)晶器浸入式水口第93頁/共114頁94潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策（5）中間包控流裝置中間包不是簡單的過濾容器，而是一個冶金反應(yīng)容器，作為鋼水進(jìn)入結(jié)晶器之前進(jìn)一步凈化鋼水；中間包促進(jìn)夾雜物上浮方法：1）增加鋼水在中間包平均停留時間t：

t=w/（a×b×p×v）中間包向大容量、深溶池方向發(fā)展。2）改變鋼水在中間包流動路徑和方向，促進(jìn)夾雜物上浮。

—擋墻+壩（Weir+Dam）

—多孔擋墻（Baffle）

—阻流器（Turbostop）第94頁/共114頁951）無擋墻2）高、低擋墻板坯單流中間包第95頁/共114頁96六流大方坯中間包第96頁/共114頁97第97頁/共114頁98第98頁/共114頁99無控流裝置有控流裝置第99頁/共114頁100無控流裝置有控流裝置第100頁/共114頁101潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策中間包夾雜物不同去除機(jī)制的貢獻(xiàn)如表8所示：第101頁/共114頁102潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策（6）中間包覆蓋劑中間包是鋼水去除夾雜物理想場所。鋼水面上覆蓋劑要有效吸收夾雜物。

碳化稻殼；中性渣；（CaO/SiO2=0.9-1.0）堿性渣：（CaO+MgO/SiO2大于2）；雙層渣。

渣中（SiO2）增加，鋼水中T[O]增加。

生產(chǎn)潔凈鋼應(yīng)用堿性覆蓋劑。第102頁/共114頁103潔凈鋼生產(chǎn)的控制對策（7）堿性包襯鋼水與中間包長期接觸，鋼水與包襯的熱力學(xué)性能必須是穩(wěn)定的，這是生產(chǎn)潔凈鋼的一個重要條件。包襯材質(zhì)中SiO2增加，鑄坯中總氧T[O]是增加，因此生產(chǎn)潔凈鋼應(yīng)用堿性包襯。對低碳Al-K鋼，中間包襯用Mg-Ca質(zhì)涂料（Al2O3

→0），包襯反應(yīng)層中Al2O3可達(dá)21%，說明能有效吸附夾雜物。第103頁/共1