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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的选择性氧化平衡点
2、为C0.035，也就是说终点C 0.035时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。理 论 分 析1）终点C-O关系 1) 当终点C0.04%时钢水的终点氧含量较高 2) 当终点C在0.020.04范围时，有些炉次钢水氧波动在平衡曲线附近（区域）有些炉次钢水氧含量则远离平衡曲线（区域 ），说明在该区域钢水过氧化严重。 2） 温度对氧含量的影响在终点C = 0.0250.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。16201680之间，氧含量总体水平较低，平均为702ppm，该范
3、围的炉次共占总炉次的30%左右；出钢温度大于1680时，终点钢水氧含量有明显的升高趋势，平均为972ppm，占总炉次的70%左右。3） 终渣氧化性对终点氧的影响渣中（FeO+MnO）增加，终点O有增加趋势； 终点C0.04，渣中（FeO+MnO）增加且波动较大，说明此时吹氧脱碳是比较困难的，而铁则被大量氧化。 图1-30 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
4、晶器内凝固时铸坯易产生皮下气孔。图2钢中AlS与O溶关系人们预测2000年后生产超洁净钢，钢中TO要达到5ppm水平，TOO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），MnOSiO2（液体），Mn
5、OFeO（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）。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
6、%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
7、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；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
8、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，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
