鋼夾雜物危害及應(yīng)對措施

1、鋼夾雜物危害及應(yīng)對措施一、前言 鋼鐵業(yè)是幾乎所有重工業(yè)的基礎(chǔ)與支柱，在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性不言而喻。鋼鐵材料是人類社會最主要使用的結(jié)構(gòu)材料，也是產(chǎn)量最大應(yīng)用最廣泛的功能材料，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。鋼鐵材料是人類社會的基礎(chǔ)材料，是社會文明的標(biāo)志。從紀(jì)元年代前后，世界主要文明地區(qū)陸續(xù)進(jìn)入鐵器時(shí)代以后，鋼鐵材料在人類生產(chǎn)、生活、戰(zhàn)爭中起到了舉足輕重的作用。一直到今天，鋼鐵材料的這種作用不但沒有減弱，而是在不斷增強(qiáng)。房屋建筑、交通運(yùn)輸、能源生產(chǎn)、機(jī)器制造等都是立足于鋼鐵材料的應(yīng)用基礎(chǔ)之上；鋼鐵材料是諸多工業(yè)領(lǐng)域中的必選材料，既是許多領(lǐng)域不可替代的結(jié)構(gòu)材料，也是產(chǎn)量最大覆蓋而極廣的功能材料。鋼

2、鐵工業(yè)長期以來是世界各國國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位，鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平如何歷來是一個(gè)國家綜合國力的重要指標(biāo)。 潔凈鋼是一個(gè)相對概念，一般認(rèn)為：潔凈鋼指鋼中五大雜質(zhì)元素(S 、 P 、H 、N 、O) 含量較低,且對夾雜物(主要指氧化物和硫化物) 進(jìn)行嚴(yán)格控制的鋼種, 主要包括： 鋼中總氧含量低， 夾雜物數(shù)量少、尺寸小、分布均勻，脆性夾雜物少及其合適的夾雜物形態(tài)。鋼的純凈化技術(shù)是生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量產(chǎn)品的基礎(chǔ)，代表鋼鐵冶金企業(yè)的技術(shù)裝備水平。20 世紀(jì)80 年代以來，鋼的潔凈度不斷提高。日本2000年批量生產(chǎn)的潔凈鋼中，有害元素(P、S、N、O、H) 總量可達(dá)0.005 %，中國

3、寶鋼可達(dá)0.008 %,國內(nèi)外鋼廠生產(chǎn)潔凈鋼水平見表1表1 國內(nèi)外一些鋼廠生產(chǎn)的潔凈鋼水平單位: 10 - 6 隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對鋼的質(zhì)量要求越來越高，鋼中夾雜物（主要是氧化物夾雜）嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量，隨著潔凈鋼和純凈鋼概念的提出，更是對鋼中夾雜物的控制提出苛刻的要求。鋼中夾雜物能降低鋼的塑性，韌性和疲勞壽命，使鋼的加工性能變壞，對鋼材表面光潔度和焊接性能有直接影響。鋼中的夾雜物對于鋼材性能影響很大例如鋼中夾雜物可導(dǎo)致汽車和電氣產(chǎn)品用薄鋼板的表面缺陷、DI罐用薄鋼板裂紋、管線鋼氫致裂紋、輪胎子午線加工過程斷線、軸承鋼疲勞性能惡化，同時(shí)鋼中非金屬夾雜物對于鋼板抗撕裂性能和低溫沖擊

4、韌性也有不利影響。隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，對鋼的性能及其化學(xué)成分、組織均勻性的要求越來越高。鋼鐵產(chǎn)品將按著鋼液潔凈度高、成分控制精度高和產(chǎn)品性能穩(wěn)定性能高的方向發(fā)展，其中潔凈度鋼的生產(chǎn)是2l世紀(jì)鋼鐵企業(yè)面臨的重大課題。二、鋼中夾雜物的分類分類方法很多，但常見的有以下四種：1按來源分類，可分為兩類： (1)外來夾雜物：耐火材料、熔渣或兩者的反應(yīng)產(chǎn)物混入鋼中并殘留在鋼中的顆粒夾雜稱為外來夾雜。包括從爐襯或包襯、或從湯道磚、中包絕熱板、保護(hù) 渣進(jìn)入鋼水中的夾雜物（有人還將鋼水二次氧化生成的夾雜物包括在內(nèi)）。這 類夾雜顆粒較大，易于上浮，但在鋼中，它們的出現(xiàn)帶著偶然性且不規(guī)則。 (2)內(nèi)生夾雜物：在冶

5、煉、澆注和凝固過程中，鋼液、固體鋼內(nèi)進(jìn)行著各種化學(xué)反應(yīng)，對于在冶煉過程中所形成的化合物、脫氧時(shí)產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物、或在鋼水凝固過程產(chǎn)生的化合物，當(dāng)這些化合物來不及從鋼水中徹底排出而殘存在鋼中者，叫做內(nèi)在的非金屬夾雜物。內(nèi)生夾雜物形成的時(shí)間可分為四個(gè)階段： 一次夾雜：鋼液脫氧反應(yīng)時(shí)生成的脫氧產(chǎn)物； 二次夾雜：在出鋼和澆注過程中溫度下降平衡移動(dòng)時(shí)生成的夾雜物； 三次夾雜：凝固過程中生成的夾雜； 四次夾雜：固態(tài)相變時(shí)因溶解度變化生成的夾雜。 一般說來外來夾雜物顆粒較大，在鋼中比較集中，而內(nèi)生夾雜物則與此相反。從組成來看，內(nèi)生夾雜物可以是簡單組成，也可以是復(fù)雜組成；可以是單相的，也可以是多相的。在鑄坯凝固

6、以及隨后的冷卻過程中，夾雜物不僅與鋼基體保持平衡，而且夾雜物本身也不斷發(fā)生改變，例如析出新的化合物以趨于穩(wěn)態(tài)。在軋制或熱處理時(shí)，每次加熱都為夾雜物和鋼基體之間趨向平衡提供了條件，在室溫下所觀察到的夾雜物實(shí)際上是經(jīng)過了一系列復(fù)雜變化的結(jié)果。 2按化學(xué)成分分類，一般分三類。 (1)氧化物：如FeO、Si02、Al2O3等，有時(shí)它們各自獨(dú)立存在，有時(shí)形成尖晶石(如MnO，Al203）或固溶體 (如FeO 和MnO)。 (2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe、Mn) S的固溶體。當(dāng)加Al過多時(shí)可能以A12S3的形態(tài)出現(xiàn)。 (3)氮化物：如TiN、ZrN 等 3按夾雜物的變形性能分類當(dāng)鋼進(jìn)行熱加工時(shí)，例

7、如：軋制時(shí)，夾雜物此時(shí)是否也變形，它對鋼的性能有明顯的影響。為此，把夾雜物分為三類： (1)脆性：這類夾雜物完全沒有塑性，在熱加工時(shí)，尺寸和形狀都沒有變化，屬于這一類的主要是A1203、Cr203等，它們屬于高熔點(diǎn)的夾雜物。 (2)塑性：鋼在加工變形時(shí)，夾雜物也能隨之變形，形成條狀，屬于這類的有硫化物以及含SiO2 40-60的鐵、錳硅酸鹽。 (3)球狀（或點(diǎn)狀）不變形：屬于這類的有Si02 及SiO2 70的硅酸鹽。 4按尺寸大小分類，可分三類： (1)大型：尺寸 100m。 (2)中型：也叫顯微型，尺寸1-100m。(3)小型：也叫超顯微型，尺寸100m。三、夾雜物的來源鋼的冶煉、澆注及凝

8、固結(jié)晶是一個(gè)復(fù)雜的物理一化學(xué)過程。內(nèi)生夾雜是鋼在液態(tài)及凝固過程中，由于復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而生成的各種化合物，當(dāng)鋼液凝固時(shí)，它們來不及上浮而嵌入鋼中；或者是高溫下溶解在鋼中的非金屬物質(zhì)，當(dāng)鋼液溫度降低時(shí)，這些非金屬物質(zhì)在鋼中的溶解度降低而從鋼中析出，以夾雜物的形式存在于鋼中。如液態(tài)鐵在1540 時(shí)，可溶解1.26的硫，在固態(tài)下，硫幾乎不溶于鐵，結(jié)果當(dāng)鐵凝固時(shí)，就以硫化鐵夾雜物的形式出現(xiàn)。又如液態(tài)鐵在l 520 時(shí)，可溶解0.16 的氧，常溫下氧在鐵中的固溶度僅為0.035 ，超過此固溶度的氧也是以各種氧化物夾雜的形式存在于鋼中。一般煉鋼生產(chǎn)多以錳鐵、硅鐵及鋁等金屬作為脫氧劑。它們與氧結(jié)合生成的氧化物

9、不能上浮至鋼渣除去，即成為鋼中的非金屬夾雜物。此外，還有氨，它在鐵中的溶解度極小，在590 時(shí)僅約為0.1 ，常溫時(shí)僅0.00001左右、一般很少考慮它的影響，但在冶煉不銹鋼時(shí)，由于鋼中的合金元素鈦、鉻、鈮與氮的親合力很大，加之鋼液可自大氣中吸收大量的氮，因此使鋼中出現(xiàn)氫化物夾雜。所以，鋼中的內(nèi)在夾雜物，一方面是由于氣體造成的，另一方面，也可以說是脫氧去氣反應(yīng)的產(chǎn)物。外來的非金屬夾雜物，主要是冶煉及澆注操作時(shí)的疏忽，混鋼中的鋼渣，或者是由于耐火材料質(zhì)量不高，由爐襯、出鋼槽、盛鋼桶及澆注系統(tǒng)中剝落而混入鋼中，當(dāng)鋼液凝固時(shí)，它們未能浮出而存在于鋼中。通常情況下，嚴(yán)格地區(qū)分內(nèi)在的與外來的這兩類非金屬

10、夾雜物是比較困難的。一般地講，內(nèi)在夾雜物多比較細(xì)小，不容易控制；外來夾雜物多比較粗大，在很大程度上取決于一些偶然因素，通過加強(qiáng)操作等可予以避免。鋼中非金屬夾雜物的存在，破壞了金屬的連續(xù)性，降低鋼的機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能及工藝性能塑性夾雜物過高，會引起鋼的熱脆性。鋼中較多的非金屬夾雜物，淬火時(shí)會引起應(yīng)力集中而形成裂紋，降低疲勞強(qiáng)度，甚至使工件直接報(bào)廢；夾雜物的存在，會使零件在腐蝕介質(zhì)中在夾雜物處引起腐蝕。 按鋼的冶煉流程，在以下各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能引起鑄坯產(chǎn)生夾雜物：1.轉(zhuǎn)爐出鋼下渣擋渣出鋼效果相對較差，出鋼時(shí)帶入鋼包中的爐渣較多，再加上使用過的鋼包有的不太干凈，出鋼時(shí)很多剩渣夾裹在鋼水中，污

11、染了鋼水。有的爐次吹氣精煉不好，直接澆注，脫氧產(chǎn)物及鋼水中懸浮的爐渣不能充分上浮，也造成鋼水的污染。2.鋼包、中間包包襯侵蝕物 在生產(chǎn)過程中如果鋼包包襯侵蝕物進(jìn)入鋼水，尤其是LF精煉爐升溫時(shí)對鋼包上部打結(jié)料的侵蝕嚴(yán)重，會造成包襯侵蝕污染鋼水。大量的中間包填充料（粘土磚粉）和絕熱板殘塊進(jìn)入鋼水也會造成污染，而被中間包填充料污染的鋼水極易通過浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器，所形成的夾雜物的尺寸也是最大的，對鋼板性能的破壞亦最明顯。另外，澆注后期涂料侵蝕透后，中間包打結(jié)料侵蝕進(jìn)入鋼水也造成污染。3.鋼水二次氧化 鋼水由大包到中間包應(yīng)采用全程密封保護(hù)，但在實(shí)際使用中，上部鋼流往往暴露與空氣中造成二次氧化。還有澆

12、注過程中用氧氣燒高壓保護(hù)箱內(nèi)壁上的鋼瘤等時(shí)形成的氧化物極易進(jìn)入結(jié)晶器凝入坯殼。精煉爐吹氬時(shí)，如果片面追求快速降溫或縮短精煉時(shí)間，會使氬氣壓力過高，使大包液面翻動(dòng)過大，一方面造成鋼水面裸露二次氧化，另一方面，液面過度翻動(dòng)使表面渣層裹入鋼水，污染鋼水。4.中間包污染 澆注過程中，上下爐鋼水連接時(shí)，往往由于生產(chǎn)組織或其它方面的原因，造成連接不好，下爐鋼水不能及時(shí)再澆，中間包液面過低，上層的渣子隨水口渦旋進(jìn)入結(jié)晶器。中間包不干凈，雜物及耐火材料碎塊也污染鋼水。5.結(jié)晶器液面波動(dòng) 如果中間包塞棒開閉和拉速調(diào)整是由人工控制，結(jié)晶器有時(shí)液面波動(dòng)較大，并且前一時(shí)期浸入式水口側(cè)孔角度偏小，插入深度經(jīng)常變化以改變

13、水口渣線的位置，都加劇了結(jié)晶器液面的波動(dòng)，保護(hù)渣被鋼流沖至水口到側(cè)弧板二分之一的位置聚集，并被鋼流卷入鋼水中，而結(jié)晶器面上下波動(dòng)最易造成鑄坯彎月面處初生坯殼皮下裹渣。四、夾雜物對鋼質(zhì)量和性能的影響鋼的性能主要取決于鋼的化學(xué)成分和組織。鋼中夾雜物主要以非金屬化合物形態(tài)存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成鋼的組織不均勻，而且它們的幾何形狀、化學(xué)成分、物理因素等不僅使鋼的冷熱加工性能和某些理化指標(biāo)惡化，而且還會降低鋼的機(jī)械性能和疲勞性能。使鋼的冷熱加工性能乃至某些物理性能變壞。通過研究鋼中夾雜物的行為，采用相關(guān)技術(shù)防止鋼中夾雜物的進(jìn)一步形成和減少鋼液中已存在的夾雜物，對生產(chǎn)高純凈度的鋼乃至于提高鋼

14、的性能具有十分重要的意義。金屬材料受力斷裂的過程分三個(gè)階段：一是裂紋萌生，二是裂紋擴(kuò)展，三是斷裂。鋼中大量夾雜物的存在，一方面剖裂了金屬基體，減少了鋼受力的有效橫截面積，另一方面又提供了大量的裂紋源，使鋼在較小的載荷作用下，便以某個(gè)夾雜為裂紋源產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)這個(gè)應(yīng)力增大到某一數(shù)值時(shí)，隨即就在裂紋源處萌生裂紋。萌生的裂紋一旦出現(xiàn)，應(yīng)力松動(dòng)效應(yīng)便同時(shí)產(chǎn)生，因此在繼續(xù)增加載荷時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力不再增加，而被裂紋的擴(kuò)展所松動(dòng)。推動(dòng)裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力大小由夾雜物的數(shù)量多少、尺寸大小、分布狀態(tài)及其與應(yīng)力的位相關(guān)系等因素決定。它有時(shí)小于 ，則屈服點(diǎn)消失；有時(shí)它大于 物理屈服現(xiàn)象雖然清晰可見，但往往引起鋼材過早疲

15、勞斷裂，造成強(qiáng)度極限低廢。夾雜物對鋼的性能影響的具體程度決定于一系列因素。在考慮鋼中夾雜物對鋼的性能影響的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)注意夾雜物的數(shù)量、顆粒大小、形態(tài)及分布，不同夾雜物與鋼基體的連接能力的大小，夾雜物的塑性和彈性系數(shù)的大小，以及熱膨脹系數(shù)、熔點(diǎn)、硬度等幾何、化學(xué)和物理學(xué)方面的因素。1.夾雜物對強(qiáng)度的影響當(dāng)夾雜物顆粒比較大（10m），特別是夾雜物含量較低時(shí)。明顯降低鋼的屈服強(qiáng)度，且同時(shí)降低鋼的抗拉強(qiáng)度；當(dāng)夾雜物顆粒小到一定尺寸（0.3m）時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都將提高。當(dāng)鋼中彌散的小顆粒的夾雜物數(shù)量增加時(shí)。鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都有所提高，但延伸率有很小的下降2.夾雜物對延伸性的影響通常夾雜物

16、對鋼材的縱向延伸性的影響不大，而對橫向延伸性的影響很顯著。橫向斷面收縮率隨夾雜物總量和帶狀?yuàn)A雜物數(shù)量的增加而顯著降低，而帶狀?yuàn)A雜物多為硫化物。3.夾雜物對韌性的影響隨硫化物夾雜數(shù)量和長度的增加，鋼材的縱向、橫向沖擊韌性、斷裂韌性都明顯下降。由于圓柱坯中夾雜物在截面上的分布極為不均，且硫化物夾雜多為帶狀，因此夾雜物明顯降低了管坯的韌性。4.夾雜物對切削性能的影響球狀的硫化物夾雜能顯著提高鋼材的切削性能，且硫化物顆粒愈大，鋼材切削性愈好。Al2O3、Cr2O3、MnO、Al2O3和鈣鋁酸鹽類氧化物夾雜在很大程度上降低了鋼材的切削性，但MnOSiO2Al2O3系和CaO-SiO2-Al2O3系中某些

17、成分范圍內(nèi)的夾雜物卻能提高鋼材的切削性。5.夾雜物對疲勞性能的影響夾雜物都使鋼材的抗疲勞性能下降，脆性夾雜比塑性夾雜的影響更大，外來大型氧化物夾雜更明顯。6.夾雜物對抗腐蝕性能的影響硫化物和硫化物復(fù)合的某些氧化物夾雜物是鋼材造成腐蝕的根源，復(fù)合夾雜物的影響更大，而單獨(dú)的氧化物夾雜不會造成點(diǎn)蝕現(xiàn)象。7.夾雜物對表面光潔度的影響 夾雜物都使鋼的表面光潔度下降，氧化物夾雜是最主要的，鋼的表面光潔度隨夾雜物數(shù)量的增加而下降，夾雜物的本性影響不是很大。MgOAl2O3 夾雜物熔點(diǎn)較高、硬度大屬于D 類點(diǎn)狀不變形夾雜物，這類夾雜物容易沉積在浸入式水口內(nèi)部造成水口堵塞，還會造成鋼鐵產(chǎn)品的表面缺陷 。8.夾雜

18、物對焊接性能的影響硫化物夾雜和大型氧化物夾雜都使鋼材的焊接性能下降。此外還有Al2O3夾雜此類夾雜物為鋼中內(nèi)生夾雜物。在鎮(zhèn)靜鋼中，采用有Al脫氧工藝即用Fe-Al或Al脫氧時(shí)，Al2O3是常見氧化物夾雜中對鋼質(zhì)影響最大的一類,它屬于脆性不變形夾雜物，與基體的熱變形能力差異較大,在熱加工的應(yīng)力作用下，大塊的Al2O3等脆性夾雜，經(jīng)變形破碎成具有尖銳菱角的夾雜，并成鏈狀分布在基體中，這些堅(jiān)硬的形狀不規(guī)則Al2O3夾雜能將基體劃傷，并在夾雜物周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中場直至在交界面處形成空隙或裂紋。在中高碳鋼，尤其在重軌鋼中，Al2O3夾雜在周期應(yīng)力的作用下，會成為疲勞源，最終因疲勞裂紋的擴(kuò)展造成大塊金屬脫落

19、的“掉塊”導(dǎo)致鋼的斷裂。根據(jù)國內(nèi)客車運(yùn)行和制動(dòng)條件，應(yīng)用斷裂力學(xué)理論計(jì)算表明，當(dāng)Al2O3夾雜大于26m時(shí)，也可使之成為疲勞裂紋源，因此，在重軌的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對非金屬夾雜物Al2O3要求特別嚴(yán)，即“B類夾雜不大于1級”。硅酸鹽及鈣的鋁酸鹽夾雜此類夾雜物成分復(fù)雜，它的產(chǎn)生受鋼液脫氧工藝、鋼水條件及澆注系統(tǒng)中耐火材料使用情況等的影響，有內(nèi)生的,也有外來的，還有內(nèi)外共同作用的。在軋制過程中，這些夾雜物保持原來的球點(diǎn)狀。特別是硅酸鹽夾雜，它在鋼的凝固過程中，由于冷卻速度較快,某些液態(tài)硅酸鹽來不及結(jié)晶，其全部或部分以過冷液體即玻璃態(tài)的形式存在于鋼中,在8001300內(nèi)，塑性依其組成不同變化很快。在低碳鋼

20、特別是沸騰鋼中，此類夾雜物(通常為外來夾雜)會使盤條塑、韌性降低，或引起帶鋼分層等。五、降低夾雜物含量的措施 控制鋼中非金屬夾雜的途徑，一是減少冶煉及澆注工藝操作過程中夾雜的產(chǎn)生和外來夾雜對鋼水的污染，二是設(shè)法排除已存在于鋼水中的夾雜物或減輕夾雜物對鋼的危害。1.轉(zhuǎn)爐冶煉中夾雜物的控制 為了減少生成夾雜物，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，采取合理的冶煉制度，這些措施包括：（1）減少補(bǔ)吹并盡量減少下渣量，以降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)的氧含量；（2）提高轉(zhuǎn)爐終渣MgO含量和堿度，減少下渣；（3）采取出鋼擋渣、扒渣和爐渣變性；（4）轉(zhuǎn)爐出鋼過程中渣洗脫硫，降低鋼水硫含量，抑制硫化物央雜危害；利用渣洗過程中液態(tài)高堿度脫硫熔渣與鋼水

21、重度差，促使熔渣在與鋼水充分接觸的同時(shí)，從鋼水內(nèi)部不同層面上不斷上浮析出形成脫氧及脫硫產(chǎn)物，為后續(xù)鋼水的鈣處理創(chuàng)造條件，促進(jìn)鋼中夾雜物變性。渣洗通過控制爐渣成分處理鋼液，是最早出現(xiàn)的二次精煉方法。由于精煉渣可以吸附夾雜物，為了保證渣洗的效果，一般要進(jìn)行攪拌。渣洗通常與其它工藝操作配合使用。電渣重熔是在渣洗基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。在電渣重熔過程中，自耗電極的端部熔化的金屬匯集成液滴，分散細(xì)小的熔滴穿過渣層并最終進(jìn)人金屬熔池，使金屬液與熔渣的接觸界面顯著增加。而且，電極端頭溫度高達(dá)1800，原有的固態(tài)夾雜一般均能變成液態(tài)，更容易被渣吸附。經(jīng)電渣重熔的GCr15巧鋼軸承的壽命是電爐鋼軸承的3.3

22、5倍。2.精煉過程中的夾雜物控制（1）氣體攪拌A.鋼包吹氫吹氫攪拌是鋼包爐重要的精煉手段之一，鋼中夾雜物被氣泡俘獲去除的效率決定于吹人鋼液中氣泡數(shù)量和氣泡尺寸。鋼包底吹氫用透氣磚平均孔徑一般為24mm，在常用的吹氫流量范圍產(chǎn)生的氣泡直徑為1020mm。而有效去除夾雜物的最佳氣泡直徑為215mm，并且氣泡在上浮過程會迅速膨脹。因此，底吹氫產(chǎn)生的氣泡捕獲小顆粒夾雜物概率很小，對細(xì)小夾雜物去除效果不理想。在鋼包底吹氫過程中，過強(qiáng)的攪拌功會導(dǎo)致鋼水的二次氧化及卷渣。為了去除鋼中的細(xì)小夾雜物顆粒，必須鋼液中制造直徑更小的氣泡。將氫氣引人到足夠湍流強(qiáng)度的鋼液中，依靠湍流波動(dòng)速度梯度產(chǎn)生的剪切力將氣泡擊碎，

23、可將大氣泡擊碎成小氣泡。鋼包與中間包之間的長水口具有高的湍流強(qiáng)度，在此區(qū)域鋼水流速達(dá)到l3m/s。在長水口吹氫水模型研究表明困，可獲得0.51mm的細(xì)小氣泡。細(xì)小的氣泡捕獲夾雜物的概率很高。這種方法可顯著提高氫氣泡去除夾雜物的效率。B.中間包氣幕擋墻通過埋設(shè)于中間包底部的透氣管或透氣梁向鋼液中吹人的氣泡，與流經(jīng)此處的鋼液中的夾雜物顆粒相互碰撞聚合吸附，同時(shí)也增加了夾雜物的垂直向上運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到凈化鋼液的目的。德國NMSG公司的應(yīng)用結(jié)果表明，與不吹氣相比，50200m大尺寸夾雜物全部去除，小尺寸夾雜物的去除效率增加50%。為了獲取細(xì)小氣泡，新日鐵研制了一種旋轉(zhuǎn)噴嘴，借助耐火材料制的旋轉(zhuǎn)葉輪，使吹

24、人中間包的氣泡分裂成微細(xì)氣泡，與傳統(tǒng)的中間包設(shè)置擋墻法相比，小于50m的夾雜明顯減少。本溪鋼廠中間包底吹氫試驗(yàn)證實(shí)：底吹氫形成的氣幕擋墻對夾雜物去除效果明顯，同不吹氫相比，鑄坯中夾雜物數(shù)量下降50%，而且未觀察到3050m的夾雜物。C. 加壓減壓法加壓減壓法(NKPERM)是日本鋼管公司開發(fā)的精煉法，采用頂吹噴槍和包底透氣磚吹氮和氫強(qiáng)制性的溶解在鋼水中，使鋼中的氮或氫增到 (150400) 10-6，然后在RH真空循環(huán)脫氣裝置中脫氣去夾雜。鋼中過飽和的氮或氫在迅速減壓過程中析出，形成微小氣泡促使夾雜物上浮。與傳統(tǒng)的鋼包吹氫相比，鋼中夾雜物平均尺寸明顯減小，且直徑在10m以上的夾雜顆粒全部去除。

25、(2)電磁凈化A.鋼包電磁攪拌瑞典ASEA公司與SKF公司，于1965年建成了第1座采用電磁感應(yīng)攪拌的鋼包精煉爐ASEA-SKF。用此方法生產(chǎn)鋼的總氧量可小于2010-6，夾雜物顯著減少。國內(nèi)冶金工作者在對90t LFVD鋼包精煉電磁攪拌的試驗(yàn)表明，電磁攪拌在降低尺寸在20m以下的非金屬夾雜物與吹氨攪拌相比有顯著的優(yōu)越性，非金屬夾雜物不論顆粒大小，都能以較快速度從鋼液中排除。此外，電磁攪拌能量分布均勻，流場基本無死角。一般來說，電磁攪拌比氣體攪拌更容易準(zhǔn)確掌握，和氣體攪拌相比，對鋼渣界面的攪動(dòng)強(qiáng)度還不夠大。電磁攪拌使鋼液的流動(dòng)比較穩(wěn)定、均衡，避免鋼水流速過大導(dǎo)致的卷渣。但電磁攪拌不能提供促使夾

26、雜物上浮的氣泡。B.中間包離心分離利用夾雜物與鋼液的密度差，可以用離心場中分離夾雜物。在旋轉(zhuǎn)的鋼液中，由于夾雜物密度比鋼液小，夾雜物會向心運(yùn)動(dòng)，在鋼液中心聚集長大、上浮。鋼液的旋轉(zhuǎn)可以通過旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生。20世紀(jì)90年代，日本在中間包中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磁場離心分離夾雜物的試驗(yàn)，離心流動(dòng)中間包分為圓筒形旋轉(zhuǎn)室和矩形室，鋼水由鋼包長水口進(jìn)人旋轉(zhuǎn)室，在旋轉(zhuǎn)區(qū)受電磁力驅(qū)動(dòng)進(jìn)行離心流動(dòng)，然后從旋轉(zhuǎn)區(qū)底部出口進(jìn)入矩形室進(jìn)行澆鑄。離心攪拌后全氧由(2040) 10-6降到(815) 10-6，夾雜物總量約減少一半C.結(jié)晶器電磁制動(dòng)電磁制動(dòng)是利用向上的電磁力阻止從浸人式水口流出的鋼液并改變其方向，借此減小鋼液的穿透深度

27、，促使夾雜物上浮分離，同時(shí)，抑制彎月面的波動(dòng)，防止卷渣。20世紀(jì)80年代，瑞典ASEA公司與日本川崎公司聯(lián)合開發(fā)的板坯結(jié)晶器電磁制動(dòng)技術(shù)，取得較好效果。90年代，成功開發(fā)出兩段電磁制動(dòng)技術(shù)，上段用于抑制彎月面的波動(dòng)，下段用于制動(dòng)高速流股。近年來又開發(fā)出了全幅三段電磁制動(dòng)技術(shù)，將下段磁場用于二次制動(dòng)，日本川崎鋼鐵公司在采用電磁制動(dòng)后，即使在2.5m/min以上高速連鑄時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)的保護(hù)渣也不會卷人鋼液中。國內(nèi)梅鋼2號連鑄機(jī)采用全幅兩段電磁制動(dòng)技術(shù)，使用效果表明：采用電磁制動(dòng)，結(jié)晶器液面波動(dòng)幅度降低，鑄坯夾雜物數(shù)量較少且尺寸小于20 m。（3）過濾器過濾器主要通過機(jī)械攔截、表面吸附的作用去除夾雜物

28、。夾雜物的去除率與過濾器的材質(zhì)、過濾器孔徑和鋼水流速有關(guān)。美國SELEE鋼鐵公司研制的過濾器應(yīng)用在中間包上，夾雜物去除效率提高40%80%。日本千葉廠研制的陶瓷狹孔過濾器，在最佳情況下能全部去除大于20m的夾雜。國內(nèi)對鋼水過濾器進(jìn)行的研究也取得了較好的效果。寶鋼在中間包上使用CaO質(zhì)過濾器，采用有向上傾斜角度的小孔，以增加渣吸附夾雜的機(jī)會，使用后發(fā)現(xiàn)對去除夾雜物中A1203、Si02作用顯著，可使中間包第3、第4流鋼水TO分別降低25%和10%。目前，過濾器的制作工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，過濾器的比表面積有限，難以滿足鋼水連續(xù)過濾的要求，也僅限應(yīng)用于高純凈度高價(jià)位鋼材的生產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)用其它措施盡

29、可能多去除一些夾雜，剩余的難去除的小型夾雜，再通過過濾器去除。隨著過濾器越來越多的應(yīng)用于生產(chǎn)，為鋼鐵工業(yè)提供優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)、長壽的過濾器成為今后的研究重點(diǎn)。上述幾種去除夾雜物技術(shù)的冶金功能比較見表2表2不同夾雜物去除技術(shù)的冶金功能比較注： 強(qiáng) 一般 弱（4） 鈣處理工藝：鈣對夾雜物控制的變性機(jī)理： Ca 是一種很好的鋼液凈化劑，它不僅可以深脫氧，還可以深脫硫，在鋼液脫氧后，O已很低的情況下，Ca直接脫氧反應(yīng)成為次要過程，此時(shí)它主要與鋼中A1203發(fā)生反應(yīng)：X C a+ 3 Y A1203=3X (CaO) (3 YX ) A1203 +2 X A1鈣在這些A1203夾雜順粒中擴(kuò)散，使鈣連續(xù)的進(jìn)人鋁

30、的位里，置換出的鋁進(jìn)人鋼液，隨著Ca的擴(kuò)散，使從氏夾雜表面CaO含量升高，當(dāng)CaO 25%時(shí)，鈣鋁酸鹽呈液態(tài)，這種含CaO量高的液態(tài)鈣鋁酸鹽夾雜物大部分浮出鋼液，進(jìn)人渣層，少部分未漂浮的夾雜順粒也以較小呈球狀殘留于鋼中，這樣，不僅解決了脫氧問題，而且減少了鋼中A1203夾雜，同時(shí)，還可使鋼坯的組織顯微結(jié)構(gòu)趨于均勻，并可改善鋼水流動(dòng)性，減少澆注過程水口堵塞等問題。夾雜 物變性處理工藝是：在鋼液正常脫氧后，用噴粉或喂線的方法往鋼中加人堿土金屬，以改變夾雜物的組成，改善氧化物、硫化物等在鋼中的存在形態(tài)。目前國內(nèi)包鋼所用的Ca處理工藝為：重軌鋼：無Al脫氧工藝 +LFVD精煉 +SiCa粒壓渣;其他 鋼：正常A1脫氧工藝 +LF/VD精煉后喂SiCa線。另外 ， 在 鈣合金中含Ba時(shí)，可大大提高Ca的變性效果，且含Ba量越高，變性效果越理想。綜上所述,可采取的控制措施(l)采用氣體攪拌時(shí)，設(shè)法向鋼液吹人數(shù)量更多，尺寸更小的氣泡，能有效減少夾雜物的數(shù)量，減小夾雜物的尺寸。加強(qiáng)鋼渣界面的攪動(dòng)，促進(jìn)夾雜物分離，有利于提高電磁凈化和渣