夾雜物分類,來源和降低鋼中夾雜物含量的技術(shù)措施

1、夾雜物分類、來源和降低鋼中夾雜物含量的技術(shù)措施冶093 孫蘇皖 099014200摘要：非金屬夾雜物降低了鋼的塑性、韌性和疲勞壽命，使鋼的 冷熱加工性能乃至某些物理性能變壞，對鋼的強(qiáng)度、延伸性、韌 性、切削性、抗腐蝕性能、表面光潔度、焊接性能等各方面的性 能有著直接的影響。夾雜物對鋼的性能影響的具體程度決定于一 系列因素，比如夾雜物的數(shù)量、顆粒大小、形態(tài)及分布等。關(guān)鍵詞:擋渣出鋼;中間包污染；二次氧化；結(jié)晶器液面波動一.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：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

2、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。內(nèi)生夾雜物：在冶煉、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(原生夾雜)：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時(shí)生成的夾雜物;三次夾雜(再生夾雜)：凝固過程中生成的夾

3、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)定狀態(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。按化學(xué)成分分類，一般分三類。氧化物：如FeO, Si02 , A12O3等，有時(shí)它們各自獨(dú)立存在，有時(shí)形成尖品 石(如MnO.A120

4、3)或固溶體(如FeO和MnO)。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)。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：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。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SiO240-60%的鐵、錳硅酸鹽。球狀(或點(diǎn)狀)不變形：屬于這類的有Si02及SiO2 7

5、0%的硅酸鹽。4.按尺寸大小分類，可分三類：大型：尺寸100微米。中型：也叫顯微型，尺寸1-100微米。小型：也叫超顯微型，尺寸10M m)，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. 3 M m)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 降夾雜物對延伸性的影響通常夾雜物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 夾雜物多為硫化物。夾雜物對韌性的影響隨硫化物夾雜數(shù)量

6、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。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.A12O3、Cr2O3、MnO A12O3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MnO-SiO2-A12O3系和CaO-SiO2-A12O3系中某些成分范圍內(nèi)的夾雜物卻能提高鋼材的切削性。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。夾雜物對抗腐蝕性能的

7、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。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。夾雜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。三.夾雜物的來源按鋼的冶煉流程，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

8、的爐渣不能充分上浮，也造成鋼水的 污染。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)品器，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。鋼水二次氧化鋼水由大包到中蜘包應(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

9、進(jìn)入結(jié)品器凝入坯殼。.5 .河北理工大學(xué)碩士學(xué)位論 文精煉爐吹氬時(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 動使表面渣層裹入鋼水，污染鋼水。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)品器。中間包不干凈，雜物及耐火材料碎塊也污染鋼水。結(jié)晶器液面波動如果中間包塞棒開閉和拉速調(diào)整是由人工控制，結(jié)品器有時(shí)液面波動較大， 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)常變化以改變水口渣線的位 置，都加劇了

10、結(jié)品器液面的波動，保護(hù)渣被鋼流沖至水口到側(cè)弧板1/2的位置 聚集，并被鋼流卷入鋼水中，而結(jié)品器面上下波動最易造成鑄坯彎月面處初生坯 殼皮下裹渣。四.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。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：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；提高轉(zhuǎn)爐終渣MgO含量和堿度，減少下渣；采取出鋼擋渣、扒渣和爐渣變性；轉(zhuǎn)爐出鋼過程中渣沈脫硫，降低鋼水硫含量，抑制硫化物央雜危害；利用

11、渣洗過程中液態(tài)高堿度脫硫熔渣與鋼水重度差，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)鋼中夾雜物交性。精煉過程及中間包內(nèi)的夾雜物控制精煉過程可采取的控制措施包括，真空吹氬攪拌去除夾雜物，加入粉劑進(jìn)一 步去除鋼中的雜質(zhì)元素，鋼液中夾雜物的變性，造合適的精煉渣去除夾雜物。中 問包可采取的控制措施包括：保證足夠的停留時(shí)間，使夾雜物充分上??；采用長水口氬封保護(hù)澆注，減少來源于氣體的污染；優(yōu)化中間包鋼液流場，促進(jìn)夾雜物上浮，并可使用過濾器強(qiáng)制吸附夾雜物;用磁旋轉(zhuǎn)離心器，所有比重小的夾雜物和氣體受到離心力的作用脫離表面 并上浮；使

12、用高堿度覆蓋劑吸收夾雜物，造還原性中間包渣，使用堿性耐火材料， 降低侵蝕。結(jié)晶器內(nèi)的夾雜物控制結(jié)品器內(nèi)鋼液流動狀況、拉坯速度、夾雜物粒徑、夾雜物停留時(shí)問、水口張 角等因素都會對夾雜物的去除率產(chǎn)生影響，夾雜物上浮速度隨著粒徑的增大而增 大，隨著夾雜物密度的增大而減小。拉速太大會使液面鋼渣卷混現(xiàn)象嚴(yán)重，鋼液 流速加大，使夾雜物上浮去除的凡率減小，因此要確定合適的拉速；增大侵入式 水口的插入深度可以避免卷渣的產(chǎn)生下傾水口張角較小時(shí)容易產(chǎn)生鋼渣卷混現(xiàn) 象，下傾水口張角越大，會使鋼液中的夾雜物在結(jié)品器內(nèi)停留的時(shí)間越短，去除 率也增大。結(jié)論：鋼中非金屬夾雜物含量雖然少，但對鋼的性能影響極大， 所以必須對它進(jìn)行定性和定量的檢