钢夹杂物危害及应对措施

一、前言

        钢铁业是几乎所有重工业的基础与支柱，在国民经济中的重要性不言而喻。钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。从纪元年代前后，世界主要文明地区陆续进入铁器时代以后，钢铁材料在人类生产、生活、战争中起到了举足轻重的作用。一直到今天，钢铁材料的这种作用不但没有减弱，而是在不断增强。房屋建筑、交通运输、能源生产、机器制造等都是立足于钢铁材料的应用基础之上；钢铁材料是诸多工业领域中的必选材料，既是许多领域不可替代的结构材料，也是产量最大覆盖而极广的功能材料。钢铁工业长期以来是世界各国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的地位，钢铁工业发展水平如何历来是一个国家综合国力的重要指标。

        洁净钢是一个相对概念，一般认为：洁净钢指钢中五大杂质元素(S 、 P 、H 、N 、O) 含量较低,且对夹杂物(主要指氧化物和硫化物) 进行严格控制的钢种, 主要包括： 钢中总氧含量低， 夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少及其合适的夹杂物形态。钢的纯净化技术是生产高性能、高质量产品的基础，代表钢铁冶金企业的技术装备水平。20 世纪80 年代以来，钢的洁净度不断提高。日本2000年批量生产的洁净钢中，有害元素(P、S、N、O、H) 总量可达0.005 %，中国宝钢可达0.008 %,　国内外钢厂生产洁净钢水平见表1

表1 　国内外一些钢厂生产的洁净钢水平　单位: ×10 - 6

       随着现代科技的进步和现代工业的发展对钢的质量要求越来越高，钢中夹杂物（主要是氧化物夹杂）严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出苛刻的要求。钢中夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。

钢中的夹杂物对于钢材性能影响很大例如钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响。随着钢铁工业的不断发展，对钢的性能及其化学成分、组织均匀性的要求越来越高。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性能高的方向发展，其中洁净度钢的生产是2l世纪钢铁企业面临的重大课题。

二、钢中夹杂物的分类

分类方法很多，但常见的有以下四种：

1．按来源分类，可分为两类：

  (1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护   渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。这   类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。    

  (2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段：

    ①一次夹杂：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物；

    ②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物；

    ③三次夹杂：凝固过程中生成的夹杂；

    ④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。

        一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单相的，也可以是多相的。在铸坯凝固以及随后的冷却过程中，夹杂物不仅与钢基体保持平衡，而且夹杂物本身也不断发生改变，例如析出新的化合物以趋于稳态。在轧制或热处理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件，在室温下所观察到的夹杂物实际上是经过了一系列复杂变化的结果。 

2．按化学成分分类，一般分三类。

    (1)氧化物：如FeO、Si02、Al2O3等，有时它们各自存在，有时形成尖晶石(如MnO，Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。 

    (2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe、Mn) S的固溶体。当加Al过多时可能以A12S3的形态出现。 

    (3)氮化物：如TiN、ZrN 等 

3．按夹杂物的变形性能分类

当钢进行热加工时，例如：轧制时，夹杂物此时是否也变形，它对钢的性能有明显的影响。为此，把夹杂物分为三类：

    (1)脆性：这类夹杂物完全没有塑性，在热加工时，尺寸和形状都没有变化，属于这一类的主要是A1203、Cr203等，它们属于高熔点的夹杂物。 

    (2)塑性：钢在加工变形时，夹杂物也能随之变形，形成条状，属于这类的有硫化物以及含SiO2 40--60％的铁、锰硅酸盐。 

    (3)球状（或点状）不变形：属于这类的有Si02 及SiO2 >70％的硅酸盐。 

4．按尺寸大小分类，可分三类：

    (1)大型：尺寸> 100μm。

    (2)中型：也叫显微型，尺寸1-100μm。

(3)小型：也叫超显微型，尺寸＜100μm。

三、夹杂物的来源

钢的冶炼、浇注及凝固结晶是一个复杂的物理一化学过程。内生夹杂是钢在液态及凝固过程中，由于复杂的化学反应而生成的各种化合物，当钢液凝固时，它们来不及上浮而嵌入钢中；或者是高温下溶解在钢中的非金属物质，当钢液温度降低时，这些非金属物质在钢中的溶解度降低而从钢中析出，以夹杂物的形式存在于钢中。如液态铁在1540 ℃时，可溶解1.26的硫，在固态下，硫几乎不溶于铁，结果当铁凝固时，就以硫化铁夹杂物的形式出现。又如液态铁在l 520 ℃时，可溶解0.16 的氧，常温下氧在铁中的固溶度仅为0.035 ，超过此固溶度的氧也是以各种氧化物夹杂的形式存在于钢中。一般炼钢生产多以锰铁、硅铁及铝等金属作为脱氧剂。它们与氧结合生成的氧化物不能上浮至钢渣除去，即成为钢中的非金属夹杂物。此外，还有氨，它在铁中的溶解度极小，在590 ℃时仅约为0.1 ，常温时仅0.00001左右、一般很少考虑它的影响，但在冶炼不锈钢时，由于钢中的合金元素钛、铬、铌与氮的亲合力很大，加之钢液可自大气中吸收大量的氮，因此使钢中出现氢化物夹杂。所以，钢中的内在夹杂物，一方面是由于气体造成的，另一方面，也可以说是脱氧去气反应的产物。外来的非金属夹杂物，主要是冶炼及浇注操作时的疏忽，混钢中的钢渣，或者是由于耐火材料质量不高，由炉衬、出钢槽、盛钢桶及浇注系统中剥落而混入钢中，当钢液凝固时，它们未能浮出而存在于钢中。通常情况下，严格地区分内在的与外来的这两类非金属夹杂物是比较困难的。一般地讲，内在夹杂物多比较细小，不容易控制；外来夹杂物多比较粗大，在很大程度上取决于一些偶然因素，通过加强操作等可予以避免。钢中非金属夹杂物的存在，破坏了金属的连续性，降低钢的机械性能、物理性能、化学性能及工艺性能塑性夹杂物过高，会引起钢的热脆性。钢中较多的非金属夹杂物，淬火时会引起应力集中而形成裂纹，降低疲劳强度，甚至使工件直接报废；夹杂物的存在，会使零件在腐蚀介质中在夹杂物处引起腐蚀。

        按钢的冶炼流程，在以下各个环节都有可能引起铸坯产生夹杂物：

1.转炉出钢下渣

挡渣出钢效果相对较差，出钢时带入钢包中的炉渣较多，再加上使用过的钢包有的不太干净，出钢时很多剩渣夹裹在钢水中，污染了钢水。有的炉次吹气精炼不好，直接浇注，脱氧产物及钢水中悬浮的炉渣不能充分上浮，也造成钢水的污染。

2.钢包、中间包包衬侵蚀物

       在生产过程中如果钢包包衬侵蚀物进入钢水，尤其是LF精炼炉升温时对钢包上部打结料的侵蚀严重，会造成包衬侵蚀污染钢水。大量的中间包填充料（粘土砖粉）和绝热板残块进入钢水也会造成污染，而被中间包填充料污染的钢水极易通过浸入式水口进入结晶器，所形成的夹杂物的尺寸也是最大的，对钢板性能的破坏亦最明显。另外，浇注后期涂料侵蚀透后，中间包打结料侵蚀进入钢水也造成污染。

3.钢水二次氧化

        钢水由大包到中间包应采用全程密封保护，但在实际使用中，上部钢流往往暴露与空气中造成二次氧化。还有浇注过程中用氧气烧高压保护箱内壁上的钢瘤等时形成的氧化物极易进入结晶器凝入坯壳。精炼炉吹氩时，如果片面追求快速降温或缩短精炼时间，会使氩气压力过高，使大包液面翻动过大，一方面造成钢水面裸露二次氧化，另一方面，液面过度翻动使表面渣层裹入钢水，污染钢水。

4.中间包污染

        浇注过程中，上下炉钢水连接时，往往由于生产组织或其它方面的原因，造成连接不好，下炉钢水不能及时再浇，中间包液面过低，上层的渣子随水口涡旋进入结晶器。中间包不干净，杂物及耐火材料碎块也污染钢水。

5.结晶器液面波动

        如果中间包塞棒开闭和拉速调整是由人工控制，结晶器有时液面波动较大，并且前一时期浸入式水口侧孔角度偏小，插入深度经常变化以改变水口渣线的位置，都加剧了结晶器液面的波动，保护渣被钢流冲至水口到侧弧板二分之一的位置聚集，并被钢流卷入钢水中，而结晶器面上下波动最易造成铸坯弯月面处初生坯壳皮下裹渣。

四、夹杂物对钢质量和性能的影响

钢的性能主要取决于钢的化学成分和组织。钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀，而且它们的几何形状、化学成分、物理因素等不仅使钢的冷热加工性能和某些理化指标恶化，而且还会降低钢的机械性能和疲劳性能。使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。通过研究钢中夹杂物的行为，采用相关技术防止钢中夹杂物的进一步形成和减少钢液中已存在的夹杂物，对生产高纯净度的钢乃至于提高钢的性能具有十分重要的意义。

金属材料受力断裂的过程分三个阶段：一是裂纹萌生，二是裂纹扩展，三是断裂。钢中大量夹杂物的存在，一方面剖裂了金属基体，减少了钢受力的有效横截面积，另一方面又提供了大量的裂纹源，使钢在较小的载荷作用下，便以某个夹杂为裂纹源产生应力集中，当这个应力增大到某一数值时，随即就在裂纹源处萌生裂纹。萌生的裂纹一旦出现，应力松动效应便同时产生，因此在继续增加载荷时，所产生的应力不再增加，而被裂纹的扩展所松动。推动裂纹扩展的应力大小由夹杂物的数量多少、尺寸大小、分布状态及其与应力的位相关系等因素决定。它有时小于 ，则屈服点消失；有时它大于 物理屈服现象虽然清晰可见，但往往引起钢材过早疲劳断裂，造成强度极限低废。

夹杂物对钢的性能影响的具体程度决定于一系列因素。在考虑钢中夹杂物对钢的性能影响的时候，应当注意夹杂物的数量、颗粒大小、形态及分布，不同夹杂物与钢基体的连接能力的大小，夹杂物的塑性和弹性系数的大小，以及热膨胀系数、熔点、硬度等几何、化学和物理学方面的因素。

1.夹杂物对强度的影响

当夹杂物颗粒比较大（＞10μm），特别是夹杂物含量较低时。明显降低钢的屈服强度，且同时降低钢的抗拉强度；当夹杂物颗粒小到一定尺寸（＜0.3μm）时，钢的屈服强度和抗拉强度都将提高。当钢中弥散的小颗粒的夹杂物数量增加时。钢的屈服强度和抗拉强度都有所提高，但延伸率有很小的下降

2.夹杂物对延伸性的影响

通常夹杂物对钢材的纵向延伸性的影响不大，而对横向延伸性的影响很显著。横向断面收缩率随夹杂物总量和带状夹杂物数量的增加而显著降低，而带状夹杂物多为硫化物。

3.夹杂物对韧性的影响

随硫化物夹杂数量和长度的增加，钢材的纵向、横向冲击韧性、断裂韧性都明显下降。由于圆柱坯中夹杂物在截面上的分布极为不均，且硫化物夹杂多为带状，因此夹杂物明显降低了管坯的韧性。

4.夹杂物对切削性能的影响

球状的硫化物夹杂能显著提高钢材的切削性能，且硫化物颗粒愈大，钢材切削性愈好。Al2O3、Cr2O3、MnO、Al2O3和钙铝酸盐类氧化物夹杂在很大程度上降低了钢材的切削性，但MnO－SiO2－Al2O3系和CaO-SiO2-Al2O3系中某些成分范围内的夹杂物却能提高钢材的切削性。

5.夹杂物对疲劳性能的影响

夹杂物都使钢材的抗疲劳性能下降，脆性夹杂比塑性夹杂的影响更大，外来大型氧化物夹杂更明显。

6.夹杂物对抗腐蚀性能的影响

硫化物和硫化物复合的某些氧化物夹杂物是钢材造成腐蚀的根源，复合夹杂物的影响更大，而单独的氧化物夹杂不会造成点蚀现象。

7.夹杂物对表面光洁度的影响

        夹杂物都使钢的表面光洁度下降，氧化物夹杂是最主要的，钢的表面光洁度随夹杂物数量的增加而下降，夹杂物的本性影响不是很大。MgO·Al2O3 夹杂物熔点较高、硬度大属于D 类点状不变形夹杂物，这类夹杂物容易沉积在浸入式水口内部造成水口堵塞，还会造成钢铁产品的表面缺陷 。

8.夹杂物对焊接性能的影响

硫化物夹杂和大型氧化物夹杂都使钢材的焊接性能下降。

此外还有

Al2O3夹杂

此类夹杂物为钢中内生夹杂物。在镇静钢中，采用有Al脱氧工艺即用Fe-Al或Al脱氧时，Al2O3是常见氧化物夹杂中对钢质影响最大的一类,它属于脆性不变形夹杂物，与基体的热变形能力差异较大,在热加工的应力作用下，大块的Al2O3等脆性夹杂，经变形破碎成具有尖锐菱角的夹杂，并成链状分布在基体中，这些坚硬的形状不规则Al2O3夹杂能将基体划伤，并在夹杂物周围产生应力集中场直至在交界面处形成空隙或裂纹。在中高碳钢，尤其在重轨钢中，Al2O3夹杂在周期应力的作用下，会成为疲劳源，最终因疲劳裂纹的扩展造成大块金属脱落的“掉块”导致钢的断裂。根据国内客车运行和制动条件，应用断裂力学理论计算表明，当Al2O3夹杂大于26μm时，也可使之成为疲劳裂纹源，因此，在重轨的有关标准中，对非金属夹杂物Al2O3要求特别严，即“B类夹杂不大于1级”。

硅酸盐及钙的铝酸盐夹杂

此类夹杂物成分复杂，它的产生受钢液脱氧工艺、钢水条件及浇注系统中耐火材料使用情况等的影响，有内生的,也有外来的，还有内外共同作用的。在轧制过程中，这些夹杂物保持原来的球点状。特别是硅酸盐夹杂，它在钢的凝固过程中，由于冷却速度较快,某些液态硅酸盐来不及结晶，其全部或部分以过冷液体即玻璃态的形式存在于钢中,在800~1300℃内，塑性依其组成不同变化很快。在低碳钢特别是沸腾钢中，此类夹杂物(通常为外来夹杂)会使盘条塑、韧性降低，或引起带钢分层等。

五、降低夹杂物含量的措施

       控制钢中非金属夹杂的途径，一是减少冶炼及浇注工艺操作过程中夹杂的产生和外来夹杂对钢水的污染，二是设法排除已存在于钢水中的夹杂物或减轻夹杂物对钢的危害。

1.转炉冶炼中夹杂物的控制

       为了减少生成夹杂物，转炉出钢过程中，采取合理的冶炼制度，这些措施包括：

（1）减少补吹并尽量减少下渣量，以降低转炉终点的氧含量；

（2）提高转炉终渣MgO含量和碱度，减少下渣；

（3）采取出钢挡渣、扒渣和炉渣变性；

（4）转炉出钢过程中渣洗脱硫，降低钢水硫含量，抑制硫化物央杂危害；

利用渣洗过程中液态高碱度脱硫熔渣与钢水重度差，促使熔渣在与钢水充分接触的同时，从钢水内部不同层面上不断上浮析出形成脱氧及脱硫产物，为后续钢水的钙处理创造条件，促进钢中夹杂物变性。

渣洗通过控制炉渣成分处理钢液，是最早出现的二次精炼方法。由于精炼渣可以吸附夹杂物，为了保证渣洗的效果，一般要进行搅拌。渣洗通常与其它工艺操作配合使用。电渣重熔是在渣洗基础上发展起来的一项新技术。在电渣重熔过程中，自耗电极的端部熔化的金属汇集成液滴，分散细小的熔滴穿过渣层并最终进人金属熔池，使金属液与熔渣的接触界面显著增加。而且，电极端头温度高达1800℃，原有的固态夹杂一般均能变成液态，更容易被渣吸附。经电渣重熔的GCr15巧钢轴承的寿命是电炉钢轴承的3.35倍。

2.精炼过程中的夹杂物控制

（1）气体搅拌

A.钢包吹氢

吹氢搅拌是钢包炉重要的精炼手段之一，钢中夹杂物被气泡俘获去除的效率决定于吹人钢液中气泡数量和气泡尺寸。钢包底吹氢用透气砖平均孔径一般为2~4mm，在常用的吹氢流量范围产生的气泡直径为10~20mm。而有效去除夹杂物的最佳气泡直径为2~15mm，并且气泡在上浮过程会迅速膨胀。因此，底吹氢产生的气泡捕获小颗粒夹杂物概率很小，对细小夹杂物去除效果不理想。在钢包底吹氢过程中，过强的搅拌功会导致钢水的二次氧化及卷渣。

为了去除钢中的细小夹杂物颗粒，必须钢液中制造直径更小的气泡。将氢气引人到足够湍流强度的钢液中，依靠湍流波动速度梯度产生的剪切力将气泡击碎，可将大气泡击碎成小气泡。钢包与中间包之间的长水口具有高的湍流强度，在此区域钢水流速达到l~3m/s。在长水口吹氢水模型研究表明困，可获得0.5~1mm的细小气泡。细小的气泡捕获夹杂物的概率很高。这种方法可显著提高氢气泡去除夹杂物的效率。

B.中间包气幕挡墙

通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹人的气泡，与流经此处的钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液的目的。德国NMSG公司的应用结果表明，与不吹气相比，50~200μm大尺寸夹杂物全部去除，小尺寸夹杂物的去除效率增加50%。为了获取细小气泡，新日铁研制了一种旋转喷嘴，借助耐火材料制的旋转叶轮，使吹人中间包的气泡成微细气泡，与传统的中间包设置挡墙法相比，小于50μm的夹杂明显减少。本溪钢厂中间包底吹氢试验证实：底吹氢形成的气幕挡墙对夹杂物去除效果明显，同不吹氢相比，铸坯中夹杂物数量下降50%，而且未观察到30~50μm的夹杂物。

C. 加压减压法

加压减压法(NK—PERM)是日本钢管公司开发的精炼法，采用顶吹喷和包底透气砖吹氮和氢强制性的溶解在钢水中，使钢中的氮或氢增到 (150~400) ×10-6，然后在RH真空循环脱气装置中脱气去夹杂。钢中过饱和的氮或氢在迅速减压过程中析出，形成微小气泡促使夹杂物上浮。与传统的钢包吹氢相比，钢中夹杂物平均尺寸明显减小，且直径在10μm以上的夹杂颗粒全部去除。

(2)电磁净化

A.钢包电磁搅拌

瑞典ASEA公司与SKF公司，于1965年建成了第1座采用电磁感应搅拌的钢包精炼炉ASEA-SKF。用此方法生产钢的总氧量可小于20×10-6，夹杂物显著减少。

国内冶金工作者在对90t LF—VD钢包精炼电磁搅拌的试验表明，电磁搅拌在降低尺寸在20μm以下的非金属夹杂物与吹氨搅拌相比有显著的优越性，非金属夹杂物不论颗粒大小，都能以较快速度从钢液中排除。此外，电磁搅拌能量分布均匀，流场基本无死角。

一般来说，电磁搅拌比气体搅拌更容易准确掌握，和气体搅拌相比，对钢渣界面的搅动强度还不够大。电磁搅拌使钢液的流动比较稳定、均衡，避免钢水流速过大导致的卷渣。但电磁搅拌不能提供促使夹杂物上浮的气泡。

B.中间包离心分离

利用夹杂物与钢液的密度差，可以用离心场中分离夹杂物。在旋转的钢液中，由于夹杂物密度比钢液小，夹杂物会向心运动，在钢液中心聚集长大、上浮。钢液的旋转可以通过旋转磁场产生。20世纪90年代，日本在中间包中进行旋转磁场离心分离夹杂物的试验，离心流动中间包分为圆筒形旋转室和矩形室，钢水由钢包长水口进人旋转室，在旋转区受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋转区底部出口进入矩形室进行浇铸。离心搅拌后全氧由(20~40) ×10-6降到(8~15) ×10-6，夹杂物总量约减少一半

C.结晶器电磁制动

电磁制动是利用向上的电磁力阻止从浸人式水口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透深度，促使夹杂物上浮分离，同时，抑制弯月面的波动，防止卷渣。

20世纪80年代，瑞典ASEA公司与日本川崎公司联合开发的板坯结晶器电磁制动技术，取得较好效果。90年代，成功开发出两段电磁制动技术，上段用于抑制弯月面的波动，下段用于制动高速流股。近年来又开发出了全幅三段电磁制动技术，将下段磁场用于二次制动，日本川崎钢铁公司在采用电磁制动后，即使在2.5m/min以上高速连铸时，结晶器内的保护渣也不会卷人钢液中。

国内梅钢2号连铸机采用全幅两段电磁制动技术，使用效果表明：采用电磁制动，结晶器液面波动幅度降低，铸坯夹杂物数量较少且尺寸小于20 μm。

（3）过滤器

过滤器主要通过机械拦截、表面吸附的作用去除夹杂物。夹杂物的去除率与过滤器的材质、过滤器孔径和钢水流速有关。美国SELEE钢铁公司研制的过滤器应用在中间包上，夹杂物去除效率提高40%~80%。日本千叶厂研制的陶瓷狭孔过滤器，在最佳情况下能全部去除大于20μm的夹杂。

国内对钢水过滤器进行的研究也取得了较好的效果。宝钢在中间包上使用CaO质过滤器，采用有向上倾斜角度的小孔，以增加渣吸附夹杂的机会，使用后发现对去除夹杂物中A1203、Si02作用显著，可使中间包第3、第4流钢水T〔O〕分别降低25%和10%。目前，过滤器的制作工艺比较复杂，生产成本较高，过滤器的比表面积有限，难以满足钢水连续过滤的要求，也仅限应用于高纯净度高价位钢材的生产。应当用其它措施尽可能多去除一些夹杂，剩余的难去除的小型夹杂，再通过过滤器去除。随着过滤器越来越多的应用于生产，为钢铁工业提供优质、廉价、长寿的过滤器成为今后的研究重点。

上述几种去除夹杂物技术的冶金功能比较见表2

表2不同夹杂物去除技术的冶金功能比较

注：●●● 强    ●● 一般   ● 弱

（4） 钙处理工艺：

钙对夹杂物控制的变性机理： Ca 是一种很好的钢液净化剂，它不仅可以深脱氧，还可以深脱硫，在钢液脱氧后，[O]已很低的情况下，Ca直接脱氧反应成为次要过程，此时它主要与钢中A1203发生反应：

X C a+ 3 Y A1203={3X (CaO)· (3 Y—X ) A1203} +2 X A1

钙在这些A1203夹杂顺粒中扩散，使钙连续的进人铝的位里，置换出的铝进人钢液，随着Ca的扩散，使从氏夹杂表面CaO含量升高，当CaO > 25%时，钙铝酸盐呈液态，这种含CaO量高的液态钙铝酸盐夹杂物大部分浮出钢液，进人渣层，少部分未漂浮的夹杂顺粒也以较小呈球状残留于钢中，这样，不仅解决了脱氧问题，而且减少了钢中A1203夹杂，同时，还可使钢坯的组织显微结构趋于均匀，并可改善钢水流动性，减少浇注过程水口堵塞等问题。

夹杂 物变性处理工艺是：在钢液正常脱氧后，用喷粉或喂线的方法往钢中加人碱土金属，以改变夹杂物的组成，改善氧化物、硫化物等在钢中的存在形态。目前国内包钢所用的Ca处理工艺为：

重轨钢：无Al脱氧工艺 +LF—VD精炼 +Si—Ca粒压渣;

其他 钢：正常A1脱氧工艺 +LF/VD精炼后喂Si—Ca线。

另外 ， 在 钙合金中含Ba时，可大大提高Ca的变性效果，且含Ba量越高，变性效果越理想。

综上所述,可采取的控制措施

(l)采用气体搅拌时，设法向钢液吹人数量更多，尺寸更小的气泡，能有效减少夹杂物的数量，减小夹杂物的尺寸。加强钢渣界面的搅动，促进夹杂物分离，有利于提高电磁净化和渣洗去除夹杂的效率。

(2)气体搅拌设备简单、方便，能有效去除钢中夹杂，但对细小夹杂物去除效率不高。而电磁搅拌和过滤器可以去除尺寸细小的夹杂，但成本较高。生产中应根据工艺设备的情况，选择最经济，最实用的夹杂物去除技术，满足钢种性能要求。

(3)在冶炼、精炼及连铸过程中，将各种夹杂物去除技术进行合理组合，最有效地发挥各自的优势，实现多功能精炼，将会取得更好的效果。

(4) 钙处理技术可使钢中从A1203、MnS等夹杂变性，改善钢的性能、质量。运用钙处理工艺有效的校制了钢中夹杂物的形态，使钢的内在质量、力学性能等均有极大提高。

(5)中问包可采取的控制措施包括：

a.保证足够的停留时间，使夹杂物充分上浮；

b.采用长水口氩封保护浇注，减少来源于气体的污染；

c.优化中间包钢液流场促进夹杂物上浮，并可使用过滤器强制吸附夹杂物；

d.用磁旋转离心器，所有比重小的夹杂物和气体受到离心力的作用脱离表面并上浮；

e.使用高碱度覆盖剂吸收夹杂物，造还原性中间包渣，使用碱性耐火材料，降低侵蚀。

六、结语

夹杂物含量虽然少，但对钢的性能影响极大，所以必须对它进行定性和定量的检测。在结合有关标准和相关微区成分分析可以定量评定夹杂物的级别，综合来判定钢的质量，进而找出规律，改进工艺，尽可能减少有害夹杂物的含量，提高产品质量。  

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