管坯中洁净度 - 图文

连铸圆坯的质量控制

连铸圆坯的冶金质量及控制

现代无缝钢管采用了先进的炼钢工艺和炉外精炼手段，以及连铸时采用了保护浇注，电磁搅拌等技术，因此成材率达到98%以上，而且外表面无裂纹、结疤、夹渣、凹陷、气泡以及其他深度大于1.5mm的机械划伤和压痕等缺陷；管坯内部的裂纹、气孔、偏析和夹杂以及凝固组织的状态也都能符合轧管的要求。因此圆坯已经成为现代无缝钢管热轧连轧生产线用管坯的首选。

1：管坯中洁净度（非金属夹杂物）对钢管质量的影响

国际钢铁协会对洁净钢的定义如下：当钢中的非金属夹杂物直接或间接地影响产品的生产性能或使用性能时，该钢就不能称为洁净钢；而如果非金属夹杂物的数量、尺寸或分布对产品的性能都没有影响，那么这种钢就可以被认为是洁净钢。

夹杂物对钢材性能的不利作用目前较为普遍接受的一种看法是：夹杂物与金属基体之间是不相联结的。钢在热加工变形时，在夹杂物/钢基体界面两侧塑性变形不协调，导致夹物与金属基体分开。再有，夹杂物与金属基体各自的线膨胀系数不同，在对钢进行冷、热加工时，各自收缩或膨胀的量不同，在金属基体与夹杂物界面上就会产生内应力，当此内应力过大时会撕裂金属基体与夹杂物之间的联结，造成钢材裂纹甚至开裂。

钢材的缺陷通常是由大颗粒夹杂（例如直径为25~150UM）引

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起的，因此要在整个冶炼过程中避免产生或去除这些大颗粒夹杂物。不仅要控制中等尺寸夹杂物的含量，更要避免形成大于临界尺寸的大颗粒夹杂物。夹杂物含量少是洁净钢的一个标准，但不是唯一标准。

1、管坯中夹杂物的来源

钢中的非金属夹杂物（主要指氧化物夹杂）有两种：内生夹杂物（在脱氧、二次氧化或钢水冷却和凝固过程中生成的夹杂物）和外来夹杂物（炉渣卷入或耐火材料侵蚀被卷入钢水）。

通过化学反应所形成的被滞留在固态钢中的非金属夹杂物属于内生夹杂物，主要是氧和硫同金属元素的反应产物。钢中磷含量水平不足以形成磷化物，但钢中往往有氮化物生成。然而，实际上氮化物和碳化物一样具有金属特性，属于金属化合物。内生夹杂物一般与钢水成分处于平衡状态，它们是自然生成的，因此只能减少而不能被完全去除。内生夹杂物相对来说尺寸较小，数目较多，相对均匀地分布于铸坯中。

外来夹杂物一般是与冶炼过程相关的，因此采用合适的冶炼工艺可以避免外来夹杂物的出现。在炼钢、出钢、精炼和连铸过程中钢水同耐火材料与渣相接触，耐火材料受到冲蚀，渣滴被卷入钢水。卷入钢水的耐火材料颗粒和被机械混入的渣滴一量被滞留在固态钢中就形成钢中的外来夹杂物。另外，卷入钢水中的渣滴与耐火材料颗粒还可以与钢水发生化学反应，从而改变成分，或者与钢水的二次氧化产物结合，其化学成分可能发生改变。外来夹杂物的特征是：尺寸较大，形状不规则，其出现具有偶发性，孤立存在，因此相对

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来说，外来夹杂物比内生夹杂物危害更大。

外来夹杂物通常由氧化物组成，其成分和结构比较复杂。外来夹杂物在化学成份上的特点是：它通常含有炼钢、精炼或连铸时所用耐火材料或炉渣料；含有钾、钠的氧化物夹杂通常来自连铸结晶器保护渣。

在氧化物夹杂的总含量中，内生夹杂物是主要的，只有很少一部分是外来的。把夹杂物的总含量中，内生夹杂物是主要的，只有很少一部分是外来的，把夹杂物截然划分为内生与外来两类是过于机械和简化的，因为很多情况下，卷入钢液的渣滴与耐火材料颗粒还可以与钢水发生化学反应，从而改变成分，或者与钢水的二次氧化产物结合，其化学成分可能发生改变。内生夹杂物与外来夹杂物之间的钢液当中相互融合的产物。

炼钢过程中，由脱氧产生的夹杂物是不可避免的，而二次氧化产生的夹杂物和源自耐火材料的夹杂物以及卷渣生成的夹杂物通过优化冶炼工艺都是可以减少或完全去除的。如果在冶炼过程中没有能完全去除掉，则通过惰性气体弱搅拌钢水和/或延长钢水处理时间也可以进一步去除钢水中的夹杂物。

钢水中的总氧包括溶解氧、外来夹杂物中的氧以及脱氧产物中的氧。总氧通常作为衡量钢水洁净度的指标。命名如，对铝镇静钢来说，1600℃下酸溶铝含量为0.05%时钢水中平衡的溶解氧为0.0003%，脱氧产物为纯二氧化二铝。钢中高于0.0003%的总氧含量部分，被用来衡量单位体积（或质量）的钢中所含夹杂物的数量。

2、防止浇铸时钢水的二次氧化

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钢水二次氧化和连铸结晶器水口堵塞对铸坯质量有很大影响。许多研究表明：连铸坯中大多数的宏观夹杂物都是由于二次氧化造成的，而不是来源于钢包精炼过程中。对容易引起连铸水口堵塞的金刚种，二次氧化产生的夹杂物会影响浇铸过程的可靠性、连浇炉数和铸坯质量。

判断钢水产生二次氧化的程度可以从以下几方面入手：（1）钢水中全氧或氮含量增加的数量；（2）钢中脱氧元素，特别是强脱氧元素减少的程度；（3）铸坯表面与内部缺陷（如夹渣等）。

造成钢水二次氧化的途径是炉渣、空气与钢水的接触。防止连铸过程下渣，减少从钢包到中间包和结晶器的带渣量是减少炉渣二交氧化的关键。一些炼钢工作者试图通过在钢包内留钢操作避免炉渣从钢包中下到中间包内.虽然这种方法是有效的,但成本很高.目前国外大多数钢厂的钢包都配有电磁下渣探系统,例如AMEPA系统,它在钢包底部耐火材料的内部装有一次和二次线圈。当探测系统与钢包滑板自动关闭系统配合起来使用时,便可以有效地控制下渣。

当钢水从钢包浇铸到中间包时，液态的钢流由收缩变为扩张，在钢包到中间包的长水口内产生压力差。在这种情况下，如果整个系统密封不好，空气将被吸入，造成钢水的二次氧化。空气的吸入可以发生在钢包滑板之间、钢包长水口与下滑板的接触点以及钢包水口与上滑板之间。中间包加盖密封、预热及吹氩是防止空气与钢水接触产生二次氧化的好方法。

有报道说，中间包使用塞棒的效果要优于滑板，对于一些长材连铸机，配有专门的塞棒加强流入结晶的侧向流，可以改善钢材的

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宏观夹洁净度并减轻水口堵塞。

钢包耐火材料对钢坯的洁净度和钢中杂质也有很大影响。生产洁净钢所用钢包内衬都是用高质量耐火材料制成的，例如低二氧化硅、高三氧化二铝的耐火材料。对于白云石的钢包和MgO-C渣线，由于受到钢液的侵蚀，耐火材料中的镁会向钢水中扩散，在钢中生成尖晶石 或CaO-Al2O3-MgO 系夹杂物。中间包MgO渣线可能会与钢水反应，成为二次氧化物夹杂的来源。铝碳材料中石墨碳也可以在高温下还原耐火材料中的杂质生成CO，通过钢水再还原CO生成第一层的夹杂物。采用脱碳的渣线材料能够限制这种反应。

降低钢水中夹杂物的数量可以减少钢管中缺陷的产生，而钢中夹杂物的数量可以用钢中所含量低于0.0020%时，冷轧钢板表面缺陷（细小裂纹、气孔等）的数量显著减少。德国迪灵根钢厂发现：随着钢中全夹杂物的数表明，连铸物都是由于来源于钢包图8-5。

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氧含量的增加，钢中宏观量也显著增加。许多研究坯中大多数的宏观夹杂二次氧化造成的，而不是精炼过程中，见图8-4与

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