钢液内非金属夹杂物的形成及去除条件

钢液内非金属夹杂物的形成及去除条件

钢液内非金属夹杂物的形成及去『件躲

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氧化碱度-——一

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1前

言

随着科学的发展，现代工业对钢铁材料的强度、韧性及加工性能等要求 E t趋提高 .实际上也是对钢铁材料的化学成份及组织均匀性的要求越来越高 .因此我们在冶炼一般钢种时应尽力提高钢液的纯净度，尽量降低钢液内非金属夹杂物 .虽然钢液内少量的徽觖杂物在结晶时对钢质有利的一面，如控铷本质细晶粒 .促进晶粒的取向.弥散的沉淀相将改善钢材的切削性能等，但这些非金属夹杂物在钢中都以独立相存在，这些夹杂物的大量存在将破坏钢基体的连续性，造成钢组织的不均匀性，在压力加工过程中可能造成应力在此集中，形成裂

纹源，对钢材的成材率及冷热加工性能造成严重影响。因此 .我们在冶炼及浇注过程中应尽盈降低钢液内的非金属夹杂物。

2钢液内非金属夹杂物来源钢液内非金属夹杂糖主要来源于两部份：一部份由合金材料、耐火材料及氇瓷材料等外部因素进人钢液，另一部份是由于钢液内部所发生脱氧、脱硫，调硅锰等反应及锵渡凝固时造成相平衡移动在钢内形成。由此 .我们可以把饲内的非金属夷杂物分为外来夹杂物及内生夹杂物两类。

21外来央杂糖：这类夹杂物主要是在冶炼莳期进人钢 .及锭模，耐火砖的诂净面癌人钢中，这类夹杂钧在锕液中一般不易溶解，它豹产生和存在

具有偶然性。它的寸较大 .对钢材的后期成材又极具破坏性。操作人员只有雏致前局到的操作 .通过减少夹杂协的来源来降低钢中此类夹杂物的含量。 2内生夹杂物：这囊壶杂物是由于钢渣界面的反应及钢液凝同时各种复杂癌麴理化学 . 2反应而形成。内生央寐糖强 .中形成有几个阶段：第一阶段墨售渣界面反应生硪舞恶物 .懑 I硫化物，氮化物及爱食辅台犍辞。它在锕液内有一定的溶解度，这是钢液内的原生夹蓉。在出钢后钢水静置过程日 .镪液 .下降，平衡移动部份夹杂物析出，钢液内产生了二敬央杂。镀

钢液在凝固时，蹇祭罄蜘寝；身奎

啤 .因而夹杂物聚集、再生，钢中第

三次有夹杂物析

出，钢中温暖进一步下降时÷日足态搬，夹杂麴会进一步析出，产生四次夹杂。这些非金属夹杂物的析出，从数量上讲第一次原生夹杂和第三次夹杂是最多的。由于内生夹杂钫在钢中自出是糟理相变的必然结果，且分布较为细小和均匀，我们只有控制第一骑段形成夹晰l 6

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杂物的数量来控制夹杂物的整体数量

3钢液内非金属夹杂物的类型及组成钢液内的非金届夹杂物有些由外部带来，有些由于钢液内进行一系列的物理化学反应而形成、成分较为复杂。由于外来夹杂物的类型具有很大的偶然性，在此我们不予}论，但肉十生夹杂物的化学成份一般南氧化物，硫化物及各种复合络合物所组成，我们所讨论钢液内原生夹杂物主要有以下几类：

31简单氧化物： .这类氧化物是由于钢液前期的氧化及后期的脱氧反应所产生： FO、如 e

r e、Mn S0、A (、TO及其它被氧化的铁合金等。这类氧化物熔点较低，在炼钢过 O O、 i2 hh i2程中，我们通过增强钢液的搅拌，增加渣量及渣系的吸附能力，加强扒渣就易除去此类夹杂物。

3复杂氧化物： . 2钢液内的简单氧化物在高温、高碱度的炼钢作用下继续反应形成复杂的氧化物、尖晶石类的络合物，如 FO e F、F O - I e c 、M O I, e A、F O- n 1 n A、以 0 0 O化及钙的铝酸盐等，这类复杂氧化物成分变化范围较宽，熔点较高，也易聚集。 3硅酸盐： . 3钢液前期氧化作用生成的金属碱性氧化纫与后物 SO及阿琏氧化物 A- 3 i: L)等在高温下也将进一步发生反应而生成硅酸盐，化学通式如下： K X e M O- A、 WSO,它的成份较为复杂在钢液中能以多相存在此类夹杂物只 FO Y n 3] i O

能通过多批次的分批扒渣予以降低。3硫化物 . . 4这类夹杂物主要是由于钢液内的脱琉反应而产生，简单琉化物有 C S F a e SMn s等，C S在钢液内溶解度小，在钢渣界面反应时进入渣中 .FS及 Mn a e S在钢液内有一定

的糌解度 .不同温度下可根据其浓度平衡常数而测算出，这两种夹杂物在钢中的少量存在在对后期热加工性能有重要影响，∈同时钢渣界面的硫化物与氧化物之间会进一步反应生成复杂的络合物

如 R 2等， EOS由于大部份脱硫反应的产物都有较高的熔点，易于聚集而进^熔渣。3磷酸盐 .钢渣界面的脱磷反应是炼钢的重要反应南分子理沧的脱磷反应： . 5

2[ P]+ (e )4c O=4 a PO+ ] 5F O+ (a )(c O 5[ 因为脱磷产物 ( a, 旌钢液中溶解度极低，因此易于进人熔渣予以排除。 4 O PO c

4降低钢液内非金属夹杂物的措施通过以上对钢液内非金属夹杂物的类型及组成分析，我们在冶炼及钢液浇注时可采取针

对性的措施，来降低钢涟内非金属夹杂物的含量。川对外来夹杂物的控制

4!对炼钢原辅材料进行筛选、烤，人炉的废钢，合金等有条件时可用天然气 . . 1烘对铁电炉等进行烘烤，原材料在人炉前进行筛选 .避免遗多，物西水份被带人炉内，同时对 造渣的活性文、脱氧荆在烘烤后保持干燥。

41烁钢炉体及出钢包夯实 . .2 使用的耐火枷料裔离韵耐火鹱，同时使甩翦经过烘烤、 冲洗，表面具备一定烧结性，同时也去除了炉体及钢包表面的夹渣及气体等，使用过程中也l 7

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要避免高温冲刷容易造成耐火材料进人钢液，在钢液内形成过饱和的非金属夹杂物。

.

41对于直接注锭的产品或铸件，注钢前耐火砖及锭模等要烘烤保持干燥，同时内壁 3

必须经过清理清除模壁及砖内壁的残渣，铸件砂模需干燥，同时砂在烘干有较高粘结度，避免夹渣裹人钢液。 42对内生夹杂物的控制 . 421在炼钢不同时期采用不同渣系及不同的操作方式：在氧化期加人活性石灰造渣， .

使渣保持良好的流动性与覆盖性，同时加强钢液的搅拌 .使钢渣界面能充分参与反应，这种高碱度且流动性好的渣与钢液内硅酸盐夹杂物，磷酸盐夹杂物，复杂氧化物等发生反应，生

成高熔点的物质被吸附于渣中，因此可有效降低钢液内此类夹杂物。在炼钢还原期分批次加八 S、Nn I s c等脱氧剂，通过扩散脱氧及沉淀脱氧等多种手段使冶炼前期没有被去 i、A、卜. a除的衙单氧化物，复杂氧化物，硫化物等夹杂物还原，来降低钢液内的非金属夹杂物。 42对钢液表面已经反应饱和的渣及时扒除，重造新渣，由于反应饱和渣中的活性物 .. 2质大都参与了反应，

处于反应的平衡态，因而钢液内非金属夹杂物无法再通过扩散作用进入

钢渣界面参与反应，渣中与夹杂物反应而结合生成物质处于过饱和态，使去夹杂的反应平衡左移，造成新的非金属夹杂物通过扩散作用重新回人钢液。因而及时扒渣是使反应继续进行的有效手段。

4 .在冶炼后期及出钢过程中避免钢液裸露于空气中，造成钢液的二次氧化、吸气， .3 2 增加钢液内非金属氧化物含量，冶炼后期尽量用流动性好的渣覆盖钢液，同时带渣钢，有

条件时钢包或中间包可用喷粉，吹人情性气体等手段搅拌脱气，去夹杂。阿对钢包内的钢液表面可加入膨胀珍珠岩，镁砂细粉等隔热剂，吸附剂隔绝空气，吸附夹杂物。42出钢人钢包后，钢水在钢包有一定静置时间才浇注，由于出钢过程及炉外精蠊过 .4 .

程使钢渣又一次充分键合有部份夹渣裹人钢液。通过静置，使析出的夹杂物充分上浮，同时静置过程中钢液温度降低，钢液内非金属夹杂物及气体的溶解度降低，有部分夹杂物及气体析出而上浮，排出于钢液外。因此，注锕前的静置能使钢液析出的夹杂糖及气体及时从钢液内排出。

42为提高钢的内在质量 . .. 5还可采用真空冶炼，炉外精炼，电渣重熔等手段纯净钢液。

5结束语在炼钢过程中。如何尽力障低钢液内非金属夹杂物含量，使钢液尽力纯净化，是我们炼

钢工作者不断掇索嘲壤瑟我婀只有在理论上认识锕液内搬属夹杂物形成原及过程，在实践中不断强化操译I艺，婶着力提高操作者素质， f全筒杼质量管理，才能生产如优质产品，创造出臣好的巍鼓囊硅会效益。 参考文献： 《冶金过程露谁穗础 ){希珍、李宪文、秦柏弘等译重庆大学出版社 .哈尔滨工业大学出版社 《属学反热处理》金 崔忠圻 《橱杖冶金学》陈家详北京科杖大学出版硅 19 9 8年 3、4期

<特殊钢 )1 8

刘兴博等

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