钢中夹杂物的类型及控制技术发展

钢中夹杂物的类型及控制技术发展

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（河北联合大学冶金与能源学院，唐山，063009）

摘要：综合论述了钢中非金属夹杂物的按化学成分、形态、粒度、来源的分类以及控制夹杂物含量时所采用的气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙、电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动、过滤器技术、超声处理技术和渣洗技术，并针对钢中夹杂物的控制技术的优、缺点进行了简要的归纳。随着氧化物冶金工艺纯净钢产品的开发,夹杂物去除技术的不断进步,非金属夹杂物的控制技术仍面临着新任务。

关键词：非金属夹杂物；夹杂物类型；控制技术

Types and Progress on Technique for Removel of inclusions in steel

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(College of Metallurgy and Energy Hebei United University, Tangshan 063009) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing, ultrasonic technique ,and filter technique.

Key words：non-metallic inclusions Typesof inclusions, Technique for Removel of inclusions

1引言

钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐或氮化物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化

物、氮化物 ,以及炉渣或耐火材料来不及排出而留在钢中。它们常作为衡量钢质量的重要指标 ,其类含量对钢性能产生重大的影响,近年来 ,钢中夹杂物去除技术的研究工作主要集中在两个方面 :提高钢的清洁度 ;改变夹杂物的形态和分布。

随着钢铁工业的进一步发展,钢的材质设计和应用技术的开发给冶金工业带来了极大的挑战。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,其中高纯净度钢的生产是21世纪钢铁企业面临的重大课题,它的解决与钢的冶炼过程密切相关,而本文将介绍夹杂物的分类以及相关的控制技术。

2钢中夹杂物的类型

2.1钢中夹杂物按化学成分分类

钢中非金属夹杂物按化学成分主要分为氧化物系夹杂、硫化物系夹杂、氮化物夹杂三大类[1]。

（1）氧化物系夹杂

简单氧化物有FeO,Fe2O3,MnO,SiO2,Al2O3,MgO和Cu2O等。在铸钢中，当用硅铁或铝进行脱氧时，夹杂比较常见。在钢中常常以球形聚集呈颗粒状成串分布。复杂氧化物，包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等，以及钙的铝酸盐。硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂，这类夹杂物有铁硅酸盐、锰硅酸盐和钙硅盐等这类夹杂物在钢的凝固过程中，由于冷却速度较快，某些液态的硅酸盐来不及结晶，其全部或部分以玻璃太的形式保存于钢中。

（2）硫化物系夹杂

硫化物系夹杂主要是FeS, MnS和CaS等。由于低熔点的FeS易形成热脆，所以一般均要求钢中要含有一定量的锰，使硫与锰形成熔点较高的MnS而消除FeS的危害。因此钢中硫化物夹杂主要是MnS。铸态钢中硫化物夹杂的形态通常分为三类：①形态为球形，这种夹杂物通常出现在用硅铁脱氧不完全的钢中；②在光学显微镜下观察呈链状的极细的针状夹杂；③呈块状，外形不规则，在过量铝脱氧时出现。

（3）氮化物夹杂

当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成A1N，TiN，ZrN和VN 等氮化物。在出钢和浇铸过程中钢液与空气接触，氮化物的数量显著增加。

2.2 按夹杂物的塑性变形能力分类

按夹杂物的塑性变形能力分脆性夹物、塑性夹杂物、球状不变性夹杂、半塑性夹杂物四类[1]。

（1）脆性夹物

脆性夹物热加工时形状和尺寸都不变化，但可能沿加工方向成串排列或呈点链状，属于这类夹杂物的有Al2O3和Cr2O3。

（2）塑性夹杂物

塑性夹杂物热变形时具有良好范性，沿变形方向延伸成条带状。属于这类的有硫化物及含量较低（40%~60%）的铁锰硅酸盐。

（3）球状不变性夹杂

球状不变性夹杂呈球状，热加工后保持球状不变，如SiO2及含

SiO2较高（>70%）的硅酸盐。

（4）半塑性夹杂物

半塑性夹杂物指各种复相的铝硅酸盐夹杂。基体铝硅酸盐有塑性，热加工时将产生塑性变形，但是其中包含着的析出相如氧化铝等是脆性的，加工时仍保持原状或只是拉开距离。

2.3钢中夹杂物按来源分类

钢中夹杂物可分为内生和外来夹杂物，内生夹杂物主要是脱氧和合金化元素与溶解在钢液中的氧以及硫、氮的反应产物所形成的夹杂物。外来夹杂物是钢液与空气、耐火材料、炉渣及保护渣相互作用的产物以及机械卷入钢中的各种氧化物[1]。

3钢中夹杂物去除技术

从钢液中分离夹杂物的主要途径包括两种：(1)被表面的渣层吸附；(2)被壁面耐火材料吸附。

3.1.1 钢包吹氩

吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼手段之一,底吹氩可以均匀钢液的成分和温度,最重要的功能是促进钢液中夹杂物的去除[2]。钢包底吹氢去除夹杂物主要依靠气泡的浮选作用,即夹杂物与气泡碰撞并粘附在气泡壁上,然后随气泡上浮而被去除。具体过程分如下几步[2.3]:①具有一定压力的氢气通过透气砖输送到钢液中,形成气泡,气泡在上浮的过程中又因浮力的作用,将钢水抽引并使之在气液区内产生由下向上的流动；②气泡到达顶部时转入水平方向并流向包壁,之后在包壁附近向下回流,再次在钢包中下部被抽引至气液区内,如此循环