洁净钢生产工艺技术

洁净钢

洁净钢生产工艺技术

洁净钢的定义

•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，该钢就不是洁净钢;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。

钢中非金属夹杂物的分类•钢中的非金属(氧化物)夹杂物有两种：•1、内生夹杂物：在脱氧、二次氧化或钢液冷却和凝固过程生成的的氧化物。一般与钢液处于平衡状态，它们是自然生成，因此只能减少而不能被完全去除。

•2、外来夹杂物：炉渣卷入或耐火材料侵蚀卷入钢水。一般是与冶炼过程相关，因此采用合适冶炼工艺可以避免外来夹杂物的产生。

非金属夹杂物的三个来源•1、加入脱氧剂后生成的脱氧产物、裸露的钢液被大气氧化和被耐火材料氧化生成的二次氧化产物；

•2、来源于耐火材料（如填充物）的夹杂物，由于耐火材料的渣线或内衬受化学腐蚀或机械侵蚀的产物。

•3、卷渣产生的夹杂物，渣钢界面上钢水流速较大以及渣的乳化使液态渣滴卷入到钢液中。

内生夹杂物的形成原因•1、脱氧产生了氧化物夹杂。脱氧的目的是为了避免在钢液凝固过程形成影响铸坯致密性的一氧化碳气体，主要通过将钢液中的溶解氧降低到一定水平来避免一氧化碳的产生。经常用脱氧剂（例如铝、硅铁或锰铁）和钢中的溶解氧反应：

•2Al+3O=Al2O3 Si+2O=SiO2

•Mn+Si+3O=MnO*SiO2

外来夹杂物的产生原因

•外来夹杂物大多为复合氧化物夹杂，一般多来自钢渣界面湍流形成的卷渣。在炼钢温度下，外来夹杂物多为液态球形夹杂物尺寸在10-300μm。钢渣界面的湍流是由浇铸、强烈搅动、涡流或液面控制不稳定等原因造成的。另一种为钢水或炉渣与耐火材料反应生成，固态夹杂物经常来自于耐火材料的破损。

钢水的二次氧化

•目前许多钢材都要求较高的洁净度，这主要是为了使用更薄的钢材来减轻重量，并需要钢材在加工的过程中具有良好的变形性能。

•降低钢水中的夹杂物的数量可以减少钢材中缺陷的产生。据日本钢管某厂统计，当结晶器中的全氧含量低于0.0020%（20ppm）时，冷轧钢板表面缺陷的数量将显著减少。

•许多研究表明，连铸坯中大多数宏观夹杂物，都是由于二次氧化造成的，而不是来源于钢包精炼过程中。

钢水的二次氧化

•二次氧化增加了钢液中的氧含量，生成了新的氧化物夹杂，降低了脱氧效率，增加了浇注时水口堵塞的几率。

•二次氧化可能发生在脱氧前后，空气、高氧势的钢包渣、不稳定的渣线、钢包内衬和残渣是氧的主要来源。

•对钢包中钢水进行搅拌，通常会在钢液表面形成“裸眼”使钢液直接接触空气从而形成二次氧化，因此在整个冶炼过程中钢液表面需覆盖合适厚度的渣层能够防止这种二次氧化。

钢水的二次氧化

•钢液二次氧化的原因有如下几种形式：1、被合金中的氧化物污染。例如，锰合金中主要含有MnO夹杂，当碳含量相对较低时，影响更为明显。

2、上一炉附着在钢包内壁或者RH浸渍管内的渣瘤污染钢液。

3、在钢包和中间包中与渣的反应。

4、转炉出钢、二次精炼过程中、浇注过程中包内，钢水与空气的反应。

5、钢液与耐火材料内衬之间的反应。

通过渣脱氧减少钢水二次氧化•浦项和神户公司研究表明，冷轧薄板的缺陷随着精炼结束时钢包内渣的FeO+MnO含量减少而降低。

•在RH炉中炉渣的氧化程度越高，真空脱碳以后，钢水中氧活度就越高，相应地冷轧薄板的表面缺陷就越多。

•在RH操作过程中，渣脱氧是防止钢包或者中间包造成二次氧化的最普遍的方法。

通过渣脱氧减少钢水二次氧化•一般来说，RH操作过程中渣脱氧主要通过转炉出钢之后立即向钢包渣内添加铝基复合物来实现的。添加的数量根据在转炉冶炼终点的氧活度来确定。也可以使用其他脱氧剂，例如碳化钙，但出于安全原因，碳化钙不宜使用。

•FeO的控制目标为小于5%。达成这一目标主要取决于转炉的下渣量和脱氧剂的添加量。

减少中间包覆盖剂引起的二次氧化•一些研究表明，与使用炭化稻壳相比，碱性的中包覆盖剂有助于降低钢中夹杂物的

数量，可以显著地降低冷轧IF钢薄板表面微裂纹缺陷的数量。

转炉-精炼-连铸过程

实践钢中氧的控制

钢中氧的控制实践

1 钢中的氧－钢洁净度的量度

1.1钢中氧存在形式

炼钢是一个氧化过程，吹炼到终点时，

或a[O]钢水中溶解了过多的氧，称为[O]

溶

出钢时，进行脱氧合金化，[O]溶转变成氧化物夹杂，可用[O]夹杂表示

钢中氧可用总氧T[O]表示为：

T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂

1 钢中的氧－钢洁净度的量度1.

2 钢中各种形态氧的变化

出钢时：钢水中[O]

→0，T[O]＝[O]溶；

夹杂

脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]溶→0，

T[O]＝[O]夹杂。

可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度，即钢中夹杂物水平。

钢中T[O]越低，则钢就越“干净”。

1 钢中的氧－钢洁净度的量度1.3 T[O]对钢质量的影响

轴承钢T[O]由30ppm降到5ppm，疲劳寿命提

倍。

高100

1 钢中的氧－钢洁净度的量度

钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显对应关系美国Weirton公司生产0.15mm厚薄板，在DTR生产线上检查120个板卷发现：

T[O]，ppm 质量指数

15～20 81

21～25 72

26～30 68

>30 35

T[O]越低，冷轧板质量越好，T[O]在40～100ppm时废品率非常高。川崎Mizushima把中间包T[O]作为钢水洁净度标准，生产试验表明：中间包钢水T[O]<30ppm 冷轧薄板不检查，用户接受

T[O]＝30～55ppm 冷轧薄板需检查

T[O]>55ppm 冷轧薄板降级使用