夹杂物的控制技术共38页
钢中夹杂物控制
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夹杂物成分及形态控制ppt课件
各区域相对应夹杂物热加工前后的形态控制
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
1.4 夹杂物塑性与钢中应力发布
软夹杂物周围应力较硬夹杂物要低，对
钢的影响比较小。
夹杂物周围的应力分布
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1.5 夹杂物成分控制策略
• 问题：
1）夹杂物是多元的；
2）夹杂物有时熔点较高，是固态的，
反应未达到平衡；
3）炼钢、精炼工艺对夹杂物组成影响
较大；
4）热力学相图局部区域组元活度测量
有较大误差
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1.5 夹杂物成分控制策略
• 利用相应体系相图预测夹杂物性能
• 根据钢－夹杂物反应热力学，利用相
图内钢液成分等值线来预测夹杂物组
成及钢液中氧、硅、锰、铝、钙等成
分的控制，并制定顶渣成分控制.
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1200℃以上）下可以变形；
3） 二氧化硅：在室温下不变形，在更高的温度下变形，它是由
二氧化硅的组成决定的；
4） FeO, MnO, (Fe, Mn)O：在室温下为塑性，但从400℃开始
随着温度的升高逐渐失去塑性；
5） MnS：：直到1000℃MnS 都是塑性的，当高于1000℃后塑
非金属夹杂物控制
钢/渣界面能: 夹杂物溶于渣相。 液体夹杂完全溶解于渣相，而固体夹杂在渣中是有限溶解，决定于 渣成分、温度和渣量。
(2)防止浇注过程钢水再污染，它决定于：
钢水二次氧化； 钢水与环境（渣、包衬、水口）相互作用； 渣相乳化（紊流、涡流）； 非稳定态浇注。
（3）成分控制
●化学成分控制在窄的范围，
性能均一性。
表 1 国内外一些钢厂生产纯净钢水平（ppm）
厂 家 埃知钢厂 新日铁 名古屋厂 迪林根厂 林茨厂 中钢公司 宝 钢 武 钢 元 C `10 <30 20 <25 20-36 O 9-12 25 19 20-30 24 <11 14-17 15-40 N 15 20-30 30 22 <30 15-26 19-44 P <50 25 <20 素 S 5-10 3 <30 10 H 1 <1.5 <1 总 和 69 90-100 71 66 66 84-103 88-180 备 注
图4 FeO-MnO-SiO2三元相图
钢中夹杂物控制原理
2）用Si+Mn+Al脱氧 如图5所示： 形成的脱氧产物可能有： 蔷薇辉石（2MnO· 2O3· 2Al 5SiO2） 硅铝榴石（3MnO· 2O3· Al 3SiO2） 纯Al2O3(Al2O3>30%) 要把夹杂物成分控制在相图中的阴影区，则必须钢 中[Al]S<=0.006%（图6），钢中[O] 溶 可达20ppm而无 Al2O3沉淀，钢水可浇性好，不堵水口，铸坯又不产生 皮下气孔。
群落状 Al2O3、CaO-Al2O3、 CaO-SiO2-Al2O3- Na2O CaO-Al2O3、群落状 Al2O3、 MnO-SiO2-Al2O3
夹杂物成分及形态控制PPT课件
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• 用Si＋Mn＋少量Al脱氧可防止Si＋Mn脱氧中极易 产生的皮下针孔，其可能的脱氧产物有蔷薇辉石 （2MnO•2Al2O3•5SiO2）,锰铝榴石 （3MnO•Al2O3•3SiO2）和纯Al2O3（Al2O3>25 ％）。其中锰铝榴石区域夹杂物熔点低，球形易 上浮；可塑性及变形性好且不堵水口；脱氧良好 不生成气孔。因此在钢中Si＝0.2％，Mn＝0.4％， 温度为1550℃条件下若钢中[Al]s≤0.006%,则钢中 [O]<20ppm，生成锰铝榴石而无Al2O3析出。
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• 部分钢种还需结合S－Me反应热力学提出 钢中硫含量控制策略
• 问题：1）夹杂物是多元的；2）夹杂物有 时熔点较高，是固态的，反应未达到平衡； 3）炼钢、精炼工艺对夹杂物组成影响较大； 4）热力学相图局部区域组元活度测量有较 大误差
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2. 脱氧剂对夹杂物成分的影响
• 脱氧剂对内生夹杂物的成分存在巨大影响。
夹杂物的成分可以用钢液与夹杂物间的平衡热力学来 预测，当钢渣间达到热力学平衡时，夹杂物的成分与钢渣 的成分相同。
在冶金生产过程中，绝对的钢液与夹杂物之间的平衡 是少见的，但可达到局部的钢与夹杂物、渣与钢、炉衬与 钢渣、炉衬与钢液的准平衡状态。夹杂物的成分在很大程 度上受顶渣和炉衬的影响，反之，通过控制顶渣成分、炉 衬材料和一定的脱氧条件，夹杂物成分的准确控制是可以 实现的。
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182线3图K时帘线钢的铝、氧在MnO－Al2O3－SiO2系中的等值
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3. 钢渣反应对夹杂物的控制
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1823K时CaO－Al2O3－SiO2系中铝氧的等值线图
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在MnO－Al2O3－SiO2－CaO系中夹杂物成分的变化
北京科技大学王新华教授“高品质帘线钢非金属夹杂物控制技术”讲座幻灯片PPT
❖ 提出合理的脱氧、渣-钢精炼 工艺。
塑性夹杂物成分区域相关组元活度数据
aAl2O3
aMnO
aSiO2
Hiroki Ohta and Hideaki Suito. Metallurgical and Materials Transactions B, 1996, 27B(4): 263~270
帘线钢中夹杂物控制范围〔塑性夹杂物〕
❖ Al2O3：12-25%； ❖ CaO/SiO2=0.6左右； ❖ 钙斜长石(CaOAl2O3 2SiO2)
与磷石 英和假硅灰石(CaO SiO2)周边区。
帘线钢中夹杂物控制范围〔塑性夹杂物〕
❖ Al2O3：0－30%； ❖ CaO/SiO2=1左右； ❖ 锰铝榴石(3MnOAl2O3
❖ 对帘线钢夹杂物塑性化技术的报道， 主要为少数热力学分析讨论和简要工 艺研究报告：
❖ 塑性夹杂物成分控制范围； ❖ 炉外精炼采用低碱度炉渣； ❖ 钢液[Al]s含量进展严格控制等； ❖ 缺少对夹杂物塑性化影响因素的定量
分析和工艺细节。
1、夹杂物塑性化控制热力学研究
❖ 与塑性夹杂物〔成分区域〕 平衡的钢液成分范围〔[Al]、 [O]、[Ca]等〕；
I. Malkiew, et al, JISI, 1963, 201(1); p33-38.
＝0.5～ 1.0
＝0.03～0.5
钢材延伸方向
＝0
S. Rudnik, et al, JISI, 1966, 204(4); p374-376.
不变形夹杂物
高熔点夹杂物
❖ Al2O3； ❖ SiO2； ❖ 尖晶石类(MgOAl2O3)； ❖ TiN； ❖ 稀土氧、硫化物 ❖ 高CaO或Al2O3含量的硅酸盐、钙铝酸盐等。
帘线钢中夹杂物的控制技术_木村世意
帘线钢中夹杂物的控制技术(日)木村 世意等摘要 为了满足对生产轮胎用钢帘线更高强度和更高生产率的要求,必须降低钢中非金属夹杂物的尺寸和含量。
本文讨论因钢包渣引起的外来夹杂物的成分控制机理及拉拔过程中硬质夹杂物的破裂行为。
目前,日本神户制钢在该项技术领域取得重大突破,正在生产低夹杂优质钢帘线。
0 前言汽车轮胎骨架材料用钢帘线,是先把线径为5.5m m的热轧线材冷拔成直径为0.15～0.38m m的钢丝,再进行捻股而成的。
众所周知,如果线材中存在氧化铝(Al2O3)和尖晶石(M gO・Al2O3)等硬质非金属夹杂物,在拉拔和捻股过程中,钢丝就容易断线,给生产带来很大的损失。
为了减轻汽车自重和降低钢帘线的用量,必须提高钢帘线用钢丝的强度。
另外,用户在要求提高生产率的同时,对帘线用线材中非金属夹杂物造成的断线敏感性要求也越来越高。
也就是说,要求在炼钢过程中进一步减少生成的或混入的非金属夹杂物。
本文主要介绍了提高钢帘线用钢丝质量的重要技术,即用钢包精炼渣对非金属夹杂物作无害化处理,同时还对钢丝拉拔工艺中夹杂物破裂和细化行为进行了调查和研究。
1 非金属夹杂物产生的原因及其处理方法非金属夹杂物的来源大致可分为两种:一是钢水脱氧时产生的内生夹杂;二是由耐火材料熔损带来的外来夹杂。
到目前为止,神户制钢主要采用渣洗工艺控制拉拔过程中内生夹杂物的成分。
图1为钢包精炼时夹杂物成分的变化情况,同时示出了平衡状态下,钢水夹杂物中SiO2、M nO的活度比(a S iO2/ a2M nO)。
由于在钢包精炼过程中,CaO含量增加,脱氧过程中产生的M nO-SiO2系夹杂物精炼后转变成CaO-SiO2系夹杂物,因此降低了夹杂物的熔点,在拉拔过程中夹杂物容易破碎。
总之,夹杂物中CaO含量增加,断线敏感性降低,对夹杂物无害化处理有很大作用。
夹杂物的这种成分变化是在钢水中的[M n]、[Si]的溶解成分不断平衡中进行的。
但是CaO含量增加的原因尚不明确,可能是夹杂物与溶解[Ca]反应而造成的,也可能是在机械搅拌后,与卷到钢水中的CaO系顶渣直接反应而引起的。
液态金属加工中的夹杂物控制
液态金属加工中的夹杂物控制在液态金属加工中，夹杂物的控制是一项至关重要的任务。
夹杂物是液态金属中的非金属颗粒或微小气泡，它们可能在金属凝固过程中形成，对最终产品的性能产生严重影响。
因此，了解夹杂物的来源、影响以及如何有效地控制它们，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
一、夹杂物的来源夹杂物的来源主要有两个途径：原材料和加工过程。
在液态金属的制备过程中，如果原材料含有杂质，这些杂质可能在熔炼或净化过程中进入液态金属。
此外，在浇铸和凝固过程中，外部的颗粒或气体也可能会进入液态金属中形成夹杂物。
二、夹杂物的影响夹杂物对液态金属加工产品的性能有严重影响。
首先，它们会降低金属的强度和硬度，因为夹杂物往往是脆性的，容易在应力作用下断裂。
其次，夹杂物可能会引起应力集中，导致产品在铸造缺陷处的开裂。
此外，夹杂物还可能影响产品的导电性和导热性，从而影响产品的使用性能。
三、夹杂物的控制方法为了控制液态金属加工中的夹杂物，我们可以采取以下措施：1. 选用纯度高的原材料：在选择原材料时，应尽量选用纯度高的金属材料，以减少夹杂物的来源。
2. 优化熔炼和净化工艺：熔炼和净化工艺对夹杂物的含量有重要影响。
通过优化这些工艺参数，可以减少新夹杂物的形成并去除一部分已形成的夹杂物。
3. 浇铸和凝固过程的控制：在浇铸和凝固过程中，应采取措施减少颗粒或气体的进入。
例如，可以使用净化剂来吸附可能进入液态金属中的气体，并采用合适的浇铸速度和温度来减少颗粒的进入。
4. 定期检查和清理设备：在生产过程中，定期检查设备和清理残留的杂质是必要的。
这有助于减少新的夹杂物的形成并去除已形成的夹杂物。
综上所述，通过采取以上措施，我们可以有效地控制液态金属加工中的夹杂物，从而提高产品质量和生产效率。
这些措施不仅有助于提高产品的性能和使用寿命，还有助于降低生产成本和提高企业的竞争力。
连铸中夹杂物的控制
连铸中夹杂物的控制连铸提高钢的质量控制夹杂物的办法有两类：第一类是防止夹杂物的生成和带入，第二类是去除钢液中已存在的夹杂物。
主要采取的对策包括：保护浇注、中间包冶金技术、中间包钢水流动控制、中间包覆盖渣、碱性包衬、中间包电磁离心分离技术、中间包热循环操作技术、防止下渣和卷渣技术、结晶器钢水流动控制、结晶器电磁搅拌技术等采取的一些具体做法如下：1、防止钢液的二次氧化钢液的二次氧化是指钢液脱氧后，继续和空气中的氧或其他氧化物作用，使钢中的氧含量升高。
为了防止钢液的二次氧化，应对钢液进行保护浇注，具体措施如下:(l)注流的保护。
钢液注流的保护包括钢包注流的保护和中间包注流的保护。
通常有长水口、浸入式水口及惰性气体屏蔽等方法。
通过注流保护浇注，既可以防止注流的二次氧化，又可避免浇注时钢流冲击液面使钢液裸露而造成的二次氧化。
(2)合理使用中间包覆盖剂。
为了防止钢液的二次氧化，生产高纯净钢，仅仅靠对注流的保护是不够的，因为中间包内高温钢液裸露于空气中，同样会受到空气的污染，因此减少钢液的二次氧化的另一措施就是在中间包内加覆盖剂。
从提高钢水清洁度的角度来讲，覆盖剂应具备隔绝空气、绝热保温、吸收从钢液中分离出来的非金属夹杂物的功能。
目前使用的覆盖剂有三种:酸性:典型的为炭化稻壳，绝热性好，成本低，但不利于吸收中间包中上浮的夹杂;中性:典型的为SiO2-A12O3质材料，有一定的绝热性，成本较低，有吸收夹杂的能力;碱性:以MgO或白云石为基的材料，吸收夹杂能力强，但绝热性能不好，易产生保护渣结壳现象。
有研究表明高的碱性覆盖剂的使用效果比酸性和中性覆盖剂的使用效果好。
(3)合理使用结晶器保护渣。
在结晶器中高温钢液面上加入低熔点的渣，会迅速形成粉渣层，烧结层和液渣层三层结构，并均匀地覆盖整个钢液面，将空气与钢液隔开，有效地阻止空气中的氧进入钢液。
但是，渣中氧化物(如FeO)的存在会增加渣金界面的氧势，提高了液渣层中氧的扩散速率，促进空气中的氧经过渣层进入钢液中，因此一般要求保护渣中FeO<4%，有的要求小于1%。
夹杂物控制工艺技术
绝大多数转炉钢厂炼钢终点控制仍采用凭人工经验 控制的落后方式; 终点成分、温度控制一次命中率较低; 多次补吹造成钢液溶解氧含量高、波动大； 钢中[O]的提高最终将增加钢中非金属夹杂物量。
夹杂物控制工艺技术
（3）控制炼钢炉下渣量
l 挡渣法（偏心炉底出钢、气动法、挡渣球、电磁阀， 红外成像）； l 扒渣法：目标是钢包渣层厚<50mm，下渣2kg/t； l 留钢操作。
提高真空度，加快脱碳反应； 增加钢液进入真空室的循环流量，加快脱碳 反应。
增加RH提升管Ar流量以提高钢水环流量
川崎千叶厂240、280吨RH装置Ar流量与钢水环流量的关系
通过增加浸渍管截面积提高钢水环流量
川崎千叶厂240、280吨RH装置浸渍管面积与钢水 环流量的关系
加大RH浸渍管直径，提高Ar流量是近10年来RH最 主要的改进。
夹杂物控制工艺技术
最复杂的问题是确保警告的可靠性。 为了实现这个目的，提供了以下补充算法： 钢流追踪：确定钢流区域，它随转炉倾角改变而变化。 此定义区域是其它任何高级算法的基础。 似真性检查：如果合金化或脱氧过程中产生的烟尘或 火焰挡住了钢流的视线，系统不能准确地识别钢流。这 种情况下，输出警告失效。只要这种情况持续下去，就 会通过一种算法连续检查传感器信号的似真性。 渣的动力学极限：不同炉次的温度变化或者由于空气 中烟尘含量增加导致透射率降低都会引起探测信号强度 的改变。 渣的动力学极限算法会自动弥补这些影响以确保钢渣 转换的可靠的灵敏度。
夹杂物控制工艺技术
4)操作结果和效益 从1999年6月到2001年3月，欧洲和亚洲已经安装了18 套该系统。 实时图象清晰地显示出极少量的炉渣流动，比肉眼观 察到的早，很受操作人员的欢迎。 几个钢厂已经利用炉渣指数优化了出钢过程。
夹杂物的控制技术
半塑性夹杂物：各种复相的铝硅酸盐
夹杂物的分类
从金相学上夹杂物分为：
A 硫化物类：具有高延展性，有较宽范围形态比的单个灰色夹杂物， 一般边部呈圆角。 B 氧化铝类：大多没有变形，带角的，形态比小(一般＜3)黑色或 蓝色颗粒，沿轧制方向排成一行。 C 硅酸盐类：具有高延展性，有较宽范围形态比(一般≥3)的单个呈 黑色或深灰色夹杂，一般端部成 锐角。 D 球状氧化物类：不变形，带角或圆形，形态比小(一般＜3)黑色 或带蓝色，无规则分布。
夹杂物的控制方法
评价钢中夹杂物
全氧T[O]=[O]溶+[O]夹
转炉吹炼终点：[O]夹=>0
T[O]=[O]溶=700-900ppm [O]溶决定于：
1. 钢中的[C]
2. 渣中的(FeO) 3. 钢水温度
转炉终点钢中[C]与a [O]的关系
夹杂物的控制方法
钢包脱氧合金化+精炼后：
[O]溶=>0 T[O]=[O]夹
夹杂物的检测
检测方法：
1. 金相显微镜观测法
2. 图像扫描法 3. 电解法 4. 电子束熔炼法 5. 扫描电子显微镜法 6. 超声波法 7. X射线衍射法 8. 原位分析法 9. 原貌分析法
夹杂物的检测
夹杂物的检测-光学金相显微镜
通过金相显微镜（放大倍 数25-1000倍）肉眼观察经过 打磨抛光的钢样，通过观察 夹杂物的夹杂物的形状、光 学特征或化学法辅助，定性 的了解夹杂物的类型、数量、 尺寸、分布等。
夹杂物的检测-扫描电子显微镜
将电子束用电磁透镜聚焦照 射在试样表面，同时用电子束扫 描，在显像管上显示出式样发出 的信号，可清晰的观测到各种夹 杂物的主体像，了解其分布和形 态，用电子探针分析仪测定其组 成及含量，特别是鉴定夹杂物的 局部成分很有效。
炼钢过程中夹杂物的生成与控制
炼钢过程中夹杂物的生成与控制炼钢是一种重要的工业生产过程，其主要目的是通过将炉料（如铁矿石和废钢铁）放入高温高压的熔炉中，使其与还原剂反应产生炉渣和钢水。
在炼钢过程中，夹杂物是不可避免的产物，但若不控制好夹杂物的生成和处理，将会对钢材的性能造成影响。
一、夹杂物的生成1. 炼钢原料中的夹杂物在炼钢过程中，钢铁厂使用的原料炉料中也含有很多夹杂物。
铁矿石中可能含有磁铁矿（Fe3O4）、方铅矿（PbS）、非磁性氧化铁等难以还原的杂质，在还原反应中难以完全还原，会留下大量夹杂物。
还有一些废钢铁，其表面可能覆盖着石灰、尘土、油脂等污物，这些污物也会在钢水中成为夹杂物。
2. 熔炼反应中的夹杂物熔炼反应中，通常需要加入气体（如氧气、氮气、煤气等）和其他物质来促进反应的进行。
在炉内加氧气时，由于气流不稳定、温度较高等因素的影响，很容易将炉外的氧气和空气带进熔池内，形成气泡。
这些气泡在熔池中翻滚，不断向上升腾，并带走了一些夹杂物。
同时，由于熔池中的温度较高，很容易与炉壁和炉料发生接触，将其熔化并带进熔池中，也会形成夹杂物。
3. 结晶过程中的夹杂物在冷却结晶的过程中，由于钢水在温度、浓度和结构等方面的变化，也会产生一些夹杂物。
比如说，当钢水流经炉铁水口时，由于温度急剧下降，容易出现结晶，从而使炉渣、氧化膜、炉渣酸性物质等固体杂质一起形成夹杂物。
二、夹杂物的控制方法1. 提高原料炉料的质量钢铁厂应该选择优质炉料作为原料炉料，减少夹杂物的含量。
同时，还要在熔炼过程中掌握好炉料的添加量和时间，避免在钢水中形成夹杂物。
2. 控制还原反应通过控制熔炼反应的强度和时间，可以减少因反应不充分而产生的夹杂物。
此外，还可以在熔池中加入一定量的草酸钡等物质，使其转化为气态物质，从而带走气体，减少夹杂物的含量。
3. 控制冷却速度在炉外输送钢水时，要注意控制输送速度和冷却速度，避免钢水与空气接触时间过长，从而减少氧化膜和炉渣等物质的形成。
在钢水过程中应当尽量避免在冷却过程中结晶，可以采用一定的技术手段，如增加钢水的流动性、提高冷却速度等方法，避免夹杂物的形成。