洁净钢冶炼及质量控制
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• 脱碳与脱硫
• 脱氧与夹杂物
• 复吹
炉外精炼
• 含义：把炼钢炉炼出的成品钢或半成品钢，
在炉外设备中进行脱硫、脱氧、脱碳、去气、 去夹杂、调整化学成分和温度等处理，进一 步提高钢的质量和品质的工艺方法。 • 功能 • 手段 • 方法
连铸
• 连铸过程
• 二次氧化与保护浇注
• 中间包冶金
• 保护渣
夹杂物控制
• 非金属夹杂物：在冶炼和浇注过程中产生或混入钢中，
经加工或热处理后仍不能消除而且与钢基体无任何联系而 独立存在的氧化物、硫化物、氮化物等非金属相，统称为 非金属夹杂物，简称夹杂物。 • 非金属夹杂物是指其存在状态不受一般热处
理的显著影响的非金属化合物。
补充：夹杂物分类
• 按化学成分分类
• 按夹杂物的来源分类
钢中微量元素(Pb 、As 、Sb 、Bi 、Cu 、Sn) 的含量
也很低
纯净钢与洁净钢概念
• 洁净钢( clean steel) ：指对钢中非金属夹杂物(主要是
氧化物、硫化物) 进行严格控制的钢种，要求夹杂物对钢 的性能无害。 这主要包括:钢中总氧含量低，非金属夹杂物 • 数量少 ；尺寸小
• 分布均匀；形状合适
• 钢材的断裂过程是裂纹的不断发生和发展的过程，而夹 杂物往往作为显微裂纹的起点而起重要的作用。因此，
夹杂物对金属材料与断裂过程有关的性能指标如延伸率
﹑断面收缩率等影响很大。当夹杂物的数量增加时，钢 的塑性下降。
• 夹杂物对钢的疲劳寿命有不利的影响，按降低疲劳寿命
的程度从强到弱排列：刚玉﹑球状不变性夹杂﹑半塑性
• 按夹杂物的颗粒大小分类
• 按加工时夹杂物的变形性能来分类
夹杂物控制
• 原料
• 转炉过程控制
• 转炉出钢控制
• 钢包渣改质处理
• 吹氩搅拌
• 炉外精炼
夹杂物控制
• 防止二次氧化
针对渣
针对空气
针对耐材
• 促夹杂物上浮
夹杂物控制
• 水口堵塞控制
原因 解决办法 钙处理
• 结晶器液面渣乳化控制 • 结晶器钢液流场控制
• 连铸控制
• 企业比较
洁净钢平台典型工艺介绍
• 首钢京唐公司(曹妃甸)
绿色、清洁、低成本、高效率 ，用最经济的
方法大批量、快节奏地生产洁净钢是当今世界钢
铁流程发展的一大重要特征。
• 鞍钢鲅鱼圈钢铁公司
典型钢种的质量控制
按成分控制
• 超低碳钢
• 超低硫钢
• 钢中气体的控制
超低碳钢冶炼
• 主要钢种：
– IF钢([C]≤10ppm）； – 电工钢(([C]≤20ppm)。
• RH精炼快速脱碳：
– 强大真空抽气能力；
– 加大钢水循环速率：增大浸渍管直径；
增加提升气体流量；
–―双工位”RH。
超低硫钢冶炼
2) 保持出钢钢流圆滑连贯，减少空气卷入量。
3) 避免过分的氩气流量，防止钢液裸露。 4) 先脱硫，后用最大的氩气量脱气。
典型钢种的质量控制
按工艺流程（炉外精炼）选择：专线化生产 • 普通长材 • 板带钢
热轧 冷轧
• 中厚板 • 线材、型材
典型钢种的质量控制
按冶炼钢种
• IF钢 • 硅钢 • 管线钢 • 重轨 • 轴承钢
• 转炉炼钢：侧重脱碳、脱磷
• 炉外精炼：全面
• 连铸：侧重保护浇注
铁水预处理
• 含义：铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱
磷而进行的处理过程。 • 目的 • 方法及效果比较
•脱硫优越性、必要性
• 扒渣
转炉炼钢
• 冶炼一炉钢钢水、炉渣成分变化规律（图示）
• 炉渣氧化性控制
• 脱碳与脱磷（氧化与还原）
• 类型不影响钢材的最终使用性能（脆性夹杂物少）
纯净度对钢材性能的影响
• 纯净度概念：指与杂质元素、非金属夹杂
物的数量、类型、形态、尺寸及分布等有
关的信息。钢材的纯净度越高，其性能越
好，使用寿命也越长。
杂质元素对钢性能的影响
• [C]：强度、塑韧性
• [S]：热脆等
• [P]：冷脆等
• [H]：白点等
硅酸盐﹑塑性硅酸盐﹑硫化物。随这些夹杂数目增加， 轴承钢的疲劳寿命显著下降。
国内外研究现状
• 超洁净钢
• “零夹杂”钢
• 《洁净钢—洁净钢生产工艺技术》 —国际钢协
• 洁净钢国际交流年会—— 鞍钢集团和中国金属学会共同主办
洁净钢生产平台
所谓洁净钢平台，应该是一种高效率、低成本、稳定 生产洁净钢的基础性、通用性的集成性技术系统（技术 群）。
IF钢
• 概念
• 化学成分与性能
• 生产工艺特点及优化
• 质量判定
• 生产控制要点及比较：日本川崎、神户；
德国蒂森；宝钢、武钢、鞍钢等
管线钢
• 概念
• 化学成分与性能
• 生产工艺路线及优化
• 工艺要点与质量控制
• 企业比较
轴承钢
• 概念
• 化学成分与性能
• 氧及夹杂物控制
• 生产工艺路线及优化
• 铁水预处理脱硫：扒净高硫含量的预脱硫渣，
尽量不兑入转炉是重点
• 转炉冶炼脱硫：减少下渣，控制回硫是重点
• 钢水二次精炼脱硫：LF造好还原渣是重点； RH喷粉
钢中气体的控制
控制氢的措施 1) 避免采用水化的石灰 2) 避免采用潮湿的合金和添加剂 3) 在钢包脱气时采用最大的氩气量 控制氮的措施 1) 不脱氧出钢
由于不同用途钢材所承受的加工过程、使用状况不同，
相应的经济洁净度要求不同，成本、价格要求不同，批量 规模也不同。因此，生产不同类型商品钢材的洁净钢“平 台”有不同的模式。不仅适合于高档商品钢，也适用于量 大面广的普通商品钢的生产。
生产工艺控制环节
• 核心、关键：尽量去除杂质、严格控制夹杂物
• 铁水预处理：侧重脱硫
• [N]：时效硬化等
• [O] — 夹杂物
夹杂物对钢性能的影响
• 钢在热轧或锻造时，容易在非金属夹杂处形 成裂纹。如果钢材中有非金属夹杂物，当钢 材承受拉伸力时，在与拉伸方向相垂直的横 截面上，应力的分布就不均匀，而产生应力 集中现象，即在与夹杂物相邻的金属基体处 应力急剧升高，严重时将产生断裂。
洁净钢冶炼及质量控制
• 基本认识
• 生产工艺控制环节
• 夹杂物控制
• 典型钢种的质量控制
基本认识
• 纯净钢与洁净钢概念
• 纯净度对钢材性能的影响
• 国内外研究现状
• 洁净钢生产平台的建立
纯净钢与洁净钢概念
• 纯净钢(purity steel)：是指除对钢中非金属夹杂物
进行严格控制以外， 钢中其它杂质元素含量也少的钢种。 钢中总氧含量和夹杂物水平很低 钢中氧、硫、磷、氮、氢，甚至包括碳含量都很低，总 含量已达到80ppm以下，目前尚有继续降低的趋势
• 脱氧与夹杂物
• 复吹
炉外精炼
• 含义：把炼钢炉炼出的成品钢或半成品钢，
在炉外设备中进行脱硫、脱氧、脱碳、去气、 去夹杂、调整化学成分和温度等处理，进一 步提高钢的质量和品质的工艺方法。 • 功能 • 手段 • 方法
连铸
• 连铸过程
• 二次氧化与保护浇注
• 中间包冶金
• 保护渣
夹杂物控制
• 非金属夹杂物：在冶炼和浇注过程中产生或混入钢中，
经加工或热处理后仍不能消除而且与钢基体无任何联系而 独立存在的氧化物、硫化物、氮化物等非金属相，统称为 非金属夹杂物，简称夹杂物。 • 非金属夹杂物是指其存在状态不受一般热处
理的显著影响的非金属化合物。
补充：夹杂物分类
• 按化学成分分类
• 按夹杂物的来源分类
钢中微量元素(Pb 、As 、Sb 、Bi 、Cu 、Sn) 的含量
也很低
纯净钢与洁净钢概念
• 洁净钢( clean steel) ：指对钢中非金属夹杂物(主要是
氧化物、硫化物) 进行严格控制的钢种，要求夹杂物对钢 的性能无害。 这主要包括:钢中总氧含量低，非金属夹杂物 • 数量少 ；尺寸小
• 分布均匀；形状合适
• 钢材的断裂过程是裂纹的不断发生和发展的过程，而夹 杂物往往作为显微裂纹的起点而起重要的作用。因此，
夹杂物对金属材料与断裂过程有关的性能指标如延伸率
﹑断面收缩率等影响很大。当夹杂物的数量增加时，钢 的塑性下降。
• 夹杂物对钢的疲劳寿命有不利的影响，按降低疲劳寿命
的程度从强到弱排列：刚玉﹑球状不变性夹杂﹑半塑性
• 按夹杂物的颗粒大小分类
• 按加工时夹杂物的变形性能来分类
夹杂物控制
• 原料
• 转炉过程控制
• 转炉出钢控制
• 钢包渣改质处理
• 吹氩搅拌
• 炉外精炼
夹杂物控制
• 防止二次氧化
针对渣
针对空气
针对耐材
• 促夹杂物上浮
夹杂物控制
• 水口堵塞控制
原因 解决办法 钙处理
• 结晶器液面渣乳化控制 • 结晶器钢液流场控制
• 连铸控制
• 企业比较
洁净钢平台典型工艺介绍
• 首钢京唐公司(曹妃甸)
绿色、清洁、低成本、高效率 ，用最经济的
方法大批量、快节奏地生产洁净钢是当今世界钢
铁流程发展的一大重要特征。
• 鞍钢鲅鱼圈钢铁公司
典型钢种的质量控制
按成分控制
• 超低碳钢
• 超低硫钢
• 钢中气体的控制
超低碳钢冶炼
• 主要钢种：
– IF钢([C]≤10ppm）； – 电工钢(([C]≤20ppm)。
• RH精炼快速脱碳：
– 强大真空抽气能力；
– 加大钢水循环速率：增大浸渍管直径；
增加提升气体流量；
–―双工位”RH。
超低硫钢冶炼
2) 保持出钢钢流圆滑连贯，减少空气卷入量。
3) 避免过分的氩气流量，防止钢液裸露。 4) 先脱硫，后用最大的氩气量脱气。
典型钢种的质量控制
按工艺流程（炉外精炼）选择：专线化生产 • 普通长材 • 板带钢
热轧 冷轧
• 中厚板 • 线材、型材
典型钢种的质量控制
按冶炼钢种
• IF钢 • 硅钢 • 管线钢 • 重轨 • 轴承钢
• 转炉炼钢：侧重脱碳、脱磷
• 炉外精炼：全面
• 连铸：侧重保护浇注
铁水预处理
• 含义：铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱
磷而进行的处理过程。 • 目的 • 方法及效果比较
•脱硫优越性、必要性
• 扒渣
转炉炼钢
• 冶炼一炉钢钢水、炉渣成分变化规律（图示）
• 炉渣氧化性控制
• 脱碳与脱磷（氧化与还原）
• 类型不影响钢材的最终使用性能（脆性夹杂物少）
纯净度对钢材性能的影响
• 纯净度概念：指与杂质元素、非金属夹杂
物的数量、类型、形态、尺寸及分布等有
关的信息。钢材的纯净度越高，其性能越
好，使用寿命也越长。
杂质元素对钢性能的影响
• [C]：强度、塑韧性
• [S]：热脆等
• [P]：冷脆等
• [H]：白点等
硅酸盐﹑塑性硅酸盐﹑硫化物。随这些夹杂数目增加， 轴承钢的疲劳寿命显著下降。
国内外研究现状
• 超洁净钢
• “零夹杂”钢
• 《洁净钢—洁净钢生产工艺技术》 —国际钢协
• 洁净钢国际交流年会—— 鞍钢集团和中国金属学会共同主办
洁净钢生产平台
所谓洁净钢平台，应该是一种高效率、低成本、稳定 生产洁净钢的基础性、通用性的集成性技术系统（技术 群）。
IF钢
• 概念
• 化学成分与性能
• 生产工艺特点及优化
• 质量判定
• 生产控制要点及比较：日本川崎、神户；
德国蒂森；宝钢、武钢、鞍钢等
管线钢
• 概念
• 化学成分与性能
• 生产工艺路线及优化
• 工艺要点与质量控制
• 企业比较
轴承钢
• 概念
• 化学成分与性能
• 氧及夹杂物控制
• 生产工艺路线及优化
• 铁水预处理脱硫：扒净高硫含量的预脱硫渣，
尽量不兑入转炉是重点
• 转炉冶炼脱硫：减少下渣，控制回硫是重点
• 钢水二次精炼脱硫：LF造好还原渣是重点； RH喷粉
钢中气体的控制
控制氢的措施 1) 避免采用水化的石灰 2) 避免采用潮湿的合金和添加剂 3) 在钢包脱气时采用最大的氩气量 控制氮的措施 1) 不脱氧出钢
由于不同用途钢材所承受的加工过程、使用状况不同，
相应的经济洁净度要求不同，成本、价格要求不同，批量 规模也不同。因此，生产不同类型商品钢材的洁净钢“平 台”有不同的模式。不仅适合于高档商品钢，也适用于量 大面广的普通商品钢的生产。
生产工艺控制环节
• 核心、关键：尽量去除杂质、严格控制夹杂物
• 铁水预处理：侧重脱硫
• [N]：时效硬化等
• [O] — 夹杂物
夹杂物对钢性能的影响
• 钢在热轧或锻造时，容易在非金属夹杂处形 成裂纹。如果钢材中有非金属夹杂物，当钢 材承受拉伸力时，在与拉伸方向相垂直的横 截面上，应力的分布就不均匀，而产生应力 集中现象，即在与夹杂物相邻的金属基体处 应力急剧升高，严重时将产生断裂。
洁净钢冶炼及质量控制
• 基本认识
• 生产工艺控制环节
• 夹杂物控制
• 典型钢种的质量控制
基本认识
• 纯净钢与洁净钢概念
• 纯净度对钢材性能的影响
• 国内外研究现状
• 洁净钢生产平台的建立
纯净钢与洁净钢概念
• 纯净钢(purity steel)：是指除对钢中非金属夹杂物
进行严格控制以外， 钢中其它杂质元素含量也少的钢种。 钢中总氧含量和夹杂物水平很低 钢中氧、硫、磷、氮、氢，甚至包括碳含量都很低，总 含量已达到80ppm以下，目前尚有继续降低的趋势