夹杂物的生成及控制

夹杂物的生成及控制

作者：shicm 发表日期：2007-5-28 阅读次数：763

1 非金属夹杂物情况及分类

按其化学成分组成和结构可以分以下几类

（1）氧化物夹杂：单一金属氧化物、硅酸盐、尖晶石和各种钙铝酸盐；

（2）硫化物夹杂：MnS、CaS等，在轧制过程中具有良好的变形能力；

（3）磷化物夹杂：CaP、BaP等还原脱磷产物，在一般钢种中较少出现；

（4）氮化物夹杂：TiN、ZrN等夹杂物，是钢液从大气中吸氮的产物；

（5）含不同类型夹杂物的复合夹杂。

按其来源主要分为两类：

（1）外来夹杂物，主要来源为炉渣卷入钢液形成的卷渣、钢液或炉渣与炉衬耐火材料接触时的侵蚀产物、铁合金及其它炉料带入的夹杂等等，在浇铸过程未及时上浮而残留在钢中，它偶然出现，外形不规则，尺寸大，危害极大；（2）内生夹杂物，在液态或固态钢中，由于脱氧和凝固时进行的各类物理化学反应而形成的，主要是和钢中氧、硫、氮的反应产物,它的形成有四个阶段，钢液脱氧反应时形成的成为原生（一次）夹杂；出钢和浇铸过程中温度下降平衡移动时形成的成为二次夹杂；钢水凝固过程中生成为再生（三次）夹杂；固态相变时因溶解度变化而生成的成为四次夹杂；由于一次、三次夹杂生成和析出的热力学和动力学条件最有利，因此可以认为内生夹杂大部分是在脱氧和凝固时生成的，因此控制夹杂最主要的就是要加强脱氧和严格防止二次氧化。（3）一些尺寸较大的多相复合结构的夹杂物，有时是不同类型的内生夹杂复合而成，有时则是内生夹杂物与外来夹杂物互相包裹而形成的。

为了方便生产评级和比较，按照标准评级图显微检验法根据夹杂物形态和大小分布将夹杂物分为A、B、C、D、DS五类，

这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态:

—A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角；

—B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)；

—C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角；

—D类(球状氧化物类，如钙铝酸盐)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒；

—DS类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。

每类夹杂物又根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成粗系和细系两个系列，每个系列由表示夹杂物含量递增从0.5至3级的六个等级图片组成，根据100倍显微视场下与标准图谱对比，来确定夹杂物级别。

2 国内外先进厂家夹杂物控制情况及我厂现状

近年来,加拿大的Mitchell 和新日铁的福本提出“零夹杂钢”的概念。所谓“零夹杂钢”,不是钢中无夹杂物,而是夹杂物尺寸小于1μm。在凝固之前非金属夹杂物不析出,在固相状态下析出的非金属夹杂物高度弥散分布,无法用光学显微镜观察到,这时夹杂物可发挥有益的作用,使钢的抗疲劳性能大幅度提高。目前,日本先进厂家可以将钢中总氧含量控制在2～5ppm，钢中夹杂大小基本上控制在5～8μm以下。我厂评价夹杂物主要根据标准图谱评级，目前夹杂物控制极不稳定，从评级来看，A细和D细系基本上都是1级，A粗、D粗、C系基本上都是0级，比较稳定，但B细系波动比较大，不时出现超长情况，另外还有出现由于夹杂物产生质量异议，钢中总氧含量在8～35ppm之间，波动也比较大。

3夹杂物控制原理

其中A类夹杂物与硫含量相关，通过脱硫来控制，C类为硅酸盐夹杂物,在现代精炼设备和条件下一般很少存在。目前炼钢厂夹杂物波动最大、危害最大的是B类夹杂物，经常出现B细夹杂物评级超标。B类夹杂与钢中全氧含量有很大相关性，B类夹杂与全氧量成一种线性递增关系，要降低钢中的B类夹杂总量，最主要的是降低总氧量。因此一般把减少夹杂和加强脱氧要结合起来考虑。

解决夹杂物问题主要应该从热力学和动力学两方面考虑，热力学解决夹杂物的形成和变性，动力学解决夹杂物的脱除。热力学的核心问题是围绕钢中溶解氧和全氧的含量决定合理的脱氧制度、合适的温度和还原气氛控制、以及对夹杂物的变性处理。动力学的核心问题主要是通过优化精炼渣的物理化学性能（比如碱度、黏度，熔化温度等因素）、合适的吹氩制度和镇定时间、稳定的耐火材料、良好的中间包流场和合适的保护渣性能等来促进夹杂物的上浮和吸附去除。

4 夹杂物控制操作

对于夹杂物控制实际操作来说，首先要强调工艺的稳定性、标准化操作，必须抓好关键工序的操作。

电炉出钢要尽量减少下渣，稳定出钢的钢水量、温度和成分，尽量控制好稳定的过氧化程度，为精炼的顺利脱氧、脱硫作好前提准备；

精炼要注意优化脱氧工艺，目前炼钢厂生产基本上都是采用加铝进行强脱氧，将钢中溶解氧降低至2－4ppm，然后通过VD真空处理、保护浇铸、中间包冶