炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制
钢中夹杂物控制
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IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究共3篇
IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究共3篇IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究1IF钢中成分及夹杂物的过程控制研究随着现代工业的不断发展，对于钢材的品质要求也越来越高。
IF钢作为一种特殊优质钢种，其在汽车、家电、建筑等领域广泛应用。
然而，IF钢中夹杂物会影响钢材的力学性能、表面和内部质量，对其材料性能和应用价值产生极大影响。
因此，如何控制IF钢中的成分和夹杂物，是IF钢制造过程中需要解决的关键问题。
IF钢是一种采用低碳、低硫、低磷的残余奥氏体钢种。
在IF钢的制造过程中，控制钢水中的成分含量是非常重要的。
其中，C、S、P元素含量对于钢材的机械性能有着重要的影响。
C元素的含量要保证适当，通常控制在0.04%-0.08%范围内，过高或过低都会使得机械性能发生损伤。
S元素含量应控制在0.005%-0.010%范围内，过高会促使烧坏电极，导致钢中夹杂物增加。
P元素含量控制在0.002%-0.005%范围内，为了降低钢中的气体夹杂物，通常采用钙处理剂进行熔炼。
除了需要控制IF钢中的成分含量，还需要控制钢中的夹杂物。
夹杂物是影响钢材力学性能的主要因素之一。
铜、锰、磷、铝等元素是最常见的夹杂物，它们的形态主要分为气体夹杂物、夹杂物、硅线夹杂物。
其中，气体夹杂物是采用真空熔炼来达到控制的。
夹杂物控制主要采用铝剂、钝化剂来控制，将夹杂物和夹杂物粒子分散固溶。
夹杂物控制涉及到工艺流程中的温度、时间、气氛等多个因素。
其中，温度是控制夹杂物形成和发展的最主要因素。
在熔炼过程中，温度不稳定会导致夹杂物粗化、合并，影响到产品的质量。
时间是影响夹杂物生成的另一个因素。
时间越长，夹杂物的净化越好，但同时也会增加钢材的消耗和制造成本，因此需要在时间与效果之间做出平衡。
气氛对于夹杂物的控制也是至关重要的。
在IF钢制造过程中，要求钢水在加工过程中不氧化，因此需要高纯氧化铝和氮气配制的高保护因素。
总而言之，IF钢中成分及夹杂物的过程控制是IF钢提高品质的关键。
炼钢过程钢中氧的控制
炼钢过程钢中氧的控制（三种脱氧方式）1 钢中的氧——钢洁净度的量度炼铁是一个还原过程。
高炉内加入还原剂（C、CO）把铁矿石中的氧（Fe3O4、Fe2O3）脱除，使其成为含有C、Si、Mn、P、S的生铁。
炼钢是一个氧化过程。
把纯氧吹入铁水熔池，使C、Si、Mn、P氧化变成不同碳含量的钢液。
当吹炼到终点时，钢水中溶解了过多的氧，称为溶解氧[O]D或a[O]。
出钢时，在钢包内必须进行脱氧合金化，把[O]D转变成氧化物夹杂，它可用[O]I表示，所以钢中氧可用总氧T[O]表示：T[O]=[O]D+[O]I出钢时，钢水中[O]I→0，T[O]→[O]D；脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]D→0，T[O]=[O]I。
因此，可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度，也就是钢中夹杂物水平。
钢中T[O]越低，则钢就越“干净”。
为使钢中T[O]较低，必须控制：（1）降低[O]D：控制转炉终点a[O]，它主要决定于冶炼过程；转炉采用复吹技术和冶炼终点动态控制技术可使转炉终点氧[O]D控制在（400～600）×10-6范围。
（2）降低夹杂物的[O]I：控制脱氧、夹杂物形成及夹杂物上浮去除——夹杂物工程概念（Inclusion Engineering）。
随着炉外精炼技术的发展，钢中的总氧含量不断减低，夹杂物越来越少，钢水越来越“干净”，甚至追求“零夹杂物”，钢材性能不断改善。
1970～2000年钢中T[O]演变，由于引入炉外精炼，对于硅镇静钢，T[O]可达（15～20）×10-6，对于铝镇静钢，T[O]可达到<10×10-6。
（3）连铸过程：一是防止经炉外精炼的“干净”的钢水不再污染，二是要进一步净化钢液，使连铸坯中的T[O]达到更低的水平。
钢中T[O]量与产品质量关系举例如下：（1）轴承钢T[O]由30×10-6降到5×10-6，疲劳寿命提高100倍。
（2）钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显的对应关系。
金属冶炼过程中的非金属夹杂物控制
扫描电镜(SEM)
总结词
扫描电镜是一种高分辨率的显微镜，能够观察金属材料表面和内部的微观结构，适用于非金属夹杂物的检测和表 征。
详细描述
扫描电镜利用电子束扫描金属材料的表面，通过收集和分析反射回来的电子信号，形成高分辨率的图像。该方法 能够观察夹杂物的形貌、大小、分布和成分等信息，具有较高的精度和分辨率。
对金属材料性能的影响
力学性能
非金属夹杂物会降低金属的力学性能，如强度、韧性、疲劳寿命等 。夹杂物的存在会导致应力集中，降低材料的抗拉强度和疲劳极限 。
物理性能
非金属夹杂物对金属的物理性能也有显著影响。例如，夹杂物会降 低金属的导电性、导热性和磁性等。
工艺性能
非金属夹杂物还会影响金属的加工性能，如焊接、热处理、塑性加工 等。夹杂物的存在可能导致焊缝开裂、热处理时组织不均匀等问题。
X射线衍射(XRD)
总结词
X射线衍射是一种用于分析金属材料 晶体结构和相组成的检测方法，可以 用于非金属夹杂物的鉴别和定量分析 。
详细描述
X射线衍射利用X射线照射金属材料， 通过分析衍射图谱来判断材料的晶体 结构和相组成。该方法能够鉴别夹杂 物的矿物组成和含量，具有较高的精 度和可靠性。
04
非金属夹杂物的控制技术与实践
金属冶炼过程中的非金属 夹杂物控制
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 非金属夹杂物的基本概述 • 非金属夹杂物的来源与控制策略 • 非金属夹杂物检测与表征技术 • 非金属夹杂物的控制技术与实践 • 非金属夹杂物控制的效果评估与优化建议 • 案例分析：某钢厂非金属夹杂物控制实践
01
非金属夹杂物的基本概述
定期检查熔炼炉内衬，确保其完 好无损，防止剥落物混入金属溶 液。
炼钢精炼连铸夹杂物控制2011.4月
炼钢生产流程示意图
4
从炼钢生产流程来看，控制钢水洁净度的技 术对策的原则有： 转炉终点氧活度的控制 脱氧和炉外精炼的控制 浇注过程中的二次氧化产物的控制 连铸坯中夹杂物的控制
5
2 洁净钢概念
纯净钢 (purity steel):
ΣS+P+N+O+H总和水平： 60年代 ≤900 ppm 70年代 ≤800 ppm 80年代 ≤600 ppm 90年代 ≤100 ppm 2000年后 < 50 ppm
防冷拔断裂 增加疲劳寿命
酸气腐蚀
断裂
11
钢中夹杂物对钢质量的影响
表 4 某些高纯度钢发生缺陷的原因调查
钢种
产品缺陷
引起缺陷的 夹杂物最小直径
缺陷部位夹杂成分
DI 罐用镀锡板 凸缘裂纹
ERW 管材
UT 缺陷
US 缺陷
150μm、60μm 150μm 220μm
CaO-Al2O3 CaO-Al2O3、群落状 Al2O3
炼钢－精炼－连铸钢中夹杂物控制
2011年4月
1
目录
1 前言 2 洁净钢概念 3 转炉终点氧活度的控制 4 脱氧和夹杂物的控制 5 浇注过程中的二次氧化产物的控制 6 连铸坯中的夹杂物 7 炼钢生产过程中夹杂物控制对策 8 结语
2
1前 言
所谓连铸钢水准备，实质上就是连铸钢水质量控制。只有得到良好 的钢水质量，连铸机才能达到生产率高、铸坯质量好。所谓良好的钢 水质量：
现代化水平； 不管生产什么用途的钢，总是要求钢中夹杂
物数量尺寸、形态得到控制。
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高附加值产品洁净度:
高附加值产品对洁净度要求是： T[O]要低<20ppm； 夹杂物数量要少； 夹杂物尺寸要小<50µm； 夹杂物形态要合适。
钢铁冶炼中炼钢精炼过程技术研究
钢铁冶炼中炼钢精炼过程技术研究随着现代工业的高速发展，钢铁冶炼技术也在不断进步。
其中一个关键的环节就是炼钢精炼。
炼钢精炼是指在钢铁冶炼过程中使用一系列工艺和装置对钢水进行深度处理，以满足不同的用途和要求。
本文将对炼钢精炼的过程技术进行研究和探讨。
一、炼钢精炼的基本原理炼钢精炼是通过对钢水进行一系列的物理和化学反应，去除其中的杂质、减少气体含量、调整化学成分以及提高纯度、均匀性和流动性，最终得到高品质的钢材。
其基本原理主要包括以下几个方面：1、去除杂质：钢水中可能含有一些杂质元素，如硫、氧、氮、磷等，这些杂质会对钢的物理和化学性质产生影响，因此需要采用相应的工艺措施去除。
2、减少气体含量：钢水在冶炼和转运过程中容易吸收和固定一定量的氢、氧、氮等气体，这些气体会在钢水冷却时析出，形成气泡和夹杂物，从而对钢材的品质造成影响。
因此通过钢水表面喷镇静剂、开放式、半封闭式降温等方式将气体从钢水中逐步排除。
3、调整化学成分：对于不同产出要求的钢材，需要采用相应的方法调整化学成分以达到要求。
常见的方法包括脱碳、添加合金等。
二、常见的炼钢精炼工艺和装置1、离子交换技术离子交换技术是一种采用离子交换树脂作为中介介进行物质分离和交换的方法。
在炼钢精炼过程中，离子交换树脂可用于去除钢水中的杂质元素，如硫、氧、氮等，并同时添加某些元素以满足特定的生产要求。
该技术具有反应速度快、操作简单、除杂彻底等优点，但其成本较高。
2、质量浓缩方法质量浓缩是通过将钢水在容器中进行煅烧和还原反应达到调节钢水化学成分的目的。
常见的方法有爆炸氧化和闪蒸。
爆炸氧化法是将氧气喷入钢水中进行氧化反应，从而达到脱贫的目的。
闪蒸法是利用闪蒸速度较快的特点，为钢水提供高速流动条件，从而将氧吹入钢水中。
这两种方法操作简便且效果显著。
3、离子渗透法离子渗透法是一种基于离子在电场中移动的渗透技术。
在钢水中加入例如Na2CO3、NaCl等的导体盐，利用其离子在电场中移动的特性，引导亚铁离子向阳极方向转移，形成Fe2O3氧化物，从而去除杂质元素。
优化炼钢工艺确保高效连铸的钢水质量
管理及其他M anagement and other优化炼钢工艺确保高效连铸的钢水质量安振亮摘要：优质稳定的钢水是高效连续生产顺利展开的基础，在实际生产中，由于冶炼中期温度波动幅度大，钢水流动性差等因素影响，连铸漏钢、堵流停浇等事故频繁出现，导致生产质量和效率受到影响。
因此，提高钢水质量迫在眉睫。
鉴于此，基于高效连铸钢水质量要求，在掌握炼钢工艺优化需要遵循的原则的基础上，从不同角度出发，深入探索优化炼钢工艺确保高效连铸钢水质量的对策，包括严格控制转炉精料入炉、积极应用先进技术、控制钢水成分等。
关键词：炼钢工艺；高效连铸；钢水质量钢铁工业作为国民经济的支柱产业，对国家发展意义重大。
炼钢工艺作为钢铁生产的重要环节，对钢材质量和生产效率有直接影响。
优化炼钢工艺，有助于高效连铸目标的实现。
通过合理调整转炉出钢温度、应用先进技术、严格控制钢水成分等，可以解决钢水质量不佳问题。
对此，为保证高效连铸生产能顺利推进，需要加强对炼钢工艺的优化，不断对工艺创新与完善。
1 优化炼钢工艺实现高效连铸钢水质量的要求第一，对连铸钢水的成分合格率全面提高，达到成分命中率最佳状态。
第二，加强对钢水流动性的改善，保证钢水的纯净度能整体提高，让钢水夹杂物总量减少。
第三，减少过程的系统温降，降低出钢、钢包、中包浇注温度，确保大包温度命中率能达到最佳。
第四，促进炼钢操作水平的提高，将转炉的冶炼周期缩短，促进系统生产效率、均衡性的提高。
通过对炼钢工艺优化过程的严格要求，全面提高钢水质量，可以为高效连铸生产的顺利推进打下良好基础。
同时，加强对炼钢工艺的优化，也能让炼钢经济技术指标提升，有助于生产成本的降低。
2 优化炼钢工艺过程中需要遵循的原则（1）环保性。
采取先进的技术和设备，减少废气、废水及固体废物的排放。
安装高效地过滤系统和废气处理设备，有效净化废气，在炼钢过程中减小对环境的影响。
同时合理管理和处理废水、固体废弃物，符合国家相关规定与标准。
炼钢过程中的典型问题
炼钢过程中的典型问题
炼钢过程中可能会遇到以下典型问题：
1. 原材料质量：原材料的质量会直接影响钢的质量。
如果原材料中含有杂质或其他有害物质，可能会影响钢的性能。
2. 熔炼过程控制：炼钢过程需要精确控制温度、化学成分和熔炼时间等因素。
如果控制不当，可能会导致钢的质量不稳定。
3. 氧化铁皮去除：在炼钢过程中，会产生氧化铁皮，如果不及时去除，会影响钢的质量。
4. 钢水成分控制：钢水中各元素的含量需要精确控制，以确保钢的性能符合要求。
如果成分控制不当，可能会导致钢的性能不达标。
5. 夹杂物控制：夹杂物会影响钢的性能，因此需要采取措施控制夹杂物的含量和分布。
6. 浇铸过程控制：浇铸过程中需要控制钢水的温度、流量和浇铸速度等因素，以确保钢坯的质量。
7. 能源消耗：炼钢过程需要消耗大量的能源，因此需要采取节能措施，降低生产成本。
8. 环境保护：炼钢过程会产生大量的废气、废水和废渣，需要采取环保措施，减少对环境的污染。
这些问题只是炼钢过程中可能遇到的一部分，实际情况可能更加复杂。
为了确保炼钢过程的顺利进行，需要对各个环节进行严格的控制和管理。
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1.降低钢的塑性 一般来说，钢的塑性随其含氢量的增加而降 低，但降低的程度一方面取决于钢的成分和 结构，另一方面则与加荷速度、试验温度等试 验条件有关。 2，使钢产生氢脆 氢脆属于应变时效型脆性，亦称滞后破坏， 表现为数情况下 沿晶界断裂。
一般来讲，（H）（N）在钢中的溶解度随 温度下降而变小，在转变温度和熔点处跳跃式 地变化。图4-1是一个大气压下，两种气体在 钢中的溶解度随温度变化的曲线。
二、钢中氢的行为及去除 (一)钢中氢的来源 钢中的氢主要来源于炼钢原料、耐火材料和 炉气中的水分。当高温钢液与含有大量水蒸气 的炉气相接触时，水蒸气在高温作用下分解并 被钢液吸收，使钢液中氢、氧含量同时增加， 其分解反应如下式所示 H2O(g)=2〔H〕+〔O〕 根据上式，可得出 ω(H)=√KH2PH2O/ωO
(二)氢对钢质量的影响 氢的原子半径小(0.053nm)，进入钢中后， 相当容易移动。由于氢在铁中移动的激活能 只为碳在铁中移动激活能的1/10，以致钢中的 氢容易在应力(主要指外加应力、残余应力、原 子之间相互作用力等)作用下，向钢中一些危险 区域扩散，以不同形式危害钢的性能。 钢中氢的危害主要表现在以下几个方面:
Triano在1955年提出的应变时效型氢脆的 解释，目前已为较多的人所接受，其概念如 下:含氢试样受载后，在其缺口尖端处产生应力 集中。氢原子在应力作用下向这里扩散聚集， 使缺口尖端处的位错周围形成柯氏气团，对位 错产生钉扎作用，导致位错难以运动，表现为 缺口尖端处被局部硬化。在外加应力作用下， 如果试样缺口尖端处的基体不能通过位错运动 产生局部塑性变形而使应力集中松弛的话，此 处就会萌生裂纹并由此扩展长大。
尔后，当裂纹尖端扩展到贫氢区后，由于贫 氢区的位错在应力作用下易于运动，所以裂纹 尖端的基体可以通过塑性变形使应力集中有所 松弛，此时裂纹停止长大。一旦氢原子在应力 作用下又扩散聚集到裂纹尖端时，此处位错又 被钉扎，应力集中加剧，以致裂纹又开始扩展 长大……如此循环下去，裂纹不断扩展，到一 定程度后试样突然脆断。
式中，KH2 , KN2 分别为氢、氮的平衡常数。
上式表明，给定的温度下，钢液中溶解的氢、 氮的浓度与钢液上氢、氮的分压的平方根成正 比。氢、氮在钢液中的溶解反应为吸热过程， 随着温度升高，溶解度也增大，由此可见，出 钢温度过高会增加氢、氮在钢中的溶解量，从 而降低钢的质量和性能。 钢液中其他溶质元素对气体的溶解度也有影 响，凡与气体有较强亲和力的元素(如V、Mn, Ti, Nb等)，将增加气体在钢液中的溶解度，而 与铁的亲和力大于气体与铁的亲和力的元素(如 C , Si等)，会降低气体在钢液中的溶解度。
研究认为，钢的氢脆倾向除与形变速度、工 作温度及钢的强度水平有关外，还受下列因 素的影响: (1)钢中氢浓度 随着钢中氢浓度的增加，钢 的塑性降低或发生脆断所需时间减少。 (2)钢中微量有害元素 铁素体钢、马氏体钢 中的硫、磷在氢的共同作用下，使钢的脆 性更加明显。此外，Sb, Sn, As, Bi等有害微量 元素也会促进氢脆断裂。
炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制
钢中的气体和夹杂物是影响钢的冶金质量的主要因素。 在生产实际中，由于气体和夹杂物而引起钢材(件)报废 的情况屡见不鲜。所以在炼钢过程、钢液浇注以及最后 的热加工中总是采取各种措施来降低钢中气体、有害杂 质元素含量和改善非金属夹杂物形态及分布。尽管如此， 任何钢中总是含有一定数量的气体和夹杂物，因此必须 对其产生、危害及控制进行研究，以提高钢材的纯洁度 和使用性能。 在材料科学迅猛发展的今天，为了提高钢及合金的质 量，有些国家不仅严格控制钢中硫、磷、氮、氢、氧等 元素，进而也控制有害金属杂质铅、锡、砷、锑、铋等 微量元素。并普遍采用“精料”、“精炼”。下面就炼 钢过程中气体和夹杂物的控制予以介绍。
从上式中可看出，当炉气中水的蒸汽压 PH2O增大时，ωH必定增大;而当ωO高时，不利 于水蒸气的分解。因此，在炼钢末期和电弧炉 炼钢的还原期，钢液最易于从炉气中吸氢。 此外，钢中含氢量与钢的冶炼方法、钢种成分 也有关系。在三种主要炼钢方法(碱性平炉、碱 性电弧炉、氧气顶吹转炉)中，电弧炉钢中的氢 含量最高，这主要是因为电弧区的高温(高于 3000℃ )使炉气中的水蒸气易于分解且被钢液 吸收。而氧气顶吹转炉使用工业纯氧进行吹炼， 炉气中水蒸气分压低，加之其熔池脱碳反应激 烈，故使钢中氢含量最低。
第一节钢中气体对钢质量的影响 一、氢、氮在钢中的溶解规律 钢中气体包括氢、氮、氧，但主要是指溶 解在钢中或以某种形式存在于钢中的氢和氮。 由于他们在钢中的溶解度很小，可以把钢看成 是稀溶液，因此其活度系数近似等于1，故在 钢中氢、氮溶解度与其在气相中的分压符合西 华特平方根定律，即
ω（H）=KH2√PH2 ω（N）=KN2√PN2
(3)钢的组织 一般来说，奥氏体、珠 光体组织的氢脆倾向比马氏体组织小， 高碳马氏体组织比低碳马氏体组织的氢 脆敏感性要大。
3.使钢产生白点 白点是热轧钢坯和大型锻件中较为常 见的冶金质量缺陷，是钢内部产生破坏 的一种形式。由于白点经常引起事故发 生，所以目前对于它的研究和防止仍然 是钢铁材料研究的一个重要课题。
一般来讲，钢的氢脆随钢的强度增高而加剧， 高强度钢和超高强度钢含氢时脆性将明显 增加。研究认为，高强度钢平均含氢量不到 10-4%就可能产生氢脆。 图4--2中表明，在低于屈服强度的恒定静载 荷持续作用下，经过一定时间的孕育期后，、 在试样表面缺陷处或缺口根部产生裂纹源，随 着时间的延长，裂纹不断扩展长大，到一定程 度后导致试样突然断裂。由于图4-2中的断裂 曲线与疲劳曲线相似，因此这种氢脆也称为静 疲劳。图4-2中有一个下临界应力值(门槛值)， 试样在低于此值的应力作用下，加载时间再长 也不会产生脆性断裂。下临界应力的大小与试 样表面缺口形状有关，缺口愈尖锐，下临界应 力也愈低。