夹杂物控制2
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凝固速率越快，捕捉的可能性就越大。
随着凝固时间的延长、偏析的 减少和凝固前沿凸起度减小，捕捉 的可能性降低。
树枝晶间的空间大小对夹杂物 捕捉有很大影响，与夹杂物的冲入、 卷进和捕捉现象相关联。
钢中夹杂物控制原理
对 Al-K 钢，钢水夹杂物上浮后，钢中总氧 T[O]可表 示为： T[O]＝（[O]i-[O]e）exp{-AKefft/v}+[O]e 式中：[O]I：初始氧量； [O]e：平衡氧量； Keff： 有效质量传质系数； A： 溶池表面积； V： 溶池体积； t: 时间。
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共焦扫描激光显微镜观察到的钢水表面Al2O3夹 杂物形成点簇状的过程
l
夹杂物聚集 借助于表面张力 固态夹杂物的聚集能够出现在任何界面上， 包括在耐火材料表面上和气泡表面上。
Al2O3与钢水的接触角较大（134～146°），促 使这类夹杂物为减少与钢液的接触而自发的粘附在耐 火材料上。 1530°C的高温可以使得Al2O3出现烧结相。较大 的接触角和较大的夹杂物尺寸有利于夹杂物聚集（图 18）。 由于碰撞与集聚，随着时间和温度的增加，夹杂 物趋向长大。
l
钢水冷却和凝固过程中产生的沉淀析出夹杂物 冷却期间，液态钢水中溶解氧、氮、硫的 浓度变大，同时这些元素的溶解度减小。 造成氧化铝、硅、氮化铝和硫化物的沉淀 析出。 凝固过程中硫化物在枝晶间析出，亦经常 以钢水中已存在的氧化物为核心析出。这类夹 杂物通常较小（<10µm）。
高铝铸锭中氮化铝夹杂SEM和TEM照片((a)(a’) 平板状；(b)(b’)羽毛状；(c)(c’)枝叉状
（3）铸坯中偶然性夹杂物。 如水口堵塞物，冲入液相穴而留在铸坯中
图 16（c）结晶器水口钢液注流冲击示意图
图 16
铸坯中偶然性夹杂分布
（4）铸坯表层下Ar气泡＋Al2O3夹杂。 浸入式水口吹入氩气。当注流冲击液相穴深处，在上浮过 程中气泡会被内弧侧凝固壳捕捉。 利用X衍射技术探查气泡在铸坯厚度方向上的分布如图17。
图5 MnO-SiO2- Al2O3相图
钢中夹杂物控制原理
图6 钢中〔Al〕与〔O〕关系
3）用过剩铝脱氧
图4 纯铁脱氧期间形成的枝晶状和点簇状Al2O3 夹杂（左图）和珊瑚状Al2O3夹杂（右图）
图5 低碳钢Al脱氧期间的点簇状Al2O3
图6 低碳铝镇静钢脱氧过程中形成的Al2O3夹杂 （左：花盘型Al2O3；右：小多面体颗粒的聚 集）
l
夹杂物上浮 Strokes公式
2 金 夹 2 v固 g r 9
该式适用于平静熔池（Re<1）粘性液体中固态质 点受重力作用上浮的情况，计算大颗粒固态质点
Strokes修正公式
v固
4 2 金 夹 gr 3K
该式适用于计算细小固态质点（<10m） 密度，kg/m3; r夹杂物半径，m g重力加速度，m/s2 粘度，kg/ms
l
钢液流动和凝固对夹杂物的影响
钢液流动、热传递与凝固均对连铸坯中夹杂 物的分布有影响。 对夹杂物的捕捉形成，一个应用较为普遍 的指数是凝固前沿的临界生长速度。
钢中夹杂物控制原理
l
夹杂物的捕捉 夹杂物捕捉影响因素： 夹杂物形状、密度、表面能 冷却速率（凝固速率） 凝固前沿的凸起条件
一个应用较为普遍的指数是凝 固前沿的临界生长速度。
图18
接触角、半径和压力对钢水中两个固体 颗粒浸润力的影响
碰撞、集聚和凝集引起夹杂物的长大曾被 很多研究者研究过。
Taniguchi 和Kikuchi论述过流体中颗粒的碰撞机 理。从添加脱氧剂开始，通过碰撞、扩散而长大，从 纳米级到微米级，整个过程夹杂物形核的数值模拟研 究亦可见有关文献。 虽然一些研究者应用分形理论来描述点簇状形貌 （特征），Al2O3烧结成点簇状的机理还有待进一步 研究。
• 夹杂物中Al2O3含量控制 当Al2O3超过25%时，Al2O3将析出； 若Al2O3含量低于10%，SiO2将析出，两 者均为不变形相。 为了控制Al2O3含量以形成20%的Al2O3锰 铝榴石夹杂物，必须与渣系中的Al2O3联系起 来，通过调整渣的组成，防止渣中Al2O3过高 ，导致锰铝榴石中Al2O3析出。 最有效的方法：采用Ca（CaO粉剂）及钙 硅石处理，不仅可以控制夹杂物中Al2O3含量 而且可将锰铝榴石夹杂转变为热轧时可变形的 非晶体假硅石灰。
深冲钢中的典型外来夹杂物（左图：玻璃质夹杂物（铝 硅酸盐或钙铝硅酸盐）；中图：不透明夹杂物（铝硅 酸盐或复合的外来氧化物相）；右图：球状渣夹杂物 表面为氧化铝的结晶体
图11 低碳铝镇静钢中的点簇状夹杂物
3)形状不规则 卷渣或者脱氧产物氧化硅类夹杂物为球形。 球形外来夹杂物通常尺寸较大（>50µm） 并且大多数为多相，而球形脱氧产物夹杂通常 较小并且单相. 4)相比小夹杂物而言数量较少
钢中夹杂物控制原理
（4）炉渣精炼
渣相吸附夹杂物决定于：
钢/渣界面能: l 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。
l l
如何量化吸附能力
钢中夹杂物控制原理
（5）防止浇注过程钢水再污染 l 钢水二次氧化； l 钢水与环境（渣、包衬、水口）相互作用； l 渣相乳化（紊流、涡流）； l 非稳定态浇注。
连铸坯中夹杂物来源与分布
图13
结晶器卷渣示意图
l
钢水与熔融保护渣之间的界面张力决定了弯 月面的高度和卷渣的难易程度。
CaO－SiO2－Al2O3系保护渣与纯铁之间的界面张 力为1.4N/m时产生的弯月面高度约为8mm。 表面活性物质如硫，或者如钢中的Al被渣中FeO 氧化这样的界面交换反应均可降低表面张力。 极低表面张力下化学反应能够通过Marangoni 效 应在界面产生自发的扰动，使得界面发生乳化，在钢 水中产生不期望的渣的颗粒。
图 3 Deoxidation equilibria with Si/Mn for the deoxidation product saturated with Al2O3
预测2000年后生产超洁净钢，钢中T[O]要达到 5ppm水平， T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂 解决途径： l 生产“零夹杂物”钢： [O]夹杂→0，即钢中夹杂物完全去除； l 进一步降低[O]溶 对于Al-K钢，炉外精炼改变Al-O热力学平衡， Al2O3溶于渣中可使熔渣中Al2O3活度达到0.001，与 [Al]S相平衡的[O]溶<1ppm。（效果有限） 对于Si-K钢，炉外精炼控制炉渣组成，使SiO2溶 于铝酸钙渣中，降低aSiO2,可使钢中[O]溶降到与Al-K 钢水平。（可行）
图1３c夹杂物扑捉面积与浸入深度关系
连铸坯中夹杂物来源与分布
（2）铸坯表层2～20mm夹杂物集聚
图 14 铸坯表层下夹杂物分布
l
铸坯表层夹杂物集聚与结晶器卷渣有关 1）弯月面扰动（图13（1））； 2）漩涡（图13（3））； 3）气泡从钢水中进入渣产生乳化作用（图 13（2）和（4））； 4）沿水口壁由于压力差引起的吸入（图13 （5））； 5） 较高流速将渣切入（图13（1））； 6）液面波动（图13（2））。
在钢中Si＝0.2％，Mn＝0.4％，温度为 1550℃条件下，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） ，若钢中[Al]s≤0.006%,则钢中[O]<20ppm，生 成锰铝榴石而无Al2O3析出，钢水可浇性好， 不堵水口，铸坯又不产生皮下气孔。
钢中夹杂物控制原理
块状Al2O3夹杂物的形貌
l
钙处理（喂Si-Ca线或Ca线，改变Al2O3形 态）； [Al]s较低，钙处理生成低熔点 2CaO· Al2O3· SiO2（图7）； [Al]s较高，钙处理保持合适Ca/Al比，最 好能形成12CaO· Al2O3(图8和9)。 7 对于Al-K钢，钙处理后： – 解决了可浇性，不堵水口； – 夹杂物易上浮去除。 – 改变夹杂物形态，改善钢性能
连铸坯中夹杂物来源与分布
(2)外来夹杂：
钢水与环境（空气、包衬、炉渣、水口等）二次 氧化产物。
在产品机械加工时，钢中的这类夹杂物可产生噪 音，在机加工表面形成凹坑和划痕，容易引起断裂， 以及造成工具磨损。
钢中外来夹杂物的含量可通过大样电解的方法测 定。
连铸坯中夹杂物来源与分布
外来夹杂特点： 1)夹杂物粒径大>50μm，甚至几百μm； 来自耐火材料侵蚀的夹杂物通常比卷渣造 成的夹杂物要大
2)复合成分及多相结构 由于钢水和渣中的SiO2, FeO, and MnO以 及炉衬耐火材料之间的多元反应造成夹杂物成 分复杂； 由于外来夹杂尺寸较大，它们在运动时， 容易吸收捕获脱氧产物如Al2O3夹杂（图10右 与图11右）； 外来夹杂作为异相形核核心，钢水中新夹 杂物以此核心沉淀析出（图11左）； 渣或者二次氧化产物与炉衬耐火材料或其 脱落物之间的反应；
l l l l
l
l
连铸坯中常见的内生夹杂（endogenesisinclusions）: 铝镇静钢（Al-K）: Al2O3 硅镇静钢（Si-K）：硅酸锰（MnO· SiO2）或 MnO· SiO2 · Al2O3 钙处理Al-K钢： 铝酸钙 钛处理Al-K钢： Al2O3，TiO2，TiN 镁处理Al-K钢： 铝酸镁 所有钢： MnS（凝固时形成，以氧化物 夹杂形核）
钢中夹杂物控制原理
（6）连铸过程精炼 浇注过程中，创造条件，使夹杂物进一步 上浮 l 中间包冶金技术； l 结晶器钢水流动合理化； 应根据钢种和产品用途，把炼钢－精炼－ 连铸的操作处于严格控制之下才能生产洁净钢。
连铸坯夹杂物 分布特征
（1）铸坯厚度1/4 处夹杂物集聚
图1３a铸坯内夹杂物分布
图1３b连铸坯夹杂物聚集模型
图７ CaO－Al2O3－SiO2相图
图 ８
图９ Ca/Al与水口浇注量
球状钙铝酸盐夹杂物
l
注意：生产中常发现Ca处理不充分（原因：喂 线速度、喂钙量不够）
图1.20 Al2O3-CaO夹杂物形貌
图1.21 图1.20中所示夹杂能谱图
根据能谱分析结果，该夹杂的CaO/Al2O3为 0.97，远低于12CaO7Al2O3的CaO/Al2O3为 1.71。
化学分析测得平板中Ca的含量为<0.002，Al 的含量为0.028，Ca/ Al<0.071，远小于0.14， 因此不能得到12CaO· 7Al2O3。
钢中夹杂物控制原理
（3）夹杂去除(研究不成熟) 夹杂物传输到钢/渣界面速度决定于：
l
l l l
夹杂物尺寸： 夹杂物的形核，长大速率。 形核约15nm，在炼钢条件下很快长大到1～5μm； 液体流动，搅拌， 夹杂物碰撞、聚合，尺寸5～200μm； 夹杂物性质：液态或固态； 夹杂物上浮：静止溶池还是搅拌溶池。
3 钢中夹杂物控制原理
（1）转炉吹炼终点：
[O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm
[O]溶决定于： l 钢中[C] l 渣中(FeO)； l 钢水温度。 l 顶底复吹转炉炉龄
（2）脱氧与合金化
l
Si-K 钢： 仅用Si、Mn脱氧钢中[O]溶为40～60ppm， 在结晶器内凝固时铸坯易产生皮下气孔。
l
点簇状氧化铝夹杂来自脱氧或二次氧化，如图 5所示，为铝脱氧钢中的典型存在形式。 由于具有较高的界面能，氧化铝夹杂容易通过 碰撞、聚集形成三维点簇状。点簇状夹杂内每 个单体直径约为1～5微米。
l
l
在与其他颗粒碰撞、分离或聚集之前，这些单 体可能是花盘型或多面体型夹杂物，如图6所 示。
簇状Al2O3夹杂物的形貌
钢中夹杂物控制原理
•Si+Mn+Al脱氧 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。 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。
图 17 氩气泡在铸坯厚度方向上的分布
气泡上浮过程中与夹杂物聚合，如图 18。
图 18 气泡＋Al2O3 夹杂聚合
连铸坯中夹杂物来源
(1)内生夹杂物：主要是脱氧产物
特点：
l l l l l
[O]溶↑，脱氧产物增加； 夹杂物尺寸细小<20μm；
在钢包精炼搅拌，大部分85％夹杂物上浮；
一般对产品质量不构成大的危害； 钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀（<5μm）。
随着凝固时间的延长、偏析的 减少和凝固前沿凸起度减小，捕捉 的可能性降低。
树枝晶间的空间大小对夹杂物 捕捉有很大影响，与夹杂物的冲入、 卷进和捕捉现象相关联。
钢中夹杂物控制原理
对 Al-K 钢，钢水夹杂物上浮后，钢中总氧 T[O]可表 示为： T[O]＝（[O]i-[O]e）exp{-AKefft/v}+[O]e 式中：[O]I：初始氧量； [O]e：平衡氧量； Keff： 有效质量传质系数； A： 溶池表面积； V： 溶池体积； t: 时间。
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共焦扫描激光显微镜观察到的钢水表面Al2O3夹 杂物形成点簇状的过程
l
夹杂物聚集 借助于表面张力 固态夹杂物的聚集能够出现在任何界面上， 包括在耐火材料表面上和气泡表面上。
Al2O3与钢水的接触角较大（134～146°），促 使这类夹杂物为减少与钢液的接触而自发的粘附在耐 火材料上。 1530°C的高温可以使得Al2O3出现烧结相。较大 的接触角和较大的夹杂物尺寸有利于夹杂物聚集（图 18）。 由于碰撞与集聚，随着时间和温度的增加，夹杂 物趋向长大。
l
钢水冷却和凝固过程中产生的沉淀析出夹杂物 冷却期间，液态钢水中溶解氧、氮、硫的 浓度变大，同时这些元素的溶解度减小。 造成氧化铝、硅、氮化铝和硫化物的沉淀 析出。 凝固过程中硫化物在枝晶间析出，亦经常 以钢水中已存在的氧化物为核心析出。这类夹 杂物通常较小（<10µm）。
高铝铸锭中氮化铝夹杂SEM和TEM照片((a)(a’) 平板状；(b)(b’)羽毛状；(c)(c’)枝叉状
（3）铸坯中偶然性夹杂物。 如水口堵塞物，冲入液相穴而留在铸坯中
图 16（c）结晶器水口钢液注流冲击示意图
图 16
铸坯中偶然性夹杂分布
（4）铸坯表层下Ar气泡＋Al2O3夹杂。 浸入式水口吹入氩气。当注流冲击液相穴深处，在上浮过 程中气泡会被内弧侧凝固壳捕捉。 利用X衍射技术探查气泡在铸坯厚度方向上的分布如图17。
图5 MnO-SiO2- Al2O3相图
钢中夹杂物控制原理
图6 钢中〔Al〕与〔O〕关系
3）用过剩铝脱氧
图4 纯铁脱氧期间形成的枝晶状和点簇状Al2O3 夹杂（左图）和珊瑚状Al2O3夹杂（右图）
图5 低碳钢Al脱氧期间的点簇状Al2O3
图6 低碳铝镇静钢脱氧过程中形成的Al2O3夹杂 （左：花盘型Al2O3；右：小多面体颗粒的聚 集）
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夹杂物上浮 Strokes公式
2 金 夹 2 v固 g r 9
该式适用于平静熔池（Re<1）粘性液体中固态质 点受重力作用上浮的情况，计算大颗粒固态质点
Strokes修正公式
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4 2 金 夹 gr 3K
该式适用于计算细小固态质点（<10m） 密度，kg/m3; r夹杂物半径，m g重力加速度，m/s2 粘度，kg/ms
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钢液流动和凝固对夹杂物的影响
钢液流动、热传递与凝固均对连铸坯中夹杂 物的分布有影响。 对夹杂物的捕捉形成，一个应用较为普遍 的指数是凝固前沿的临界生长速度。
钢中夹杂物控制原理
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夹杂物的捕捉 夹杂物捕捉影响因素： 夹杂物形状、密度、表面能 冷却速率（凝固速率） 凝固前沿的凸起条件
一个应用较为普遍的指数是凝 固前沿的临界生长速度。
图18
接触角、半径和压力对钢水中两个固体 颗粒浸润力的影响
碰撞、集聚和凝集引起夹杂物的长大曾被 很多研究者研究过。
Taniguchi 和Kikuchi论述过流体中颗粒的碰撞机 理。从添加脱氧剂开始，通过碰撞、扩散而长大，从 纳米级到微米级，整个过程夹杂物形核的数值模拟研 究亦可见有关文献。 虽然一些研究者应用分形理论来描述点簇状形貌 （特征），Al2O3烧结成点簇状的机理还有待进一步 研究。
• 夹杂物中Al2O3含量控制 当Al2O3超过25%时，Al2O3将析出； 若Al2O3含量低于10%，SiO2将析出，两 者均为不变形相。 为了控制Al2O3含量以形成20%的Al2O3锰 铝榴石夹杂物，必须与渣系中的Al2O3联系起 来，通过调整渣的组成，防止渣中Al2O3过高 ，导致锰铝榴石中Al2O3析出。 最有效的方法：采用Ca（CaO粉剂）及钙 硅石处理，不仅可以控制夹杂物中Al2O3含量 而且可将锰铝榴石夹杂转变为热轧时可变形的 非晶体假硅石灰。
深冲钢中的典型外来夹杂物（左图：玻璃质夹杂物（铝 硅酸盐或钙铝硅酸盐）；中图：不透明夹杂物（铝硅 酸盐或复合的外来氧化物相）；右图：球状渣夹杂物 表面为氧化铝的结晶体
图11 低碳铝镇静钢中的点簇状夹杂物
3)形状不规则 卷渣或者脱氧产物氧化硅类夹杂物为球形。 球形外来夹杂物通常尺寸较大（>50µm） 并且大多数为多相，而球形脱氧产物夹杂通常 较小并且单相. 4)相比小夹杂物而言数量较少
钢中夹杂物控制原理
（4）炉渣精炼
渣相吸附夹杂物决定于：
钢/渣界面能: l 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。
l l
如何量化吸附能力
钢中夹杂物控制原理
（5）防止浇注过程钢水再污染 l 钢水二次氧化； l 钢水与环境（渣、包衬、水口）相互作用； l 渣相乳化（紊流、涡流）； l 非稳定态浇注。
连铸坯中夹杂物来源与分布
图13
结晶器卷渣示意图
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钢水与熔融保护渣之间的界面张力决定了弯 月面的高度和卷渣的难易程度。
CaO－SiO2－Al2O3系保护渣与纯铁之间的界面张 力为1.4N/m时产生的弯月面高度约为8mm。 表面活性物质如硫，或者如钢中的Al被渣中FeO 氧化这样的界面交换反应均可降低表面张力。 极低表面张力下化学反应能够通过Marangoni 效 应在界面产生自发的扰动，使得界面发生乳化，在钢 水中产生不期望的渣的颗粒。
图 3 Deoxidation equilibria with Si/Mn for the deoxidation product saturated with Al2O3
预测2000年后生产超洁净钢，钢中T[O]要达到 5ppm水平， T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂 解决途径： l 生产“零夹杂物”钢： [O]夹杂→0，即钢中夹杂物完全去除； l 进一步降低[O]溶 对于Al-K钢，炉外精炼改变Al-O热力学平衡， Al2O3溶于渣中可使熔渣中Al2O3活度达到0.001，与 [Al]S相平衡的[O]溶<1ppm。（效果有限） 对于Si-K钢，炉外精炼控制炉渣组成，使SiO2溶 于铝酸钙渣中，降低aSiO2,可使钢中[O]溶降到与Al-K 钢水平。（可行）
图1３c夹杂物扑捉面积与浸入深度关系
连铸坯中夹杂物来源与分布
（2）铸坯表层2～20mm夹杂物集聚
图 14 铸坯表层下夹杂物分布
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铸坯表层夹杂物集聚与结晶器卷渣有关 1）弯月面扰动（图13（1））； 2）漩涡（图13（3））； 3）气泡从钢水中进入渣产生乳化作用（图 13（2）和（4））； 4）沿水口壁由于压力差引起的吸入（图13 （5））； 5） 较高流速将渣切入（图13（1））； 6）液面波动（图13（2））。
在钢中Si＝0.2％，Mn＝0.4％，温度为 1550℃条件下，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） ，若钢中[Al]s≤0.006%,则钢中[O]<20ppm，生 成锰铝榴石而无Al2O3析出，钢水可浇性好， 不堵水口，铸坯又不产生皮下气孔。
钢中夹杂物控制原理
块状Al2O3夹杂物的形貌
l
钙处理（喂Si-Ca线或Ca线，改变Al2O3形 态）； [Al]s较低，钙处理生成低熔点 2CaO· Al2O3· SiO2（图7）； [Al]s较高，钙处理保持合适Ca/Al比，最 好能形成12CaO· Al2O3(图8和9)。 7 对于Al-K钢，钙处理后： – 解决了可浇性，不堵水口； – 夹杂物易上浮去除。 – 改变夹杂物形态，改善钢性能
连铸坯中夹杂物来源与分布
(2)外来夹杂：
钢水与环境（空气、包衬、炉渣、水口等）二次 氧化产物。
在产品机械加工时，钢中的这类夹杂物可产生噪 音，在机加工表面形成凹坑和划痕，容易引起断裂， 以及造成工具磨损。
钢中外来夹杂物的含量可通过大样电解的方法测 定。
连铸坯中夹杂物来源与分布
外来夹杂特点： 1)夹杂物粒径大>50μm，甚至几百μm； 来自耐火材料侵蚀的夹杂物通常比卷渣造 成的夹杂物要大
2)复合成分及多相结构 由于钢水和渣中的SiO2, FeO, and MnO以 及炉衬耐火材料之间的多元反应造成夹杂物成 分复杂； 由于外来夹杂尺寸较大，它们在运动时， 容易吸收捕获脱氧产物如Al2O3夹杂（图10右 与图11右）； 外来夹杂作为异相形核核心，钢水中新夹 杂物以此核心沉淀析出（图11左）； 渣或者二次氧化产物与炉衬耐火材料或其 脱落物之间的反应；
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连铸坯中常见的内生夹杂（endogenesisinclusions）: 铝镇静钢（Al-K）: Al2O3 硅镇静钢（Si-K）：硅酸锰（MnO· SiO2）或 MnO· SiO2 · Al2O3 钙处理Al-K钢： 铝酸钙 钛处理Al-K钢： Al2O3，TiO2，TiN 镁处理Al-K钢： 铝酸镁 所有钢： MnS（凝固时形成，以氧化物 夹杂形核）
钢中夹杂物控制原理
（6）连铸过程精炼 浇注过程中，创造条件，使夹杂物进一步 上浮 l 中间包冶金技术； l 结晶器钢水流动合理化； 应根据钢种和产品用途，把炼钢－精炼－ 连铸的操作处于严格控制之下才能生产洁净钢。
连铸坯夹杂物 分布特征
（1）铸坯厚度1/4 处夹杂物集聚
图1３a铸坯内夹杂物分布
图1３b连铸坯夹杂物聚集模型
图７ CaO－Al2O3－SiO2相图
图 ８
图９ Ca/Al与水口浇注量
球状钙铝酸盐夹杂物
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注意：生产中常发现Ca处理不充分（原因：喂 线速度、喂钙量不够）
图1.20 Al2O3-CaO夹杂物形貌
图1.21 图1.20中所示夹杂能谱图
根据能谱分析结果，该夹杂的CaO/Al2O3为 0.97，远低于12CaO7Al2O3的CaO/Al2O3为 1.71。
化学分析测得平板中Ca的含量为<0.002，Al 的含量为0.028，Ca/ Al<0.071，远小于0.14， 因此不能得到12CaO· 7Al2O3。
钢中夹杂物控制原理
（3）夹杂去除(研究不成熟) 夹杂物传输到钢/渣界面速度决定于：
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夹杂物尺寸： 夹杂物的形核，长大速率。 形核约15nm，在炼钢条件下很快长大到1～5μm； 液体流动，搅拌， 夹杂物碰撞、聚合，尺寸5～200μm； 夹杂物性质：液态或固态； 夹杂物上浮：静止溶池还是搅拌溶池。
3 钢中夹杂物控制原理
（1）转炉吹炼终点：
[O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm
[O]溶决定于： l 钢中[C] l 渣中(FeO)； l 钢水温度。 l 顶底复吹转炉炉龄
（2）脱氧与合金化
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Si-K 钢： 仅用Si、Mn脱氧钢中[O]溶为40～60ppm， 在结晶器内凝固时铸坯易产生皮下气孔。
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点簇状氧化铝夹杂来自脱氧或二次氧化，如图 5所示，为铝脱氧钢中的典型存在形式。 由于具有较高的界面能，氧化铝夹杂容易通过 碰撞、聚集形成三维点簇状。点簇状夹杂内每 个单体直径约为1～5微米。
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在与其他颗粒碰撞、分离或聚集之前，这些单 体可能是花盘型或多面体型夹杂物，如图6所 示。
簇状Al2O3夹杂物的形貌
钢中夹杂物控制原理
•Si+Mn+Al脱氧 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。 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。
图 17 氩气泡在铸坯厚度方向上的分布
气泡上浮过程中与夹杂物聚合，如图 18。
图 18 气泡＋Al2O3 夹杂聚合
连铸坯中夹杂物来源
(1)内生夹杂物：主要是脱氧产物
特点：
l l l l l
[O]溶↑，脱氧产物增加； 夹杂物尺寸细小<20μm；
在钢包精炼搅拌，大部分85％夹杂物上浮；
一般对产品质量不构成大的危害； 钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀（<5μm）。