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夹杂物成分及形态控制 1. 概述 夹杂物成分和形态控制技术是现代洁净钢冶炼的主要内容之一,不同用途的钢材对非金属夹杂物的形态、数量、组成有不同的要求. 根据钢种的要求及夹杂物的性质提出夹杂物成分和形态控制要求。 根据钢－夹杂物反应热力学，利用MnO-Al2O3-SiO2和CaO-Al2O3-SiO2等三元系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. 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。 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 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。 根据钢种和产品质量，脱氧分为三种模式：硅镇静钢（用硅＋锰脱氧），硅－铝镇静钢（Si＋Mn＋少量Al脱氧），铝镇静钢（用过剩Al脱氧[Al]s>0.01％）。 用Si＋Mn脱氧，形成的脱氧产物一般有纯SiO2（固体），MnO?SiO2（液体），MnO?FeO（固溶体）。 1823K时轮胎子午线钢的硅、锰在MnO－Al2O3－SiO2中的等值线 Mn/Si低时形成SiO2夹杂会导致水口堵塞；Mn/Si高时生成典型的液态MnO?SiO2，夹杂物容易上浮。因此因调整钢成分，保持Mn/Si>2.5， 但一定温度下与Mn、Si平衡的[O]溶较高，当钢水浇入结晶器时会产生皮下针孔，同时MnO?SiO2会污染钢水。为此在LF精炼采用白渣操作＋Ar搅拌，钢渣精炼扩散脱氧即能把钢水中[O]溶降到<20ppm的最佳范围，也能有效脱硫，降到0.01％以下。 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。 对于硅锰+少量铝脱氧钢，锰铝榴石是最理想的夹杂物，它具有低粘度。低熔点和良好的上浮性能。当其中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析出来平衡钢水中的夹杂物成分。最有效的方法是采用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。 1823K时帘线钢的铝、氧在MnO－Al2O3－SiO2系中的等值线图 3. 钢渣反应对夹杂物的控制 1823K时CaO－Al2O3－SiO2系中铝氧的等值线图 在MnO－Al2O3－SiO2－CaO系中夹杂物成分的变化 对于低碳细晶粒钢，要求钢中酸溶铝不低于0.01％；对于低碳铝镇静钢，为改善薄板深冲性能，要求钢中酸溶铝为0.02～0.05％，为此要求用过剩铝脱氧，其脱氧产物全部为Al2O3，为此采用钙处理来改变Al2O3形态。 钢帘线夹杂物控制实验室研究 当炉渣碱度为0.71~1.36，Al2O3含量低于8％时，可以将夹杂物的成分控制在塑性区或其周边的区域。 夹杂物中的Al2O3含量随着钢液中酸溶铝含量的增加而增加，当夹杂物中Al2O3含量为8％～25％，钢液[Al]s含量应控制在0.0006%以下。 在不加铝脱氧、采用硅脱氧的条件下，钢中的酸溶铝由顶渣控制。 炉渣碱度和夹杂物中Al2O3含量之间的关系