钢中氧化物夹杂的来源及控制

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1、江苏科技大学课内论文钢中氧化物夹杂的来源及控制江苏科技大学冶金与材料学院摘要简述了钢中氧化物夹杂的种类、来源和控制方法，加铝脱氧工艺析出的一次脱氧产物的去除方法是解决问题的主要方法。对于对氧含量要求高的钢种，加入变性剂使氧化物夹杂改性是必要手段。关键词氧化物夹杂深脱氧吹氩变性剂随着科学技术的进步，各行各业对钢材性能和质量的要求越来越高。纯净钢的市场需求不断增加，关于纯净钢生产技术的研究也越来越深入[1]。其研究主要包括两方面内容：一是提高钢的纯净度，二是严格控制钢中非金属夹杂物的数量和形态。而非金属夹杂

2、物中，氧化物夹杂是最主要的部分，其分类如图1所示[2]。简单氧化物有FeO,Fe2O3,MnO,SiO2,Al2O3,MgO和Cu2O等。在铸钢中,当用硅铁或铝进行脱氧时,SiO2和Al2O3夹杂比较常见。Al2O3在钢中常常以球形聚集呈颗粒状成串分布。复杂氧化物,包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等,以及钙的铝酸盐。硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂,有2FeO·SiO2(铁硅酸盐)、2MnO·SiO2(锰硅酸盐)和CaO·SiO2(钙硅酸盐)等。这类夹杂物在钢的凝固过程中,由于冷却速度较快,某些液态的硅

3、酸盐来不及结晶,其全部或部分以玻璃态的形式保存于钢中[2]。明确氧化物夹杂的来源并探讨其控制方法对于二次精炼以及纯净钢冶炼来说十分重要。图1氧化物夹杂的分类7江苏科技大学课内论文1氧化物夹杂的危害钢中O与Ai、Si、Cr、Mn、Fe等元素反应，可形成Al2O3、SiO2、Cr2O3、MnO、Fe2O3、FeO氧化物和FeO·Cr2O3等复杂氧化物夹杂。钢中氧化物和硅酸盐的存在,破坏了钢基体的连续性并导致了应力集中，从而降低了钢的塑性、韧性和抗疲劳性能。一方面增强钢的力学性能的方向性使横向性能恶化；另一方

4、面使钢的切削加工性能下降,而且很难抛光。一些钢材的表面的翻皮、结疤、凹凸不平以及裂纹等缺陷均与钢中的氧化物夹杂物有关，其主要是SiO2·FeO·Al2O3和钛的氧化物。2氧化物夹杂的来源及形成方式2.1氧化物夹杂的来源氧化物夹杂的来源主要由以下三个方面：（1）在连铸前，当向钢液中加入硅、锰、铝或碳等脱氧剂来降低溶解氧时产生的脱氧产物。根据加人脱氧剂的类型、数量和钢液静压力，脱氧产物可能为固态、液态或气态。钢液的温度决定了氧化物夹杂的化学稳定性。随着温度的降低，越来越多的脱氧产物从钢液中析出。它们的成分决

5、定于脱氧产物形成时的温度和钢水成分。夹杂物在脱氧过程中的生成是不可避免的，随着温度的降低夹杂物也还会继续生成直到钢液全部凝固。钢中析出的氧化物夹杂主要来自三部分[3]：1)是在炼钢温度下合金化和铝终脱氧时析出的脱氧产物，称为一次脱氧产物。2)钢水从精炼温度冷却至液相线温度过程中析出的脱氧产物，称为二次脱氧产物。3)钢水从液相线温度冷却到固相线温度过程中析出的脱氧产物，称为三次脱氧产物。在某一温度下，如果钢液暴露于空气中或耐火材料本身不稳定会使钢液发生二次氧化。在一定温度下，以降低钢液中的溶解氧为目的所产

6、生的氧化物夹杂的成分比较稳定。（2）在炼钢过程中，由于钢液或渣对耐火材料的化学或热侵蚀作用，耐火材料中的一些组元会进入钢中或与钢液发生反应会生成夹杂物，固态耐火材料颗7江苏科技大学课内论文粒脱落进入钢中也会形成夹杂物。（3）当钢渣界面的钢液流动速度大于卷渣的临界剪切流速时，覆盖渣会以渣滴的形势卷入钢水中。临界剪切速度的大小决定于渣的密度、黏度和表面张力。2.2氧化物夹杂的形成方式对于不同类型的氧化物夹杂，产生的条件和形成的方式也不同，主要由以下几个方面[4]：（1）简单氧化物类：如常见的SiO2主要由浇

7、注填料河沙或耐火材料在高温冲击下脱落夹入形成；Al2O3在镇静钢中是脱氧产物或者在深脱氧精炼中由于聚集上浮条件不足而在钢中产生细微夹杂；而（Fe,Mn）固溶体多出现在沸腾钢中。（2）尖晶石：作为钢中最常见的夹杂物，FeO·Al2O3，MnO·Al2O3等铝尖晶石多出现在半镇静钢或镇静钢中，是非平衡状态下的脱氧产物；镁尖晶石MgO·Al2O3是钢中铝与悬浮炉渣反应产物，在电炉内它往往和钙铝酸盐混合在一起。（3）硅酸盐：一般的硅酸盐夹杂由硅脱氧产生；铝硅酸盐多为钢水热冲击耐材带入钢中并与钢液钢渣作用生成；钙

8、和镁硅酸盐除去炉渣中硅酸钙外，是炉渣侵蚀碱性炉衬的产物，而后被滞留在钢中；复杂硅酸盐，通常包含SiO2,FeO,MnO,Al2O3,CaO和MgO等氧化物。随着组成和冷却条件不同，这些硅酸盐既可以是玻璃体也可以是镶嵌着固体结晶相的复合体。3氧化物夹杂的控制在氧化物夹杂的控制方面主要控制的是脱氧产物，而由于卷渣，炉渣冲刷耐材等方面的操作问题只要设备调整良好，操作正确，提高耐材质量是可以避免的。在转炉过程中主要以硅作为脱氧剂，在二次精炼中，往往