炼钢—精炼—连铸钢中夹杂物控制.docx
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1、炼钢一精炼一连铸钢中夹杂物控制摘要钢铁是我国基础设施的重要原材料,在汽车、建筑以及工业等领域有极其广泛的应用。随着我国现代化进程的加快,钢铁产品的需求量越来越大,对产品的纯度提出了更高的要求。文章从钢铁夹杂物的来源、分布及主要危害等方面阐述对炼钢精炼-连铸钢的夹杂物控制的一些观点。关键词:炼钢;精炼;连铸钢;夹杂物前言随着国民经济的快速发展,钢材的需求量逐渐增加,对钢材的质量要求不断提高。管线、桥梁、汽车、造船、压力容器及其他工业生产用钢都需要大量的钢材,且对夹杂物级别的控制也有着较高要求,因此需要加强对钢材纯净度要求的控制,以提高钢材的整体质量和品质。1.洁净钢基本概念洁净钢并没有明确的定义
2、,也没有科学的界定方式。一般情况下,洁净钢内含有少量的磷、氧、氮、氢以及硫类杂质物,因此需要加强对非金属夹杂物的合理控制,如硫化物和氧化物等。通常情况下,洁净钢有以下3个特点:1)第一,钢铁中含有的氧含量相对较少;2)第二,所含的夹杂物尺寸和数量控制在理想范围内,且杂质物的分布情况良好;3)第三,脆性夹杂物的含量极少。因此,想要提高纯净钢铁的质量品质和性能,需要具备良好的纯净化技术,同时加强对先进设备和先进技术的引进工作。从20世纪80年代初期开始,在连铸钢、炼钢以及精炼的生产活动中,纯净化技术的应用显著提高了钢的洁净度。2000年左右,日本生产的洁净钢包含的有害元素数量占比仅有0.005%;
3、我国宝山钢铁股份有限公司所生产的洁净钢,也将有害元素控制在0.008%左右。现阶段,随着交通建设、国防建设以及特种建设等方面对钢材的要求越来越高,对洁净钢的要求也越来越高,因此要求钢企不断提升洁净钢的洁净程度。2 .钢中夹杂物的危险分析钢中的夹杂物以氧化物、硫化物以及氮化物等多种非金属化合物的形式存在,导致钢材结构不均匀。此外,由于夹杂的几何形状、化学成分、物理性能等因素的影响,导致钢材的力学性能和疲劳性能下降口。2.1. 氧化铝夹杂物A12O3是镇静钢中对钢性能影响最大的一种氧化物夹杂,属于脆性不变形夹杂物,其热变形与基材有很大差别。在热加工应力的作用下,大量的A12O3脆性夹杂发生变形、破
4、碎,形成带尖角的夹杂物,在基底上形成链状分布。这种坚固而不规则的A12O3夹杂物可以在基体上刮出一道裂缝,并在循环应力作用下成为应力集中点。2.2. 硅酸盐夹杂物在钢水凝固时,由于温度过高,一些液态硅酸盐没有及时结晶,而是全部或部分以过冷液体(即玻璃状态)存在。温度从800上升至1300时,塑性迅速发生变化。硅酸盐和铝酸盐夹杂成分比较复杂,在轧制时仍呈球形2。这种夹杂物在低碳钢尤其是沸腾钢材中会导致盘条塑化、韧性降低,造成带钢剥离。3 .夹杂物的成因与分布钢中夹杂物的来源主要有两种:一是随着熔炼产生,也就是在出钢时融入了铁合金钢的脱氧剂,以及在浇注时掺杂了钢液和空气的二次氧化产物2;二是外部引
5、入的各种因素,也就是外来的包体,大多形状不规则、尺寸大、分布不均匀。内生夹杂物主要在以下条件下发生:1)一是冶炼时,脱氧产物不能被完全排除,或者是浇注时温度降低,继续反应后产生的脱氧产物在钢中来不及浮起而残留,以小质点的形式分布在钢的基体组织,有的聚集成大颗粒(如A12O3),有的在钢中呈固溶状态(如MnO、FeO),都是造成铸坯内部缺陷和表面裂纹的重要原因。2)二是出钢和浇注时,钢液暴露在空气中发生氧化反应,氧和钢中的元素相结合,生成二次氧化物残留在钢中;在连铸时产生大量夹杂物和疏松缺陷,导致产品质量下降。钢液凝固时FeS、FeO等因钢液的“选分结晶”而产生,最后晶粒边界和树枝晶之间发生沉淀
6、3。20世纪60年代末,Kohnvertra1进行了一项调查,连铸坯内夹杂物的来源涉及生产过程中各种渣系问题、接触高温熔体的耐火材料以及钢液和空气中二次氧化物等。20世纪70年代,植田颍冶等通过对连铸坯的研究,得出以下结论:中间包钢液和钢包铸流被大气氧化;钢包内衬渗入钢液;在结晶器内保护渣进入钢液。熊井等人认为,大颗粒夹杂物是由耐材侵蚀物质和钢液的氧化形成的。20世纪80年代,ByrneCramb、Fenide等人分析了连铸坯中出现夹杂的原因:在转炉渣进入钢包时,大的渣滴容易浮出,致使铸件存在较少的渣珠;吹氤气流量过大,钢包中的夹杂物和氧的总量都会增大。陈宏豫指出,在连铸过程中,大量的外来夹杂
7、物与小颗粒夹杂融合容易形成复合夹杂。大颗粒夹杂物由钢包渣、保护渣引起,小颗粒夹杂物由二次氧化引起,而脱氧剂和钢液与耐火材料进行相互作用后会产生许多复合夹杂物。4 .控制夹杂物通常情况下将杂质视为有害成分,但在实际中夹杂物可以转变成有益成分。例如,高硫的钢会产生硫化物夹杂,可能会降低钢材强度,但对易切削钢材来说,是一种脆性夹杂物,呈细条状或纺锤状,硬度较低,可以大幅度提高切割速度。若钢中含有少量钙,则可使原夹杂CaO-Si02溶于A12O3,或变为3CaO2SiO2,在切割过程中可以在工具表面沉积,覆盖工具的表面,避免切屑和工件与工具的前、后两面发生摩擦。5 .降低钢材夹杂物的技术措施为了控制和
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