钢中夹杂物控制原理.doc

钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式
T[O]=[O]溶+[O]夹
(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],转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图 l   渣中(FeO);
l   钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄
C–Fe的选择性氧化平衡点
根据式[C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–
以及反应[Fe] + [O] = (FeO) (2) lg aFeo/[%O] = 6317/T –
得到反应(FeO)+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+
结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]=%,也就是说终点[C] < %时,钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。
理论分析
1)终点[C]-[O]关系
1) 当终点[C]<%时钢水的终点氧含量较高 2) 当终点[C]~%范围时,有些炉次钢水氧波动在平衡曲线附近(区域Ⅰ)有些炉次钢水氧含量则远离平衡曲线(区域Ⅱ),说明在该区域钢水过氧化严重。



温度对氧含量的影响
在终点[C] = ~%时,终点氧含量虽然较分散,但总的趋势是随着终点温度的升高,终点氧基本呈上升趋势。
1620℃~1680℃之间,氧含量总体水平较低,平均为702ppm,该范围的炉次共占总炉次的30%左右;出钢温度大于1680℃时,终点钢水氧含量有明显的升高趋势,平均为972ppm,占总炉次的70%左右。
终渣氧化性对终点氧的影响
渣中(FeO+MnO)增加,终点[O]有增加趋势;
终点[C]<%,渣中(FeO+MnO)增加且波动较大,说明此时吹氧脱碳是比较困难的,而铁则被大量氧化。
图1-3<2500炉终点C-O关系图1-4 2500~5000炉终点C-O关系
钢中夹杂物控制原理
(2)钢包脱氧合金化+精炼后:
[O]溶=>0 T[O]=[O]夹
Al-K钢:
[Al]S=-%,[O]溶=4-8ppm(图2)
如在连铸坯中测定T[O]=20ppm,说明除[O]溶外,氧化物夹杂[O]夹为12-18ppm,说明钢中很干净。
Si-K 钢:
用Si、Mn脱氧平衡[O]溶含量如图3。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。
图2钢中[Al]S与[O]溶关系
人们预测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:
生产“零夹杂物”钢:
[O]夹杂→0,即钢中夹杂物完全去除;
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,,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)
根据各类物的形态和分布,把中的夹杂物分为四个基本类型
A类——硫化物类型
B类——氧化铝类型
C类——硅酸盐类型
D类——球状氧化物类型
A类夹杂物
属塑性夹杂物,经锻轧加工以后沿加工方向变形,成纺锤状。
随着夹杂物的化学成分的不同,通常在明视场下呈浅灰色、蓝灰色或亮黄色;在暗场下呈不透明或弱透明。
B类夹杂物
脆且容易断裂,其在经轧制加工后沿加工方向排列成链状。
在明视场下多呈暗灰色,少数不常见的氧化物也呈亮灰色。在暗视场下多位不透明,少数呈透明的。
C类夹杂物
有易变形和不易变形的两种。
易变形的硅酸盐夹杂与硫化物相似,沿加工方向延伸呈线段状,在明视场下呈暗灰色,在暗视场下透明。铁硅酸盐(2Fe•SiO2)、硅锰酸盐(2MnO•SiO2)、锰偏硅酸盐(MnO•SiO2)都属于易变形硅酸盐。
不易变形的硅酸盐夹杂物,以氧化物相似,沿加工方向呈颗粒状分布。铝硅酸盐(Al2O3•SiO2)、钙硅酸盐(CaO•SiO2)等属于不易变形硅酸盐。
D类夹杂物
为氧化物或硅酸盐,这种夹杂物精加工后是不变形的,仍以点球状存在。
B类夹杂物使钢材表面质量和性能恶化。
为了克服这一缺点,必须减少这类夹杂物的数量并且改变氧化物的性质,以降低甚至消除其危害。
由以上分析可知,要降低钢中T[O]