浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响

第 28卷第 4期 2002年 8月 包 钢 科 技 Science＆ Technology of Baotou Steel(Group)Corporation Vo1．28．No．4 Auguest，2002 浅谈钢中夹杂物的控制对钢质量的影响 张莉 萍，葛建 国，赵爱军 (包钢(集 团)公 司技 术监督 处 ，内蒙古 包头 014010) 摘 要 ：钢 中夹 杂物 特别 是 Al O 夹 杂对 钢 的质 量 、机 械 性 能等 有 极 大 影 响 ，必 须 严 格 控 制 。外 来 夹 杂 物 可 以根 据 其来 源采 取相 应措 施 加 以去 除 ，而 内生 夹杂 物 却需 通 过脱 氧工 艺 及钙 处理 工 艺新 技 术 加 以 控制 。包 钢 为 提 高 重轨 钢质量，在改变脱氧工艺和采用钙处理技术上大胆尝试 ，并有较大突破 ，无 Al脱氧 工艺和 喂线技术的应用对控制 钢 中夹 杂物 ，提 高 重轨 钢和 其 他产 品 的质量 有 明显 效 果 。 关键 词 ：夹 杂物 ；控 制 ；钢 质 量 ；钙 处理 ；影 响 中 图分 类号 ：TF70 文献 标 识码 ：B 文 章编 号 ：1009—5438(2002)04—0085—04 1 前言 随着钢 铁工 业 的进 一 步发展 ，钢的材 质设 计 和 应用 技术的开发给冶金工业 带来 了极 大的挑战 。钢 铁产 品将按着 钢液 洁净 度高 、成分 控制 精 度高 和产 品性能稳定性能高的方向发展，其 中高纯净度钢的 生 产是 21世 纪钢铁 企业面临 的重大课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，它 的解决 与钢 的冶炼 过程密 切相 关 ，而 任何 钢 的冶 炼都 需要 脱氧，脱氧 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 (脱氧剂种类 、用量、时问、次序 )不 同 ，钢液 的脱 氧效率 、洁净 度乃至钢材产 品的质量都 将 受到极大的影响 。本文将 通过 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 脱 氧产生 的夹 杂物 对钢质量的影响 ，结合包钢 实际 ，说 明夹杂物 的 控 制对提高钢液洁净度 ，改善钢 质量 的作用 。 2 主要夹杂物对产 品性能的影 响机理 钢的性能主要取决 于钢的化学成分 和组织 。 目 前 ，用户对 钢的强度 、韧 性 、加 工性 能等 要 求 日趋提 高 ，对钢 的化 学成分 和组 织均 匀性 的要 求 也越 来越 高 。钢 中夹杂物 主要 以非 金属 化合 物形 态存 在 ，如 氧化物 、硫化物 、氮化物 等 ，造 成钢的组织不 均匀 ，而 且它们 的几何形状 、化学成 分 、物理 因素等不仅使钢 的冷热加工性能 和某些 理化 指 标恶 化 ，而 且还 能 降 低钢的机械性能和疲劳性能。 2．1 AI，O 夹杂 此类夹杂 物 为钢 中 内生夹 杂物 。在镇 静 钢 中 ， 采用有 Al脱氧工艺 即用 Fe—Al或 Al脱氧 时 ，A1 O3 是常见氧化物 夹杂 中对 钢质 影 响最 大的 一类 ，它 属 于脆性 不变形 夹杂 物 ，与 基体 的热 变形 能力 差异 较 大 ，在 热加工的应力 作用 下 ，大块 的 AI O。等脆性 夹 杂 ，经 变形 破碎成具有 尖锐菱角 的夹 杂 ，并成链 状分 布在基体 中 ，这 些 坚 硬 的形状 不 规 则 AI O 夹 杂 能 将基体划伤 ，并在 夹杂 物周 围产 生应 力 集 中场直 至 在交界面处 形 成空 隙或 裂纹 ⋯。在 中高碳 钢 ，尤 其 在重轨钢 中 ，AI O。夹 杂在周 期 应力 的作 用 下 ，会 成 为疲 劳源 ，最终 因疲 劳 裂纹 的扩 展造 成 大块金 属脱 落的“掉块 ”导致 钢的断裂 。根 据国内客车运行 和制 动条件 ，应用断裂力 学理论 计算 表 明，当 AI，O 夹 杂 大于 26 m时 ，也可 使 之 成 为疲 劳 裂 纹 源 ，因此 ，在 重轨的有关 标 准 中 ，对 非 金属 夹 杂物 AI，O 要 求 特 别严 ，即“B类夹杂不大 于 1级 ”。 2．2 硅酸盐 及钙的铝 酸盐夹杂 此类 夹杂 物成 分复 杂 ，它 的产生受 钢 液脱氧 工 艺 、钢水 条件 及浇 注 系统 中耐火 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 使用 情况 等 的 影响 ，有 内生的 ，也有外来 的 ，还有 内外共 同作用的 。 在轧制过程中，这些夹杂物保持原来的球点状。特 别是硅酸盐夹 杂 ，它在 钢 的凝 固过程 中 ，由于冷却 速 度较快，某些液态硅酸盐来不及结晶，其全部或部分 以过冷液体即玻璃 态的形式存在于钢 中，在 800一 收 稿 日期 ：2002—01—17 作 者简 介 ：张莉 萍(1970-)女 ，山西 省浑 源县人 ，1995年 毕业于 包头钢 院钢铁 冶金 专业 ，现 从事炼 钢质 量管理 工作 ，工程师 。 维普资讯 http://www.cqvip.com 包钢 科技 第 28卷 1300℃内 ，塑 性依 其组 成 不 同变 化 很快 2』。在低 碳 钢 特别是沸腾钢 中 ，此类 夹 杂物 (通常 为 外来 夹 杂 ) 会使盘条塑 、韧性 降低 ，或 引起 带钢分层 等 。 3 钢 中主要夹杂物的来源 钢 中的非金属 夹杂 物来 源于 两个 方面 ：一是 随 冶炼 过程 产生 ，即在 出钢 时加入 铁 合金 的脱 氧产物 和浇 注过程 中钢水 和空气 的二 次氧化 产 物 ，称 内生 夹杂 ，此类夹杂一 般颗 粒 细小 ，在 钢 中分 布均 匀 ；二 是 因种种原因从外界带人 的 ，称外来 夹杂物 ，此类夹 杂物 多为外形 不规则 、尺寸较大且分 布不均匀 。 3．1 内生夹杂 内生夹杂 主要产生于下列 几种情况 ： (1)在冶炼 过 程 中 ，脱 氧 产物 未能 全 部排 除 ，或 浇注过程温度下 降 ，继续 反应 生 成 的脱 氧产 物来 不 及上 浮残 留于钢 中 ，它们 有 的 以小质 点 存在 于钢 的 基体组织 中 ，有 的 则集 聚成 大颗 粒 (如 AI，O )，有 的 则 以固溶状态存在 于钢中 (如 MnO、FeO)。 (2)在出钢及浇注过程 中 ，钢液与 空气接触 被氧 化 ，氧与钢 中元素结合形成 二次氧化物 留在钢 中 ；在 钢 液凝 固过程 中 ，低熔 点的 FeS、FeO等 由于钢液 “选 分结 晶”，最后 在晶粒边界及树枝 晶间析 出L3 J。 3．2 外来夹杂 这类 夹杂 主要 由原料 带人 泥 沙 、熔 渣 及保 护渣 等卷入或浇注 系统 的耐火 材 料受 钢水 冲 刷 、浸蚀 等 进入 钢液滞 留于钢中造成 的 ，多为大颗 粒夹杂 。 4 钢 中夹杂物的控制 随着产 品质量 、性能要求 的不断提 高 ，生产非金 属夹 杂物少 的洁净钢或控制非金属夹 杂物性 质及要 求 的形态是 冶炼 和浇注过程 中一项艰 巨 的任务。 为减少钢 中夹杂物 ，最根 本的途径 ，一 是尽量减 少外来夹杂物对 钢水 的 污染 ，二 是设 法 促使 已存 在 于钢水中的夹杂物排 出，以净化钢液 。 4．1 外部夹杂物 的控制 减少外来 夹 杂物对钢 水 的污 染 ，应根 据其 来源 采取 相应 的措施 。对 连铸 坯 来讲 ，从 出钢 到钢水 进 入结 晶器前做 好如下 工作 ：控制 好 出钢 时 的脱 氧操 作及挡渣操作 ，防止 钢包下 渣 ；采 用保 护 浇注 ，防止 二次 氧化 ；采用 炉 外精 炼 新 技 术 ；使 用 大 容量 中 问 包，使夹杂物充分上浮；采用合适的保护渣，高质量 的耐火材料 ；钢包及 中间包等要干净 。 包钢 于 1997年引进德 马克炉 外精炼 设备 LF及 VD处理炉和弧形连铸机后 ，大大解决了钢中外来夹 杂物多的问题 ，但值得注意的是，保护渣及耐火材料 的质量在一定 程度上成为影 响钢 质量的主要原 因。 4．2 内部 夹杂物的控 制 任何 钢 的 冶炼 过 程 都 要脱 氧 ，因此 ，脱 氧 产 物 — — 非金 属氧 化物 的产生 是不 可避免 的 ，但如何 控 制好 内生非 金属 夹 杂 物 特别 是 AI O 夹杂 的数 量 、 形态 和分布 ，合 理 的选择 脱 氧剂及 脱 氧制度 具有 关 键 的作 用 。包钢 是我 国生 产 重轨 的主要 基地 之 一 ， 多年来 一直致力 于开 发生产 强 度高 、耐磨性 好 的钢 轨产 品 ，如 BNbRE轨 ，但随着 我 国铁路运输 高速 、重 载及行 车安全 的要求 ，解决钢 中夹杂问题 ，提高钢轨 耐磨 、耐疲 劳性 能是 当前 炼钢 工作 的 重点 ，为 此 ，包 钢在脱 氧工 艺方面 做 了大量 的研究 和试 验 ，通过 运 用无 Al脱 氧 工 艺 及 ca处 理技 术 来 控制 钢 中夹 杂 物 ，取得 了一定 的效果 。 4．2．1 脱氧 剂及脱氧 工艺的优 化选择 根 据元 素与 氧亲 和能力 的大 小 ，通常 冶炼过 程 采用 的脱 氧元 素 有 Mn、Si、AI等 ，其 中 Al的脱 氧能 力最强 ，其脱 氧产物 AI，O 熔 点 高 、易 形成 细 的固体 颗粒 ，表 面张力 比钢 液界 面 张力 大 ，易于 上浮 ，故 常 用来做终 脱 氧 剂 ；相 比之 下 ，Si、Mn的脱 氧 能 力 差 些 ，但 Mn可 以增 加 si和 Al的脱 氧 作用 ，si的脱 氧 产物 SiO，只有与 MnO作用 形成 低熔 点化 合物 才 易 从钢 液中排 出，且 二者都是钢 中主要 的合 金元素 。 对脱 氧剂和脱氧工 艺的选 择要根据不 同钢 种的 成份和要求来定 ，包钢 目前 所用 的各 类脱 氧剂 有 si — Fe、Si—Mn、Mn—Fe、Si—AI—Fe及 Al块 等 ，其 中 Al块主要 用 于沸 腾 钢 的脱 氧 。下 面 以包 钢 的重 轨 钢为例 ，说 明脱 氧工艺与钢 中夹杂物控 制的关系 。 脱 氧工 艺一 ：包 钢连铸投产前 ，生产重轨钢 主要 以平炉模铸 为主 ，其脱 氧工艺为 ：先在炉 内加一定量 高碳 Mn—Fe部分脱氧，后在出钢过程 中，罐内加 si — Mn合金预脱氧 ，最后 加 入 si—A1一Fe终 脱 氧 ，罐 内吹 Ar后模 注 。此工艺 生 产 的重轨 钢均 能满 足 产 品要求 ，但 弊端 在 于钢 中的夹 杂 、气 体不 易 充 分 排 出 ，夹杂物不 易控制 ，钢 液不洁净 。 脱 氧工 艺二 ：包 钢 引进连 铸设 备 后 ，98年 开 始 采用连铸坯 生产重 轨 ，先进 的炉外 精炼 装备 给钢 水 净化提供了良好条件 ，其脱氧工艺为：转炉出钢过程 在罐 内加 入 Si—Mn和 Fe—si或 Fe—Mn合金 进行 脱氧合金 化 ，终 脱 氧 采用 Fe—Al—si或 纯 Al终 脱 氧 ，然后 经 LF炉 处理后 ，喂 si—ca线 ，或加 si—ca 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 浅 谈 钢 中夹杂 物 的控 制对 钢 质量 的影 响 87 粒压 渣 ，再 经 VD炉 除去 钢 中气体 。此 工 艺 对提 高 钢洁净度有很大 作用 ，钢 中大颗粒 夹杂基本不存在 ， 但不能彻底消除 A1，O 对钢质的影响。 脱氧工艺 三 ：为解 决 钢 中 A1，O 夹 杂对 钢 疲 劳 性能的影响 ，包钢于 1999年在 出 口 UIC54钢轨 上采 用无 Al脱氧工艺，即：在转炉出钢过程中，罐内加入 Si—Mn、Si—Fe或 Mn—Fe脱 氧合 金 化 ，用 Si—C或 Si—ca终脱 氧 ，其后 的精炼 浇 注过 程 同工艺 二 。此 工艺生产 出 的重轨 钢 ，其 钢 中 [A1]在 0．005％ 以下 ， 对控 制钢中 A12O 夹杂起 到 了一定作 用 。 通过 比较 ，第三 种工 艺 是最 优方 案 。 目前 生产 的重轨和 82B等 要 求 严 格 的钢 种 已全 部 采 用 此工 艺 。 4．2．2 夹杂物 的 变性 处理 目前 ，在提 高钢质方面 ，钙处理技术 被世界广泛 认识 ，并作为处理 夹杂物最有 效手段所运用 。 (1)钙对夹杂物控制的变性机理 ca是一种很好 的钢液净 化剂 ，它不仅 可 以深脱 氧 ，还可 以深脱 硫 ，在 钢 液脱 氧后 ，[O]已很低 的情 况下 ，ca直 接脱 氧 反应 成 为 次要 过程 ，此 时 它 主要 与钢 中 A1 O 发生反应 ： 3xCa+3yA12O3={3x(CaO)(3y—x)A12O3}+3xA1 钙在这些 A1 O 夹 杂颗 粒 中扩 散 ，使 钙 连续 的 进入铝 的位置 ，置换 出的铝 进 入钢 液 ，随着 Ca的扩 散，使 A12O3夹杂表面 CaO含量升高，当 CaO>25％ 时 ，钙 铝 酸盐 呈 液态 ，这种 含 CaO量 高 的 液态 钙 铝 酸盐夹杂物大部分 浮出钢液 ，进入渣层 ，少部分 未漂 浮的夹杂颗粒也 以较小呈球状残 留于钢 中，这样 ，不 仅解 决了脱 氧 问题 ，而且 大 大 减 少 了钢 中 A1，O 夹 杂，同时，还可使钢坯的组织显微结构趋于均匀 ，并 可改善钢水流动性 ，减少 浇注过程水 口堵塞 等问题 。 (2)钙处 理工 艺 夹杂物变性 处理工艺是 ：在钢液正 常脱 氧后 ，用 喷粉或喂线的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 往 钢 中加入 碱 土金属 ，如钙 合金 或稀土等元素，以改变夹杂物的组成，改善氧化物、 硫化物等在 钢 中 的存 在形 态 。 目前 包 钢所 用 的 ca 处理工艺为 ： 重轨钢 ：无 Al脱 氧工 艺 +LF—VD精 炼 +Si— Ca粒压渣 其它钢 ：正常 Al脱 氧工艺 +LF／VD精炼 后喂 Si — Ca线 其中 Si—ca合 金 中 ca含量 为 24—31％ ，Al含 量 <2．5％。 另外 ，在钙 合金 中含 Ba时 ，可 大大提高 ca的变 性效 果 ，且 含 Ba量越 高 ，变性 效果越理 想。 目前 ，包 钢运 用 Si—Ba—ca脱 氧剂所进 行 的试验 ，已取得 了 明显效果 。 (3)金相检验结 果 钢包喂 si—ca线技术在试验初期，曾在车轴坯 上做过高倍 金相夹杂 试验 ，检 验结果表 明 ，当喂人一 定量的 Si—Ca后 ，钢 中夹 杂条 状 及簇状 极 少 ，几 乎 全部为球状或 纺锤状 复 合夹 杂 ，且 球状 夹 杂 中含较 多的 Ca、Mn、S和少量 的 A1、O，即中心多为复合 氧化 物 ，而外 围为 大 量 的 Ca和 Mn的硫 化物 。显然 ，喂 Si—Ca线后钢 中 MnS和 A12O3夹 杂 同时变性[引。这 一 实验结果 与理论分析基本一 致。 5 结论 (1)钢 中夹 杂物 对 钢 的性 能 、质 量有 极 大影 响 ， 特别是 A1 O3夹 杂 ，它是 影 响重 轨 钢 疲 劳性 能 的 主 要原 因之一 ，必 须在炼钢过程加 以控制 。 (2)包 钢先进 的连铸 工艺装 备 对控 制 钢 中内外 部夹杂提供 了 良好 的 环境 ，其 中 ，采用 无 Al脱 氧工 艺生产 的重 轨钢 ，钢 中 A12O3夹杂 得 到了控制 ，并 取 得 了较好效果 。 (3)钙 处理 技 术可 使 钢 中 A12O3、MnS等夹 杂 变 性 ，改善 钢的性 能、质量 。包 钢运 用钙处理 工艺有 效 的控制 了钢 中夹杂物 的形 态 ，使钢质 量 、机 械性 能等 均有提高 ，特别对重轨钢质量的提高有积极作用。 [2] [3] [4] 参 考 文 献 周 寿好 ，龚志翔 ．车轮轮 箍钢 失效与 夹杂物控 制[J]．钢铁研究，2000，(6)． 陈家祥、钢铁冶金 学[M]北京：冶金工业出版 社 ，1993，122～125． 吴勉华 ．特炉炼钢 5001句[M]北京：中国计量 出版 社 ，1993，90～95． 郑培新 ．喂 线技 术在 转 炉冶 炼车 轴坯钢 中的 应用[J]包钢科技，2000，(1)． (下转第 84页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 84 包 钢科 技 第 28卷 意，而且是在做事业，公司的目的不仅仅是赚钱，而 且是在提 高全 民族 的素质 。他们 提倡 愉 快 的工作 ， 认为人 的一 生 中最宝贵 、最美好 的时光是工作 ，鼓励 员工在工作 中寻 找快乐 ，让工 作 变为一 件 趣事 。诚 然 ，物质刺激是必要的，但 同时也需要一种精神，这 就是爱事业 、爱企业的精神 、奉献的精神 ，很难想象 一 个没有企业精神、价值观念的企业如何向其员工 传达 企业 信息 ，增强 企业的凝 聚力。 3．6 打造 良性 的人 才竞争 机制和 氛围 人才竞争的基础是平等竞争。企业要做到赏罚 分明 ，升迁有望 ，以提 高 人才 的保 有率 ，建立 能上 能 下 的用人机 制 ，使 每个 人在 每一 个 阶梯 都有 一种 升 迁的希望 ，同时也存在降级 的可能 ，时时有危机感 ， 以此 激励 人才竞争 。 4 结论 只有关注人才 的期望 ，了解人才 的需求 ，然后尽 可能 的去满足 ，是 目前一 些企 业行 之 有效 的 留人方 式 。企 业要根据 自身 的实 际情况 ，聚集 人才 。人 才 的聚集 ，可以使 企业得到发展 ，而 由于企 业的生长性 好 ，发展潜力大 ，又可 以形 成 良性 的人才 吸 引机 制 ， 为企业 的发 展注入 新 的活 力 ，这样 的企 业就 会不 断 创新 ，赢得市场竞 争的主动权 。 参 考 文 献 [1] 文石 ．国外公司怎样留住人才[J]．企业管理， 2000(9)：48． Brief introduction of hum an resource m anagem ent for enterprise DONG Jing (Information Research Institute of Baotou Steel(Group)Corporation，Baotou 014010，China) Abstract：The present situation of brain drain in the enterprise is introduced and the misunderstan ding of human resource ma nagement is analyzed with SOme measures put out to prevent the brain dr ain． Key words：brain drain；human l~SO lu'ee management (上接 第 87页) Brief discussion on the effect of inclusion in the steel on its quality ZHANG Li—ping，GE Jian—guo，ZHAO Ai—jun (Technical Inspection Department ofBaotou Steel(Group)Corporation，Baotou 014010，China) Abs tra ct：Th e effect of inclusion especially A1203 on steel quality and machinery property is great．External inclusion can be removed from its origin and the internal can be controlled by deoxidating and Ca treatment To improve steel quality，SO me at— tempts have made from these technologies an d got good results At the same time，the result of deoxidating without AL and wire— feed is good to improve the quality of heavy rail an d other prod uct． Key words ：inclusion；control；steel quality；Ca treatment；effect 维普资讯 http://www.cqvip.com