控制氧的去除和夹杂物优化方法

钢中氧的复杂性在于钢液冷却凝固过程中因氧的溶解度降低将进一步生成脱氧产物，钢液在浇注过程中会因为与大气、炉渣、耐火材料发生氧化反应形成大颗粒夹杂物。钢中夹杂物的数量、尺寸、分布、形状、类型都将对钢材的性能产生很大的影响。

钢中氧的去除有如下方法：

1）减少所生成的夹杂物数量，控制所生成夹杂物的性质。

2）创造良好的条件促使夹杂物去除。

3）控制炉渣成分，使其更有利于吸收夹杂物。

4）防止钢液被大气、炉渣、耐火材料氧化等。

减少所生成夹杂物的数量首先必须降低转炉的终点氧含量。合理的吹炼制度特别是减少补吹有助于降低终点钢液的氧含量。钢包渣中FeO+MnO的含量与钢液中的氧含量有正比关系，因而减少出钢下渣量很重要。广泛采用挡渣帽+挡渣球的挡渣方法，也有采用气动挡渣、多棱锥挡渣等方法的报道。提高转炉终点渣（MgO）的含量和碱度也有利于减少下渣。钢中的脆性夹杂物是造成很多钢种出现缺陷的原因，如轮胎子午线的冷拔断裂，汽车板表面美容的损坏等，同时脆性Al₂O₃夹杂物也是引起浇注过程中水口堵塞的主要原因。为减少钢中的脆性Al₂O₃夹杂物，国外一些厂家采取了以下措施：

1）先用硅脱氧降低钢中的溶解氧含量，然后再用铝终脱氧。但所生成的SiO₂起到了二次氧化源的作用，必须降低SiO₂的活度以防止其与钢液中铝发生反应。对于w（Si）=0.10%～0.30%的轴承钢，控制碱度在4以上可以保持炉渣中SiO₂的稳定。实际操作中炉渣的碱度常常控制在5以上。

2）用碳代替部分铝进行钢液粗脱氧。出钢过程中当钢液量为1/2时加入碳脱氧，对w（C）=0.035%～0.12%的钢液，将w（O）脱至224×10^-6，然后加铝终脱w（O）至150×10^-6，最后加Si、Mn合金化。采用该法可降低钢液脱氧成本8%，减少钢中Al₂O₃夹杂物，使出钢时钢液吸氧量减少50%。

3）对炉渣改性，提高其溶解吸收Al₂O₃夹杂物的能力，或在脱氧和精炼中控制Al和渣中Al₂O₃的含量，从而有效控制钢中夹杂物的成分，使脆性夹杂物转变为塑性夹杂物。

4）对钢液进行钙处理，变固态脆性铝酸盐为液态钙铝酸盐。对钢液进行钙处理还可以控制炉渣成分，改变脱氧过程的热力学条件，从而生产氧含量很低的钢种。以铝脱氧钢为例，1600℃时，钢中w（Al_s）=0.02%～0.05%，处于热力学平衡的w（O_s）=（4～8）×10^-6；而以CaO-Al₂O₃为基的熔渣中Al₂O₃的活度可达0.001%，与液态钢中w（Al_s）=0.01%相平衡的w（O_s）＜1×10^-6。其前提是改变脱氧产物的形态，同时形成的脱氧产物能很快进入炉渣。我国一些厂家生产中针对夹杂物的去除和二次氧化所采取的措施有：

1）出钢挡渣、扒渣、炉渣改性。(www.xing528.com)

2）真空精炼并吹气搅拌从而有效地去除夹杂物。

3）钢包到中间包、中间包到结晶器用惰性气体保护浇注，中间包吹氩实现惰性气氛浇注，中间包密封或真空浇注等。

4）钢包、中间包下渣检测，中间包采用防涡流技术。

5）钢包全自动开浇和浸入式开浇技术。

6）中间包使用挡墙、坝、阻流器控制钢液流动，使用过滤器、电磁旋转离心器或底吹氩减少夹杂物，使用高碱度覆盖剂吸收夹杂物，造还原性中间包渣，使用碱性耐火材料降低侵蚀，采用H型或大容量中间包等。

7）中间包加热控制温度波动，可进一步促进夹杂物的去除，同时对减轻开浇、连浇、浇注结束时钢液断流十分有效。

8）采用立弯式结晶器促使夹杂物上浮，结晶器采用电磁搅拌减少铸坯皮下夹杂物和气孔，采用FC结晶器或电磁闸控制钢液流动同时减少液面波动，结晶器保护渣自动添加。

9）低速浇注。

目前，通过铁液预处理、转炉复吹、二次精炼技术的有效配合，已能生产出杂质的质量分数小于0.01%的高纯钢，生产出杂质含量只有百万分之几的高纯钢是完全可能的。

洁净钢的生产是一项系统工程，首先需要了解使用者对钢的性能的要求，其次需要借助于控制钢中杂质、缺陷和性能之间关系的技术，进而提出生产过程中的控制目标。洁净钢的生产不仅是一个技术问题，它还是一个经济问题，高的纯净度往往意味着高的成本。在制定生产工艺时希望造就最佳的热力学和动力学条件，但需要对各杂质元素的去除进行综合考虑。应该指出的是提高洁净度必须同客户的需求相关联，不仅仅要保证钢材的使用性能，同时还要生产出的产品客户能买得起。