LF精煉全解析

1、.LF精煉知識(shí)1. 爐外精煉發(fā)展歷程w 20世紀(jì)3040年代，合成渣洗、真空模鑄。1933年，法國佩蘭（R.Perrin)應(yīng)用高堿度合成渣，對(duì)鋼液進(jìn)行“渣洗脫硫”現(xiàn)代爐外精練技術(shù)的萌芽；w 50年代，大功率蒸汽噴射泵技術(shù)的突破，發(fā)明了鋼包提升脫氣法(DH)及循環(huán)脫氣法(RH)w 1935年H.Schenck 確定大型鋼鍛件中的白點(diǎn)缺陷是由氫引起的-氫脆。w 1950年，德國Bochumer Verein (伯施莫爾-威林）真空鑄錠。w 1953年以來，美國的10萬千瓦以上的發(fā)電廠中，都發(fā)現(xiàn)了電機(jī)軸或葉片折損的事故。1954年，鋼包真空脫氣。w 1956年，真空循環(huán)脫氣（DH、RH）。w 607

2、0年代，高質(zhì)量鋼種的要求，產(chǎn)生了各種精煉方法w 60、70年代是爐外精煉多種方法分明的繁榮時(shí)期w 與60年代起純凈鋼生產(chǎn)概念的提出、連鑄生產(chǎn)工藝穩(wěn)定和連鑄品種擴(kuò)大的強(qiáng)烈要求密切相關(guān)w 此時(shí)，爐外精煉正式形成了真空和非真空兩大系列不同功能的系統(tǒng)技術(shù)，同時(shí)鐵水預(yù)處理技術(shù)也得到迅速發(fā)展，它和鋼水精煉技術(shù)前后呼應(yīng)，經(jīng)濟(jì)分工，形成系統(tǒng)的爐外處理技術(shù)體系，使鋼鐵生產(chǎn)流程的優(yōu)化重組基本完成。w 這個(gè)時(shí)期，還基本奠定了吹氬技術(shù)作為各種爐外精煉技術(shù)基礎(chǔ)的地位和作用。w 這一時(shí)期發(fā)展的技術(shù)：VODVAD、ASEASKF、RHOB、LF、噴射冶金技術(shù)（SL、TN、KTS、KIP）、合金包芯線技術(shù)、加蓋和加浸漬罩的吹

3、氬技術(shù)（SAB、CAB、CAS）w 8090年代，連鑄的發(fā)展，連鑄坯對(duì)質(zhì)量的要求及煉鋼爐與連鑄的銜接，RHKTB、RHMFP、RHOB；RHIJ（真空深脫磷），RHPB、WPB（真空深脫硫）、VKIP、SRP脫磷w 21世紀(jì)，更高節(jié)奏及超級(jí)鋼的生產(chǎn)。2. 爐外精煉作用和地位w 提高冶金產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大鋼鐵生產(chǎn)品種不可缺少的手段；w 是優(yōu)化冶金生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、節(jié)能強(qiáng)耗、降低生產(chǎn)成本的有力手段。w 保證煉鋼連鑄連鑄坯熱送熱裝和直接軋制高溫連接優(yōu)化的必要工藝手段w 優(yōu)化重組的鋼鐵生產(chǎn)工藝流程中獨(dú)立的，不可替代的生產(chǎn)工序3. LF精煉工藝優(yōu)點(diǎn)l 精煉功能強(qiáng)，適宜生產(chǎn)超低硫、超低氧鋼；l

4、 具備電弧加熱功能，熱效率高，升溫幅度大，溫度控制精度高；l 具備攪拌和合金化功能，易于實(shí)現(xiàn)窄成分控制，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性；l 采用渣鋼精煉工藝，精煉成本較低；l 設(shè)備簡(jiǎn)單，投資較少。4. 計(jì)算合金加入量調(diào)整鋼液成分4.1 技能實(shí)施與操作步驟l 根據(jù)鋼種的特點(diǎn)和工藝要求，首先了解初鋼液中合金元素配加情況并預(yù)測(cè)在加熱前期、中途、后期、結(jié)束分別配加合金的種類并作好準(zhǔn)備。l 精煉鋼包進(jìn)入LF工位后，按要求取樣進(jìn)行化學(xué)元素全分析。l 根據(jù)全分析結(jié)果，計(jì)算出精煉期應(yīng)配加的各種合金的補(bǔ)加量，并進(jìn)行稱量。l 精煉鋼水加熱到預(yù)定溫度后，把上述稱量好的合金通過料倉或人工分批加入。l 凡鋼水經(jīng)過造白渣處理后，一般應(yīng)

5、再取樣進(jìn)行全分析。l 根據(jù)全分析結(jié)果及該鋼種成分控制要求，計(jì)算出需要補(bǔ)加的合金數(shù)量，進(jìn)行稱量，并在進(jìn)入軟吹前5分鐘加入完畢圖1 取樣器示意圖l 取樣操作: 取樣器(見圖1)取樣操作過程: A.完好取樣器插入取樣棒。 B.檢查頭部保護(hù)套是否完好。 C.打開工作門。 D.快速插入鋼水深約300mm左右，位置靠近吹氬攪拌區(qū)。 E.保持3s-5s左右后迅速提起取樣棒，拉出鋼液面。 F.拆卸紙管，打破殼取出試樣。4.2 注意事項(xiàng)l 在進(jìn)行合金補(bǔ)加前，必須掌握準(zhǔn)確的鋼水量及各種合金的成分液中已經(jīng)配加的合金量。l 合金加入量的計(jì)算必須要經(jīng)過復(fù)核，以保證準(zhǔn)確無誤。l 要能準(zhǔn)確識(shí)別各類常用合金，防止誤用。l 稱

6、量合金要準(zhǔn)確，并經(jīng)過復(fù)核才能加入鋼包內(nèi)。l 合金加入鋼包內(nèi)時(shí)，注意勿碰擊電極，必要時(shí)應(yīng)停止加熱。l 精煉鋼包內(nèi)合金熔化的條件較差，因此不宜加入塊狀較大的合金，一般控制在10mm-30mm。l 為了確保合金元素有較穩(wěn)定的回收率。加合金前鋼包中的渣應(yīng)脫氧良好，渣應(yīng)呈白色為好。l 加合金畢要繼續(xù)保持爐渣良好的還原性，在渣面要適量補(bǔ)加粉狀脫氧劑。l 全部合金加畢到開始軟吹必須有足夠的時(shí)間使合金充分熔化。l 加入較多數(shù)量的合金必須考慮合金熔化吸熱造成的鋼液溫度下降，及足夠的溫度彌補(bǔ)。l 在加入合金時(shí)要考慮合金中除主元素外的其它元素對(duì)鋼液成分的影響。如加入高碳鉻、高碳錳要計(jì)算增碳量，喂Ca-Si絲時(shí)考慮增

7、硅量，喂Fe-Ti絲時(shí)要考慮A1、Si增量喂A1絲時(shí)注意有增硅的可能性。4.3 知識(shí)點(diǎn)l 各種合金加入量的計(jì)算計(jì)算公式 鐵合金:合金加入量(公斤) 喂絲: 喂絲長度喂絲總量單位重量（Si含量）l 各種合金元素的回收率 在精煉爐內(nèi)脫氧條件較好的情況下加入合金的回收率比較高，在鋼包內(nèi)頂渣氧化鐵小于 0.5的條件下各元素的回收率分別為: (1)100回收率的元素有Ni、Mo、Mn、Cr、Si、C、V、Nb。 (2)S、A1、Ti直接加包中回收率30%50。 (3)喂絲法加入的回收率，S、A1、Ti為70%80，B為40%50。5.成分異常的處理5.1 技能實(shí)施與操作步驟l 在精煉過程中通過取樣發(fā)現(xiàn)鋼

8、水成分同預(yù)測(cè)成分(合金配加成分)比較有較大差異。l 重新取樣進(jìn)行驗(yàn)證。l 對(duì)照工藝卡檢查執(zhí)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，尋找原因?？砂匆韵聨讉€(gè)方面檢查，以下14項(xiàng)原因是易造成成分異常的主要原因。 (1)鋼水量是否有誤。 (2)前期合金加入是否有誤。 (3)攪拌系統(tǒng)工作是否正常。 (4)是否有設(shè)備漏水情況，電極是否有增碳現(xiàn)象。 (5)取樣是否有代表性。 (6)爐渣是否還原良好，上工序氧化渣是否帶入過多。 (7)溫度是否過低。 (8)已加入合金是否熔化均勻。 (9)發(fā)送樣是否有誤。 (10)分析試樣是否符合要求。 (11)是否采用全新未烘烤良好的鋼包。 (12)合金元素成分是否正確無誤。 (13)合金配加

9、量計(jì)算是否正確。 (14)料倉及輸送系統(tǒng)是否工作正常。l 根據(jù)重取樣分析結(jié)果與工藝執(zhí)行情況的分析，采取相應(yīng)措施。l 如合金元素(C、Si、Mn、Cr、Ni等)低于下限要求，補(bǔ)加合金至成分中下限。l 如合金元素(C、Si、Mn、Cr、P、Ni等)確認(rèn)高于上限，則回爐重氧化或改鋼號(hào)、改相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。 l 如有害元素S不符合進(jìn)入下一工序要求必須進(jìn)一步采取脫硫操作。 (1)增加渣量。 (2)加強(qiáng)鋼液攪拌。 (3)加強(qiáng)渣脫氧。5.2注意事項(xiàng)l 取樣符合操作規(guī)范，具有代表性。要做到:(1)添加合金、還原劑后不能馬上取樣。(2)渣況不好出現(xiàn)灰色、褐色、棕黃色，要等渣轉(zhuǎn)白再取樣，不然會(huì)引起取樣無代表性。(3)溫度

10、過低會(huì)引起取樣無代表性，不宜取樣。 l 發(fā)現(xiàn)鋼水成分異常應(yīng)盡早處理。l 補(bǔ)加合金量應(yīng)考慮爐渣還原性。l 鋼水量必須正確。l 合金成分必須確認(rèn)無誤。l 要杜絕合金元素配加過量。5.3 知識(shí)點(diǎn)l 成分異常產(chǎn)生的原因分析(1)取樣無代表性A.取樣位置、方式不符合要求，如靠近渣面的試樣易受爐渣影響造成成分波動(dòng)B.合金未全部熔化造成成分偏析。C.攪拌效果差，造成鋼水成分不均勻，同時(shí)鋼渣反應(yīng)差影響脫硫的正常。(2)合金料未加入由于合金加料系統(tǒng)故障，應(yīng)加入合金料部分留在料倉內(nèi)或撒落在鋼包外。也有人為因素造成漏加、計(jì)算錯(cuò)誤等。 (3)操作工藝執(zhí)行不規(guī)范A.還原精煉渣未達(dá)到脫氧良好的要求，渣量不足。在上工序氧化

11、渣帶人過多時(shí)尤其要注意。B.加熱過程電極插入鋼液增碳。C.鋼水量不準(zhǔn)。秤量系統(tǒng)故障以及對(duì)造成損失的鋼水估計(jì)不足。D.鋼液溫度不符合要求。尤其是溫度低造成化學(xué)成分均勻性差。l 防止措施 (1)取樣操作熟練工具完好。(2)保證加料系統(tǒng)正常。(3)嚴(yán)格執(zhí)行操作工藝。l 處理方法(1)成分高于上限要求，不能改鋼號(hào)作回爐或原料鋼處理。應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這類事故。 (2)成分低于下限要求，補(bǔ)加合金至成分要求范圍。6.常見典型成分異常情況煉鋼生產(chǎn)過程中，鋼液中C的異常情況最常見，以此作為典型分析。(1)造成C的異常的原因: A.初鋼液出鋼過程增碳，因電極粒密度較鋼液、爐渣輕，如果操作不當(dāng)部分電極粒將浮在渣面，而

12、未進(jìn)入鋼液，同時(shí)吹氬攪拌不充分，造成C偏低。在增碳量較大的鋼種中易發(fā)生。 B.電極粒中固定碳含量不穩(wěn)定，引起增碳量誤差。 C.加熱電極熔損，引起增碳。特別是當(dāng)爐渣較稀薄時(shí)，加熱操作中電極容易與鋼液接觸造成增碳。爐渣結(jié)塊不導(dǎo)電，電極下降插入鋼液造成增碳。 D.爐渣脫氧不良，含碳脫氧劑（電石）使用過量造成增碳。 E.取樣無代表性。 F.含碳質(zhì)耐火材料的鋼包內(nèi)襯烘烤不符合要求，造成在精煉過程中剝落進(jìn)入鋼液增碳。(2)防止措施: A.電極粒加入時(shí)要直接與鋼液接觸，盡量避免通過爐渣再進(jìn)入鋼液。必要時(shí)可用喂絲機(jī)喂碳粉包芯線增碳。 B.電極粒中固定碳含量要定期檢驗(yàn)，并在實(shí)際操作中進(jìn)行驗(yàn)證。 C.加熱操作時(shí)做

13、到電極嚴(yán)禁與鋼液接觸。 D.造好還原精煉渣，保證碳的吸收率。 E.增碳操作結(jié)束要經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笕印?3)C成分異常處理方法: A.C成分高于上限要求時(shí)，可考慮改鋼號(hào)。如45鋼改50鋼。 B.C成分低于上限要求時(shí)，可用電極?；蛭固挤郯揪€增碳至要求成分中下限。7. 鋼包精煉爐脫硫操作7.1技能實(shí)施 準(zhǔn)備好符合工藝要求數(shù)量的造渣材料(石灰、螢石、)、脫氧劑(SiFe粉、鋁粒)及發(fā)泡劑等渣料。造渣的二種形式 (1)在出鋼過程加入預(yù)制或配比好的造渣材料。 (2)氧化渣出鋼在排除氧化渣后加入渣料。 渣量控制 渣量按鋼包容量確定:一般控制鋼渣比為1.52.5，大容量鋼包取下限，小容量鋼包取中下限(結(jié)合脫硫

14、要求)。渣成分控制 (1)堿度一般控制24，堿度過高造成熔點(diǎn)過高易結(jié)殼影響鋼渣反應(yīng)，堿度過低造成對(duì)包襯侵蝕，一般可適當(dāng)提高渣中A12O3含量。 (2)精煉過程包中渣的氧化鐵控制1.0，通過渣面加入C、FeSi粉、鋁粒等脫氧劑控制。 (3)為防止包襯侵蝕可加入發(fā)泡劑，發(fā)泡劑一般可含碳質(zhì)或CaCO3質(zhì)的材料。鋼渣攪拌方式 運(yùn)用鋼渣的接觸，實(shí)現(xiàn)脫硫反應(yīng)，鋼渣攪拌方式共有二種: (1)鋼包底吹氬攪拌(較普遍)。 (2)鋼包外有電磁攪拌裝置(國內(nèi)較少)。脫硫量和脫硫率工藝要求 (1)了解該鋼種初煉鋼液的含硫量和精煉過程進(jìn)入下一工序的含硫量要求。 (2)掌握常規(guī)精煉過程的脫硫率。7.2 操作步驟l 加入造

15、渣材料 按工藝要求加入準(zhǔn)備好配比正確的造渣材料或按工藝要求對(duì)精煉鋼包中已經(jīng)加入的渣料作適當(dāng)補(bǔ)充和調(diào)整。l 吹氬攪拌，要求可見渣面有翻滾現(xiàn)象。l 鋼包進(jìn)入加熱工位三相電極通電加熱。l 分批散加適量(0.20.3kgt)脫氧劑，種類一般為鋁粒、Fe-Si粉、碳化硅。l 造白渣后每次打開工作門（間隔58min）用鐵桿粘渣觀察渣況一次。 粘渣均勻且厚度3mm4mm說明化渣均勻流動(dòng)性良好，冷卻后爐渣顏色呈乳白色說明渣中(FeO)在0.5左右，爐渣脫氧良好。發(fā)現(xiàn)下述情況將影響脫硫效果應(yīng)作處理，粘渣厚度<1.5mm說明渣稀應(yīng)補(bǔ)加石灰；粘渣厚度>5mm說明渣稠應(yīng)補(bǔ)加螢石或Fe-Si粉；爐渣呈玻璃狀

16、說明堿度偏低應(yīng)補(bǔ)加石灰；爐渣黑灰說明脫氧劑過少。l 根據(jù)加熱過程的成分分析的硫含量決定下一步的操作。 (1)已符合成品的要求(工藝規(guī)程)，保持氬氣均勻攪拌，補(bǔ)加少量脫氧劑保持渣況至鋼包離開加熱工位。 (2)接近成品的要求(工藝規(guī)程)。補(bǔ)加少量石灰和脫氧劑。如吹氬強(qiáng)度過小可適當(dāng)提高，增加鋼渣反應(yīng)面。 (3)距成品要求有效大差距(例超過0.005)，應(yīng)分析脫硫效果差的原因，并采取對(duì)應(yīng)措施。7.3 注意事項(xiàng)l 各種渣料應(yīng)合理堆放、標(biāo)識(shí)清楚。l 各種渣料保持干燥，避免粉化、受潮，影響脫硫效果。l 加料時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)加料窗口，切勿將渣料撒落于鋼包外。l 加入量大的渣料如石灰可通過上位料倉加入，要注意渣料結(jié)塊堵

17、塞，影響正常加料操作。l 人工加料時(shí)應(yīng)盡量避開從加料孔飛濺出的爐渣。l 在造渣脫硫過程中，應(yīng)隨時(shí)取渣樣觀察渣況，并不斷調(diào)整以獲得最佳脫硫效果。 l 注意觀察吹氬攪拌情況，不得斷流。7.4 知識(shí)點(diǎn)l 鋼包精煉爐脫硫的幾個(gè)過程 (1)初煉鋼液出鋼過程鋼渣混沖脫硫。(2)精煉加熱過程鋼渣反應(yīng)脫硫。l 鋼中硫的危害 硫，一般認(rèn)為它是殘存在鋼中的有害元素之一。在絕大多數(shù)鋼中都加以嚴(yán)格控制，普通碳素鋼硫含量不得大于0.045，優(yōu)質(zhì)鋼硫含量不得大于0.035，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼硫含量不得大于 0.025，特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼硫含量不得大于0.015。鋼中硫的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1)對(duì)力學(xué)性能的影響 硫?qū)︿摰膹?qiáng)度影

18、響不大，但由于硫化物夾雜的存在，使其延伸性及韌性降低，特別是沖擊韌性。 (2)對(duì)熱加工的影響 由于硫化鐵的熔點(diǎn)較低，在熱加工過程中容易沿晶界析出，軋制時(shí)產(chǎn)生表面裂紋，造成廢品。俗稱“熱脆”現(xiàn)象。 (3)對(duì)焊接性能的影響 硫易導(dǎo)致焊縫的熱裂，同時(shí)在焊接過程中，硫易于氧化生成SO2氣體而逸出，導(dǎo)致在焊接金屬中產(chǎn)生很多氣孔和疏松。因此硫?qū)︿摰暮附有圆焕?但是鋼中的硫也有利用之處。如易切削鋼中，就是提高其硫和錳的含量，形成較多的硫化錳(MnS)微粒，以改善鋼的切削加工性。l 爐渣狀況 (1)氧化渣與還原渣 判別依據(jù)主要是渣中(FeO)量，(FeO)低為還原渣，(FeO)高為氧化渣，渣中(FeO)低渣

19、子呈白色，渣中(FeO)高渣子發(fā)黑。 (2)堿性渣與酸性渣 判別依據(jù)主要是渣中的堿度R，R高為堿性渣，R低為酸性渣。堿性渣渣子發(fā)粘，酸性渣渣子透明。 鋼包精煉爐通常應(yīng)用的是堿性還原渣，呈白色俗稱“白渣”。其主要成分控制堿度(CaC/SiO2)為24，F(xiàn)eO1.0，A12O3為1520。8.吹氬8.1 知識(shí)點(diǎn) 吹氬精煉鋼水工藝，即通過向鋼包內(nèi)的鋼液吹入氬氣的方法，達(dá)到類似真空處理的作用，它包括脫氧、脫氣、脫碳、攪拌鋼液及去夾雜物等。尤其在真空條件下吹氬脫氣效果大幅度提高，被廣泛地運(yùn)用到鋼包精煉爐中。8.2鋼包吹氬脫氣的原理 氬氣是惰性氣體，通常在制氧時(shí)作為副產(chǎn)品分離出來被利用。氬氣吹入鋼液既不參

20、與化學(xué)反應(yīng)，也不溶解在鋼液內(nèi)。所以氬氣剛進(jìn)入鋼液時(shí)，可以認(rèn)為氬氣泡對(duì)鋼液中溶解的氣體來說像一個(gè)小的“真空室”，這一小的“真空室”內(nèi)其它氣體的分壓幾乎等于零。根據(jù)西瓦特定律，鋼液中氫、氮不斷向氬氣泡擴(kuò)散，在氮?dú)馀輧?nèi)形成一定的分壓，氫和氮在氬氣泡中的分壓會(huì)隨著氣泡的上浮時(shí)受熱體積膨脹，因而氫、氮的分壓仍能保持較低的水平，故繼續(xù)吸收氫和氮，最后隨氬氣泡溢出鋼液而被去除。 此外鋼液中吹氬時(shí)，氬氣上浮推動(dòng)鋼液運(yùn)動(dòng)，從而起到攪拌鋼液的作用，促進(jìn)鋼液成分均勻和溫度均勻。由于鋼液的攪拌運(yùn)動(dòng)有利于夾雜物的去除，同時(shí)對(duì)鋼液進(jìn)一步脫氣更為有利。9.鈣處理l 意義：用鋁脫氧后在鋼中形成大量的AL2O3，且很難從鋼中去

21、除干凈，在澆鑄時(shí)很容易粘附在水口壁上引起水口堵塞。為此采用對(duì)鋼水進(jìn)行Ca處理，通過對(duì)鋼中加入適量的鈣，使高熔點(diǎn)的AL2O3與氧化鈣結(jié)合形成低熔點(diǎn)的鋁酸鈣，從而提高鋼液的澆鑄性能；l 對(duì)于鈣處理鋼，造成水口堵塞的因素有兩個(gè)：鈣加入量不夠，在向鋼水中加鈣的過程中，隨著鋼水中鈣含量的不斷增加，夾雜物中鈣的含量也在增加，形成的復(fù)合夾雜物依次為CA6、CA2、CA、C12A7、C3A（C與A分別代表CaO和Al2O3），其中前兩個(gè)的熔點(diǎn)均在1700以上，在實(shí)際大生產(chǎn)中必須加以避免，鋼中鈣含量達(dá)15×10-6左右時(shí)，相應(yīng)夾雜物中鈣的含量在15左右，此時(shí)形成的主要是高熔點(diǎn)的CaO·2Al

22、2O3夾雜物，因此鈣處理必須確保向鋼中加入足夠量的鈣，才不會(huì)導(dǎo)致鋼水澆鑄性能的惡化。鈣的加入量過多，從而形成高熔點(diǎn)的CaS（熔點(diǎn)為2450），此時(shí)同樣會(huì)惡化鋼水的澆鑄性能。隨著鋼中鋁含量的增加，氧的活度降低，有利于硫化物的形成；隨著鋼中硫含量的增加，有利于形成高熔點(diǎn)的CaS；鋼水溫度降低時(shí)，氧的活度降低，也有利于CaS的形成。顯然在1550的中間包澆鑄溫度條件下，當(dāng)鋼中鋁含量為0.030%時(shí)，為了防止生成CaS夾雜物，鋼中硫含量不得超過0.015%。l 為了改善連鑄鋼水的澆鑄性能，并不是任何鋼種都可以采用鈣處理的方法，對(duì)于成形性要求較高的鋼種如汽車板就不適宜采用鈣處理的工藝來改善澆鑄性能，因?yàn)?/p>

23、經(jīng)鈣處理后形成的鋁酸鈣夾雜較硬。對(duì)于這類鋼種一般采用提高鋼水純凈度的方法來改善澆鑄性能，通過控制轉(zhuǎn)爐下渣、鋼包渣的變性處理、中間包冶金、保護(hù)澆注等措施來確保鋼的純凈度，降低鋼中的全氧含量。10.非金屬夾雜物來源分類· 根據(jù)非金屬夾雜物的不同來源，通常可分為內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物兩大類。這種分類方法有很大的局限性，因?yàn)閷?shí)際形成的非金屬夾雜物很少為單純的內(nèi)生夾雜或外來夾雜，通常鋼水與卷入的爐渣(包括保護(hù)渣)或耐火材料接觸時(shí)，總會(huì)或多或少地起反應(yīng)，所以這種分類方法就有不嚴(yán)謹(jǐn)之嫌，但這種分類方法指出了非金屬夾雜物的可能來源。· 純粹的內(nèi)生夾雜與外來夾雜有明顯的差別。內(nèi)生夾雜的典型特

24、征是尺寸小，數(shù)目多，與外來夾雜相比，均勻地分布在鋼中(非鎮(zhèn)靜鋼除外)，非金屬夾雜物的成分與鋼水成分有很強(qiáng)的依存關(guān)系。而外來夾雜則不同，往往尺寸較大，形狀不規(guī)則，位置不確定，成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與鋼水成分沒有直接關(guān)系。11.按非金屬夾雜物尺寸分類· 其實(shí)在很早以前就提出了按尺寸的大小將非金屬夾雜物分為微觀夾雜和宏觀夾雜，然而至今對(duì)非金屬夾雜物尺寸大小的劃分，不同的學(xué)者們都各自采用自己認(rèn)為合理的分法。有一種方法是，把非金屬夾雜物大致分成三類：第一類是亞顯微夾雜，它的尺寸為直徑小于1m;第二類是顯微夾雜，它的尺寸為直徑為1100m；第三類是大型非金屬夾雜物，它的尺寸為直徑100m以上。

25、3; 根據(jù)研究的結(jié)果可以知道，亞顯微、顯微夾雜主要是脫氧產(chǎn)物，而大型夾雜則多為外來夾雜，但是這種分法不能把顯微夾雜和宏觀夾雜與內(nèi)生夾雜和外來夾雜混為一談，因?yàn)橐灿幸恍┐笮蛫A雜通過檢驗(yàn)證實(shí)是來自于脫氧產(chǎn)物。12.按非金屬夾雜物組成和結(jié)構(gòu)分類· 這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是比較直觀方便。一般分為簡(jiǎn)單金屬氧化物夾雜、各種類型的硅酸鹽夾雜、尖晶石類夾雜物和各種鋁酸鹽夾雜等。因?yàn)檫@種分類方法應(yīng)用廣泛，所以有必要詳細(xì)說明。· 簡(jiǎn)單金屬氧化物包括鐵錳氧化物固溶體，氧化硅和氧化鋁等單體非金屬夾雜物。一般煉鋼中經(jīng)常遇到的氧化硅夾雜是樹枝狀的或梅花狀的方石英，這種氧化硅夾雜可能是外來的，也可能是生產(chǎn)高

26、硅鋼時(shí)的氧化反應(yīng)產(chǎn)物。而結(jié)晶形的氧化鋁即剛玉是煉鋼中最常見的非金屬夾雜物之一，它可以有很多種形態(tài)，有不規(guī)則形和圓球形，并且容易結(jié)合成一種比較穩(wěn)定的微粒群體的聚集物。· 分類 鋼中的硅酸鹽類非金屬夾雜物(1)鐵錳硅酸鹽 可觀察到(Fe·Mn)O和橄欖石固溶體2(Fe·Mn)O·SiO2共晶，或板條狀鐵橄欖石和錳橄欖石2MnO·SiO2，當(dāng)硅酸鹽中的SiO2組分含量很高時(shí)，有時(shí)可見到由分層區(qū)兩個(gè)平衡組分決定的玻璃相，隨著冷卻速度的減慢，它也呈晶體。(2)鋁硅酸鹽 莫來石是唯一的鋁硅酸鹽，由于鋼中總要存在相當(dāng)量的錳，所以鋼中很少觀察到單純的鋁硅酸鹽，

27、最有可能碰到的物相是鐵錳硅酸鹽和鋼中溶解鋁反應(yīng)后的產(chǎn)物或純粹來自具有莫來石相的耐火材料。(3)復(fù)雜硅酸鹽 鋼中往往含有多種氧化物如SiO2，F(xiàn)eO，MnO，Al2O3，CaO和MgO等共存的復(fù)雜硅酸鹽。隨著冷卻速率的不同或再加熱時(shí)間的不同，這些硅酸鹽既可以是玻璃態(tài)，也可以是各個(gè)相組合起來的晶體。· 鈣鋁酸鹽是鈣處理過程中普遍出現(xiàn)的非金屬夾雜物之一。實(shí)際上鈣鋁酸鹽化合物組成是在較寬的范圍內(nèi)變化的，并且各種鋁酸鈣中的CaO還能被MnO，F(xiàn)eO和MgO等部分替代，Al2O3可被Fe2O3，Cr2O3部分替代，所以這些氧化物常溶解在鋁酸鈣非金屬夾雜物中，此外鋁酸鈣也可以溶解鈦、鋯、釩和其他金

28、屬氧化物。鋁酸鹽有時(shí)還和MgO·Al2O3尖晶石一起伴生。· 尖晶石類非金屬夾雜物是常見的非金屬夾雜物之一，它可用通式MO·R2O3表示。在用少量鋁脫氧的硅鎮(zhèn)靜鋼中就可以找到MnO·Al2O3，這種非金屬夾雜物在鑄態(tài)下往往表現(xiàn)為樹枝晶狀，在鋼材中其外貌與Al2O3十分相似，硬度很高，變形性能差。另一種尖晶石夾雜即MgO·Al2O3通常來自堿性電爐渣或鎂處理鋁脫氧鋼中。13.按其變形能力的大小分類· 根據(jù)鋼在加工變形中，各類非金屬夾雜物的變形性不同，按其變形能力的大小可分為三類：· 脆性非金屬夾雜物。一般指那些不具有塑性變形能

29、力的簡(jiǎn)單氧化物（如：Al2O3、Cr2O3、ZrO2等）、復(fù)合氧化物（如：FeO·Al2O3、MgO·Al2O3、CaO·6Al2O3等）、氮化物（如：TiN、Ti(CN)、AlN、VN等）和不變形的球狀（或點(diǎn)狀）非金屬夾雜物。對(duì)于變形率較低的脆性非金屬夾雜物，在鋼加工變形的過程中與鋼基體相比變形甚小，差異顯著，勢(shì)必造成非金屬夾雜物與鋼基體交界面處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生或非金屬夾雜物本身開裂。 · 塑性非金屬夾雜物。這類非金屬夾雜物在鋼經(jīng)受加工變形時(shí)具有良好的塑性，沿著鋼的流變方向延伸成條帶狀，屬于這類的非金屬夾雜物有：含SiO2量較低的鐵錳硅酸鹽、

30、硫化錳、（Fe，Mn）S等。當(dāng)鋼加工變形時(shí)，這類非金屬夾雜物與鋼基體變形相等，從室溫一直到很寬的溫度范圍內(nèi)均保持良好的變形性，與鋼基體之間的交界面處結(jié)合很好，但其條帶狀分布使鋼產(chǎn)生各向異性。半塑性變形的非金屬夾雜物：半塑性變形的非金屬夾雜物一般指各種復(fù)合的鋁硅酸鹽非金屬夾雜物，其中夾雜物的基體在熱加工變形過程中塑性變形，但分布在基體中的高凝固點(diǎn)夾雜物（如鋁酸鈣、尖晶石型的夾雜物等）不變形，仍保持原來的形狀，因此阻礙了周圍基體的自由延伸。14.鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼的疲勞性能的影響 非金屬夾雜物與鋼的性能關(guān)系最密切的方面，應(yīng)該是鋼的疲勞性能。非金屬夾雜物的尺寸越大，疲勞裂紋越容易在其周圍區(qū)域形成。

31、大的非金屬夾雜物的存在雖然使形成疲勞裂紋的幾率最大，但它在材料中的個(gè)數(shù)少，因此從統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)來看，出現(xiàn)疲勞區(qū)的仍是大量含有的中等尺寸非金屬夾雜物的材料。一個(gè)非金屬夾雜物可以被看成是一個(gè)形狀相當(dāng)?shù)目锥?機(jī)械切口) 硫化物對(duì)材料的疲勞壽命危害小是因?yàn)槠湓阡摰淖冃螠囟认录庸r(shí)，和鋼基體間不產(chǎn)生裂縫。而且不少研究結(jié)果認(rèn)為硫化物不但對(duì)軸承鋼的疲勞壽命無害反而有利。其原因有兩點(diǎn)：一是硫化物包圍在氧化物的外面，從而降低了氧化物的危害作用，二是硫化物在轉(zhuǎn)動(dòng)處起潤滑作用，由此使接觸部位的應(yīng)力分布和應(yīng)力集中發(fā)生變化，同時(shí)也降低摩擦。 非金屬夾雜物對(duì)材料強(qiáng)度產(chǎn)生危害的臨界尺寸決定于它在鋼件表面下的深度，位于鋼件表面下

32、的非金屬夾雜物臨界尺寸為10 µm，在鋼件表面下深度為100µm處時(shí)，則臨界尺寸可增到30µm，當(dāng)非金屬夾雜物尺寸小于臨界值時(shí)，未觀察到它對(duì)疲勞壽命有影響。 15.鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼的塑性的影響 非金屬夾雜物破壞了鋼基體的連續(xù)性，引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致提前產(chǎn)生微裂紋。一般非金屬夾雜物在鋼中都能發(fā)生變形，變形會(huì)引起組織和結(jié)構(gòu)的變化，這種變化必然會(huì)反映到性能上來，其具體的表現(xiàn)形式為加工硬化，各向異性等。尖晶石型非金屬夾雜物在鋼的熱變形溫度范圍內(nèi)不變形，但大于1250溫度時(shí)，稍有變形。這說明在一定范圍內(nèi)調(diào)整非金屬夾雜物成分，有可能減少這類夾雜對(duì)鋼制品危害的程度；硫化錳夾雜

33、在1000以下具有很高的塑性，超過1000以后，隨著溫度的上升，塑性逐漸減少，因此通過高溫軋制改變硫化物形態(tài)，改善鋼材各向異性是有利的。16.鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼的熱脆性的影響 所謂熱脆性，就是指鋼在熱加工時(shí)開裂的可能性。在各種非金屬夾雜物當(dāng)中，最容易產(chǎn)生熱脆的非金屬夾雜物就是硫化物夾雜，造成熱脆的原因是由于硫的嚴(yán)重偏析。在看來即使不算很高的平均含硫量下，也會(huì)出現(xiàn)(Fe+FeS)共晶。鋼在凝固時(shí)，共晶中的鐵附著在先前的共晶鐵晶體上生長，只把FeS剩留在晶界呈薄膜狀(即所謂的離異共晶)。由于該共晶的熔點(diǎn)很低，熱加工時(shí)該共晶處于熔融狀態(tài)，從而導(dǎo)致了加工時(shí)開裂。在生產(chǎn)中，通過加入錳來避免FeS生成，

34、以防止熱脆。因?yàn)殄i比鐵對(duì)硫有更大的親和力，可以使鋼水中的硫與錳優(yōu)先形成MnS。17.鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼的其他的性能的影響 一般來說，鋼中非金屬夾雜物對(duì)鋼性能的影響都是不好的，但它們其中也有對(duì)鋼的性能起好的作用。如鋼中的氮化物，當(dāng)?shù)c鋼中的鋁結(jié)合形成AlN時(shí)，可以消除氮的時(shí)效現(xiàn)象，高度彌散的AlN可以阻止鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大，從而使鐵素體基體強(qiáng)化并細(xì)化晶粒，鋼的強(qiáng)度和韌性可以顯著提高。在這種情況下，氮化物便從有害變成有益了。其他的還有硫，對(duì)鋼的性能也有好的一面，因?yàn)樗芴岣咪摬牡囊浊邢餍?，減少熱軋薄板的粘結(jié)等功能。18.非金屬夾雜物的類型和物理性質(zhì)對(duì)鋼性能的影響 鋼中非金屬夾雜物的變形行為比較復(fù)雜，不僅取決于非金屬夾雜物的類型，而且與非金屬夾雜物的成分及變形溫度密切相關(guān)，如下圖所示。由圖可知:1) FeO，MnO，(F