铸钢铸锭中产生夹杂物的原因

炼钢、铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因摘要：论述钢中非金属夹杂物对钢锭质圣的影响，分析了非金属夹杂物在冶炼和铸锭过程中产生的原因，提出了控制夹杂物产生的几点行之有效的措施。关键词：非金属夹杂物冶炼浇注电弧炉精炼炉质控制2010-02-0208:34非金属夹杂物，一般是指钢锭在冶炼和浇注过程中产生或混人的非金属相，都是一些金属元素（Fe、Mn、Al等）及51与非金属元素（0、S、N、P、C等）结合而生成的氧化物和硫化物（如Feo、Si02、Mno、A12O3、MnS、MnC）等。非金属夹杂物按来源分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物是钢内部发生的反应产物或者因为温度降低而形成夹杂析出。外来夹杂物是由炉料带人，耐火材料及炉渣混人的颗粒。内生夹杂物可以以外来夹杂物为核心聚集到后者的颗粒上。外来夹杂物也可能与钢液反应被还原。钢中如果有非金属夹杂物的存在，即使在钢中含量极少（通常是小于万分之一）也会给钢的质量带来极为有害的影响。从2002年1～7月份重点产品的投料统计情况看，锻钢支承辊共生产68支，经探伤发现其中2支因有密集夹杂物缺陷而报废，有4支因有夹杂物等缺陷造成锻造裂纹。电站锻件钢共生产41支，经探伤发现其中4支有严重的条状缺陷，缺陷性质为夹杂物。半钢辊钢共生产27支，其中14支因夹杂物造成不同程度的裂纹。可见夹杂物对钢锭质量造成的经济损失是非常巨大的。1冶炼过程中产生非金属夹杂物的原因造渣材料碱性电弧炉常用的造渣材料采用石灰、萤石。石灰，主要成份为CaO，其含量不应小于85%,SiO2含量不大于2%，硫含量应小于0.15％。石灰易吸收水分而变成粉末，所以，造渣时要使用刚烧好的、烧透的石灰，或对石灰进行预热后再使用，这样能防止石灰给钢液带人过多的水分，否则就会使钢液氢含量增加，影响钢的质量，严重时会使钢报废。萤石，主要成份为CaF2，含量为85％、95%,SiO2含量约为6％。石中若掺杂硫化物矿石，必须将这种萤石排除掉，否则会降低炉渣的脱硫能力，易造成硫化物（MnS）夹杂。铁合金在冶炼时，如果使用烘烤时间短、烘烤温度低、甚至根本未经烘烤的铁合金材料，势必会增加外来夹杂物和气体带人钢液中的机会。经过烘烤的铁合金上到炉台，在寒冷的冬季，露天摆放的铁合金会很快凉下来，将这些凉的铁合金加人到炼钢包内，不可能很快熔化并且在钢液中分布均匀，它们得经过一段时间的熔化和搅拌的过程。对于精炼炉来说，钢水在真空结束后，有时还要补加一些铁合金调整钢液元素含量，如果没在工艺规定的时间内出钢，势必影响真空除气、去杂质的效果，又增加了外来夹杂物进人钢液中的机会，影响钢水质量。精炼炉真空操作精炼炉冶炼的大都是重点钢种，精炼炉的真空操作起到了画龙点睛之功效。钢水经真空处理是为了脱氢、脱氧和排除非金属夹杂物。精炼炉冶炼的钢水是由电弧炉提供的初炼钢水，有些初炼钢水在初炼过程中没有一定的脱碳量，脱碳速度也达不到要求，这样就造成钢液去气速度小于吸气速度，不利于排出钢中气体和使夹杂物充分上浮。把这种劣质钢水兑人精炼炉，全都依靠精炼真空处理去除夹杂物，不可能达到最佳的效果。真空脱氧过程中钢水、熔渣激烈沸腾使钢包内衬的耐火材料受到强烈冲刷，耐火材料的熔融混人产生的夹杂物如果不能充分上浮便进人钢液，因此对精炼包内衬的耐火材料应该进行严格的控制。氮气氢气是一种惰性气体，在钢液中不发生化学反应和变化。炼钢时，将氢气通过精炼包底部的多孔透气砖不断吹人熔池中，氢气形成大量的小气泡，对于钢水中的有害气体如氢、氧、氮来说，相当一个“真空室”，这个小“真空室”内其它气体的分压几乎等于零。于是溶解在钢液中的气体不断地向氨气泡中扩散，氢和氮在氢气泡中的分压力随着气泡上浮而增加，气泡在钢液中上浮时受热膨胀，因而氢和氮的分压力仍能保持较低的水平，所以继续吸收氢和氮，最后随氢气泡上浮溢出钢液而被去除。氢气上浮时引起钢液搅动，提供了夹杂颗粒碰撞的机会，故烤时间要在4h以上。有利于夹杂的排除。可见，炼钢过程中，如果未调整好合适的气体参数（氢气压力、流量、气泡大小等），势必影响精炼的效果，增加产生非金属夹杂物的趋势。2铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因中间包的包衬和包底如果清洁不合格，有残钢、残渣将直接造成外来夹杂物的进人。底盘、导流管、中间包盖板：在铸锭准备工作中，底盘、导流管的清洁工作最易被忽视，它们表面的铁锈及残钢、残渣也是带人外来夹杂物的直接因素。中间包盖板使用前必须吹扫干净，否则在真空浇注时，盖板上覆盖物有可能落人中间包丙，直接生成外来夹杂物，严重影响钢水质量。3降低非金属夹杂物的途径提高原材料纯洁度对原材料必须加强管理，分类保存，达到清洁干燥的要求，冶炼电站钢、热壁加氢反应器钢、军工、核电产品等重点钢种时要求废钢、生铁和铁合金清洁无锈，铁合金要烤红、烤透。对石灰、萤石、矿石等所含杂质要严格限制，冶炼重点钢种最好使用活性石灰以利于起到脱磷去除杂质的作用。加强氧化操作，加强真空操作不进行真空精炼的钢种，冶炼时要加强氧化操作，保证一定的脱碳量和脱碳速度，造成一个良好沸腾的熔池，有利于夹杂物上浮及排除。精炼炉真空操作时，真空度一定要达到工艺规定的要求，保证真空时间，提高真空效果。精炼包、中间包包底不准砸砂子，包底、包衬不准换砖，必须清除残钢、残渣，烤红使用。包要使用过一次或一次以上方可，以减少MgO外来夹杂。钢锭模、底盘、导流管使用前必须清除内表面的残钢、残渣，打磨掉铁锈。新模烘烤温度要高于120℃，烘时间在4h以上。提高浇注系统的内在质量为减少耐火材料颗粒夹杂，应选用热稳定性强，耐火度高于其使用温度的耐火材料，以保证浇注系统清洁干燥，保证钢锭质量。保持正常浇注浇注温度和浇注速度的良好配合能使钢液在浇注系统中处于正常的流动状态，从而减少了空气的卷人与钢液的裸露（除真空浇注外），也减轻了钢液对砖的冲刷，对降低夹杂十分有利。执行吹氢工艺氨气的压力、流量、气泡大小直接影响精炼的效果。应在保持较低压力下，尽量加大氢气的流量，特别是真空后出钢前，将氢气流量调到80l/min。氢气泡的大小由透气砖的气孔尺寸决定，孔隙直径为0.1～0.26mm较好。加强钢液的脱氧、脱硫操作对脱氧剂的种类、用量及加入方法要严格执行操作工艺。冶炼重点钢种，应选用含硫低的炉料，控制好炉渣的碱度R,R=2.5～3.5时脱硫效果最好，减少硫所造成的夹杂。4结语要提高钢水的质量，最大限度地减少非金属夹杂物对钢水质量的影响，必须控制好非金属夹杂物的两个来源，即内生夹杂物和外来夹杂物。在实际生产中要加强冶炼准备、钢水熔炼、浇注等过程的质量控制，正确认识非金属夹杂物产生的原因，采取有效的控制措施，严肃工艺纪律，提高操作者的技能和责任心。质检人员严格把关，密切配合生产，一定会提高产品质量。