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转炉-精炼-连铸过程钢中氧的控制 目 录 1.钢中的氧 2.转炉冶炼终点钢中氧的控制 3.钢中溶解氧的转换－脱氧与夹杂物生成 4.钢水中氧的降低－脱氧夹杂物排除 5.连铸过程钢中氧的控制－防止钢水再污染 6.结论 1 钢中的氧 1.1 氧在钢中的存在形式 炼铁是一个还原过程： 高炉内加入还原剂（C、CO）把铁矿石中的氧（Fe3O4、Fe2O3）脱除，使其成为含有C、Si、Mn、P、S的生铁。 炼钢是一个氧化过程： 把纯O2吹入铁水溶池，使C、Si、Mn、P氧化变成不同含碳量的钢液，当吹炼到终点时，钢水中溶解了过多的氧，称为[O]溶（或a[O]，但不相等，a[O]=fO[%O]） 1 钢中的氧 出钢时，在钢包内必须进行脱氧合金化，把[O]溶转变成氧化物夹杂，可用[O]夹杂表示，所以钢中氧可用总氧T[O]表示为： T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂 出钢时：钢水中[O]夹杂→0，T[O]＝[O]溶；脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]溶→0，T[O]＝[O]夹杂。 随着炉外精炼技术的发展，钢中的总氧含量不断降低，夹杂物越来越少，钢水越来越“干净”，甚至追求“零夹杂物”，钢材性能不断改善。 由于引入炉外精炼，对硅镇静钢，T[O]可达15-20ppm，对铝镇静钢，T[O]可达到10ppm。 轴承钢T[O]由30ppm降到5ppm，疲劳寿命提高100倍如图2所示。 产品质量缺陷不仅与钢中总氧T[O]有关，还与夹杂物种类、尺寸、形态和分布有关，如表1、表2、表3所示。 表1 典型纯净钢对清洁度的要求 表2某些高纯度钢发生缺陷的原因调查 2. 转炉终点钢中氧的控制 T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂 出钢时：[O]夹杂→0，T[O]＝[O]溶； 生产统计表明，终点[O]溶（a[O]）决定于： (1) 终点[C] 从某厂转炉冶炼终点由副枪测定的C和a[O] 统计关系如图3所示，由图可知： (2) 终点温度 （3）终渣（FeO） 当终点[C]＝0.02～0.06％时，终点渣中（FeO+MnO）为14～24％，而终点[O]溶波动较大。 (4) 氧耗量 (5) 转炉终点[O]溶预报模型 由统计方程可知，在铁水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点[O]溶，必须准确控制终点钢水碳和温度： 控制[C]终不要0.035% 控制终点温度在1640～1680℃ 渣中（FeO＋MnO）在14～18％ 提高转炉终点碳和温度的命中率，杜绝后吹 强化复吹效果（尤其是对低碳钢） [C]终＝0.02~0.05% 顶吹终点[O]溶＝700ppm~900ppm [C]终＝0.02~0.05% 复吹终点[O]溶＝250ppm~600ppm 采用动态控制，提高转炉[C]和温度的双命中率，减少后吹，加强溅渣护炉后高炉龄的复吹效果是降低转炉终点[O]溶含量的有效措施。既可节约铁合金消耗，更重要的是从源头上减少钢中夹杂物生成，提高钢的洁净度，这对生产低碳钢或超低碳钢的冷轧薄板是非常重要的。 3. 脱氧与夹杂物生成－钢中氧的转换 转炉吹炼终点，钢中[O]溶很高，出钢时在钢包进行脱氧合金化，其目的： 脱氧 合金化达到钢种所规定的成分 夹杂物工程，控制合适的夹杂物组成、形态和尺寸，促进夹杂物上浮去除。 根据脱氧程度不同，模铸时分为： 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 连铸生产，基本为镇静钢，根据钢种和产品质量，脱氧分为三种模式： 硅镇静钢（用Si+Mn脱氧） 硅－铝镇静钢（Si+Mn+少量Al脱氧） 铝镇静钢（用过剩Al脱氧[Al]s0.01%） 3.1 硅镇静钢 用Si+Mn脱氧，如图9所示，形成的脱氧产物有： ·纯SiO2（固体）； ·MnO·SiO2(液体)； ·MnO·FeO(固溶体)。 对于硅镇静钢，与Si、Mn相平衡的[O] 溶较高，为40～60 ppm（图10所示）， 在结晶器内钢水凝固时易生成皮下针孔或气 泡（图11）。 采用Si+Mn脱氧后，与脱氧产物相平衡的钢水[O]溶与铸坯质量关系如图11所示。 3.2 硅-铝镇静钢 仅用Si+Mn脱氧，铸坯易形成皮下针孔，为此用Si+Mn+少量铝脱氧，形成的脱氧产物可能有： 理论计算指出，在钢中Si＝0. 2％，Mn＝0.4％，温度为1550℃条件下若钢 中[Al]s≤0.006％，则钢中[O]20ppm，生成锰铝榴石而无Al2O3析出（图 13），钢水可浇性好，铸坯又不产生皮下气孔。 对于高碳硬线