煉鋼精煉連鑄過程鋼水

煉鋼精煉連鑄過程鋼水第1頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日前言1.鋼中硫控制2.鋼中磷控制3.鋼中氫控制4.鋼中氮去除5.鋼中氧控制結(jié)論第2頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日前言

在冶金領(lǐng)域，金屬材料中的合金元素含量和冶金熔體中的組元含量，通常都是以（w%）表示濃度。對于金屬材料中含量特別少的雜質(zhì)元素，其含量有時用ppm(10^-6或10^-4%)來表示。為顯著地表征鋼的純凈度程度，用ppm

來表示鋼中雜質(zhì)元素的含量已成為國際冶金界的習(xí)慣。這也可以顯著地表征鋼純凈度的特點。鋼中的[S]、[P]、[N]、[H]、[O]是有害雜質(zhì)元素，煉鋼的任務(wù)就是根據(jù)鋼種的特點通過預(yù)處理、初煉、精煉等各種不同的工藝把這些有害雜質(zhì)元素盡可能降低到低、較低或超低的水平，以滿足鋼材性能和使用要求。第3頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

這些雜質(zhì)元素主要是在煉鋼生產(chǎn)過程中去除，一旦鋼水凝固成鋼錠或連鑄坯，在隨后的熱加工過程中是無法去除的，它們會直接或間接影響鋼熱加工性、組織轉(zhuǎn)變、質(zhì)點析出等，以致影響鋼材力學(xué)性能和使用性能。從煉鋼發(fā)展歷程來看，鋼中五大有害元素含量的演變：年代[S]+[P]+[N]+[H]+[O]，ppm60年代≤900；70年代≤800；80年代≤600；90年代≤100；2000年后≤50。純凈度是個相對概念，鋼中的有害雜質(zhì)元素降到什么樣的水平?jīng)Q定于鋼種和產(chǎn)品的用途。

本文簡要評述鋼中五大有害元素在煉鋼-精煉-連鑄過程中的去除及達(dá)到水平。

第4頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日1.1硫的危害根據(jù)鐵硫相圖，S在鐵中溶解度很小，在室溫更小，故一般以硫化物夾雜的形態(tài)存在；S的最大危害是引起鋼在熱加工開裂，熱脆，造成熱脆的原因是由于S的嚴(yán)重偏析，在看來即使不高的情況下，也會出現(xiàn)（Fe+FeS）共晶。共晶的鐵附加在先共晶鐵晶體上生長，只把FeS剩留在晶界呈薄膜狀，（Fe+FeS）共晶溫度低988℃，在熱加工時1150-1250℃，（Fe+FeS）處于熔融狀態(tài)，從而導(dǎo)致開裂，如果鋼液中含氧量比較高，則形成（Fe+FeO+FeS）共晶，其熔點更低940℃；在工業(yè)上，通過加入錳來避免形成FeS，防止熱脆，MnS的熔點1620℃。

1.鋼中硫第5頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日1.2硫的危害硫的另外危害：鋼中[S]>0.015%時，連鑄坯易產(chǎn)生裂紋；硫化物夾雜會導(dǎo)致板材冷彎不合格；硫偏析會引起管線鋼的HIC氫致裂紋。

鋼材冷彎裂紋1.鋼中硫第6頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

從本質(zhì)上說，脫硫是渣金間O2-和[S]的交換：

(CaO)+[FeS]=(CaS)+[FeO](O2-)+[S]=(S2-)+[O]

渣/金間的硫分配系數(shù)：1.3煉鋼過程脫硫第7頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

從本質(zhì)上說，脫硫是渣金間O2-和[S]的交換：

(CaO)+[FeS]=(CaS)+[FeO](O2-)+[S]=(S2-)+[O]

1.2煉鋼過程脫硫堿度：提供脫S反應(yīng)所需的O2-；FeO帶入Fe2+及O2-，他們對脫S有反作用；對脫S不利；渣量的影響；溫度的影響；促進(jìn)石灰的溶解和提高溶渣的流動性。第8頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日將上式積分可得到脫硫效率R：

第9頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

1.4脫硫操作

（1）鐵水脫硫

脫硫方法有魚雷罐噴吹、鐵水罐噴吹和KR法等，脫硫效果如表所示。由表可知，鐵水罐噴吹脫硫可使入轉(zhuǎn)爐鐵水[S]達(dá)到10ppm，而魚雷罐則為20ppm?？梢?，防止脫硫渣回硫是非常重要的。

工廠脫硫類型脫硫后[S]/ppm鐵水罐[S]/ppm回硫ppmA魚雷罐+噴CaC215227B魚雷罐+噴CaC2112110C魚雷罐+噴CaC2152510D鐵水罐噴石灰+Mg粉10.510.5-E鐵水罐CaC2+Mg粉1010-F鐵水罐噴石灰+Mg粉3030-GKR法1010-H鐵水罐噴鎂粉203010I鐵水罐喂包芯鎂線3030-第10頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日電石粉：主要成分是CaC2，粒度0.1-1mm，反應(yīng)：CaC2（固）+[FeS]=CaS（固）+[Fe]+2[C]。特點：（1）在高硫鐵水中，CaC2分解的Ca離子與S結(jié)合力強(qiáng)，有很強(qiáng)的脫S能力，脫S是放熱反應(yīng)，可減少脫S過程鐵水的溫降。（2）脫硫產(chǎn)物CaS熔點高，為2450℃，在鐵水液面形成疏松固體渣，不易回硫，易于扒渣，對耐材侵蝕少。（3）有石墨碳析出，還有少量的CO、C2H2氣體逸出，并帶出電石粉，除塵裝置。（5）電石粉吸水后：CaC2+2H2O=Ca（OH）2+C2H2（氣）或CaC2+H2O=CaO+C2H2（氣），C2H2是可燃?xì)怏w，易爆炸，運輸和儲存的安全。

1.4脫硫操作

（1）鐵水脫硫

第11頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日石灰粉：主要成分是CaO，反應(yīng)：4CaO+2[FeS]+[Si]=2（CaS）+2[Fe]+（2CaO.SiO2）；2CaO+2[FeS]+[Si]=2（CaS）+2[Fe]+（SiO2）。特點：（1）脫S的同時，鐵水中硅被氧化成（2CaO.SiO2）和（SiO2），相應(yīng)消耗了石灰，在其表面形成（2CaO.SiO2）致密層，阻礙了S向石灰內(nèi)部擴(kuò)散，影響脫S效果，其脫S率只有電石的1/4-1/3；故一般在其配加螢石、Al等，破壞其表層；（2）脫S產(chǎn)物是固態(tài)，便于拔渣，（3）價格便宜

1.4脫硫操作

（2）鐵水脫硫

第12頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日金屬鎂和鎂基材料：熔點、沸點低，熔點651，沸點1107，在鐵水中呈現(xiàn)氣態(tài)，鎂與S的結(jié)合力很強(qiáng)，反應(yīng)：Mg（固）--Mg（液態(tài)）--Mg（氣）--[Mg]；[Mg]+[FeS]=MgS（固）+[Fe]方式：沸點低，在鐵水中呈氣態(tài)，為了降低速度一般有兩種方式，（1）將鎂摻入焦碳中，在鐵水蒸發(fā)離開焦碳表面與鐵水中S接觸反應(yīng)生成MgS，（2）將其鈍化后的鎂通過氣態(tài)噴入鐵水；特點：鎂的脫S能力很強(qiáng)，效率高；產(chǎn)物為固態(tài)MgS，易于拔除，對耐材侵蝕輕；消耗量少，處理時間短；價格高。

1.4脫硫操作

（3）鐵水脫硫

第13頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（4）轉(zhuǎn)爐脫硫脫硫鐵水入轉(zhuǎn)爐到出鋼[S]含量變化如圖所示。鐵水入爐和轉(zhuǎn)爐出鋼硫含量比較第14頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

對于冶煉超低硫鋼(<30ppm)，應(yīng)限制石灰中硫含量<0.035~0.040%。如石灰中S=0.035%，帶入鋼水的[S]為14ppm；石灰中S=0.065%，帶入鋼水中的[S]為26ppm。出鋼時鋼水中[S]來源是：廢鋼+生鐵/%鐵水/%礦石+造渣劑/%低S石灰(0.035%)263737高S石灰(0.065%)213247

可見，對于轉(zhuǎn)爐冶煉超低硫鋼，使用高質(zhì)量含硫低的石灰、廢鋼和造渣劑，防止轉(zhuǎn)爐回硫是非常重要的。第15頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

（5）二次精煉脫硫?qū)τ谏a(chǎn)超低硫鋼(<30ppm)，二次精煉脫硫方法有：出鋼渣洗脫硫鋼包渣/金攪拌脫硫噴石灰粉脫硫真空室脫硫等其[S]含量演變?nèi)绫?所示。第16頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

由于在真空條件下增加從底部向頂部氣泡膨脹擴(kuò)大了熔池的攪拌功，熔池的攪拌功(B)比大氣壓下熔池攪拌大26~46倍，提高脫硫效率。S<30ppm鋼水脫硫工藝[S]開，ppm[S]終，ppm脫硫率，%[N]終，ppm渣洗脫硫4318 5846鋼包脫硫54216144噴吹脫硫76207458真空室脫硫7279027第17頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

高爐冶煉是不能脫磷的，礦石、焦碳、石灰中磷幾乎全部進(jìn)入了生鐵。鐵水中磷含量一般在0.1~0.2%，煉鋼的任務(wù)就是通過造渣把[P]去除到在規(guī)定范圍內(nèi)：普通鋼[P]≤0.040%優(yōu)質(zhì)鋼[P]≤0.030%特殊用途的優(yōu)質(zhì)低磷[P]≤0.010%超低磷鋼[P]≤0.005%（管線鋼、IF鋼、低溫環(huán)境下用鋼等）。2.鋼中磷第18頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

磷在鋼中溶于鐵素體，穩(wěn)定存在形態(tài)為Fe2P、Fe3P。磷對鋼產(chǎn)品性能的影響：磷在純鐵中有相當(dāng)大的溶解度，磷能提高鋼的強(qiáng)度，韌性下降，特別是鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高，即提高鋼的冷脆性；磷在凝固過程中易偏析，能顯著降低鋼的韌性，尤其是回火韌性和低溫沖擊韌性，導(dǎo)致鋼“冷脆”。對于低溫用途的鋼(如海洋平臺、管線鋼、鋼軌等)要求鋼中[P]<0.01%或0.006%；磷使某些鋼種易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，抗HIC管線鋼要求[P]<0.006%，奧氏體不銹鋼要求[P]<0.005%。；但是在低碳鋼中，磷的危害較??；改善切削加工性能；含碳很低≤0.0218%第19頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

脫P的基本條件是：低溫、渣的高堿度和高氧化性。超低P鋼的生產(chǎn)有兩種工藝：（1）歐洲北美型：轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫P-未脫氧出鋼鋼包高堿度高FeO脫P鋼包除渣LF加熱（RH)CC。（2）日本型：鐵水預(yù)處理脫Si轉(zhuǎn)爐脫P轉(zhuǎn)爐脫CRH(LF)CC.

國外一些廠家生產(chǎn)純凈鋼中磷水平如表所示。第20頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日廠家工藝[P][S]T[O]備注愛知鋼鐵公司EAF-VCS-LF-RH-CC≤0.0050.0005~0.0010.0009～0.0012生產(chǎn)汽車用表面硬化優(yōu)質(zhì)合金鋼新日鐵預(yù)脫P、S-BOF-精煉-CC0.00250.00030.0025用于海洋結(jié)構(gòu)、高級別管線鋼等新日鐵名古屋廠預(yù)脫P、S-LD-RH-PB-CC≤0.010.0005超低硫鋼新日鐵名古屋廠預(yù)脫P、S-LD-RH-PB-CC≤0.002超低磷鋼新日鐵名古屋廠預(yù)脫P、S-LD-RH-PB-CC≤0.002≤0.0030.0019薄板鋼Iotaworksofnippensteelco.預(yù)脫P、S-LD-RH-CC≤0.002≤0.003Al鎮(zhèn)靜超低磷鋼Al、Si鎮(zhèn)靜超低磷鋼川崎水島廠預(yù)脫P、S-LD-RH-KPB-CC≤0.003超低磷低溫儲罐用鋼第21頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日目前，鋼水[P]可達(dá)到的水平：轉(zhuǎn)爐單渣法[P]可達(dá)0.007%左右；轉(zhuǎn)爐雙渣法[P]可達(dá)0.004%左右；轉(zhuǎn)爐出鋼沖混法(向未脫氧鋼流加入脫磷劑)[P]可達(dá)0.006%左右，最低可達(dá)0.002%；轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法（即1個轉(zhuǎn)爐脫磷，一個轉(zhuǎn)爐脫碳）轉(zhuǎn)爐終點鋼水[P]可達(dá)0.002%左右。

第22頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

根據(jù)鋼制品用途，用一個轉(zhuǎn)爐脫磷或兩個轉(zhuǎn)爐脫磷都可達(dá)到出鋼時鋼中[P]<0.005%水平。連鑄坯達(dá)到超低磷水平，應(yīng)考慮到轉(zhuǎn)爐出鋼下渣和脫氧合金化的回磷問題，一般回磷15~30ppm。

第23頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日2[P]+5[O]=P2O5，它是氣態(tài)；2[P]+8（FeO）=3FeO.P2O5+5[Fe]磷酸鐵只能在較低溫度1400-1500℃下才能存在，但是在溫度升高時，溶渣的堿度提高，3FeO.P2O5可轉(zhuǎn)變?yōu)?CaO.P2O5，（4CaO.P2O5）所以去磷主要依靠磷酸鈣的形成；2[P]+5（FeO）+4（CaO）=4CaO.P2O5+5[Fe]+Q該反應(yīng)是散熱反應(yīng)，溫度升高，K值顯著降低，因此低溫有利于去磷，但是低溫難于獲得堿度高的均勻渣，所以中溫去磷最好；高堿度高氧化性渣量控制

第24頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日3.1鋼中氫危害

鋼中氫的主要危害：凝固過程H2逸出鑄坯產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重時鑄坯斷裂；結(jié)晶器凝固坯殼與銅壁之間的H2、（N2）的積累，導(dǎo)熱下降，坯殼生長變薄而拉漏；鋼材中產(chǎn)生白點（發(fā)裂），是工件破損的潛在危險。3.鋼中氫控制第25頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日3.2氫在鋼中的溶解

鋼制造過程中氫的來源：原材料耐材的水分，環(huán)境中水蒸汽或氫氧化物。水蒸汽的氫轉(zhuǎn)入鋼水中的機(jī)理是：

（1）水蒸汽溶解在堿性渣中

H2O+O2-=2OH-

（1）（2）H溶解到鋼水中2OH-=2[H]+[O]+O2-

（2） （3）爐料水蒸汽直接分解{H2O}=2[H]+[O] （3） 可得出氫在鋼中溶解[H]

（4）第26頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日影響鋼水[H]的溶解因素有：（1）原材料中水分下圖表示脫硫渣中水分與鋼中[H]關(guān)系。

脫硫渣中水分與鋼水[H]關(guān)系第27頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（2）大氣環(huán)境中的水蒸汽下圖b表示大氣中水蒸汽壓力與鋼水[H]關(guān)系。大氣中水蒸汽壓力與鋼水[H]關(guān)系第28頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（3）氣候季節(jié)雨季和旱季對鋼水中[H]影響如圖所示。雨季和旱季對鋼水中[H]影響第29頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（4）鋼包吹A(chǔ)r攪拌強(qiáng)度

鋼包吹A(chǔ)r攪拌促進(jìn)渣金界面的脫硫反應(yīng)，但發(fā)現(xiàn)隨脫S速率的增加，鋼中[H]增加，如圖所示。這是因為[S]是表面活性物質(zhì)，隨吹A(chǔ)r量增大，促進(jìn)渣/鋼/大氣之間的反應(yīng)，鋼水裸露使[H]增加。據(jù)估算，鋼水[H]80%來源于原材料、耐火材料和大氣中的水分。脫硫速率與鋼中[H]關(guān)系第30頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日3.3氫在鋼中溶解度

氫在純鐵液中溶解服從Sievertlaw。鋼中的氫以原存在：

1/2H2（g）=[H]l平衡常數(shù)K是溫度的函數(shù)，其值與相變有關(guān)：

(1600℃)第31頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

液體鋼：

：

：

計算表明，1個大氣壓PH2與液體鐵和Fe相平衡的[H]分別是26ppm和0.0006ppm，所以鋼水由液態(tài)→固態(tài)→室溫，鋼中[H]下降，H從基體擴(kuò)散到大氣中。由于鋼的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)中有孔洞、夾雜物等缺陷，原子H向缺陷處擴(kuò)散變成分子H2，[H]→H2產(chǎn)生很大的壓力。根據(jù)氫溶解度方程計算由原子H形成分子氫H2所產(chǎn)生的壓力與溫度關(guān)系如圖7所示（1atm=0.1MPa）。第32頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

由圖7可知，板坯中形成分子氫H2所產(chǎn)生的壓力超過鋼的允許強(qiáng)度就會產(chǎn)生裂紋。C-Mn鋼在室溫抗張強(qiáng)度在300~650MPa。高強(qiáng)度鋼和高碳鋼板坯對這種氫形成裂紋更為敏感。第33頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日3.4板坯中氫的分布鋼水由液態(tài)變成固態(tài)鋼中氫含量決定于鋼的成分和鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。連鑄坯在表面和內(nèi)部有溫度梯度，故[H]溶解度也存在梯度。鑄坯從高溫向低溫變化時[H]由于凝固結(jié)構(gòu)缺陷擴(kuò)散受到阻礙，在缺陷處形成的分子氫存在于鑄坯中。從含B和不含B的C-Mn鋼板坯，冷卻到室溫，沿板坯厚度方向每隔25mm切取試樣分析鋼中[H]，沿板坯厚度方向[H]分布如圖所示。

第34頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日沿板坯厚度方向[H]分布

由圖可知：含B與不含B板坯中從內(nèi)弧→外[H]含量變化趨勢是相近的。這說明在板坯激冷層結(jié)構(gòu)致密，[H]含量較低，板坯中心區(qū)由于疏松縮孔H2較高，而在柱狀晶區(qū)[H]含量較低。第35頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

連鑄坯切割后以不同冷卻方式板坯中[H]含量變化如圖所示。不同冷卻方式板坯中[H]含量變化

由圖可知，板坯堆冷與空冷鋼中[H]差別不顯著。但緩冷比快冷有足夠時間促進(jìn)分子氫擴(kuò)散到大氣中。第36頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日板坯再加熱到不同溫度板坯[H]變化如圖所示。

由圖可知，加熱時間和加熱溫度對[H]的移除有重要影響。因加熱溫度高[H]擴(kuò)散速率加快。在加熱時，板坯顯微結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變促進(jìn)了分子氫H2的移除，隨板坯溫度的升高也阻礙了[H]向板坯內(nèi)部擴(kuò)散。因此，直接熱裝板坯軋制裂紋為零；冷裝或堆冷入爐板坯裂紋率為10.14%。第37頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日3.5鋼中氫的去除

轉(zhuǎn)爐冶煉鋼水[H]為4~6.5ppm，電爐鋼水[H]為4-7ppm。去除鋼水中[H]方法：降低原材料和輔助材料水分，H2O<0.5%烘烤好耐火容器（鋼包、中包等）吹A(chǔ)r攪拌，H2向Ar氣泡擴(kuò)散去氫(CAS、鋼包吹A(chǔ)r等)真空處理(RH、DH、VD)第38頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

RH處理過程鋼水[H]變化，如圖所示。由圖可知：鋼水初始[H]高時，RH處理初期[H]下降較快，[H]去除速率較高，說明H高的擴(kuò)散系數(shù)。不管鋼水初始[H]高低，RH處理10min后直到RH處理結(jié)束，鋼水[H]含量幾乎相同。第39頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日4鋼中氮去除4.1鋼中氮溶解氮在純鐵液中溶解服從Sievertlaw。鋼中的氮以原子存在：

(1600℃)

平衡常數(shù)K是溫度的函數(shù)，其值與相變有關(guān)：液體鋼：：：第40頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

當(dāng)PN2=1atm，氮在鐵液和不同結(jié)構(gòu)鐵中的溶解度與溫度有關(guān)。如1873K時

[H]=25.4ppm，而[N]=451ppm。這是因為N2分子結(jié)合比H2結(jié)合牢固。第41頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日4.2煉鋼過程鋼水中氮的演變（1）轉(zhuǎn)爐吹煉

在轉(zhuǎn)爐吹煉鋼過程中有從氣相中吸氮也有由

C-O反應(yīng)生成CO氣泡排氮的可能。脫碳速率最大鋼水中[N]含量最低。出鋼時鋼水[N]一般在

10~15ppm，它與氧氣純度及復(fù)吹氣體（Ar或

N2）有關(guān)。第42頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（2）電爐冶煉

電爐冶煉過程鋼水[N]決定于空氣滲入電弧區(qū)的程度、電弧長度、泡沫渣等因素。隨噴碳粉速率增加（相當(dāng)于CO量增加）鋼水中[N]減少（圖中曲線2）。如果噴碳粉速率和CO生成速率超過了某一合理值，渣子泡沫化程度高從爐門逸出，爐內(nèi)渣量減少，電弧暴露將導(dǎo)致鋼水[N]增加（圖中曲線3）。合理的噴碳粉量和泡沫渣可使電爐出鋼[N]達(dá)到小于25ppm的水平（圖中曲線1）。第43頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

應(yīng)當(dāng)指出，采用未脫氧出鋼，鋼水高的[O]含量，可減少鋼流卷入空氣的吸氮速率，可減少鋼水吸氮2~3倍。

（3）爐外精煉在大氣下鋼包精煉影響鋼水吸[N]因素：鋼包爐電弧加熱；鋼包爐內(nèi)保持微正壓操作防止空氣吸入；合適的吹A(chǔ)r強(qiáng)度，防止鋼水裸露；合金中的氮含量。在正常操作條件下，經(jīng)LF精煉后鋼水增氮5~10ppm。在真空條件下，鋼水中氫的擴(kuò)散系數(shù)D[H]比其他元素高，故RH有很高的脫氫效率。而S、O是表面活性元素，降低了氮的傳質(zhì)系數(shù)。RH處理脫氧鋼水鋼水去氮率為10~15%。RH處理未脫氧鋼水去[N]率30~40%。

第44頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日RH處理過程鋼水[N]含量變化如圖所示。

由圖可知：RH去除[N]明顯決定鋼水[O]、[S]含量。RH處理未脫氧鋼由于[O]高，[N]幾乎不降低。RH處理高[N]鋼水，處理開始[N]下降很快。對于超低硫管線鋼要求[S]<7ppm，低硫促進(jìn)除氮，使鋼中[N]<40ppm。RH處理過程中總氮平均含量的變化第45頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（4）連鑄過程吸氮 經(jīng)爐外精煉的鋼水已很純凈了，鋼水氮氧含量已很低，在澆注過程要防止吸氮：提高鋼包自開率，防止燒氧；鋼包→中間包保護(hù)澆注；中間包合適的流場防止長水口周圍鋼液面裸露；開澆、換鋼包盡量減少敞開澆注。

第46頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

從鋼包→中間包鋼水吸氮<3~5ppm是可接受的。追求目標(biāo)是<3ppm甚至零吸氮。以某廠轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)超低碳鋼為例，鋼水平均[N]含量演變?nèi)鐖D所示。鋼水平均[N]含量演變第47頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日5鋼中氧控制

5.1鋼中潔凈度概念

煉鐵是一個還原過程，高爐內(nèi)加入還原劑(C、CO)把鐵礦石中的氧(Fe3O4、Fe2O3)脫除，使其成為含有C、Si、Mn、S、P的生鐵。煉鋼是一個氧化過程：把純氧吹入轉(zhuǎn)爐熔池，使C、Si、Mn、P氧化變成不同碳含量的鋼液。第48頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

當(dāng)轉(zhuǎn)爐吹煉到終點，鋼水中溶解了過多氧（溶解氧[O]或氧活度a[o]），出鋼時在鋼包內(nèi)必須進(jìn)行脫氧合金化，把[O]溶轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸飱A雜（[O]夾雜）從鋼液中排除。所以鋼中總氧T[O]可表示為：

T[O]=[O]溶+[O]夾雜出鋼時鋼水中[O]溶很高，[O]夾雜→0，T[O]=[O]溶。脫氧合金化后[O]夾雜很高，而很低，故T[O]=[O]夾雜。一般用鋼中總氧含量表示鋼的潔凈度（夾雜物量）水平。

第49頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

因此，可以用鋼中T[O]表示鋼的潔凈度，也就是夾雜物的水平。T[O]越低則鋼越“干凈”。不同用途的鋼，鋼中T[O]所示要求的水平如下：

因此，對高質(zhì)量的鋼要把T[O]降低到小于20ppm的水平，這是煉鋼生產(chǎn)全流程要解決的問題。產(chǎn)品T[O]，ppm汽車板<20易拉罐<20輪胎鋼絲<20滾珠鋼<10管線鋼<20第50頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日5.2轉(zhuǎn)爐冶煉過程氧控制

轉(zhuǎn)爐冶煉是一個氧化過程。當(dāng)吹煉到終點時，鋼水[O]與[C]關(guān)系如圖所示。轉(zhuǎn)爐冶煉終點C-O關(guān)系第51頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

由圖可知，當(dāng)終點[C]<0.08%時I區(qū)：[C][O]=0.0027(爐齡<2500)，接近于平衡；II區(qū)：[C][O]=0.0031~0.0037(爐齡>2500)，遠(yuǎn)離C-O平衡。當(dāng)[C]=0.02~0.05%時：頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐終點[O]=700~900ppm轉(zhuǎn)爐采用復(fù)吹終點[O]=250~600ppm轉(zhuǎn)爐采用濺渣護(hù)爐，當(dāng)爐齡大于2500爐以后，終點[O]=600~1400ppm。因此，轉(zhuǎn)爐采用動態(tài)控制提高終點雙命中率，減少后吹，強(qiáng)化復(fù)吹，尤其是處理濺渣護(hù)爐高爐齡與復(fù)吹的矛盾，是降低轉(zhuǎn)爐終點氧含量的有效措施。這樣可以節(jié)約鐵合金消耗，更重要的是減少了鋼中夾雜物生成量，提高了鋼的潔凈度，對于生產(chǎn)低碳或超低碳的冷軋產(chǎn)品是非常重要的。第52頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

轉(zhuǎn)爐冶煉中高碳鋼應(yīng)該執(zhí)行高拉碳操作，以降低轉(zhuǎn)爐終點的氧含量，既可以少加脫氧劑，減少鋼種夾雜物，也可以降低成本。

轉(zhuǎn)爐冶煉終點碳氧關(guān)系圖第53頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日鋼的碳含量與鋼水平均總氧含量關(guān)系如下：C%0.05-0.20.2-0.450.45-0.60.6-0.8平均T[O],PPM40282015

由以上可知，鋼中C含量越高，T[O]含量越低，鋼越干凈，這與轉(zhuǎn)爐終點氧含量有密切關(guān)系。第54頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

5.3脫氧控制轉(zhuǎn)爐吹煉終點溶解氧[O]溶很高，出鋼時在鋼包進(jìn)行脫氧合金化。脫氧就是把鋼中的[O]溶轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗醍a(chǎn)物夾雜。要控制好所生成的脫氧產(chǎn)物組成形態(tài)和熔點，夾雜物易上浮、可澆性好。根據(jù)鋼種，有以下幾種脫氧模式：第55頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（1）硅鎮(zhèn)靜鋼(Si+Mn脫氧)

控制合適的Mn/Si比(2.5~3.0)得到液相MnO?SiO2夾雜呈球形液態(tài)易上浮。FeO-MnO-SiO2三元相圖第56頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（2）硅錳+少量鋁脫氧(Si+Mn+Al)

控制鋼中酸溶鋁Als<0.006%使其生成液相錳鋁榴石（3MnO?Al2O3?2SiO2）呈液態(tài)，易上浮不堵水口。MnO-SiO2-Al2O3相圖第57頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（3）鋁鎮(zhèn)靜鋼

對于低碳低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼，Als=0.02~0.05%，脫氧產(chǎn)物全部為Al2O3

，熔點高（2050℃），可澆性差，易堵水口。Al2O3可塑性差，影響鋼材性能和表面質(zhì)量。為此采用重鈣處理（CaAl線、CaFe線），使其生成12CaO?7Al2O3有利于夾雜物上浮，改善鋼水可澆性。CaO－Al2O3－SiO2相圖

第58頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日（4）細(xì)晶粒鋼

C-Mn鋼為細(xì)化晶粒用Al脫氧鋼(Als=0.01~0.02%），主要為Al2O3夾雜。采用輕鈣處理使其形成鈣長石CaO?Al2O3

?2SiO2

(CaO-20~25%，Al2O3-37%，SiO2-44%)或鈣黃長石2CaO?Al2O3

?2SiO2(CaO-40%，Al2O3-37%，SiO2-22%)，夾雜物熔點低呈液態(tài)易上浮，可澆性好（如上圖）。第59頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日5.4爐外精煉鋼水氧控制鋼水脫氧生成夾雜物，爐外精煉目的是：（1）把夾雜物傳輸?shù)皆?鋼界面鋼水中夾雜物上浮主要決定熔池攪拌，促進(jìn)夾雜物碰撞聚合長大(5~200μm)。采用辦法是吹A(chǔ)r攪拌，真空循環(huán)。（2）渣相吸附夾雜物它決定于渣/鋼界面能和夾雜物溶解于渣相的能力。液相夾雜物完全溶解于渣相，而固體夾雜物在渣中有限溶解。這與渣相成分、溫度和渣量有關(guān)。隨著爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，鋼水中T[O]含量不斷降低，夾雜物越來越少，鋼水越來越干凈，鋼材性能不斷改善。第60頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日1970~2000年鋼中T[O]演變?nèi)鐖D19所示。由圖可知，由于引入爐外精煉，對于硅鎮(zhèn)靜鋼T[O]可達(dá)15~20ppm，對于鋁鎮(zhèn)靜鋼可達(dá)<10ppm[7]。1970～2000年鋼中平均T[O]水平第61頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日

RH精煉過程中鋼水中總氧T[O]演變?nèi)鐖D所示。RH處理結(jié)束鋼水T[O]可達(dá)11pppm。第62頁，共73頁，2023年，2月20日，星期日RH處理過程鋼水中總氧預(yù)測模型：

由上式可知，RH處理過程中鋼水中總氧量與鋼包內(nèi)襯材質(zhì)、鋼包渣氧化性、RH處理時間、RH