第４０卷第６期金属学玻Ｖｏｌ?４０Ｎｏ．６
２００４年６月６２３—６２８页ＡＣＴＡＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＪｕｎｅ２００４ＰＰ．６２３—６２８
一－＝＝＝＝＝＝！！！！！！！＝＝＝＝＝＝＝！！！！！＝＝＝＝＝＝＝＝！！！！＝＝＝＝＝！！！！！＝一连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型
张邦文邓康雷作胜任忠鸣
（上海大学上海市钢铁冶金重点实验室，上海２０００７２）
摘要在Ｅｕｌｅｒ（流场）～Ｌａｇｒａｎｇｅ（颗粒）框架下，提出了一个夹杂物运动、聚合和去除耦合的统计模型．运用此模型数值计
算了连铸中间包的三维流场，对夹杂物的行为进行了Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ模拟．计算结果显示，２０，４０和６０ｔｔｍ夹杂物的总去除效率约为２０％，３６％和７５％，其中壁面吸附的贡献占ｌ／６一ｌ／４．受中间包实际条件的限制，夹杂物的碰撞长大并不显著．
关键词连铸中间包，夹杂物，去除
中图法分类号ＴＢＩｌ５文献标识码Ａ文章编号０４１２一１９６１（２００４）０６—０６２３—０６
ＡＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡＬＭｏＤＥＬｏＮＣｏＡＬＥＳＣＥＮＣＥＡＮＤ
ＲＥＭｏＶＡＬｏＦＩＮＣＬＵＳＩｏＮＰＡＲＴＩＣＬＥＳＩＮ
ＣｏＮＴＩＮＵｏＵＳＣＡＳＴＩＮＧＴＵＮＤＩＳＨ
ＺＨＡＮＧＢａｎｇｗｅｎ，ＤＥＮＧＫａｎｇ，ＬＥＩＺｕｏｓｈｅｎｇ，ＲＥＮＺｈｏｎｇｍｉｎｇ
ＳｈａｎｇｈａｉＥｎｈａｎｃｅｄＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｅｒｒｏ－Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＲＥＮＺｈｏｎｇｍｉｎｇ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｔｅｌ：（０２１）５６３３１１０２，Ｅ－ｍａｉｈｂａｎｇｗｅｎ＠２６３．ｎｅｔ
ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏ｜Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．５０ｌ铭ｏｓＴ）
Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔｒｅｃｅｉｖｅｄ２００３～０６—２６．ｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ２００４—０１一０８
ＡＢＳＴＲＡＣＴＣｏｍｂｉｎｇＥｕｌｅｒｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｆｌｏｗｆｌｕｉｄａｎｄＬａｒａｎｇｉａｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｐａｒｔｉｃｌｅｍｏ—ｔｉｏｎ．ａｓｔａｔｉｓｔｉｃｍｏｄｅｌｃｏｕｐｌｉｎｇｔｈｅｍｏｔｉｏｎ，ＣＯａｌｅｓｃｅｎｃｅａｎｄｒｅｍｏｖａｌｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｉｎｍｏｌｔｅｎｍｅｌｔｓｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｎｔｅｒｐｒｅｔｔｈｅｂａｓｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｔｕｎｄｉｓｈ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒ３Ｄｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄｕｓｉｎｇｋ－ｅｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌ．ｔｈｅｎｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｅｍｃｉｅｎｃｉｅｓａｎｄｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｗｅｒｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｕｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒａｎｄｏｍ—ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌｒｅｍｏｖａｌｅｍｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆ１０．２０ａｎｄ３０＃ｍｉｎｃｌｕｓｉｏｎａｒｅａｐｐｒｏｘ．
ｉｍａｔｅｌｙ２０％，３６％ａｎｄ７５％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｕｅｔｏａｄｈｅｓｉｏｎｔｏｔｈｅｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｏｃｃｕｐｉｅｓ１／６—１／４．ＩｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｄｕｅｔｏｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｉＳｎｏｔｍａｒｋｅｄ，ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｂｙｔｈｅｒｅａｌｉｓｔｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｔｕｎｄｉｓｈ．
ＫＥＹＷｏＲＤＳｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ，ｔｕｎｄｉｓｈ，ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｒｅｍｏｖａｌ
由于独特的位置和可操作条件，中间包是连铸过程控制钢液清洁度的关键环节．为了充分利用中间包去除夹杂物，国内外采用实验１１，２Ｊ和数学模拟［３－－６ｊ等手段开展了一系列的工作．在基础研究方面，根据夹杂物的碰撞长大问题提出了两类模型：一是基于颗粒聚合动力学的Ｓｍｏｌｕ—ｃｈｏｗｓｋｉ（斯氏）方程［７－９Ｊ，二是基于Ｅｕｌｅｒ框架的“群平衡方程”１５，６』，即以Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ方程为源项的颗粒群浓度方程．Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ方程的基本缺陷在于，颗粒“最大尺寸”的选择存在歧义，实际计算无法满足质量守
＋国家自然科学基金项目５０１７４０３７和国家杰出青年基金项目
５０２２５４１６资助
收到初稿日期：２００３—０６—２６，收到修改稿日期：２００４—０１—０８作者简介：张邦文，１９７２年生，男，博士生恒，另外它只适于混合均匀的系统．群体平衡方程适于非均匀系统，克服了Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ方程的一些不足，但也继承了它固有的缺点．另外，群体平衡方程的边界条件很难确定（壁面吸附），并且计算量极其庞大，实际应用尚有困难．假设碰撞效率为１００％，并且对Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ源项作了较大简化处理后，Ｓｉｎｈａ和Ｓａｈａｉ【６Ｊ计算显示，中间包中湍流碰撞聚合对夹杂物去除率的贡献小于１７％．研究夹杂物传递的另一种数学手段是Ｌａｇｒａｎｇｅ模型，即描述颗粒运动轨迹，这种方法比Ｅｕｌｅｒ方法更直观甚至更基础，包括确定性的轨道模型［１０，１１Ｊ和随机轨道模型１７，１２Ｊ．确定性颗粒轨道模型以时均流场为载体，给出的是光滑的轨道，可以近似估计夹杂物在冶金容器里的临界去除半径．而随机轨道模型以瞬时流场为载体，通过对各种可能的运动轨迹的统计，给出夹杂物的去除效率．从物理过程看，Ｌａｇｒａｎｇｅ模型更接近实际．颗粒随机轨
６２４金属学报４０卷
道模型不存在边界条件的概念，处理颗粒的壁面传质时比Ｅｕｌｅｒ浓度场模型合理，但要把夹杂物的运动和碰撞聚合耦合在一起，存在基本的理论困难，目前这方面的工作尚未见报道．但是，这个问题非常基础，可以提供处理夹杂物传递和聚合问题的一种新的思路和方法．
本文提出数学模型的基本思路是中间包流场由湍流模型描述，夹杂物运动由颗粒随机轨道模型描述，夹杂物生长由颗粒碰撞长大率描述．应用该模型，数值计算了中间包的三维流场，对夹杂物行为进行Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ模拟，分析了中间包的流动特征，考察了上浮、碰撞、吸附等各种实际因素对夹杂物去除的影响，统计了夹杂物的去除效率，得到了新的结论．
１模型的建立
本模型基于以下假设：钢液做稳态不可压缩流动；夹杂物体积分数很小，对流场无影响；夹杂物为尺寸连续分布的多分散系，其空间分布是稳态和近似均匀的；忽略钢液的二次氧化，夹杂物生长的主要方式是湍流引起的碰撞聚合．
１．１流体流动
三维流场采用标准的ｋ－ｅ双方程模型，其控制方程由下列方程组成：
连续方程
一
纛（ｐ阢）＝０，江ｚ，Ｙ，ｚ（１）
动量方程
掣＝一老＋去ｋ（筹＋ｏ眠ｕｊ，、．］Ｏｘ（２）ａｚｊａｚ｛’ｊ【ｒ眦１＼ａｚｊ。ａｏ｛／Ｊ、＿７湍流动能（ｋ）方程
去（ｐ阢南一等差）＝Ｇ－ｐｃ（３）湍流耗散率（￡）方程
矗（ｐ阢￡一等亳）＝（Ｃ１ａｅ－Ｃ２ｐｅ２）／惫（４）
悬。
Ｇ讪Ｏ眠Ｕｉ：慨ＯＵ；ｉ＋箬）
有效粘性系数等于分子粘性系数和湍流粘性系数之和，即肛。ｆｆ＝ｐ＋ｐｔ，肛ｔ＝ＣＤｐｋ２／Ｅ（５）这里阢为流场时均速度，Ｐ为钢液密度，ｐ为动力学粘度，肛ｔ，肛。ｆｆ分别表示湍流粘性系数和有效粘性系数．式中常数Ｃ１，ｃ２，ＣＤ，ｄｒｋ和盯。分别取１．４４，１．９２，０．０９，１．０和１．３．
１．２夹杂物运动（随机轨道模型）
夹杂物的运动可由ＢＢＯ方程描述【１３Ｊ，不考虑Ｂａｓ—ｓｅｔ力，ＢＢＯ方程写为
（ｔ＋去）百ｄｕｐｉ＝瓦ｆ（ｕｉ－Ｕｐｉ）＋
亲等＋（?一是）％ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ（６）
邛＝百２ｐＲ２，ｆ＝Ｃｍ（１＋０．１５Ｒｅ。．６８７），
Ｒ。。：！型兰［剑
‘
ｐ
夹杂物的位移
ｚ。严厂ｕ。ｉ出（７）
其中ｕｉ，“。ｉ为流体和夹杂物的瞬时速度，夕ｉ重力加速度，Ｒｅ。为颗粒Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数，Ｒ为夹杂物半径，由下文式（１４）确定，Ｘ。ｉ为夹杂物的位移．刚性夹杂物的碰撞聚合，常常形成不规则的聚合体，其Ｓｔｏｋｅｓ阻力系数需要修正，参数Ｇ。即为形状修正系数，文献『１４１建议％＝２—３．
流体的瞬时速度“ｉ等于时均速度既与脉动速度ｕ‘之和，即
Ｕｉ＝阢＋“（８）１．２．１脉动速度的确定脉动速度表征湍流涡的强度，涡的存在被认为是一个平稳的可以重演的随机过程．颗粒在运动过程中，实际上遭遇了一系列离散的瞬息变化的随机涡．为了模拟颗粒与涡的相互作用，重要的是要确定涡的大小（ｕ‘），以及二者的相互作用时间（正。ｔ）．根据湍流理论，脉动速度Ｕ‘对均方根速度服从正态分布［１５，１６】，因此
ｕ７＝厶￣／瓦７２
其中厶为服从Ｇａｕｓｓ分布的随机数．均方根速度按下式确定
而ｆ（２ｋ／３）１／２
Ｖ“２２１ｏ．００５乱＋（可＋）。Ⅳ＋＞３０［１５］
“一
ｆ１０１
可＋＜３０［１６］
、’其中ｋ为湍流耗散率，Ｙ＋＝ｙｕ＋／∥为无量纲距离（可＋＜３０，表示边界层），ｕ＋＝（１－ｗ／ｐ）１／２为壁面摩擦速度，‰为壁面剪力，∥＝，／ｐ为钢液的运动学粘度．相互作用时间正。ｔ与涡的寿命以及颗粒惯性有关．如果忽略ｔｔ轨道穿越效应’’［１６１，则
正。ｔ＝厶ｐ南／Ｅ（１１）其中系数卢≈０．３，（ｅ为服从指数分布的随机数．对正。ｔ随机化，将确保所模拟的湍流是平稳的，并且产生自洽的扩散特性［１引．
对“’抽样，通过如下方式实现：根据当地湍流强度，按式（９），（１０）在颗粒运动的当前位置产生一个随机涡，
６期张邦文等：连铸＠１９包中夹杂物聚合与去除的数学模型６２５
并按式（１１）赋予颗粒和涡的相互作用时间，具体地说，就是在正。。时间内，保持Ｕ‘不变．在该正。ｔ结束后，
颗粒已到达新的位露，再按当地条件，产生新的“‘，互。ｔ，计算颗粒轨迹，如此反复直到计算终止．
１．２．２壁面吸附的确定夹杂物到达壁面后，未必完全吸附，吸附的稳定性与ＶａｎｄｅｒＷａａｌｓ力、壁面剪力、颗粒大小及表面粗糙度等有关，其吸附概率可以表示为［１７］
Ｐａ≈ｅｘｐ（一０．２８７‰／％。ｉｔ）．（１２）其中‰为壁面剪力，％，ｉｔ表示使颗粒在壁面滚动的临
界流体剪力，它越大，吸附概率越小．％，ｉｔ由下式确定（笫也４６∥２ｐ—Ｔｃ３／２Ｄ３）丽ＲＡ＝４３抛‰∥
（１３）这里Ｈａｍａｋｅｒ数Ａ＝２。３Ｘ１０卅ｏ，ＶａｎｄｅｒＷａａｌｓ力作用间距ｈ＝４ｎｍ，壁面表观粗糙度Ａ≈Ｒ．
对夹杂物的吸附按Ｐｏｉｓｓｏｎ过程处理：从计算机产生一个在（０，１）之间均匀分布的随机数ｅ，让Ｐａ与ｅ比较，如果Ｐａ＞ｅ，认为吸附有效，计算终止，否则颗粒返回钢液，继续跟踪计算．如图１所示．
ＩｆＰａ：，二ｔｈｅｎａｄｈｅｓｉｏｎ
—ｅｌｓｅｒｅｂｏｕｎｄｉｎｇ
图１夹杂物壁面吸附的确定
Ｆｉｇ．１Ａｄｈｅｓｉｏｎｔｏｗａｌｌｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎ
１．３夹杂物碰撞长大
夹杂物在运动的同时，发生碰撞长大．根据文献［１８］，夹杂物的湍流碰撞长大速率为
掣ｄｔ—ｏ．嘣舻３８∥＿０’５（扭＋６＋云＋品）（ｔ４）
＼儿儿‘／ａ＝ｆ（ｒｌ，３）一ｆ（ｒｏ，３），ｂ＝ｆ（ｒｌ，４）一ｆ（ｒｏ，４）
Ｃ＝ｆ（ｒｌ，５）一ｆ（ｒｏ，５），ｄ＝ｆ（ｒｌ，６）一ｆ（ｒｏ，６）
其中Ｅ即湍流耗散率，参数ｎｏ取决于总氧含量．其中，函数，（）定义为
ｍ㈡＝一篙妻ｋ＝Ｏ志ｍ广‘
Ａ＝０．４—０．８为夹杂物分布的指数因子［１８｜．
２数学模拟
２．１边界和初始条件
中间包为两流、一重堰坝设计，几何尺寸为８．０ｍ×１．０２ｍ×１．１５ｍ，堰深０．６５ｍ、离入口０．６１１１，坝高０．６０ｍ、离入口１．２ｍ，堰和坝厚０．０６ｍ；操作和物性参数为：体积流率ｏ．０１６７ｍ３ｓ，钢液密度ｐ＝７０００ｋｇ／ｍ３，动力学粘度ｐ＝ｏ．００６Ｐａ?Ｓ，夹杂物密度Ｐ。＝３５００ｋｇ／ｍ３，半径主要分布区间１—３５ｐｍ，总氧含量Ｏ．００５．
在入口，速度Ｕｉ。＝１．６６ｍ／ｓ，湍流动能惫ｉ。＝ｏ．ｏｌｕ蠹，耗散率Ｅｉ。＝乜。１～／Ｒｉ。，Ｒｉ。＝ｏ．０５５ｉｎ为水口半径．在对称面以及液面，法向速度为０，其他变量的法向梯度为０．在固体壁面，南，Ｅ和切应力按壁面函数法确定【１９Ｊ．夹杂物的初始位置（ｚｏ，Ⅳｏ，名ｏ）在入口的横截面上随机取值，或者写为Ｘ０＝厶Ｘｉ。，ｙ０＝白Ｙｉ。，ｚｏ＝Ｈ．乞，乞为（０，１）之间均匀分布的随机数，ｏｉｎ）鼽。为入口在ｚ，Ｙ方向的尺寸，如图２所示，日为入口高度．初始速度等于钢液速度．
图２夹杂物在入口横截面上初始位置
Ｆｉｇ．２Ｉｎｉｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎａｔｉｎｌｅｔ
２．２数值计算和Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模拟
计算方案分两步进行．首先，采用ＳＩＭＰＬＥ法【１９】计算三维湍流场，获得时均流场巩、湍流动能ｋ、湍流耗散率Ｅ和壁面剪力‰．由于本中间包的对称性，计算区域取整个容器的１／４，划分为７６×２８×４２个网格．控制方程采用有限体积法离散成线性方程组，然后采用ＴＤＭＡ法迭代求解，当相对残差小于１０一，迭代终止．然后，把上述参数作为已知条件，代入方程（１０），（１１），采用Ｇｉｌｌ法【１０Ｊ耦合求解夹杂物的空间位置和半径，时间步长取５×１０一Ｓ，颗粒运动遭遇的当地流速，通过对附近节点的流场线性插值确定．所有计算程序自己开发，采用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０语言编写．
夹杂物从入口横截面上随机释放，之后追踪该颗粒的运动和碰撞长大．当它到达液面、或在壁面吸附、或到达出口，计算终止．一次计算相当于一次实验，一条轨迹形成一个样本．按照同样的方法，对同一夹杂物进行重复模拟，得到多个轨迹或样本，对所有轨迹的去向进行统计，可得到该夹杂物的去除效率．如果夹杂物上浮去除的次数记为Ⅳｆ?，被壁面吸附的次数记为Ⅳｊ，总实验次数记为Ⅳｔ，则夹杂物上浮、吸附与总去除率分别为：ｒ／ｆ＝ＮＵＮｔ；ｑ。＝Ⅳａ／Ｎｔ；叼ｔ：＝ｑｔ＋ｑ。．
３计算结果及讨论
３．１流场
图３是计算的中间包纵剖面的流场．钢液注入后，迅
６２６金属学报４０卷
速抵达包底，并向四周辐射．向右的流股，一部分遇挡墙阻碍，在底部形成一个急剧的环流，一部分往两侧铺开，贴着侧墙和坝进入右侧的开阔区域，并形成一个大的环流，最后经出口流出．可以看到，导流装置的设置有效地防止了钢液的短路，同时把剧烈的湍流控制在左侧，而在右侧液面附近形成一个相对平稳的“准活塞流”．前者有利于夹杂物的碰撞长大，后者利于夹杂物的浮出．为分析方便，定义坝以左的强射流区为“Ｉ区”，以右较为平静的区域为“ＩＩ区”．表１给出了Ｉ区和ＩＩ区平均耗散率和平均停留时间的计算结果，平均停留时间等于钢液体积于体积流率之比．表１表明，钢液在Ｉ区的搅拌强度远远高于ＩＩ区，以致于湍流耗散率比后者大两个数量级，在这两个区域，停留时间分别为１６２Ｓ和３７８Ｓ．
３．２夹杂物运动
图４，５为不同夹杂物的运动轨迹．图４显示了６０“ｍ的颗粒自入口不同位置释放后的可能轨迹，可见由于湍流细节运动（涡结构）的随机性，夹杂物的运动轨迹也是随机的，对每一次运动夹杂物的最终去向并不确定，可能是浮出，也可能是流出或者吸附．值得注意的是，壁面吸附提供夹杂物去除的潜在手段．但是，浮出、流出和吸附这
表１?钢液平均停留时间及湍流耗散率的计算结果Ｔａｂｌｅ１Ｓｏｍｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｔｕｎｄｉｓｈ
（ｃ）
图３中间包纵剖面上预测的速度场
Ｆｉｇ．３Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ
ｆｉｅｌｄｓｏｎｔｈｅ
ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ
ｓｅｃｔｉｏｎ
ｐｌａｎｅｓ
ａｔｙ／Ｗ＝Ｏ．０４（ｃｅｎｔｒａｌｓｙｍｍｅｔｒｙｐｌａｎｅ）（ａ）ｙ／Ｗ＝Ｏ．３２（ｂ），ｙ／Ｗ＝Ｏ．９２（ｎｅａｒｔｈｅｌｏｎｇｗａｌｌ）（ｃ）
６期张邦文等：连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型６２７
图４６０／．ｚｍ夹杂物从入口不同位置释放后的运动轨迹
Ｆｉｇ．４Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｗｉｔｈ６０／ｚｍｉｎｄｉａｍｅｔｅｒｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｔｉｎｌｅｔ
图５不同尺寸夹杂物从入口同一位置释放后的运动轨迹
Ｆｉｇ．５Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｉｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓｒｅｌｅａｓｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓａｍｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｔｉｎｌｅｔ
三个事件并不是等概率发生，因为颗粒越大惯性越大，排除湍流随机涡干扰的能力越强，就越容易上浮去除．图５给出的不同颗粒自入口同一位置释放后的轨迹，就大致反映了这种影响．因此，夹杂物的去除效率需要通过大量模拟和统计，才能获得．
在Ｉ区，由于湍流强烈，夹杂物的运动轨迹比较混乱．预计，在这里夹杂物发生碰撞的机会较多，从而长大较快．
利用表１的数据，根据式（１４）分别计算了２０，４０和６０ｐｍ的夹杂物在中间包中的碰撞长大速率，结果见图６．ｔ为钢液的平均停留时间，用它近似代表夹杂物的停留时间．实际上后者应比前者大，因为液体质点比固体质点
图６不同夹杂物的碰撞长大速率
Ｆｉｇ．６Ｒａｔｅｓｏｆｇｒｏｗｔｈｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｉｔｉａｌｄｉ—ａｍｅｔｅｒｓｄｕｅｔｏｃｏｌｌｉｓｉｏｎ更容易遍历容器空间，从而花费更多的停留时间．虚线以左为Ｉ区，以右表示进入ＩＩ区．
图６表明，搅拌越强烈，夹杂物碰撞长大越快，因此生长曲线在Ｉ区比ＩＩ区陡峭．停留时间越长，夹杂物长得越大，并且上浮机会也越多．因此，单就促进夹杂物碰撞长大而言，适当强化钢液搅拌强度、增加中间包容量是有益的．设置挡墙约束射流达到了强化Ｉ区搅拌的效果，但搅拌不宜过分，激烈的湍流可能造成液面卷渣，结果适得其反．
计算显示２０，４０和６０ｐｍ的夹杂物在Ｉ区最大可分别长大到２７，４９和６８肛ｍ，在进入ＩＩ区后，可长到３０，５０和７１ｐｍ．２０肛ｍ夹杂物尺寸变化较大，但没有翻倍，４０，６０肛ｍ等较大的夹杂物前后变化不大．总的来看，夹杂物的碰撞长大并不明显．究其原因，中间包在连铸工序中所处的位置决定了其总氧较低，钢液搅拌只限于局域射流并且停留时间较短，致使夹杂物的碰撞长大条件十分有限．
３．４夹杂物的去除
通过大量追踪夹杂物的去向，表２统计了不同原始直径（ｄｏ）的夹杂物的去除效率，其中Ⅳｔ表示模拟次数，计算条件为：［ｏ％］＿ｏ．００５，Ａ＝０．６．可见，当模拟次数达到５００次后，去除效率出现统计规律，到８００次后结果趋于稳定．该表显示，在本中间包中，２０，４０和６０ｐｍ夹杂物的总去除效率约为２０％，３６％和７５％，其中壁面吸附的贡献占１／６—１／４．颗粒越大，越容易穿越边界层，到
６２８金属学报４０卷表２夹杂物去除效率的统计结果（不考虑聚合／考虑聚合）了这些条件并不优越，因此夹杂物的碰撞长大并不明显Ｔａｂｌｅ２Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎｆｎｏｃｏａ－
ｌｅｓｃｅｎｃｅ／ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）
Ｉｎｉｔｉａｌｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｉｎｃｌｕｓｉｏｎ
ＴｏｔａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｎｕｍｂｅｒＮｔ
２００５００８００９００
达壁面，因此，吸附的贡献越大．另外，碰撞长大对２０，４０和６０＃ｍ夹杂物去除的贡献分别约为４％，３％和３％，小于５％．这与以前的报道不同［６，９｜，由于夹杂物碰撞长大并不明显，这个结果看来是可信的．
４结论
本文把颗粒随机轨道模型和聚合动力学结合，在Ｌａ＿ｇｒａｎｇｅ框架下提出了连铸中间包中夹杂物去除的一个统计模型，对中间包的三维流场、夹杂物的运动和去除进行了数值和Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模拟，考察了Ｓｔｏｋｅｓ上浮、碰撞聚合、壁面吸附等各种因素对夹杂物去除的影响，计算结果表明：
（１）通过浮力上浮，是中间包中夹杂物去除的主要方式，壁面吸附、碰撞聚合增进了夹杂物的去除效果．在本中间包中，２０，４０和６０ｐｍ夹杂物的去除效率约为２０％，３６％和７５％，其中壁面吸附的贡献占１／６—１／４，碰撞长大的贡献小于５％．
（２）较高的氧含量、较强的搅拌以及足够的停留时间，是夹杂物碰撞长大的基本条件，中间包的特殊位置决定
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连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型
作者：张邦文， 邓康， 雷作胜， 任忠鸣
作者单位：上海大学上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072
刊名：
金属学报
英文刊名：ACTA METALLURGICA SINICA
年，卷(期)：2004,40(6)
被引用次数：20次
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/087507630.html,/Periodical_jsxb200406013.aspx
钢中夹杂物控制原理 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式 T[O]=[O]溶+[O]夹 （1）转炉吹炼终点： [O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm [O]溶决定于： l 钢中[C]，转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图 l 渣中(FeO)； l 钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄 C–Fe的选择性氧化平衡点 根据式 [C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–2.002 以及反应 [Fe] + [O] = （FeO） (2) lg aFeo/[%O] = 6317/T – 2.739 得到反应（FeO）+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+4.736 结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C] < 0.035％时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。 理论分析
1）终点 时钢水的 当终点[C]在0.02～0.04Ⅰ）有些 2）温度对氧含量的影响 200400 600800100012001400 16001800160016201640166016801700172017401760 终点温度（℃）终点氧含量（p p m ）
在终点[C] = 0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。 渣中（FeO+MnO ）增加，终点[O]有增加趋势；
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 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
夹杂物的生成及控制 作者：shicm 发表日期：2007-5-28 阅读次数：763 1 非金属夹杂物情况及分类 按其化学成分组成和结构可以分以下几类 （1）氧化物夹杂：单一金属氧化物、硅酸盐、尖晶石和各种钙铝酸盐； （2）硫化物夹杂：MnS、CaS等，在轧制过程中具有良好的变形能力； （3）磷化物夹杂：CaP、BaP等还原脱磷产物，在一般钢种中较少出现； （4）氮化物夹杂：TiN、ZrN等夹杂物，是钢液从大气中吸氮的产物； （5）含不同类型夹杂物的复合夹杂。 按其来源主要分为两类： （1）外来夹杂物，主要来源为炉渣卷入钢液形成的卷渣、钢液或炉渣与炉衬耐火材料接触时的侵蚀产物、铁合金及其它炉料带入的夹杂等等，在浇铸过程未及时上浮而残留在钢中，它偶然出现，外形不规则，尺寸大，危害极大；（2）内生夹杂物，在液态或固态钢中，由于脱氧和凝固时进行的各类物理化学反应而形成的，主要是和钢中氧、硫、氮的反应产物,它的形成有四个阶段，钢液脱氧反应时形成的成为原生（一次）夹杂；出钢和浇铸过程中温度下降平衡移动时形成的成为二次夹杂；钢水凝固过程中生成为再生（三次）夹杂；固态相变时因溶解度变化而生成的成为四次夹杂；由于一次、三次夹杂生成和析出的热力学和动力学条件最有利，因此可以认为内生夹杂大部分是在脱氧和凝固时生成的，因此控制夹杂最主要的就是要加强脱氧和严格防止二次氧化。（3）一些尺寸较大的多相复合结构的夹杂物，有时是不同类型的内生夹杂复合而成，有时则是内生夹杂物与外来夹杂物互相包裹而形成的。 为了方便生产评级和比较，按照标准评级图显微检验法根据夹杂物形态和大小分布将夹杂物分为A、B、C、D、DS五类， 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: —A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； —B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)； —C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； —D类(球状氧化物类，如钙铝酸盐)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； —DS类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 每类夹杂物又根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成粗系和细系两个系列，每个系列由表示夹杂物含量递增从0.5至3级的六个等级图片组成，根据100倍显微视场下与标准图谱对比，来确定夹杂物级别。
钢夹杂物危害及应对措施 一、前言 钢铁业是几乎所有重工业的基础与支柱，在国民经济中的重要性不言而喻。钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。从纪元年代前后，世界主要文明地区陆续进入铁器时代以后，钢铁材料在人类生产、生活、战争中起到了举足轻重的作用。一直到今天，钢铁材料的这种作用不但没有减弱，而是在不断增强。房屋建筑、交通运输、能源生产、机器制造等都是立足于钢铁材料的应用基础之上；钢铁材料是诸多工业领域中的必选材料，既是许多领域不可替代的结构材料，也是产量最大覆盖而极广的功能材料。钢铁工业长期以来是世界各国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的地位，钢铁工业发展水平如何历来是一个国家综合国力的重要指标。 洁净钢是一个相对概念，一般认为：洁净钢指钢中五大杂质元素(S 、P 、H 、N 、O) 含量较低,且对夹杂物(主要指氧化物和硫化物) 进行严格控制的钢种, 主要包括：钢中总氧含量低，夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少及其合适的夹杂物形态。钢的纯净化技术是生产高性能、高质量产品的基础，代表钢铁冶金企业的技术装备水平。20 世纪80 年代以来，钢的洁净度不断提高。日本2000年批量生产的洁净钢中，有害元素(P、S、N、O、H) 总量可达0.005 %，中国宝钢可达0.008 %,国内外钢厂生产洁净钢水平见表1 表1 国内外一些钢厂生产的洁净钢水平单位: ×10 - 6
随着现代科技的进步和现代工业的发展对钢的质量要求越来越高，钢中夹杂物（主要是氧化物夹杂）严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出苛刻的要求。钢中夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。 钢中的夹杂物对于钢材性能影响很大例如钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响。随着钢铁工业的不断发展，对钢的性能及其化学成分、组织均匀性的要求越来越高。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性能高的方向发展，其中洁净度钢的生产是2l世纪钢铁企业面临的重大课题。 二、钢中夹杂物的分类 分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。 (2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段： ①一次夹杂：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物； ②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物； ③三次夹杂：凝固过程中生成的夹杂； ④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。 一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单
钢中夹杂物去除技术的主要进展有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和NK-PERM法；电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术。 1.气体搅拌 1）钢包吹氩吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼技术手段之一。通过产生氩气泡去除夹杂物，最佳气泡直径为2-15mm。为去除钢中的细小夹杂物颗粒，需要钢液中制造直径更小的气泡。研究发现，在钢包和中间包之间的长水口吹氩，该处湍流强度很高，产生的剪切力将气泡击碎，将大气包分成0.5-1mm的细小气泡。这种方法可以提高去除夹杂物的效率。 2）中间包气幕挡墙通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹入气泡，与流经此处钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液目的。该法在德国NMSC公司得到应用， 50-200μm大尺寸夹杂物全部去除，小尺寸夹杂物去除效率提高50%。此外，新日铁对其进行了改进，研制了一种旋转喷嘴，借助耐火材料的旋转叶轮，使气泡变得更小，50μm以下夹杂物颗粒明显得到减少。 3）NK-PERM法该法是日本钢管公司开发的精炼法，采用顶吹喷枪和包底透气砖吹氩和氢至（150-400）×10-6，然后在RH真空循环脱气装置中脱气去夹杂。与传统的钢包吹氩相比，钢中夹杂物平均尺寸明显减少，且直径在10μm以上的夹杂物颗粒全部去除。 2.电磁净化 1）钢包电磁搅拌由瑞典的ASEA与SKF公司开发，电磁搅拌在降低20μm 以下的非金属夹杂物与吹氩搅拌相比具有显著的优越性，此外，电磁搅拌流场基本无死角，另外该法生产的钢总氧含量小于20×10-6。 2）中间包分离技术夹杂物和钢液之间存在密度差，可以用离心场分离夹杂物。日本进行了这方面研究，离心流场中间包分为圆筒形旋转室和矩形室，钢水由钢包长水口进入旋转室，在旋转区受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋转区底部出口进入矩形室浇铸。离心搅拌后总氧含量小于15×10-6，夹杂物总量减少约一半。 3）结晶器电磁制动利用向上的电磁力阻止从浸入式水口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透深度，促使夹杂物上浮分离。近年来，日本川崎公司开发出了全幅三段电磁制动技术，将下段磁场应用于二次制动，采用后，即使在2.5m/min以上的高速浇铸时，也不会有卷渣发生。 3.渣洗
摘要:分析了连铸坯中夹杂物的来源和浇注过程中的二次氧化问题。介绍了国内外先进炼钢厂(新日铁、JFE、克鲁斯、迪林根、浦项和宝钢等)中间包夹杂物的去除与控制措施。通过增大中间包容量、采用H型中间包或离心流动中间包、设置中提供间包气幕挡墙和中间包控流装置,优化中间包结构。通过采用中间包密封吹氩技术控制中间包开浇的二次污染;采用汇流旋涡抑制器防止中间包浇注过程中卷渣;采用碱性包衬和碱性覆盖剂、中间包无氧化烘烤与电磁感应加热、中间包连续真空浇注处理和电磁过滤,可以降低钢水二次污染,防止二次氧化,促进夹杂物上浮,提高铸坯的质量。 前言随着用户对钢材质量要求的进一步提高,中间包的精炼功能也越来越受到人们的关注。作为设置在钢包和结晶器之间的冶金反应器,中间包除了实施钢水分配、稳定注流和保证连浇的基本功能外,还可以作为钢水的精炼容器。通过中间包冶金,可以防止钢水二次氧化和吸气、改善钢水流动状态、防止卷渣和促进夹杂物上浮、微调钢水成分、控制夹杂物形态和精确控制钢水过热度。中间包冶金对提高连铸机作业率和优化作业、顺利多炉连浇、扩大连铸品种改善铸坯质量等均起到重要作用。 1连铸坯中夹杂物的来源从炼钢生产流程来看,铸坯的洁净度主要取决于钢水进入结晶器之前的炼钢、精炼和中间包冶金工序,钢水中夹杂物的主要来源是内生夹杂物和外来夹杂物。 1 . 1内生夹杂物内生夹杂物主要是脱氧产物,是钢中的合金化元素与溶解在钢水中的氧以及硫、氮的反应产物。如铝镇静钢,脱氧产物以Al 2O3为主;硅镇静钢,脱氧产物以MnO?Si O 2 为主;钙处理钢,脱氧产物以mCaO?nAl 2O3、mCaO?nAl 2O 3 ?X为主;钛处理钢,脱氧产物以Ti O2、Al 2O3、Ti N、Al 2O3 与Ti N复合夹杂物为主。 内生夹杂物数量多,颗粒较小(一般小于10μm) ,分布较均匀,成分简单,对钢的质量危害较小。 1 . 2外来夹杂物外来夹杂物是指从炼钢到浇注的过程中,二次氧化产物和机械卷入钢中的各种氧化物。外来夹杂物数量少,尺寸较大,多在30～300μm,成分复杂,在钢中呈偶然分布,对钢质危害大。浇注过程中的二次氧化源有空气(主要是钢水裸露吸氧、注流与空气接触和注流卷入空气吸氧)、转炉下渣、钢包顶渣和中间包覆盖剂、耐火材料等。与中间包工序相关的二次氧化问题如下:(1)注流与空气接触吸氧注流比表面积与水口直径成反比,小方坯水口直径小,注流比表面积大,二次氧化严重。如果水口烧氧、散流,则二次氧化加剧。(2)注流卷入空气吸氧从钢包水口流出流到中间包的过程中,注流卷入空气的四种现象是:层流、脉动注流(层流→紊流过渡区)、注流表面锯齿状和紊流注流(注流表面粗糙)、注流变为液滴(吸氧速率比光滑注流大60倍)。(3)钢水裸露吸氧如果中间包表面积为5 m2,熔池深度0 . 7 m,由注流冲击引起的中间包钢水液面的裸露每 1 . 15 s就更新一次, 1 min内则要更新52次,裸露于空气中的钢水表面积为260 m2,。
钢中夹杂物的类型及控制技术发展 XX （河北联合大学冶金与能源学院，唐山，063009） 摘要：综合论述了钢中非金属夹杂物的按化学成分、形态、粒度、来源的分类以及控制夹杂物含量时所采用的气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙、电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动、过滤器技术、超声处理技术和渣洗技术，并针对钢中夹杂物的控制技术的优、缺点进行了简要的归纳。随着氧化物冶金工艺纯净钢产品的开发,夹杂物去除技术的不断进步,非金属夹杂物的控制技术仍面临着新任务。 关键词：非金属夹杂物；夹杂物类型；控制技术 Types and Progress on Technique for Removel of inclusions in steel XX (College of Metallurgy and Energy Hebei United University, Tangshan 063009) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing, ultrasonic technique ,and filter technique. Key words：non-metallic inclusions Typesof inclusions, Technique for Removel of inclusions 1引言 钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐或氮化物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化
钢中夹杂物浅析 1. 钢中夹杂物的分类 1.1 根据钢中非金属夹杂物的来源分类 （1）内生夹杂物钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中，它是金属在熔炼过程中，各种物理化学变化而形成的夹杂物。内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。 （2）外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物。如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，其中也包括加入的熔剂。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大，分布也没有规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。 1.2 根据夹杂物的形态和分布，标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: （1）A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； （2）B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)； （3）C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； （4）D类(球状氧化物类)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3),黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； （5）DS 类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 2. 钢中夹杂物主要类型及特征 2.1 硫化物
夹杂物,即相对于基体而言，属于杂质，外来物；析出物，即从基体中析出的，属于内在物。 从化学成分上讲，夹杂物的成分和基体不一样，属于杂质；而析出物的成分和基体相同，只是相关元素的比例不同赞同第一句。析出物也不是内部的，是游离元素在晶界聚集。 一般说来，我们把夹杂物的化学成分将其分为两类： 1 氧化物类夹杂物 又分为： ①简单氧化物如FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3、SiO2以及钛、钒、铌的氧化物等。 ②复杂氧化物其中尖晶石类夹杂物用化学式AO·B2O3表示(化学式中A表示二价金属,如镁、锰、铁等；B表示三价金属，如铁、铬、铝等)。这类化合物具有尖晶石MgO·Al2O3型结构,由此而得名。尖晶石类夹杂物为一大类氧化物,如MnO·Al2O3、MnO·Cr2O3、MnO·Fe2O3、FeO·Al2O3、FeO·Cr2O3、FeO·Fe2O3(Fe3O4)、MgO·Al2O3、MgO·Cr2O3、MgO·Fe2O3等。这些化合物都有一个相当宽的成分可变范围;实际遇到的尖晶石类夹杂物往往是多成分的。此类氧化物在工业用钢中比较常见。钙的铝酸盐如CaO·Al2O3、CaO·2Al2O3也属于复杂氧化物。但它们不具有尖晶石型结构,所以,不属于尖晶石型氧化物。 ③硅酸盐及硅酸盐玻璃通用化学式可写成ιFeO·mnO·nAl2O3·pSiO2。它们一般具有多成分形式。既可以是单相,也可以是多相。单相情况下,一般呈玻璃态。随脱氧情况的不同出现各式各样的硅酸盐如铁硅酸盐、铁锰硅酸盐、铁锰铝硅酸盐等。 2 硫化物夹杂 主要是FeS、MnS；此外,根据情况不同，可能出现CaS、TiS、稀土硫化物等。根据钢液的成分特别是钢液的脱氧程度，所形成的硫化物在铸态情况下具有不同形态：Ⅰ类是复合形式出现的硫化物(氧硫化物)，Ⅱ类是借共晶反应形成的硫化物，Ⅲ类是具有几何外形、任意分布的硫化物（图3）。 [b]而析出物并非成份与基体相同，而是合金钢在回火过程中由于合金元素和碳、氮元素的扩散、偏聚、结合产生的碳化物类，氮化物类。如VC,VN,NbC,NbN,TiC,TiN等等。 你所说的应该称之为偏析
钢中的非金属夹杂物分类方法如何？来源何处 2009-05-21 11:17 评论（0）浏览（289）一）分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)内在的：包括在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出，而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。 (2)外来的：包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣迸人钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。 一般说来外来夹杂物颗粒较人，在钢中比较集中，而内在夹杂物则一与此相反。 2．按化学成分分类，一般分三类。 (1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有时它们各自独立存在，有时形成尖晶石(如MnO.Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。 (2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe. Mn) S的固溶体。当加Al过多时可能以A12S3出现。 (3)氮化物：如TiN, ZrN 等 3．按夹杂物的变形性能分类，当钢进行热加工时，例如：轧制时，夹杂物此时是否也变形，它对钢的性能有明显的影响。为此，把夹杂物分为三类：(1)脆性：这类夹杂物完全没有塑性，在热加工时，尺寸和形状都没有变化，属于这一类的主要是A1203、Cr203等，‘它们属于高熔点
的夹杂物。 (2)塑性：钢在加工变形时，夹杂物也能随之变形，形成条状，属于这类的有硫化物以及含 SiO240--60％的铁、锰硅酸盐。 (3)球状（或点状）不变形：属于这类的有Si02 及SiO2 >70％的硅酸盐。 4．按尺寸大小分类，可分三类：(1)大型：尺寸> 100微米。 (2）中型：也叫显微型，尺寸1-100微米。(3)小型：也叫超显微型，尺寸＜100微米。 （二）钢中非金属夹杂物主要来源于： 1．钢中杂质氧化的产物、脱氧产物和钢在浇注与凝固过程中的反应产物、因溶解度下降的析出物； 2．原材料带人的杂质； 3．混人的炉渣或炉衬与浇注设备的耐火材料等。 来源：中国钢铁新闻网
张爱民 李建民 杨宪礼 关凤纯 蔡开科 (济南钢铁集团总公司) (北京科技大学) 摘 要 结合济钢实际生产,通过在炼钢和连铸过程的各个阶段加入不同的示踪剂及其成分含量变化情况,系统分析与深入研究了连铸坯中夹杂物的来源、大小和分布规律。 关键词 示踪剂 夹杂物 连铸坯 STUDY ON BEHAVIORS OF INCLUSION DURING SLAB C ASTING ZHANG Aimin LI Jianmin YANG Xianli (Jinan Iron and Steel Gro up Co.) GUAN Feng chun CAI Kaike (U niversity of Science and Technolog y Beijing) ABSTRACT In this paper,by adding different tr acer elements into slag and ladle and tundish lining,the inclusions so urce,size and distribution w ere studied. KEY WORDS tracer element,inclusion,CC slab 1 前言 夹杂物的来源是一个十分复杂的过程,在炼钢生产过程中,如何防止钢水污染,消除铸坯缺陷,减少连铸坯中的夹杂物含量,提高铸坯质量一直是冶金工作者研究的课题。本研究摸清了济钢现行板坯生产工艺条件下,从转炉→吹氩站→中间包→结晶器→铸坯全过程中夹杂物的水平及其演变规律,以确定钢中夹杂物水平在国内所处的档次。同时,采取了有针对性的改进措施和对策,以达到提高连铸坯清洁度水平的目的。 2 试验方法 采用示踪剂跟踪夹杂物的具体来源,在转炉出钢过程中,在钢包中配入渣量10%的CeO2,在中间包覆盖剂中配入渣量8%的Pr6O11,在钢包耐火材料中配入6%的La2O3,在中间包涂料中配入8%的ZrO2。通过以上4种示踪剂,跟踪钢包渣、钢包耐火材料、中间包覆盖剂和中间包涂料对铸坯中夹杂物的贡献。根据夹杂物中的Na和K的含量来判定结晶器保护渣对夹杂物的影响。对进行示踪试验的钢种Q235B分别在转炉、吹氩站、中间包、结晶器、铸坯等部位进行取样,使用低倍、化学、金相和电子探针等多种分析手段来进行检测分析。 试验过程中的具体工艺参数为,在25t氧气顶吹转炉冶炼,试验钢种为Q235B,采用双挡渣出钢。出钢时采用向钢包中加入高碳Mn-Fe240kg/炉, Si-Fe100kg/炉和Si-Al-Ba30kg/炉的脱氧合金化工艺。钢包容量为40t,钢包渣层厚度平均为55 m m,水口为高铝质。中间包为矩形结构,容量12t,表观停留时钢水液面不能低于700m m,包内无挡墙。连铸机结晶器为弧型结构,长度784mm,平均浇注速度为0.95m/min,板坯截面尺寸为200mm×1250mm。整个示踪试验共连续取样20炉,所有数据均为检测结果的算术平均值。 3 检测结果与讨论 3.1 吹氩对钢水清洁度的影响 经过钢包吹氩,钢水中的T[O]、显微夹杂和大颗粒夹杂物变化情况如表1所示。由表1可见,吹氩使得T[O]、显微夹杂和大颗粒夹杂物都有不同程度的降低。由此可见,保持良好的吹氩操作工艺,对去除钢中夹杂物尤其是大颗粒夹杂物非常显著。 y 联系人:张爱民,工程师,济南(250101)济南钢铁集团总公司技术中心
钢中非金属夹杂物的分类 (一) 夹杂物的来源 钢中非金属夹杂物按其形成原因可分为两类：即内生夹杂物和外来夹杂物。 内生夹杂物的来源主要有以下几个方面： (1) 脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，在钢液凝固前未浮出而残留在钢中。 (2) 出钢、浇注过程中钢水与大气接触，钢水中易氧化、氮化元素的二次氧化、氮化产物。 (3) 出钢至铸锭过程中，随钢水温度的下降，造成氧、硫、氮等元素及化合物溶解度的降低，因而产生或析出各种夹杂物。 一般的讲，内生夹杂物较为细小，合适的工艺措施可减少其含量，控制其大小和分布，但不可能完全消除。 外来夹杂物的主要来源有二个途径： (1) 冶炼、出钢及浇注过程中，钢水、炉渣及耐火材料相互作用而被卷入的耐火材料或炉渣等。 (2) 与原材料同时进入炉中的非金属夹杂物。 这类夹杂物一般较粗大，只要工艺、操作适当是可以减少和避免的。钢中常规检验遇到的夹杂物多数是内生夹杂物。 (二) 夹杂物的分类 1.按夹杂物的化学组成分类 通常根据夹杂物的化学组成可分为简单氧化物(如Al2O3，SiO2)；复杂氧化物(如FeO?Al2O3，CaO?Al2O3)；硅酸盐及硅酸盐玻璃(如2FeO?SiO2)；硫化物(如MnS，FeS)；氮化物(如TiN)；复杂夹杂如硫氧化物(Ce2O2S)，氟氧化物(LaOF)，氮碳化物(TiCN)，硫碳化物(Ti4C2S2)等。 钢中实际存在的夹杂物与钢的成分、冶炼过程、脱氧方法等因素有关。 2. 按夹杂物的塑性及分布分类 在生产检验中又根据夹杂物的塑性及分布特性分为脆性夹杂物、塑性夹杂物、点状不变形夹杂物。
(1) 塑性夹杂物热变形时具有良好的范性，沿变形方向延伸成条带状。属于这类的夹杂物有硫化物及含SiO2量较低的铁锰硅酸盐等。 (2) 脆性夹杂物热加工时形状和尺寸都不变化，但可沿加工方向成串或点链状排列。属于这类的夹杂物有Al2O3，Cr2O3等。 (3) 点状(或球状)不变形夹杂物铸态呈球状，热加工后形状保持不变，如SiO2及SiO2含量较高的硅酸盐等。 (4)半塑性夹杂物指各种复相的铝硅酸盐夹杂。基底铝硅酸盐有范性，热加工时延伸变形，但其中包含着的析出相如Al2O3等是脆性的，加工时保持原状或只是拉开距离。 除此之外，夹杂物还可根据化学稳定性的不同，分为易溶于稀酸，甚至在水中就能分解的不稳定夹杂物和在热的浓酸中才能溶解的稳定夹杂物。或按照钢的类型和成分分类等。
钢中夹杂物分析方法探讨 钢中夹杂物主要以非金属化合态存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀。夹杂物的几何形状、化学成分、物理性能等不仅影响钢的冷热加工性能和理化性能，而且影响钢的力学性能和疲劳性能。随着产品对夹杂物的分析提出更高的要求，需要建立适合生产现场的快速检测钢中夹杂的分析方法，以便降低钢中的夹杂含量，因此，对各种夹杂分析方法进行调研，并从单一和综合两方面进行分析。 单一方法 (1)金相显微镜观测法(MMO)。金相显微镜观测法是一种传统的方法，用光学显微镜检测二维钢样薄片，并且用肉眼定量。通过观察夹杂物的形状、光学特征或用化学法辅助，可以测定夹杂物类型，直接观测夹杂物的尺寸与分布情况，判断夹杂物的生成。 (2)图像扫描法(IA)。采用高速计算机显微镜扫描图像，根据灰度的断续分辨明暗区，比肉眼观测的MMO法大有改进，容易测定较大面积和较多数量的夹杂物，自动化程度高，可获得体积分数、粒度分布直方图、定量等信息，但有时易将非金属夹杂物引起的划痕、麻点和凹坑分析错，且易受尘埃干扰，细小夹杂可能从磨面脱落。 (3)硫印法。通过对富硫区进行腐蚀，区分宏观夹杂和裂纹。 (4)电解(蚀)法。该方法精确度高但费时，以钢样作为电解池的阳极，电解槽为阴极，通电后钢的基体呈离子状态进入溶液溶解，非金属夹杂物不被电解呈固相保留。较大的钢样(2～3kg)被电解，然后对电解泥淘洗、磁选、氢气还原分离铁，最后称量分级；较小的钢样(50～120g)被电解或稀酸溶解，将残渣经碳化物处理、过滤、灼烧，得到氧化物总量。马钢钢研所和北京科技大学成人教育学院运用大样电解法对钢样进行测定，并得到夹杂物不同粒度分布的百分含量。 (5)电子束熔炼法(EB)。在真空条件下，用电子束熔化钢样，夹杂物上浮到钢水表面。通常电子束熔炼查找的是上浮夹杂物特定区域。电子束熔炼的升级法(EB-EV)用来评估夹杂物尺寸分布，根据测定区域的上浮夹杂物尺寸，推断所有夹杂物的上浮结果，从而计算夹杂物尺寸分布指数。 (6)水冷坩埚熔炼法(CC)。在电子束熔炼的条件下，先将熔融钢样表面的夹杂物浓缩，冷却后，样品被分解，夹杂物被分离出来。 (7)扫描电子显微镜法(SEM)。将电子束用电磁透镜聚焦照射于试样表面，同时用电子束扫描，在显像管上显示出试样发出的信号，可清晰地观测到各种夹杂物的主体像，了解其分布和形态，用电子探针分析仪(EPMA)测定其组成及含量，特别是鉴定夹杂物局部组成最有效，可分析的元素范围4Be～92U，对0.1μm以上的区域进行定性分析，对2μm以上的区域进行定量分析。 (8)单火花光谱分析法(SSA)即原位分析仪。对被分析对象原始状态的化学和结构进行分析。通过对无预燃、连续扫描激发的火花放电所产生的光谱信号进行高速的数据采集和解析，测定样品表面不同位置的原始状态下的化学成分分布、缺陷判别和夹杂状态分析，可获得夹杂物数量、组成、分布和粒度等多方面的信息；一次扫描即可得到元素成分、偏析、疏松和夹杂的定量分布结果，扫描范围达300mm×200mm，分析灵敏度优于常规火花光谱分析，样品无需抛光及处理，分析结果显示方式丰富，除了以列表方式显示各项分析数据和计数外，还同时以二维和三维多种图形显示成分、偏析、疏松和夹杂的分析结果，可直接应用于冶金炉前分析，实现临线快速分析，当样品太少时不能反映大型夹杂。 (9)曼内斯曼夹杂物检测法(MIDAS)。又名LSHP法，先使钢样波动，以排除气泡，然后超声扫描检测固态夹杂物和固气复合夹杂物。 (10)激光衍射颗粒尺寸分析法(LDPSA)。采用激光技术检测其他方法(如定泥法)已检测出夹杂物的尺寸分布。
《山东冶金》 2005年第1期 连铸钢中的夹杂物 张立峰1，王新华2 （1 Department Mechanical and Industrial Engineering, University of Illinois at Urbana Champaign； 2 北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083） 摘 要：首先论述了连铸过程中夹杂物的来源，包括内生与外来夹杂，着重于二次氧化产物、卷渣、内衬侵蚀以及在内衬耐火材料上的夹杂物聚集；其次，论述了由夹杂物导致产品的各类缺陷，总结了目前评估钢洁净度的“技术状况”，讨论了多种直接和间接的方法。最后论述了在中间包和连铸机方面改善钢的洁净度的操作实践。 关键词：夹杂物；缺陷；板坯连铸机；工厂测试；检测方法 中图分类号：TG143.1+3文献标识码：A文章编号：1004-4620（2005）01-0001-05（接2004年第6期第5页） 夹杂物在内衬耐火材料表面上的聚集最明显的例子就是浇铸过程中的水口堵塞。 图17 气泡表面的点簇状夹杂物 图18 接触角、半径和压力对钢水中两个固体颗粒浸润力的影响 0.3m深钢液+1atm 1.0m深钢液+1atm 1.875m深钢液+1atm 图19 RH精炼加Al后3min和18min时 钢水中的夹杂物比较
2.4 钢液流动和凝固对夹杂物的影响 钢液流动、热传递与凝固均对连铸坯中夹杂物的分布有影响。对夹杂物的捕捉形成，一个应用较为普遍的指数是凝固前沿的临界生长速度，夹杂物捕捉有以下影响因素：夹杂物形状、密度、表面能、热传导性、冷却速率（凝固速率）以及凝固前沿的凸起条件。有文献称捕捉受拉应力和界面力（范德华力）控制。凝固速率越快，捕捉的可能性就越大。随着凝固时间的延长、偏析的减少和凝固前沿凸起度减小，捕捉的可能性降低。树枝晶间的空间大小对夹杂物捕捉有很大影响，与夹杂物的冲入、卷进和捕捉现象相关联。图20表示二次枝晶臂间距随时间和至ESR 铸锭表面距离的变化情况。当尺寸小于枝晶间距的颗粒接触凝固前沿时容易被捕捉。 图20 1800mm ESR 铸锭二次枝晶臂间距 3 钢材缺陷 连铸生产过程中与夹杂物有关的缺陷包括以下几种。 3.1 易拉罐飞边裂纹 低碳铝镇静钢易拉罐用钢如果冲压性能不好容易造成边部裂纹，同样轴和轴承存在疲劳寿命问题。在易拉罐制造加工过程中（冲压）造成飞边裂纹的夹杂物典型尺寸为50～150μm ，成分为CaO-Al 2O 3（图21a ）。这些夹杂物的主要来源是连铸中间包覆盖渣，在换钢包时卷入钢液。这类夹杂物的成分和低碳铝镇静钢连铸板坯中其他夹杂物的比较见图21b 。 图21 夹杂物造成的飞边裂纹 (a) 夹杂物形态和成分（夹杂物A 和B ：CaO 15%～30%, Al 2O 365%～85%, SiO 2<3.6%, MgO< 1.0%, Na 2O2%～8%）； (b)连铸板坯分离出的夹杂物相图关系（夹杂物类型出现的比率： 类型A (Ca-Al-Si-(Na)-O)：25%；类型B(Ca-Al-Si-(Na)-O)：10%； 类型C (Ca-Al-(Na)-O)：26%；类型D( Si-Ti-Ca-Al-Mn-O)：32%；类型E (Si-O)：8%） Byrne 和Cramb 认为，在这种缺陷中有两种类型的外来夹杂物。第一种含有较高的
钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响 常见元素主要有C、Si、Mn、P、S、N、H、O及其他非金属夹杂物。 碳（C）： 是对钢的性能影响最大的基本元素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的，随着钢中碳含量的增加，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内，碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高，超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。 硅（Si）： 硅在碳钢的含量≤0.50％。硅也是钢中的有益元素。在沸腾钢中，含硅量很低，硅是作为脱氧元素加入到钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12～0.37％。硅增大了钢液的流动性，除了形成非金属夹杂外，硅溶于铁素体中。随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 锰（Mn）： 在碳钢中，锰是有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。对于镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，可以同硫形成硫化锰，相当程度上降低硫在钢中的危害。锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。因此，精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。 磷（P）： 一般来说，磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷能提高钢的强度，但使塑性和韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低温变脆）。由于磷的有害影响，同时考虑到磷有较大的偏析，因而对其含量要严格的控制。但是在含碳量比较低的钢种中，磷的冷脆危害比较小。在这种情况下，可以用磷来提高钢的强度，如鞍钢生产的高强度IF钢就需要加入磷。另外，在适当的情况下，还利用磷的其他一些有益作用，如增加钢的抗大气腐蚀能力，如集装箱用钢；提高磁性，如电工硅钢；改善钢材的易切削加工性，减少热轧薄板的粘结等。 硫（S）: 一般来说，硫是有害元素，他主要来自于炼铁、炼钢时加入的原材料和燃烧产物，二氧化硫。硫最大的为危害是引起钢在热加工时开裂，即产生所谓的热脆。硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益作用。 氮（N）： 钢中的氮来自炉料，同时，在冶炼、浇铸时钢液也会从炉气和大气中吸收氮。氮引起碳钢的淬火时效和形变时效，从而对碳钢的性能发生显著的影响。由于氮的时效作用，钢的硬度、强度固然提高，但是塑性和韧性降低，特别是在形变时效的情况下，塑性和韧性的降低比较显著。因此，对于普通低合金钢来说，时效现象是有害的，因而氮是有害元素。但对于一些细晶粒钢以及含钒、铌钢，由于氮化物的强化细化晶粒作用，氮成为有益元素。另外，作为合金元素，氮在不锈耐酸钢中得到应用，此外，氮化处理方法能使机器零件获得极好的综合力学性能，从而使零件的使用寿命延长。 氢（H）：
冶金熔体 题目：钢液夹杂物的行为及去除 姓名： 王接喜 学号： 103511050 序号： 20 学院： 冶金科学与工程学院 专业： 有色金属冶金 完成时间： 2010- 12- 29 Central South University
钢液夹杂物的行为及去除 王接喜 （中南大学冶金科学与工程学院，长沙，410083） 摘要：钢液中夹杂物的行为涉及的内容很广，其基本的物理过程大致包括：形核、生长、聚合、传递等，夹杂物去除可以视为传递过程的结果。钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法；电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术。 关键词：钢液；夹杂物；生长；去除；中间包；电磁场 Behavior and removal of inclusions in molten steel WANG Jiexi, ZHOU Yongmao (School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha, China 410083) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, RH-NK-RERM method, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing and filter technique. Key words：molten steel, inclusions, growth, removal, tundish, electromagnetic field 引言 钢中非金属夹杂物事氧化物、硫化物、氮化物、硅酸盐等以及由它们组成的各种复杂化合物的统称[1]。根据国家标准，金属夹杂物分为五类，分别为以硫化物为主的A类、以氧化铝为主的B类、以硅酸盐为主的C类、以球形氧化物为主的D类和以单颗粒球为主的Ds类。 夹杂物的主要来源为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂包括四个方面：脱氧时的脱氧产物；钢液温度下降时S、O、N等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；固态钢镶边溶解度变化生成的产物[2]。 钢的内在质量与钢液的纯净度有很大的关系。钢液中的非金属夹杂物可导致产品性能的恶化、内在品质的下降，同时非金属夹杂物有助于气孔的形成，降低铸件的致密度[3]；夹杂物的存在破坏了基体的连续性，造成金属组织的不均匀，使金属的力学性能变差，对材料的加工(拉拔和深冲)性能、疲劳性能、表面质量和耐腐蚀性能等产生不利影响[4-5]；另外还使钢的冷热加工性能变坏。夹杂物还容易在壁面沉积，造成结晶器水口、RH上升和下降管堵塞，不仅降低冶金容器的寿命，而且直接危及生产的连续性和稳定性[6]。 由于非金属夹杂对钢的性能影响严重，因此在炼钢、精炼和连铸过程中，应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其形状和尺寸。减少钢中夹杂物，提高钢的洁净度可以显著改善钢材的延展性、韧性、抗腐蚀性等。