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洁净钢技术与工艺简介1 目标与目的 　　钢洁净度在钢铁应用的发展中是最重要的。钢的性能决定了它的用途与竞争能力，而化学成分和最终的显微组织确定了钢的性能。因此，不会有一个完整的洁净钢定义，它仅仅是与应用有关的一个术语。氧化物在改变钢的显微组织上扮演了重要角色，因此，成为本次研究的焦点。它们要么以钢水二次氧化的形式存在，要么以耐材或保护渣吸卷的方式进入钢中。因此，炼钢，尤其是二次冶金处理和连铸工序是实现所要求的洁净度的关键。 　　为判定最佳操作和建立科学的概念，收集了关于设备、工艺和控制方面的数据。这些数据来自22个国家的64套设备上，各个数据表包含了800条不同的信息，总共获得了5万余条可用信息。选择了低碳钢、超低碳钢、管线钢、高碳长材和弹簧钢进行研究，应用领域涵盖了汽车裸露件、管线和滚珠轴承等。比较工业实践仅仅是该项目的一个部分，此外，还进行了深入的文献调查，以确定今后的发展与进步。 　　氧化洁净度是优质钢最重要的一个指标。全世界在改进二次炼钢和连铸工艺技术方面付出了巨大努力。主要目的是要将钢水中夹杂物含量减少到最低程度，促进颗粒分离，避免被大气、炉渣和耐火材料二次氧化等。有害夹杂物一个主要成因是非常小的夹杂物在紊流区凝结，这出现在从大包到中间包、中间包再到结晶器传输钢水的过程。相反，外来非金属夹杂物源于炉渣夹带，因此，保护渣绝不能乳化进入钢水。这是对钢铁工业在这个艰难冶金领域里继续发展提出的挑战。 2 洁净钢 　　这次的研究不是要建立洁净钢的通用定义，因为洁净度是钢材使用的直接结果，对洁净度的要求各不相同。本次研究集中在氧化物夹杂方面。氧化物夹杂数量根据使用要求可以不同，但在位置、形状、分布和其它许多方面要仔细考虑。 　　一般而言，钢和食品一样干净。人们所不希望的成分浓度大约是百万分之的数量级。而且，钢中局部含有杂质不会影响使用。当讨论钢的洁净度时，氧化物夹杂是讨论的重点。氧化物颗粒是在生产加工中由脱氧、二次氧化生成的，或与各种容器的耐火材料反应形成的。多数颗粒能在钢包、中间包和结晶器中与钢水分离、熔入渣中。留在钢水中的氧化物颗粒非常小，只有几个微米。显微洁净度是用钢水中总氧含量定义的。必须假定这些显微夹杂对高性能钢是无害的。即便如此，显微洁净度仍具有重要的意义，它是紊流区凝聚形成宏观夹杂物的基础。钢材缺陷的起因通常是钢铁生产中必须避免的宏观夹杂物。夹杂物含量低是洁净钢的一个标准，但不是唯一的标准。 　　洁净钢的焦点是钢材及钢材的应用。就此面言，汽车裸露件、海上设施和冷拔钢丝所要求的洁净度有相当大的差别。应该认识到，随着产品厚度的减薄，这些要求也越来越严格。夹杂物的位置和变形扮演了重要的角色，二次冶金中的夹杂物工程是一个非常流行的控制夹杂物变形的手段。连铸坯夹杂物的位置受机器的设计和结晶器流动控制影响。宏观夹杂在连铸坯中是很少见的。50μm以上的宏观夹杂很难找到，因此，需要使用大型试样监测系统，这是唯一能实现大海捞针的可能手段。 　　当非金属夹杂物直接或间接地降低了加工性能或使用性能，则钢是不洁净的，当不存在这种影响时，则可以认为钢是洁净的，不用考虑非金属夹杂物的数量、种类、尺寸和分布等。 3 洁净钢基本特征和生产实践 　　洁净钢的任何定义都要包含它的使用要求，我们应该认识到，随着产品厚度的减薄，这些要求也越来越严格。因此对洁净钢的一种定义应该是，当非金属夹杂物直接或间接地降低了加工性能或使用性能，则钢是不洁净的，当不存在这种影响时，则可以认为钢是洁净的，不用考虑非金属夹杂物的数量、种类、尺寸和分布等。 　　非金属夹杂物的类型有两种，即内生夹杂物(脱氧或二次氧化时形成的氧化物)和外来夹杂物(来自卷入的炉渣或侵蚀掉的耐火材料)。内生夹杂物通常与钢水成分达成化学平衡，它们是自然发生的，因此只能降低不能完全消除。相反，外来夹杂物通常是与工艺相关的，因此可以通过适当的手段消除。 　　洁净钢生产就是要在各工厂特定的条件下控制夹杂物污染。尤其是在要求苛刻的应用领域，它的厚度非常薄，如帘线钢、超低碳IF钢或刀片钢等，则洁净钢操作必须严格贯穿整个生产流程。可用热力学模型帮助确立特定应用的夹杂物成分，强调实现这些所需要的工艺条件。实践中需要注意的主要是稳定操作、控制钢水氧势和在浇铸前分离夹杂物。在钢包向中间包以及中间包向结晶器输送钢水时，必须小心谨慎，避免钢水被空气二次氧化，还要注童降低各阶段的炉渣携带量。 　　中间包向结晶器分配钢水，在流动力学设计上要避免缩短流动路径，这有助于将夹杂物引向渣或耐材表面。连铸机采用适度设计并具有稳定流动模型后，夹杂物在结晶器内的上浮实现最大化，避免了突发事件和钢水的不稳定流动态，而且，磁流体力学技术可用来控制、改变、优化钢水在结晶器内的流动。 4 钢包操作 　　就氧化物洁净度的关注程度而言，高炉——转炉流程