钢洁净度_百度百科
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钢洁净度所属现代词，指的是钢成分中有害成分的多少的一个指标。
钢的洁净度是指钢成分中有害成分的多少的一个指标。是指钢中的非金属夹杂的数量、大小、分布对钢铁的性能没有什么影响。钢洁净度的评定和控制(一)
1　市场对洁净钢的需求逐年增加，除了要求降低钢中非金属氧化物夹杂含量和控制其形态、化学成分及尺寸分布外，还要求降低钢中杂质元素(如：S、P、H、N、甚至C)和痕量元素(如：As、Sn、Sb、Se、Cu、Pb及Bi)含量。钢材中的夹杂物可引起许多缺陷，例如，美国国家钢公司Midwest厂低碳铝镇静钢发生边部裂纹，经鉴定，该裂纹是由脱氧和二次氧化产物Al2O3夹杂、来自中间包覆盖剂的铝酸钙和夹带的结晶器保护渣而引起。纵向裂纹发生在带钢表面平行于轧制方向，裂纹可导致低碳铝镇静钢汽车板表面缺陷和可成型性问题，正如美国内陆钢公司4号BOF车间和国家钢公司大湖厂多项研究论文所述，钢中的铝酸盐夹杂物来自裹入结晶器的脱氧产物和复合非金属夹杂物。钢的洁净度取决于钢中非金属夹杂物的数量、形态和尺寸分布，因钢种及其用途不同而定义不同。
由于大型宏观夹杂对钢的机械性能危害最大，其尺寸分布非常重要。据报道，1kg典型的低碳铝镇静钢含107～109个夹杂物(其中，仅含80～130Lm夹杂物400个，130～200Lm夹杂物10个，200～270Lm夹杂物少于1个)。显然，检测少量大型夹杂物是非常困难的。尽管大型夹杂物在数量上比小型夹杂物少得多，但其总体积分数可能较大，有时一个大型夹杂物能引起整个一炉钢的灾难性缺陷。因此，洁净钢不仅要控制钢中夹杂物平均含量，而且还要避免夹杂物尺寸超过对产品有害的临界尺寸。由此，表2中列出了许多钢材对夹杂物最大尺寸的限定值。夹杂物尺寸分布的重要性在图1中得到了进一步解释。测试结果表明，大于30Lm的夹杂物由钢包内的1.61×10-4%降到中间包的0.58×10-4%。因此，尽管钢包内钢水总氧含量稍高且夹杂物总量较多，中间包内的钢水还是较洁净的。
图1　钢包和中间包内Al2O3夹杂物尺寸分布非金属夹杂物来源很多，包括：(1)脱氧产物。例如低碳铝镇静钢内的主要夹杂物是Al2O3，该夹杂物因钢中溶解氧与加入的脱氧剂(如Al)化学反应而产生，Al2O3夹杂在富氧环境下生成，形状呈树枝状，其中可能也包括一些较小的Al2O3颗粒碰撞聚集物。(2)二次氧化产物。例如钢水中残留的[Al]被渣中FeO氧化或暴露在大气中氧化生成Al2O3。(3)出钢时带入的冶金炉渣。通常为球形液态夹杂。(4)其它来源的外来夹杂物。如飞灰、剥落的耐火砖衬和陶瓷炉衬颗粒。这类夹杂物通常尺寸大且形状不规则。它们常常作为Al2O3非均质形核的晶核并夹带某些颗粒。(5)化学反应产物。如用Ca改质处理夹杂物时，反应进行不正常时出现的产物。控制钢的洁净度贯穿炼钢工艺的各项操作，内容包括：脱氧和合金化的时间及地点、炉外精炼的程度和顺序、搅拌和倒包操作、保护浇铸装置、中间包几何形状及操作、各种冶金熔剂的吸收能力以及浇铸操作。钢的洁净度问题在各类相关文献中都是备受关注的。1980年Kiessling首次全面综述了关于钢锭内夹杂物和痕量元素的控制及评价方法。这一学术领域由Mu、Holappa和Cramb提出最新论述，内容增加了热力学条件。本文介绍了钢洁净度技术的最新进展，首先回顾了钢的洁净度的评价方法，接着概述了世界许多钢厂对低碳铝镇静钢的洁净度、总氧含量T.[O]和吸氮的间接测量。最后叙述了钢包、中间包和连铸操作中，提高钢的洁净度的操作实践。本文收集了许多关于钢的洁净度的数据，目的是为洁净钢生产提供有用的信息，焦点是控制Al2O3夹杂。2　钢洁净度的评价方法研究和控制钢的洁净度的关键是其精确的评价方法，在炼钢生产的各个阶段测定夹杂物的数量、尺寸分布、形状和化学成分。尽管测定技术有多种(有精确而昂贵的直接测定法，还有快速而廉价的间接测定法)，只有可靠性是相对的选择依据。2.1　直接测定法钢的洁净度的一些直接测定法概述如下：(1)金相显微镜观测(MMO)。这是一种传统的方法，用光学显微镜检测二维钢样薄片，并且用肉眼定量。整理整个试样复合型夹杂物检验结果时，提出问题。例如，由于较小的一簇夹杂物在整理试验结果时可被忽略。但是，用这种方法数小夹杂物太浪费时间，而大型夹杂物又太少。尽管有些方法二维结果与三维实际情况相关，问题还是很多。(2)图像扫描(IA)法。该法采用高速计算机计算显微镜视频扫描图像。根据灰度的断续分辨明暗区，比肉眼观测的MMO法大有改进，很容易测定较大面积和较多数量的夹杂物。但是，有时容易将非金属夹杂物引起的划痕、麻点和凹坑弄错。(3)硫印法。这种方法通用而廉价。通过对富硫区进行腐蚀，区分宏观夹杂和裂纹。该法的问题与其他二维方法相同。(4)电解(蚀)法。这种方法精确度高但费时。较大的钢样(200g～2kg)完全被酸(HCl)溶解，然后收集残留的非金属夹杂物，以便计算和进一步分析。另外，为了保留非金属夹杂物FeO，将浸入FeCl2或FeSO4溶液的钢样通电溶解。这种方法适合观测单个且完整的夹杂物。(5)电子束熔炼(EB)法。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。已开发出了电子束熔炼的升级法(EB-EV)，用来评估夹杂物尺寸分布。此法靠测定几个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，再冷却后，样品被***，夹杂物被分离出来。这种方法靠减少溶解金属的体积分离夹杂物。(7)扫描电子显微术(SEM)。这种方法可清晰地观测到每种夹杂物的三维组织结构和化学成分，用电子探针分析仪(EPMA)检测化学成分。(8)脉冲鉴别分析光谱测量法(OES-PDA)。光学发射光谱测量法是分析钢中溶解元素的传统方法。Ovako钢公司采用这一技术在取样10min之内分析出总氧含量、微小夹杂物尺寸分布和化学成分。为了检测固态夹杂物，作发射火花的闪光记录。为了优化铁元素的基础发光信号和夹杂物的干扰发光信号比值，定义了电信号的特征曲线。高强度[Al]火花峰值就是脉冲鉴别分析指数。(9)曼内斯曼夹杂物检测法(MIDAS)。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，这一方法被重新发现，命名为LSHP法。(10)激光衍射颗粒尺寸分析法(LDPSA)。采用这项激光技术检测其他方法(如淀泥法)检测出的夹杂物的尺寸分布。(11)常规的超声波法(CUS)。该法可以确定固态钢样内大于20Lm的夹杂物尺寸分布。(12)锥形样品扫描法。此法用螺旋运动检测仪(如超声系统)自动扫描连铸产品的圆锥形样品表面每个位置的夹杂物。(13)分级热***法(FTD)。不同氧化物夹杂在不同温度还原，如氧化铝基氧化物还原温度为1400℃或1600℃，耐火材料夹杂物还原温度为1900℃，总氧含量为每个加热步骤测出的氧含量之和。(14)激光显微探针质谱分析法(LAMMS)。用脉冲激光束照射每个颗粒，选择电离临界值之上最低激光强度值作为其化学状态特征光谱图。通过与标样比较，激光显微探针质谱分析的强度峰值与每个化学元素对应。(15)X2射线光电子光谱法(XPS)。此法采用X2射线检测尺寸大于10Lm的夹杂物化学状态。(16)俄歇电子光谱法(AES)。采用电子束检测夹杂物化学状态。(17)光电扫描法。分析用其他方法分离出来的夹杂物的光电扫描信号，以监测其尺寸分布。(18)库尔特计数分析法。这种方法与LIM2CA法相似，可检测电蚀法分离出的夹杂物尺寸分布。(19)液态金属洁净度分析法(LIMCA)。这种方法用传感器在线直接检测钢液中的夹杂物。由于穿过空隙进入传感器的夹杂物颗粒能改变空隙断面的电导率，检测电导率的变化便可检测夹杂物。(20)钢水超声技术。此法吸收超声脉冲反射信号，在线检测钢中夹杂物。2.2　间接方法根据成本、时间要求和取样的难度，钢铁工业通常采用检测钢中总氧、吸氮和其他的间接方法测量钢的洁净度。2.2.1　定氧钢的总氧含量是溶解氧和非金属氧化物夹杂结合的氧之和。用定氧传感器很容易测定溶解氧[O]，用脱氧元素(如铝)化学反应平衡热力学控制钢中的总氧。铝和氧反应平衡条件如下：logK=log([Al]2[O]3)=-62780/T(K)+20.54(1)例如：℃)时，K=1.05×10-13，如果[Al]=0.03%～0.06%，溶解氧[O]为(0.0003%～0.0005%)。由于溶解氧含量不是很多，可间接地测定钢中氧化物夹杂的氧含量，以其代替总氧含量。钢中大夹杂物占少数，且定氧用钢样尺寸太小(约20g)，样品内几乎无大的夹杂物，既使一个样品内有一个大夹杂物，由于读数异常地高，数据很可能大打折扣。因此，总氧含量实际上代表小型氧化物夹杂中的氧含量，而不是大型氧化物夹杂含量。然而，总氧含量低会降低大型氧化物夹杂存在的可能性，如图2所示。可见，总氧含量指标仍非常重要，且通常标志着钢的洁净度。如图3所示，检测到的钢水样内的总氧含量与产品的裂纹发生率明显有关。尤其是中间包取样成分标志着处理板坯的洁净度。如日本川崎钢公司要求中间包钢水样T.[O]低于0.003%的条件下，可保证冷轧薄板供货免检;0.003%～0.0055%为要求检验的临界值;0.0055%以上的炉次要改判。一些钢厂生产低碳铝镇静钢各工序钢中T.[O]控制水平如表3所示(表3空格部分意味着参考文献中无合适的数据)。
图2　钢中总氧含量和宏观夹杂之间的关系图3　中间包内总氧含量与产品裂纹指数间的关系
从表3可以得出下述结论：(1)随着新技术的实现，低碳铝镇静钢中T.[O]含量逐年降低。例如，新日铁钢中T.[O]从1970年的0.004%～0.005%降低到1990年的0.002%。(2)RH处理的钢水T.[O](0.001%～0.003%)比钢包气体搅拌T.[O](0.0035%～0.0045%)含量低。(3)随着工序的进行，T.[O]逐步降低，依次为：钢包0.004%、中间包0.0025%、结晶器0.002%及板坯内0.0015%。2.2.2　吸氮检测　不同炼钢容器内(尤其是钢包和中间包)，钢中含氮量不同说明倒包过程吸氮。例如，Weiton钢厂洁净钢生产要求从钢包到中间包吸氮上限为0.001%。脱氧后，钢中溶解的氧含量低使其迅速吸氮，因此，通过检测吸氮，可以间接粗略检测吸氧。二次氧化导致的钢的洁净度和产品质量问题如图3、4所示。值得注意的是，硫是减少吸氮和氧化的表面活性元素。
图4　吸氮和总氧含量与钢的质量指数的关系
表4总结了几个钢厂生产低碳铝镇静钢时每道工序的吸氮情况，由表3、4可以得出如下结论：(1)通过采用新技术和改进操作，吸氮逐年降低。如法国索拉克钢公司敦刻尔克厂，中间包到结晶器钢水吸氮从1988年的0.0009%降低到1992年的0.0001%。(2)一般而言，钢包到结晶器钢水吸氮可控制在0.0001%～0.0003%，通过优化倒包操作可减少浇铸期间吸入的空气，将吸入空气控制在0.0001%以下，保护浇铸对吸氮的作用将在下文讨论。(3)多数钢厂将低碳铝镇静钢的氮含量控制在0.003%～0.004%，主要靠炼钢转炉或电炉操作加以控制，但也受炉外精炼和保护浇铸操作的影响。2.2.3　溶解铝减少值的检测对低碳铝镇静钢而言，钢中溶解铝的减少意味着发生了二次氧化。然而，由于铝也能被炉渣二次氧化，所以检测溶解铝的降低值比检测吸氮精度低。2.2.4　炉渣成分检测分析每项操作前后炉渣成分的变化，可检测出夹杂物被炉渣吸收的情况。另外，通过观测渣中痕量元素变化和夹杂物成分，可检测出每炉钢炉渣中夹杂物。2.2.5　检测浸入式水口结瘤因结瘤引起的浸入式水口寿命缩短，一般说明钢水的洁净度低。众所周知，低碳铝镇静钢内少量Al2O3夹杂就能引起水口堵塞。连铸低碳铝镇静钢结瘤物典型成分为：Al2O351.7%，Fe44%，MnO2.3%，SiO21.4%，CaO0.6%。
钢洁净度的评定和控制(二)
3　洁净钢的生产实践
钢的精炼和连铸操作严重影响钢的洁净度。例如，索拉克敦刻尔克厂对去除夹杂物进行了系统的研究，结果表明:尽管二次氧化时有发生，钢包处理可减少夹杂65%～75%，中间包可去除夹杂20%～25%，而结晶器去除夹杂物的作用较小，只能去除夹杂5%～10%。
3.1　钢包操作
3.1.1　出钢氧含量
在出钢期间或加脱氧剂之前测定钢包内钢水的氧含量，出钢时钢水氧含量明显地高，威尔顿厂为0.045%～0.08%，国家钢公司大湖分厂为0.08%～0.12%，新日铁为0.025%～0.065%。加铝脱氧后，产生大量的Al2O3。按这样推理，为了生产洁净钢，我们就可以假定通过限定顶吹氧含量来实现。但是，如图5所示，顶吹氧量和钢的洁净度没有相关性。这与液态钢样总氧含量的研究结果相一致。发现加铝脱氧后，形成的大量氧化铝簇夹杂物有85%能稳定上浮到钢包渣中，残留的簇状夹杂物尺寸小于30mm。因此，不管出钢氧含量取决于夹杂物的上浮时间，还是取决于钢包精炼的可能性，都能去除大多数夹杂物。图6示出了RH处理期间钢中总氧含量随着脱气时间的延长而降低的情况。不管出钢时氧含量差别多大，处理终点的总氧含量T.[O]都达到同一水平。为达此目的，脱气时间必须足够长，例如15min。生产超低碳钢时，出钢氧含量严重影响脱碳速度。
3.1.2　渣中FeO和MnO
钢水二次氧化的重要原因是转炉出钢带渣进入钢包，转炉渣富含FeO和MnO。这些氧化物同钢水中溶解[Al]发生氧化反应，生成Al2O3，对下述反应的热力学条件非常有利:
3FeO+2[Al]=Al2O3+3[Fe]
△Gl0=-.9T(J/mol)(2)
3MnO+2[Al]=Al2O3+3[Mn]
△Gl0=-.4T(J/mol)(3)
图5　出钢时氧含量与中间包最终氧含量之间的关系
图6　出钢时氧含量与RH脱气期间钢包脱氧的关系
氧含量检测值为0.0524%；1--氧含量初始计算值为0.03%；
2--氧含量初始计算值为0.05%；3--氧含量初始计算值为0.07%
钢包渣中FeO和MnO含量较高，二次氧化位能大。反应生成物为Al2O3夹杂。钢材中的许多裂纹源于钢包渣中的FeO引起的二次氧化的产物。图7示出钢包中总氧含量与钢包渣中FeO+MnO含量的相关性。图8示出钢包渣中FeO和MnO含量对溶解铝降低值的影响。图9示出钢包渣中FeO+MnO含量对中间包内钢水总氧含量T.[O]的影响。
图7　钢包渣中FeO+MnO与钢包内钢水总氧量之间的关系
图8　钢包渣中FeO含量对降低溶解[Al]的影响
(从钢包到结晶器和从钢包到中间包)
图9　钢包渣FeO+MnO含量对中间包钢水总氧含量的影响
FeO+MnO检测值为15.7%；1--FeO+MnO计算值为2%；
2--FeO+MnO计算值为15.7%；3--FeO+MnO计算值为30%
为了减少FeO和MnO的污染，采取了如下对策:
(1)最大限度地减少出钢时带入钢包的渣量。
提高停吹碳目标命中率，避免补吹，从而将钢水中溶解的氧含量降至最少，以降低炉渣中FeO含量；BOF采用副***，从根本上降低补吹频率；采用高效的机械挡渣设备，如挡渣球(浮在钢水和炉渣界面之间)，有助于减少出钢带入钢包的渣量(约3kg?t钢)，也可采用一些传感器。出钢后，钢包厚渣层引起了大量渣携带问题。例如，美国内陆钢公司第4BOF车间标准钢种通过机械扒渣使钢包炉(LMF)渣层厚度低于40mm。1993年LTV钢公司克力夫兰厂最后钢包渣平均厚度为75mm，LTV钢公司印第安那Harbor厂低碳铝镇静钢钢包渣层厚97mm，高强度低合金钢钢包渣层厚135mm，要求增碳条件的钢种渣层厚140mm；台湾中钢炼钢厂钢包渣层厚度为30～100mm；中国武钢炼钢厂2号转炉钢包渣层厚100～130mm；而加拿大阿尔戈马钢厂扒渣前钢包渣层厚75mm，扒渣后为25mm。
(2)钢包渣还原处理。
埃米发现，出钢带渣最少化同添加碱性钢包渣和采用碱性包衬相结合，可降低渣中FeO+MnO含量达1%～2%；低碳铝镇静钢可降低总氧含量0.001%。降低钢包渣中FeO+MnO含量的另一个办法是添加炉渣调节剂(即将炉渣还原或脱氧处理)。炉渣调节剂一般使用的是铝和煅烧石灰石或石灰石的混合物。表5总结出世界上几个钢厂钢包渣还原处理之后FeO+MnO含量的下降值。处理后平均降低约5%。据法国索拉克敦刻尔克厂报道，采用该措施可明显提高带卷的洁净度。
3.1.3　RH处理和钢包搅拌的作用
钢包搅拌和精炼过程(如RH钢包脱气)大大地促进了夹杂物的长大和去除。各类钢包处理对板坯夹杂物含量的影响如图10所示。这些数字表明，对提高钢水洁净度而言，RH真空处理比钢包氩气搅拌优越，结果参见表4。喷Ca粉和增加搅拌力，促进了脱氧和液化夹杂物，具有明显的效益。据Haastert报道，某厂采用RH脱气和Ca处理，将T.[O]降低到0.00.5%。NK-PERM工艺(NKK的RH改进工艺)脱气20min之后，可将低碳铝镇静钢的总氧T.[O]降到0.0005%。但是，过度搅拌是不利的。当钢水向上循环到渣层之上时，可能使钢水表面暴露出一个“眼睛”区，使钢水产生二次氧化。
图10　不同的钢包处理法对板坯夹杂物含量的影响
加入合金后，充足的搅拌时间(&10min)也是很重要的，能使Al2O3夹杂循环上浮到渣中而去除。然而搅拌时间不能太长，就象Atlas不锈钢厂报道的那样，会冲蚀炉内耐火材料。这种现象已被托马斯等人从理论上证明过。初期的强搅拌促使小夹杂物相互碰撞长大形成大夹杂物，接着“终搅拌”钢水慢速循环，便于将碰撞形成的较大夹杂物排除到渣中。
3.2　中间包操作
图11　连铸中间包内的现象
1--由空气引起的氧化和吸氮；2--由渣中FeO、MnO和SiO2引起的[Al]氧化和钢水中夹带的Al2O3；
3--溶解剥落中间包耐火材料、[Al]、SiO2及FeO反应产物；4--脱氧反应和夹杂物去除
图11示出了改进中间包操作后发生的现象。
影响钢的洁净度的因素如下:
(1)浇铸过度；(2)中间包衬耐火材料；(3)中间包覆盖剂；(4)搅拌气体；(5)中间包钢水流控制。
3.2.1　浇铸过度
浇铸过度发生在浇铸开始、更换钢包和浸入式水口期间和浇铸结束。在换包期间和长时间待浇时，造成很多污染，在这些非正常浇铸期间，很可能夹渣和吸入大气，诱发氧化问题。如美国国家钢公司连铸更换中间包时，钢中总氧T.[O]为0.005%～0.007%，而稳定浇铸时，为0.0025%～0.005%。在其它厂家，这一差值仅为0.0003%。Lukens报道，换包时总氧含量为0.00192%，而稳定浇铸时为0.0016%；多法斯克报道，换包期间总氧T.[O]为0.0022%～0.0032%，稳定浇铸期间为0.0019%～0.0029%。
图12示出几个不同炉次浇铸期间，中间包内T.[O]含量。浇第一个炉次时，由于钢包开浇的干扰，中间包浇铸室内空气和炉渣夹渣同时发生，造成中间包内开始浇铸时总氧含量高，是整个炉次正常浇铸期间的两倍(见图12曲线1)。加中间包覆盖剂前几分钟需要填充浇铸。稳定浇铸后，总氧含量逐渐降低，其主要成分为Al3O2。
更换钢包时有一项改进措施，在中间包未注满钢水之前，停止钢水流入结晶器，塞棒通入搅拌气体促进夹杂物上浮。另一项有效措施是，开浇的新钢包配浸入式水口，采用这项措施后，多法斯克钢厂钢水总氧含量从0.0055%～0.0027%降到0.0037%～0.0025%，使整个工序产品质量更稳定(参见图12曲线2)。
图12　中间包内总氧含量与不同炉次之间的关系
1--中间包第一炉钢水；2--带罩式保护浇铸和初始中间包盖的中间炉次；
3--带绝热挡板和初始中间包盖的中间炉次
在一包钢水浇铸将近结束时，由于靠近钢包出口局部的钢水形成涡流，钢包渣易进入中间包。为解决这种现象，要求浇毕之前，钢包内保留一些钢水(即一炉钢浇毕后剩余钢水4t)。此外，钢包停浇后，中间包液面深度下降。多法斯克钢厂报道，中间包钢水流失可引起炉渣卷入涡流，增加结晶器内总氧含量。目前正在开发液面电磁显示器。
3.2.2　包衬耐火材料
钢水中溶解的[Al]同炉衬耐火材料中的氧发生反应。这种氧可能来自炉衬中的碳同粘结剂和杂质反应生成的CO，或来自耐火炉衬***的SiO2(见式4)。SiO2基中间包衬比MgO基喷涂炉衬(宝钢和内陆)还要差。靠检测钢水的硅含量可以定量该反应达到的程度。
SiO2+4/3[Al]=2/3Al2O3+[Si]
△Gl0=-.5T(J/mol)(4)
3.2.3　中间包覆盖剂
中间包覆盖剂必须具有以下几种功能:首先，必须使钢水保温(防止额外的热损失)和保证其化学性质(防止吸入空气和二次氧化)，例如，墨西哥IMCXSA钢公司改进中间包覆盖剂(SiO2含量低)后，从钢包到结晶器吸氮由0.0016%降低到0.0005%。
第二，在理想状态下，中间包覆盖剂能吸收夹杂物，辅助钢水精炼。一般的中间包覆盖剂为炭化稻壳，比较便宜，绝缘性好，铺展性好，且不结硬壳。但是，炭化稻壳含SiO2高(SiO2≥80%)，可被还原生成夹杂物(见式4)。炭化稻壳呈细粉状且含碳量高([C]=10%)，可对超低碳钢造成污染。理论上而言，精炼低碳铝镇静钢时，中间包采用碱性覆盖剂(CaO-Al2O3-SiO2基)比用炭化稻壳好，主要与中间包内氧含量较低有关。例如，据日本川崎水岛厂检测，覆盖剂碱度从0.83提高到1.1时，总氧T.[O]从0.0025%～0.005%降低到0.0019%～0.0035%。在多法斯克第二炼钢车间，采用碱性中间包覆盖剂(CaO40%，Al2O324%，MgO18%，SiO25%，FeO30.5%，C8%)和挡板，与初期使用覆盖剂(CaO3%，Al2O310%～15%，MgO3%，SiO265%～75%，FeO32%～3%)相比，大大地减少了总氧T.[O]波动。在更换钢包期间，总氧含量从0.0041%降低到0.0021%。稳定浇铸时，总氧T.[O]从0.0039%降低到0.0019%。然而，另外的情况请参见图13。使用炭化稻壳和较高碱度保护渣(SiO225.0%，Al2O310.0%，CaO59.5%，MgO3.5%)两种情况下，未发现总氧含量存在差异。这可能是由于碱性覆盖剂内仍含大量SiO2，或许是由于熔化速度较快，结晶温度高，容易在钢水表面形成硬壳所致，也可能是由于一般碱性覆盖剂粘度较低，易被带走。为了避免这些问题，AK钢公司阿什兰厂建议用两层覆盖剂，底部用低熔点碱性覆盖剂吸附夹杂物，而顶层用炭化稻壳保温，这一工艺可将总氧含量从0.00224%降低到0.00164%。
图13　中间包覆盖剂对中间包钢水总氧含量的影响
1--中间包覆盖剂；2--炭化稻壳
3.2.4　中间包搅拌
从中间包底部喷吹惰性气体加强钢水混合，促进夹杂物相互碰撞、长大和去除。Lukens钢公司采用中间包搅拌，成功地将钢水中T.[O]降低到0.0016%。该技术的缺点是，一旦吸收夹杂物的气泡从中间包进入结晶器并夹带到产品中，便可成为严重的缺陷。
3.2.5　中间包钢水流控制
设计的中间包流场应增加钢水的停留时间，防止“短路”，并促进夹杂物上浮。靠控制中间包的几何形状、液面、浸入式水口的设计和流动控制元件(冲击底垫、堰、坝、导流隔板和过滤器等)来控制中间包内钢水流。中间包钢水流冲击底垫是较廉价的控制元件，它能够抑制紊流，防止中间包底衬受钢包注流的冲刷浸蚀。利用流动钢水自然的浮力避免“短路”。尤其在开浇时，堰、坝和浇铸上冒口绝热板结合，提高钢的洁净度。Lukens钢公司采用底垫后，钢中的总氧T.[O]从0.0026%降低到0.0022%。浦项钢公司为了提高钢的洁净度，设置的堰有77个孔，实际上起特殊过滤器的作用。在多法斯克第二炼钢车间，采用导流隔板提高产品质量，特别是在更换钢包时，使温度更均匀(参见图12曲线3)。导流隔板与中间包盖配合使用，在稳定浇铸的情况下，可使中间包总氧含量从0.0047%～0.0031%降低到0.003%～0.002%。
3.3换包操作
在钢水从钢包到中间包或从中间包到结晶器的倒包期间，钢水被大气二次氧化是吸氧的最重要原因之一。生成的夹杂物易产生水口堵塞问题，此外，还造成钢材的缺陷。优化保护浇铸系统是防止这种现象的重要措施。宝钢采用保护浇铸使吸氮从敞开浇铸的0.0024%降低到0.0005%。在美国钢公司费尔菲尔德厂，用钢包保护浇铸和中间包设坝取代简易中间包，钢包到中间包吸氮从0.00075%降低到0.0004%，同时还降低了倒包期间的夹渣。
3.3.1　钢包开浇
钢包自动开浇的水口不必用氧***打开，而是自动打开。当水口必须用氧***打开时，必须拆去保护套管。635～1270mm长的开浇铸坯从钢包到中间包无保护浇铸，导致其发生空气二次氧化。图14示出Lukens钢公司自动开浇和氧***开浇两种情况下，钢水中的总氧量。结果表明，用氧***开浇的总氧含量比自动开浇炉次的高0.001%。值得注意的是，打开水口填砂对实现钢包自动开浇是有害的。
图14　自动开浇和氧***开浇两种情况下钢水中总氧含量
3.3.2　氩气保护
采用氩气保护的目的是防止钢水二次氧化。如果加中间包覆盖剂过早，覆盖剂易被开浇钢水卷入板坯。因此，一般开浇初的几分钟内不加覆盖剂。在开浇初期，空气非常容易进入钢水。这两个因素的影响可使60t中间包延迟15min进行浇铸。为了解决这一问题，lukens钢公司探索了从钢包开浇到中间包采用惰性气体保护的方法(不与空气接触)。另一项措施是改进保护浇铸系统，引入适当的喷吹气体。Atlas不锈钢分公司改进保护浇铸系统后，中间包总氧含量从0.00415%降低到0.00379%。
3.3.3　注流密封
为了减少连铸期间吸氮，通常考虑，从钢包到中间包耐火砖套的密封和从中间包到结晶器浸入式水口的密封。在多法斯克第二炼钢车间，改进钢包水口和钢包耐火砖套管之间的插入式系统，在稳定浇铸的状态下，钢包到中间包吸氮由改进前的0.0008%降低到改进后的0.0001%以下。因配置了刚性加固密封圈并加强其维护，中间包到结晶器吸氮从原来的0.00018%降低到0.00003%。
3.3.4　水口堵塞
除影响生产外，中间包水口?浸入式水口堵塞从几个方面影响钢的洁净度。一是结瘤堵塞物可被夹带进钢中，会改变保护渣的化学成分导致另一情况的缺陷。二是堵塞水口入口钢水的流场，改变钢水流特性，造成结晶器内钢水流动失常，最终导致夹杂和表面缺陷。控制注流，尽力弥补堵塞对结晶器液面控制的影响。为了控制从中间包到结晶器的钢水流，多法斯克1号连铸机将65t中间包的3层滑板式水口系统更换成塞棒，减少了堵塞现象。据报道，为减少堵塞，可采用多项操作。此外，控制水口耐火材料成分，可减少耐火材料侵蚀造成的结瘤(即避免Na、K和Si杂质)，也可用纯Al2O3、BN或其它防护剂涂水口壁。
3.4　结晶器与连铸机操作
连铸过程有很多现象。根据这些现象可推测出铸坯的质量。二次氧化产物、水口堵塞物、中间包和钢包带入的渣和因水口漏损吸入大气产生的二次氧化物等，形成的夹杂物通过水口进入结晶器内。因结晶器上表面钢水流速过快或液面波动，很可能将结晶器渣带走。随着过热度的下降，新的夹杂物很可能沉淀，如Ti处理钢中的TiO2夹杂。
另一方面，因浮力作用、钢水运动和夹杂附着在气泡表面等原因，夹杂物也可能上浮到渣?钢界面而被去除。这样，夹杂物不是被顶渣层捕获安全地去除，就是被夹带进入凝固壳，成为钢材的永久性缺陷。过去，通过收集统计数据和跟踪连铸机操作，对夹渣有了较深入的了解。Knoephe发现，提高铸速会明显增加贯通式气泡(来自吹入的氩气泡)数量，但裂纹(由夹渣引起的)相对减少。Abbel检测了钢中夹杂物和气泡分布，并且观测到，即使不向中间包水口喷吹气体，夹杂物簇也常常夹带1mm气泡，并且该气泡被较深处的上升气流携带。据观察，铸坯的一侧与另一侧之间的夹渣各不相同，夹渣发生在(瞬变时)较慢二次循环区接头部位。经常发现与工艺过程瞬变(例如改变铸速、更换中间包或水口结瘤)有关的缺陷。贯通孔缺陷偶尔发生，且与喷吹的气体数量有关。Quan等人经数学模拟得出如下结论:如果夹杂物颗粒被去除或带入产品之前循环上升时间为300s，80%的夹杂物颗粒可上浮到弯月面，最后被去除(20%被夹带到产品中)。
弧形结晶器连铸机弯月面之下1～3m的夹杂物优先被捕捉。因此，夹杂物聚集在距弯月面内侧顶部厚度的1/8～1/4处。另一方面，AK钢公司Middletown厂进行了鉴定(如图15)。Timken公司Harrison钢厂报道，铸流外侧电磁搅拌可改善钢的洁净度。可将板坯内的总氧T.[O]从0.003%降低到0.002%。由于夹杂物向铸坯内侧呈螺旋上升运动，在整个厚度方向捕集夹杂物颗粒有特定距离，与弯月面下部2～3m相对应，所以弧形结晶器连铸机比立弯型连铸机夹渣严重得多。据报道，铸速影响裂纹，铸速快且变化多会导致裂纹发生率提高。采用塞棒能够得到足够稳定的铸速。采用塞棒后，不再由中间包钢水液面确定铸速，而是由结晶器钢水液面来控制。因此要较好地控制结晶器液面，令其波动范围保持在±3mm。
优化液流并因此提高板坯质量的有效方法是电磁搅拌(EMBR)。干扰气流并缩短其冲击深度，致使夹杂物上浮到保护渣中或被板坯表面的凝固壳捕获。
参考资料：http://www./china-met08/new-material/new-material048.htm
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