冶金技术专业是一门基于资源开发利用和钢铁材料生产过程的学科是基础工业和最古老的行业之一，技术方面发展成熟。
冶金专业毕业论文
56钢液夹杂物的行为及去除
CentralSouthUniversity;冶金熔体;题目：钢液夹杂物的行为及去除姓名：王接喜学号：1;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;关键词：钢液;夹杂物;生长;去除;中间包;电磁场;Behaviorandremovalofincl;WANGJiexi,Z
Central South University
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
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。
1 钢液夹杂物的行为
夹杂物浸出钢液的行为主要包括行核、长大、扩散传递、沉积等过程[7]。
1.1 夹杂物行核
夹杂物形成，起源于脱氧、脱硫、脱磷等原始的冶金反应。以典型的脱氧反应为例，脱氧产物首先出现在金属熔体中的溶解[O]与弥散于熔体中的脱氧元素
[M]的反应界面，然后以新相析出于金属液中，即形核。根据均相形核理论，脱氧产物的形核自由能变化为：
4(1) ?G??r3?GV?4?r2? 3
对上式求导，倒数为零时得临界行核半径：
r??2?MP?2?? (2) ?GV?PTlnS
把??值代入式(1)，得临界行核吉布斯自由能：
216??3MP?G?22 (3) 3?PTlnS?
因此，均质形核必须要有一定的过饱和度S，S越大，所需产生临界晶核的吉布斯自由能越小，并且临界半径也越小。对于一些强氧化剂，如Al、Ti等而言，获得较高的过饱和度并不困难，而在使用弱氧化剂如Si、Mn的情况下，均质形核则比较困难。但由于在液相的个别微观体积内，组分的浓度核能量常有起伏，当浓度和能量高过其平衡值时，仍可导致新相的形成，称异相起伏。这种情况很可能出现在加入钢液的合金颗粒附近。
1.2 夹杂物的长大
钢液中，夹杂物的生长包括三种方式，即扩散-反应-析出、奥斯瓦尔德催熟(熟化)和碰撞聚合。
1.2.1 扩散-反应-析出
扩散-反应-析出是指夹杂物形核之后，参加反应的元素，以化学计量数，扩散到夹杂物核表面，在那里反应并以产物形式析出。扩散长大一般出现在早期冶炼环节，化学反应是它的显著特征，因此它属于化学生长。坂上六郎研究了硅的脱氧，发现脱氧产物SiO2的生长速度明显慢于扩散-反应-析出理论的预测结果，因此，他认为硅脱氧产物生长的控制性环节不是扩散，而是表面化学反应。由此可见，该理论不具有一般性。
1.2.2 溶解-析出长大
溶解-析出长大是指较小的颗粒溶解并在较大颗粒表面析出的生长模式。其热力学依据为：颗粒越小表面自由能越大，从而溶解度越大。由于是Oswalds1900年在研究合金烧结时最早发现这一现象，所以又叫奥斯瓦尔德熟化。Wagner等[8]对受溶解控制和扩散控制的颗粒熟化进行了研究，并分别确定了颗粒平均半径的
表达式。
264KTC0?Vm受溶解控制时： R(t)?R(0)? t (4)81RT22
28DC0?Vm受扩散控制时： R(t)?R(0)? t (5)9RT33
坂上六郎根据该理论计算估计了SiO2夹杂物的长大，得到的结果说明奥斯瓦尔德熟化非常缓慢，可忽略。