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一、 何謂薄膜技術
薄 膜技術是目前最流行的表面處理法之一，可應用於裝飾品、餐具、刀具、工具、模具、半導體元件等之表面處理，泛指在各種金屬材料、非金屬材料、超硬合金、陶 瓷材料、奈米材料及晶圓基板的表面上，成長一層同質或異質材料薄膜的製程，以期獲得美觀耐磨、耐熱、耐蝕等特性，而加以使用。依據沈積過程中，可以區分為 物理氣相沈積(Physical vapor deposition；PVD)通常稱為物理蒸鍍及化學氣相沈積(Chemical vapor deposition；CVD)通常稱為化學蒸鍍。隨著沈積技術及沈積參數差異，所形成薄膜的組織，可分為「單晶」「多晶」、或「非結晶」的結構。
二、薄膜成長機制（Thin film growth mechanism）
F
圖（一）薄膜成長機制示意圖：（A）吸附；
（B）表面遷徙；（C）成核；（D）核島；
（E）薄膜成長；(F) 吸解
薄膜的成長是一連串複雜的過程所構成的。圖（一）為薄膜成長機制的 說明圖。首先到達基板的原子必須將動量降低或發散，原子才能「吸附」(Adsorption)在基板上。這些原子會在基板表面發生化學反應並進行薄膜的表 面作擴散運動，這個現象稱為吸附原子的「表面遷徙」(Surface migration)。當原子彼此相互碰撞時會結合而形成原子團過程，稱為「成核」(Nucleation)。原子團必須達到一定的大小之後，才能持續不 斷穩定成長。因此小原子團會傾向彼此聚合以形成一較大的原子團，以調降整體能量。原子團的不斷成長會形成「核島」(Island)。核島之間的縫隙須要填 補原子才能使核島彼此接合而形成整個連續的「薄膜成長」。而無法與基板鍵結的原子則會由基板表面脫離而成為自由原子，這個步驟稱為原子的「吸 解」(Desorption)。依據薄膜成長機制可分為PVD與CVD，PVD利用物理性方式進行吸附與吸解作用，而CVD利用化學反應進行吸附與吸解反 應。
三、物理氣相沈積技術
物 理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD) 技術是指在真空條件下，用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜製備技術。 PVD鍍膜有三種基本型式，即蒸鍍(Vacuum Evaporation) 、濺鍍(Sputtering Deposition)及離子鍍(Ion Plating)，三種的沈積過程的原則大致相同。圖二為PVD的沈積過程及概念圖。物理氣相沈積過程所包含三個主要的步驟：(1)薄膜材料經各種不同的 方法加熱，由固態或液態激發成氣態、(2)薄膜材料的氣態原子、分子或離子，由蒸發源穿越真空抵達基座表面、(3)材料抵達基座表面後，沈積而逐漸形成薄 膜。其中真空離子鍍膜技術的發展是最快的，也是當今最先進的表面處理方式之一。此技術是一種能夠真正獲得奈米級至微米級鍍層（5nm ～ 5μm）且無污染的環保型表面處理方法，它能夠製備各種單一金屬膜（如鋁、鈦、鋯、鉻等),氮化物膜（TiN、ZrN、CrN、TiAlN）和碳化物膜 （TiC、TiCN),以及氧化物膜（如TiO等)。因此可以在幾乎不影響工件原來尺寸的情況下提高工件表面的各種物理性能和化學性能，鍍後不須再加工。
圖二、物理氣相沉積示意圖
四、化學氣相沈積技術
化學氣相沈積 (Chemical vapor deposition, CVD)技術是利用含有欲鍍薄膜成分的一種或多種氣體化合物；是指以單獨的或綜合的利用熱能、電漿放電、紫外光照射等形式的能源，使氣態物質在固體的熱表 面上發生氧化，還原或與基板反應之方式進行化學反應並在該表面上沈積，形成穩定的固態物質膜的過程。這種薄膜沈積方式主要涉及化學反應，故以「化學」氣相 沈積法稱之。圖三為CVD之基本概念圖。經常使用的CVD技術有：(1)「大氣壓化學氣相沈積」(Atmospheric pressure CVD、縮寫APCVD)系統、(2)「低壓化學氣相沈積」(Low pressure CVD、縮寫LPCVD)系統、(3)「電漿輔助化學氣相沈積」(Plasma enhanced CVD、縮寫PECVD)系統。化學氣相沈積過程所包含五個主要的步驟：(1)導入反應氣體，以及稀釋用的惰性氣體所構成的混合氣體，稱為『主氣 流』(Mainstream)、(2)主氣流中的反應氣體原子或分子往內擴散移動通過停滯的『邊界層』(Boundary layer)而到達基板表面，稱為「擴散作用」、(3)反應氣體原子被『吸附』(Adsorbed)在基板上，稱為「吸附作用」、(4)吸附原子 (Adatoms)在基板表面遷徙，並且產生薄膜成長所須要的表面化學反應，稱為「表面化學反應」、(5)表面化學反應所產生的氣庇生成物被『吸 解』(Desorbed)，並且往外擴散通過邊界層而進入主氣流中，並由沈積室中被排除。此技術是半導體積體電路製程中運用極廣泛的薄膜成長方法，諸如介 電材料（如SiO2、Si3N4）、半導體（如Si）、導電(W、Al、Cu)等薄 膜材料，幾乎」都能用CVD技術完成。CVD的缺點為披覆時的溫度較高(800℃~1000℃)，且因沈積的速度較快(每小時 1~100微米)，鍍膜的厚度較大(通常大於10微米)。嚴格地說，CVD為奈米至微米的鍍膜技術，並不是純粹奈米技術。
圖三、化學氣相沈積示意圖
五、薄膜技術的應用
目前薄膜技術已經廣泛應用在半導體、機械、民生、光電、能源、環保、生醫及奈米等產業，強大需求不只在全球形成一股「薄膜產業」潮流，外界預估其產值更將從2003年的80億美金，暴增至 2008年的124億美金，發展潛力可見一斑。
（一）、硬質薄膜材料在機械工業之應用：利用各種硬質薄膜材料披覆於各式機械工具、刀具、與精密機械關鍵零組件之表面，以降低磨擦係數、提昇表面硬度、耐腐蝕及增進抗磨耗與抗氧化等優越性能，儼然成為新一代機械工業新契機，如圖四。
圖四、硬質薄膜之刀具
（二）、薄膜技術與材料在民生工業之應用：近年來利用真空鍍膜製程來增添新色彩與環保概念之防汙抗刮鍍膜產品，例如民生工業的衛浴、五金產品；運動器材的高爾夫球頭；時尚產業的珠寶飾品，如圖五。
（三）、薄膜技術與材料在能源及環保領域之應用：隨 著地球能源耗竭問題日益嚴重及費用高漲，新一代潔淨能源如太陽能與氫能源燃料電池需求日增。薄膜技術與材料能有效地提升效能與降低成本，促使此產業化應用 於日常生活中，如圖六。另外，化工環保領域能同時去除懸浮微粒、有機物、無機鹽及微生物，取代傳統之混凝、沈澱、砂濾、軟化處理程序，並具有佔地小、具擴 充彈性、完全自動化、系統簡單易維修的優點。
（a ）高爾夫球頭 （b ）珠寶飾品
圖五、高爾夫球頭及珠寶飾品
（四）、薄膜技術與材料在半導體及光電產業之應用：隨 著電子工業迅速發展，製程技術快速進，已達到極大型積體電路階段並且進入奈米等級。薄膜製程為一個極為要的關鍵步驟，其主要用途為低阻閘電極、元件間連 線、導體(線)接觸、擴散障礙層，如圖七(a)。另外，光學薄膜製程技術一直是光學領域中不可忽略重要基礎技術，而且品質要求也越來越高。例如液晶螢幕、 高密度光碟、數位元相機光學系統、投影技術、光纖通訊 、微影技術及發光二極體等等皆大量倚賴薄膜製程技術與相關，如圖七(b)。
圖六、太陽能電池
（五）、薄膜技術與材料在生醫領域之應用：薄膜技術與材料成為用於生物體內之局部植入器具、人工器官、創傷外敷材料、生醫感測器或細胞載體之重要技術。例如鈦金屬人工關節表面改質技術，將生醫陶瓷材料利用離子植入於鈦金屬人工關節表面，以使人工關節能達到長效使用之目的，如圖八。
（六）、奈米薄膜：奈米薄膜是一類具有廣泛應用前景的奈米材料，薄膜的厚度僅數奈米至數十奈米，在奈米尺度下將會影響奈米薄膜的光、電、熱、磁、化學與機械等性質；其應用包含微電子、儲存媒體、太陽能、光學、醫療及化妝美容等產業。
(a) (b)
圖七、(a)IC晶片、(b)微型投影技術
圖八、鈦合金人工關節的表面披覆生醫生醫陶瓷材料
參考資料：
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6. 張銀祐，明道管理學院，http://el.mdu.edu.tw/datacos//09520222024A/薄膜製程與實務
7. http://www.microvision.com/
8. http://www.narl.org.tw/upload/tw/company/8/15.jpg
9. Thin-film deposition principles & practice, Donald L. Smith, McGraw-Hill, Inc 。
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11.薄膜工程學，王建義，全華科技圖書公司。
12.表面與薄膜處理技術，柯賢文， 全華科技圖書公司。
13.薄膜技術與應用，羅吉宗，全華科技圖書公司。
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2010年9月5日 星期日
品种钢优特钢连铸工艺技术 A www.tool-tool.com
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作者：小隆 来源：制钢参考网
1 特殊钢连铸有什么特点?
与普通钢连铸相比，特殊钢连铸具有以下特点：
(1)特殊钢的合金元素较多，含量较高，碳含量范围大(0.02％～2.3％C)，受合金元素影响，其凝固特性与普通碳素钢差异大。
(2)特殊钢的纯洁度、均匀性、气体含量、低倍组织、夹杂物形态等要求比普通碳素钢高。
(3)有些特殊钢含Cr、V、Ti、Nb、Al等活泼元素，极易与氧、氮反应生成高熔点化合物，给铸坯质量带来一定危害；还有些合金元素则与钢中碳生成碳化物或碳氮化物，容易产生高温固相析出，对钢的热塑性有重要影响。
(4)由于连铸过程的特殊冷却凝固条件，成分偏析和组织不均匀性更为突出。
2 针对特殊钢凝固的特点，特殊钢连铸需解决的关键技术问题有哪些?
(1)提高钢液洁净度
提高钢液洁净度的主要措施有：1)低铝洁净钢技术，通过采用非铝脱氧剂，在降低钢中残铝和氧化物夹杂中A1203比例的前提下，使钢中氧含量比传统铝脱氧显著降低；2)钢包软吹氩技术；3)钢包下渣自动检测及控制技术；4)中间包冶金技术；5)中间包和结晶器保护渣的优化；6)结晶器冶金技术。
(2)提高铸坯质量
铸坯质量的提高主要依赖于连铸装备和工艺的优化，就我国目前现有装备而言，提高特殊钢铸坯质量的主要措施是采取低过热度浇铸与电磁搅拌相结合的办法来扩大等轴晶区，减轻偏析和疏松的集中度。同时根据不同钢种的特点选择合适的保护渣、结晶器设计与冷却、二冷和拉坯制度，以防止裂纹等缺陷的产生。
为进一步提高铸坯质量，近年出现了一些新的技术：1)浇铸过程液面自动控制；2)结晶器和凝固末段电磁搅拌工艺优化；3)大方坯轻压下技术；4)利用外场或形核剂细化铸态组织技术；5)复式结晶器控制凝固组织技术；6)结晶器钢液流动控制技术等。
3 目前我国使用的中间包，尤其是方坯连铸机使用的中间包存在的突出问题表现在哪些方面?
目前我国使用的中间包存在较多的问题，尤其是方坯连铸机用的中间包存在的问题更为突出。具体表现有：
(1)中间包内腔形状不合理。由于内腔形状不合理，使钢液在中间包内流动不合理和停留时间短，起不到净化钢水的作用。大包注流进入中间包落点距中间包水口距离短，或距离各个水口距离差别太大；大包落点处容积太小，造成该处钢渣混卷严重和内衬冲刷严重，影响中间包寿命，并污染了钢液。
(2)中间包容量小，熔池深度浅，不适合高速铸机。钢液在中间包内停留时间短，难以起到净化钢水除去夹杂物的作用；难以实现在换包时保持恒速浇注；浇注时中间包内钢渣搅动严重，难以使夹杂物上浮，并易进入结晶器内，尤其是在换包时更为严重。
(3)中间包水口位置设计不当，尤其是靠两侧边的水口离两个侧边太近，易造成两个侧边水口浇注不顺。
(4)中间包水口控制装置太单薄，不牢靠，难以准确控制钢液流量，使结晶器液面难以稳定，常发生失控事故。
(5)中间包变形大以及设计制造精度问题，造成多流水口对中精度不够。
(6)中间包升降装置不灵，多数不能升降，给连铸工艺带来困难，造成铸坯许多缺陷。
(7)中间包底部到结晶器上口距离选择不当。多数距离太高，给水口对中带来困难，也使水口太长，使吨钢水口耐材耗量增加。
(8)对浸入水口快换技术重视不够。
上述中间包在低拉速情况下勉强可用，不适应当今高拉速连铸的要求。现代中间包除应适应高拉速下恒速浇注和中间包通钢量强度大、中间包内搅动剧烈的条件外，还应起到净化钢液和排除夹杂物的作用。具体采用的措施包括：
(1)优化中间包内腔形状，在适应高拉速的情况下，使钢液在中间包内有合理的流动；扩大大包在中间包落点处的容积和优化大包落点到各水口的距离；(2)采用大容量深熔池的中间包；(3)防止中间包外壳变形；(4)采用牢固可靠的中间包水口控制装置；(5)采用在负载情况下，可靠的中间包升降装置；(6)优化中间包至结晶器上口的距离。
4 如何合理选择连铸坯断面?
由于铸坯的部分低倍缺陷可通过一定的压缩比得以减轻或消除，而且一定的压缩比也是稳定钢材性能的必要措施。为保证大规格特殊钢棒材的质量，须采用大的铸坯断面，并采用初轧开坯等措施。比如，20世纪80～90年代，日本投产的特殊钢连铸机断面均在300mm2以上。但由于小断面铸坯具有偏析和疏松程度比相同条件的大断面小的特点，而且随着洁净钢生产技术发展和连铸技术改进，钢中有害杂质和夹杂物总量显著降低，电磁搅拌技术的采用有效地减轻了中心偏析，使小断面铸坯一火成材生产小规格特殊钢材成为可能。从而形成各具特色的EAF(BOF)一LF—VD一大方坯连铸一大棒材连轧生产线和EAF—LF一小方坯连铸一小棒材及线材连轧生产线，而且在小规格材的生产中，后者更有竞争优势。
各钢铁企业可以根据生产钢材规格和轧机的特点，选择合适的铸坯断面，形成大方坯生产大规格材、小方坯生产小规格及线材的专业化生产线。
5 实现低过热度浇铸的关键以及与之配套的技术有哪些?
实现低过热度浇铸的关键是：(1)控制钢中夹杂物，防止低过热度浇铸过程的水口结瘤；(2)准确控制连铸过程中间包钢水温度稳定；(3)炼钢一连铸生产节奏的稳定控制。
为控制钢中夹杂物的组成，普遍采用钙处理技术，但当钢中硫含量较高时，易形成CaS夹杂物导致水口结瘤，并且钙处理形成的点状夹杂物对某些钢十分有害。而采用低铝洁净钢技术可实现提高洁净度和优化夹杂物的双重目的。目前通过二次精炼可将钢液温度控制在很窄的范围内，再加上中间包保温技术和钢中夹杂物控制技术的采用，为低过热度浇铸创造了条件。研究表明，控制中间包钢液温度稳定最有效的手段是采用等离子加热装置向中间包补充稳定、可靠的中性热能。此外，降低钢液过热度还可考虑采用水冷水口或在钢液弯月面用圆锥形无耗冷凝器进行辅助冷却。
6 采用连铸工艺生产特钢连铸坯有什么优越性?
采用连铸工艺生产合金钢连铸坯可以提高合金钢的成材率，减少合金元素的损耗(合金钢通常含有较高的合金元素，有的还含有贵重合金元素)。因此切头少可以降低生产成本，又由于连铸工艺生产的铸坯质量均匀一致，因为合金钢含合金元素多，因此连铸工艺生产合金钢连铸坯更发挥了其质量均匀一致的固有特点，既提高了铸坯质量，又有利于提高合金钢钢材的深加工性能和使用性能，同时产品的合格率增高。
7 特殊钢连铸过程中为何容易堵水口?
因为特钢中含有较多的合金元素，尤其含有较活泼的金属元素。如Al、Ti、Cr、Ni、Mn，等等。这些元素很容易和0、N相结合，生成A1203、 Ti02、Ti(CN)、(Cr—A1)203、(Mn—Ti)204等较复杂的夹杂物，不但使钢水流动性差，而且在浇注过程中，极易堵水口。
8 合金钢连铸的工艺特点是什么?
概括的说是一定要保证连铸钢水的高洁净度，一定要保证中间包钢水合理的过热度(通常合金钢连铸要求钢水低过热度，但有些钢种要求适当高的过热度)。对于一般的合金钢连铸，通常工艺流程为：炼钢一喷粉精炼一吹氩一连铸一接一般碳钢连铸的工艺参数及后部处理工艺。对于高质量合金钢连铸，应采用炼钢一吹氩一炉外真空精炼(VOD炉)一连铸一铸坯缓冷一精整等过程。严格控制好生产能力与生产周期的相互衔接。具体要做到以下几点：
(1)根据所浇钢种的需要，对钢液的纯净度、钢液成分和浇注温度的控制，尤其是钢中微量元素含量的控制，都应达到规定值。为此特殊钢连铸必须配备相应的钢液精炼设施，以实现钢液温度、成分的精确控制，提高钢液的纯净度；精炼设施还可以协调炼钢与连铸的生产节奏，对保证铸坯质量和连浇工艺顺行起到重要作用。
(2)结晶器应采用高频率、小振幅的振动。振动频率高，有利于铸坯的脱模；小振幅有利于结晶器液面的稳定，也有利于减少铸坯振痕，减轻或消除铸坯表面缺陷。
(3)选用性能良好的适合于特殊钢浇注的专用保护渣。对于合金钢来说，全过程的保护浇注尤为重要，以改善铸坯的表面和内部质量。
(4)采用较低的浇注速度和二冷区的弱冷却制度，有利于夹杂物上浮，减轻铸坯的中心偏析和中心疏松。
(5)最好使用大容量、深熔池，并砌有挡墙和坝的中间罐，充分发挥中间罐的冶金功能。
(6)连铸系统应选用适合于特殊钢浇铸的耐火材料，以减少消耗和提高钢的纯净度。
(7)精确控制结晶器液面，由普通连铸要求的±(5～10)mm减少到±(2～3)mm。减少液面波动，可以稳定拉坯速度；为此应采用结晶器液面自动控制技术，以提高铸坯质量，减少漏钢事故。
总而言之，为了特殊钢连铸坯质量达到要求，应严格建立合理的工艺操作制度，使其标准化、规范化，采用自动控制及铸坯质量的自动跟踪管理等。
9 合金钢的热物理性能及高温性能有何特点。连铸生产时应注意什么?
合金钢的热物理性能及高温性能与普碳钢比较有较大的不同，例如热导率通常较普碳钢小，典型的钢种有铁素体不锈钢，高温强度也较低，铸坯易发生裂纹。在连铸生产中，要注意二冷强度控制小一点，拉速低一些。结晶器振动采用高频小振幅，浸入式水口出口孔倾角向上(约15°)，防止钢液面结壳，有利于渣子吸收夹杂。全程保护浇注，必须采用相应的不锈钢保护浇注法。
10 合金钢的浇注采用连续铸钢工艺有何优越性?
当前几乎所有种类的合金钢都可以采用连铸工艺技术浇注了。其优点如下：
(1)金属收得率可以提高8％～15％，这对高合金钢尤其重要。
(2)热能消耗可降低50％～70％。
(3)成本可下降10％～40％。
(4)连铸坯的质量高于模铸，尤其是成分均匀性更好。
(5)大大提高生产效率。
(6)实现机械化和自动化，大大改善了劳动条件和保护了环境。
11 特殊钢连铸坯断面尺寸有何要求?
特殊钢对质量要求非常严格，以往要求连铸坯浇注大断面，铸坯以保证最终产品的质量要求，但近年来由炼钢、精炼、连铸技术的不断提高、完善，特殊钢连铸坯的断面几乎与普通钢连铸坯断面一样，基本决定最终产品的尺寸范围。但还是有较高要求，例如低、中碳合金钢要求最小压缩比为6：1。高碳合金钢、不锈钢要求最小压缩比为(10～15)：1。高级的轴承钢(滚动体)最小压缩比(30～50)：1。
12 特殊钢连铸工艺参数对铸坯有何影响，应采用怎样的基本工艺参数?
如果连铸过程工艺参数控制得不理想，过热度太高，结晶器冷却过弱，二次冷却强度不够等等，会导致柱状晶体过于发达，等轴晶受到抑制。增强的柱状晶结构导致跨液芯的搭桥的形成，也将进一步的助长了中心偏析的形成。为避免铸坯中心疏松的成分偏析，应采用低温浇铸工艺，控制钢水过热度≤20℃，过热度波动 ≤±10℃。
13 怎样控制特殊钢连铸过程中钢水吸氧?
为了防止钢水浇注过程中吸氧，采用了以下措施：
(1)对钢包和中间包之间的钢流采用氩气保护；
(2)中间包内的钢水液面上覆盖保护渣；
(3)采用浸入式水口浇注；
(4)中间包的特殊形状及设计减少了非金属夹杂；
(5)结晶器液面自动控制。
14 什么叫缓冷，为什么大多数合金钢钢种需要设置缓冷坑?
缓冷就是将高温铸坯(一般在500℃以上)运入缓冷容器内，在保温状态下让其缓慢地冷却到200℃以下。
因为大多数合金钢，由于合金元素的作用，在高温冷却过程发生相变，组织应力发生变化而导致铸坯表面和内部产生裂纹。例如，马氏体不锈钢，当冷却到 200～300℃时，由于产生马氏体相变，导致体积膨胀，引起组织应力而形成铸坯的脆性。再如轴承钢，通过缓冷能够大大降低冷却过程产生的组织应力和热应力，能够防止白点的产生。所以一般情况下合金钢连铸铸坯出坯以后都吊入设置的缓冷坑内。如果条件允许，铸坯最好直接进行“红送”轧制。
15 多钢种浇铸时如何选择出坯方式?
可以根据浇铸钢种对裂纹的敏感性程度的不同，在一台连铸机上同时采用不同的出坯方式，不同钢种的铸坯根据其最终冷却特性，选择其中一种合适的冷却方式出坯。
例如，采用步进式冷床、过渡冷床和热送辊道。连铸机控制系统根据钢种的化学成分自动确定出坯的目的地，将铸坯送上步进式冷床或过渡冷床或热送辊道。如铸坯需要缓冷，则将铸坯快速移至过渡冷床，吊至缓冷坑缓冷；如需热送，则由热送辊道送至轧钢车间。
16 保温坑热装和直接热装有什么不同?
(1)保温坑热装是热送热装工艺技术中的初级形式，对生产计划管理影响较小，连铸及热轧间的生产相对独立。铸坯装入温度较低，节能效果不明显，但其容易操作，在连铸及热轧投产初期或生产不太稳定时或更换频繁时，是一种较容易实现的工艺技术。
(2)直接热装是热送热装工艺技术中高级形式，在生产能力、生产顺序、生产时序方面要求连铸和热轧完全匹配。任何一方的故障会马上影响另一方的正常生产。因此实现的难度很高，但其直接节能效果十分明显。
实际生产中常将直接热装与保温坑热装工艺技术混合使用，既保证了生产的连续性，节能效果也很好。
17 为什么在热送时铸坯会产生热脆现象，有哪些钢种会出现这种现象?
对一些钢种进行热送热装时，常常出现表面缺陷，缺陷是以晶间裂纹形式出现的。其与A1N或VCN、NbCN在奥氏体晶界析出有关。A1N在奥氏体中析出速度很慢，当奥氏体向铁素体转变开始后，速度大大提高。大部分A1N是在约600～900℃时析出速度最大，实际的温度范围取决于碳含量及合金元素含量。 A1N析出时，细小的A1N集中在γ晶界，阻止了金属热变形过程中晶界的移动，机械应力在晶粒边界聚集，当应力值超过晶粒之间亲和力时，就产生了晶界裂纹。
所有C含量在0.3％以下的碳钢和C—Mn钢、所有表面硬化钢，以及许多具有细晶组织的合金钢，全镇静钢均会出现热脆现象，特别是含残余氮及杂质元素较高的电炉钢。
18 怎样防止铸坯在热送热装时出现裂纹?
可以采取以下措施：
(1)将铸坯快速冷却至500℃，可有效抑制氮化物析出；
(2)γ→α相变可以消除已析出的A1N的影响；
(3)快速冷却所形成的细晶组织有利于减轻其他因素引起的热脆性。
19 优特钢连铸的拉速选择应考虑哪些因素?
拉速决定了连铸机的生产效率。但高拉速和铸坯高质量往往是相互矛盾的。因此，我们必须根据品种质量要求，使拉速和质量得到统一。
对优特钢连铸机，选择拉速时应考虑以下几方面：
(1)铸机弧形半径。弧形半径决定了铸机的冶金长度。正常情况下，弧形半径越大，可选择的拉速也就越大；反之，弧形半径越小，拉速也就应选择低一些；
(2)所生产的钢种。由于拉速快会带来铸坯的中心缺陷(中心疏松、缩孔、偏析等)，因此在生产一些对中心缺陷严格限制的品种时应采用较低的拉速；
(3)铸机本身的装备情况。对一些配备有F—EMS、轻压下设备的铸机，为保证其效果，应根据理论计算和实验验证确定拉速，且不能随意变动；
(4)考虑初炼炉(转炉或电炉)-精炼炉-连铸机全流程的物质流量应基本匹配一致，即在满足质量的前提下，初炼炉、精炼炉、连铸机的冶炼周期、浇铸周期要基本吻合，而决定浇铸周期的主要是拉速。
20 不同钢种一火成材的最小压缩比有什么要求?
一火成材指的是连铸坯不经过二次开坯和冷却而直接送往轧钢进行轧制。连铸坯同锻、轧坯相比，其内部组织状态有明显的差异，对一火成材来说，连铸坯组织不致密，需要加大压缩比来克服不致密的不足之处。作为连铸坯，碳钢、合金钢类其压缩比为6时，就可保证产品性能；但是其先决条件是钢水有炉外精炼或其他精炼处理，钢中氧含量要≤30×10-6和过热度控制在不大于30℃的技术要求。
由于连续浇铸、结晶器冷却、铸坯二次强冷连续化过程，致使连铸坯结晶组织致密，偏析、中心疏松和端头缩小比钢锭大为改善，纵向组织的均匀性良好。因此，压缩比可较钢锭低。对一般普碳钢连铸坯，如生产只要求强度性能达标的钢材产品，压缩比为4～5时就可满足要求。而对于优质钢、合金钢连铸坯，最小压缩比值不得低于10。各种不同性能要求的钢材产品对连铸坯所需的压缩比，见表7—1。
表7—1 表产品质量要求连铸坯所需压缩比
产品质量要求
所需压缩比
性能要求
产品用途类
仅要求强度
一般普碳钢
4-5
要求冲击值
器皿、搪瓷用钢
8-10
力学性能
弹簧钢
20(螺旋弹簧30)
轴承类、轴承外套
30(钢球)
镦锻性能
螺栓、螺母类
热加工
12-15
冷加工
15-20
模锻性能
各种机械零件、工具
8-10
热处理要求
调质钢、齿轮钢
12
自由锻要求
轴、供锻造用坯
按轴径用途要求计算而定,供毛坯一般取8
21 什么是特殊钢连铸机的液芯矫直，矫直应力怎么计算?
液芯矫直就是指铸坯带着液芯进行矫直。由于铸坯的液芯长度与拉速成正比，因此高拉速连铸机铸坯的液芯必然很长，如仍采用固相矫直，势必使连铸机半径很大，这明显不合理，于是出现了带液芯矫直。
矫直应力可用下式计算：
式中σ—矫直应力，N/m2；
K，m—常数，取决于钢种和冷却条件等；
D—铸坯厚度，m；
k—综合凝固系数，mm·min-1/2；
L—结晶器弯月面到拉矫点的弧形长度，m；
υ—拉坯速度，m/min；
R0—基本圆弧半径，m。
22 就特殊钢质量而言，大包为何要升降?
在特钢连铸中，钢水包在回转台上作升降运动，便于在钢包和中间包之间使用长水口，实现保护浇注。通过保护浇注可以给钢水质量带来以下影响：
(1)使钢中的总氧量减少。实践表明，在生产铝镇静钢时，使用长水口比敞开浇注总氧量减少20～30×10-6，可以保证90％的铸坯无皮下夹杂。
(2)使钢中酸溶铝含量减少。钢水中A1203减少，降低了水口堵塞的概率。
(3)使中间包渣中的A1203含量减少。渣中Al203减少，改善了保护渣的流动性，有利于结晶器均匀传热，减少了漏钢和纵裂、凹陷等表面缺陷。
23 升降与不升降大包插入中间包的深度多少为好?
中间包保持正常液位，采用长水口浇注，中间包内钢水流动的特点是：
(1)钢渣界面流动剪切力减轻；
(2)减轻了铸流引起的紊流和波浪运动。
因此，采用长水口浇注是防止卷渣的有效措施。一般长水口插入中间包深度为100㎜左右。
24 中间包流场对钢水质量有何影响?
中间包内钢液的流动状态对钢液内非金属夹杂物的排除有着重要影响。连铸坯内的大型夹杂物多产生于钢液进入结晶器之前，钢液在中间包内的停留时问又很短暂。因此，控制中间包内钢液的流动方式，可以最大限度的促进夹杂物在中间包内的上浮和排除，提高铸坯的质量。
25 中间包浸入式水口浸入深度对钢水质量有什么影响?
随中间包浸入式水口深度的增加，结晶器钢渣界面搅动逐渐减弱，保护渣覆盖良好。插入深度太浅，就会发生钢水卷渣等质量问题；而如果插入深度的太深，就会出现保护渣熔化不均匀，表面结壳等问题。插入深度一般在(125±5)mm为宜。
26 中间包塞棒自动控制对特殊钢质量及可铸性有什么影响?
中间包塞棒控制系统是根据液面计提供的液面高度信号，在恒拉速条件下，通过控制执行机构调节塞棒开度来实现液面稳定的自控系统。理论和生产实践表明，钢坯的许多缺陷都与结晶器钢水液面波动有关，钢水液面波动较大会引起坯壳厚度不均匀，影响铸坯质量甚至发生漏钢，液面波动较大还会使振痕加深、出现卷渣等。通过中间包塞棒自动控制，液面控制精度可达到±2mm，使结晶器液面波动减小，对减少铸坯表面缺陷非常有利。
27 液面的波动范围多少对卷渣有什么影响?
钢水浇入到结晶器里，为了防止钢水溢出，钢水液面必须低于结晶器上口约70～100mm。在浇注过程中，如果钢水液面波动太大，会卷入结晶器保护渣，在铸坯表面形成皮下夹渣，影响铸坯质量。试验指出：液面波动与铸坯皮下夹渣深度的关系如表7—2所示。当皮下夹渣深度<2mm，铸坯在加热时可消除；夹渣深度在2～5mm时，铸坯必须进行表面清理。钢水液面波动控制在±10mm，可消除皮下夹渣。因此，选择灵敏可靠的液面控制系统，保证液面波动在允许范围内，对于获得良好的铸坯表面质量是非常重要的。
表7—2 液面波动与铸坯皮下夹渣深度关系
液面波动范围，㎜
皮下夹渣深度，mm
±20
<2
±40
<4
>40
<7
28 易切钢的浇注特点是什么?
易切削钢为了改善钢的切削性能，一般加入硫或硒、碲等元素。为了得到对切削性能有益的纺锤形硫化物，钢中氧含量必须控制在200～300×10-6。但含氧量高会影响硫化物形态，易生成气泡，恶化铸坯表面质量。连铸应注意：
(1)应控制锰硫比在9以上，防止晶界处析出低熔点的FeS，发生晶界脆性而形成裂纹。
(2)控制氧含量。硫易切削钢不能用硅和铝脱氧，否则会形成皮下气泡。通过控制Mn在0.9％，S>0.1％时，钢中氧小于200×10-6，可抑制气泡的产生。
(3)二冷区采用弱冷却制度，冷却强度为普通碳素钢的60％～70％。
(4)采用电磁搅拌技术以减轻中心偏析。
29 冷镦钢的浇注特点是什么?
冷镦钢对线材的表面质量、内在质量、成分的均匀性、冷加工性能及尺寸精度均有较高的要求。尽量减轻连铸过程中钢水的二次氧化、确保铸坯表面质量是连铸冷镦钢的重点，为此采用以下一些关键技术：
(1)采用全程保护浇注，同时采用设置挡渣堰的中间包，确保浇注时夹杂物能充分上浮、吸收。
(2)为确保铸坯的表面质量，采用高频小振幅的振动模式，并控制结晶器液面波动不超过±5mm，同时选择合适的保护渣。
(3)为确保铸坯的低倍质量，严格控制中间包过热度在20～35℃以内，优化二冷配水制度，采用气水雾冷却技术进行弱冷，严格控制拉速，使铸坯不产生大的缩孔，以及表面凹陷、皮下裂纹等缺陷。
30 怎样确定圆坯连铸结晶器的K值?
目前确定圆坯连铸的K值主要有以下几种方法：
(1)试验测定。通过将连铸坯刺穿、射钉枪或者同位素等方法，测出沿结晶器方向不同高度的坯壳厚度，得出坯壳厚度与钢水在结晶器停留时间的关系，就可计算出K值。
(2)经验法。根据连铸生产过程的实际经验，选取合适的圆坯K值，同时可以参考同直径的方坯的K值，一般圆坯的K值较同厚度的方坯K值要大。如方坯K取 24mm·min-1/2时，圆坯可以取27mm·min-1/2。
(3)热平衡法。结晶器内坯壳生长所放出的热量等于结晶器冷却水带走的热量。根据这一平衡关系，计算出坯壳厚度值，进而确定K值。
31 圆坯连铸的拉矫与方坯的拉矫设计有何不同?
为了保证圆坯的椭圆度，防止铸坯通过拉矫辊被压扁，通过采用最佳辊子孔型形状，使各种尺寸铸坯通过拉矫机时，压痕小于1mm。采用多点矫直技术，使铸坯矫直时延伸率控制在0.2％以下。
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作者：小隆 来源：制钢参考网
1 特殊钢连铸有什么特点?
与普通钢连铸相比，特殊钢连铸具有以下特点：
(1)特殊钢的合金元素较多，含量较高，碳含量范围大(0.02％～2.3％C)，受合金元素影响，其凝固特性与普通碳素钢差异大。
(2)特殊钢的纯洁度、均匀性、气体含量、低倍组织、夹杂物形态等要求比普通碳素钢高。
(3)有些特殊钢含Cr、V、Ti、Nb、Al等活泼元素，极易与氧、氮反应生成高熔点化合物，给铸坯质量带来一定危害；还有些合金元素则与钢中碳生成碳化物或碳氮化物，容易产生高温固相析出，对钢的热塑性有重要影响。
(4)由于连铸过程的特殊冷却凝固条件，成分偏析和组织不均匀性更为突出。
2 针对特殊钢凝固的特点，特殊钢连铸需解决的关键技术问题有哪些?
(1)提高钢液洁净度
提高钢液洁净度的主要措施有：1)低铝洁净钢技术，通过采用非铝脱氧剂，在降低钢中残铝和氧化物夹杂中A1203比例的前提下，使钢中氧含量比传统铝脱氧显著降低；2)钢包软吹氩技术；3)钢包下渣自动检测及控制技术；4)中间包冶金技术；5)中间包和结晶器保护渣的优化；6)结晶器冶金技术。
(2)提高铸坯质量
铸坯质量的提高主要依赖于连铸装备和工艺的优化，就我国目前现有装备而言，提高特殊钢铸坯质量的主要措施是采取低过热度浇铸与电磁搅拌相结合的办法来扩大等轴晶区，减轻偏析和疏松的集中度。同时根据不同钢种的特点选择合适的保护渣、结晶器设计与冷却、二冷和拉坯制度，以防止裂纹等缺陷的产生。
为进一步提高铸坯质量，近年出现了一些新的技术：1)浇铸过程液面自动控制；2)结晶器和凝固末段电磁搅拌工艺优化；3)大方坯轻压下技术；4)利用外场或形核剂细化铸态组织技术；5)复式结晶器控制凝固组织技术；6)结晶器钢液流动控制技术等。
3 目前我国使用的中间包，尤其是方坯连铸机使用的中间包存在的突出问题表现在哪些方面?
目前我国使用的中间包存在较多的问题，尤其是方坯连铸机用的中间包存在的问题更为突出。具体表现有：
(1)中间包内腔形状不合理。由于内腔形状不合理，使钢液在中间包内流动不合理和停留时间短，起不到净化钢水的作用。大包注流进入中间包落点距中间包水口距离短，或距离各个水口距离差别太大；大包落点处容积太小，造成该处钢渣混卷严重和内衬冲刷严重，影响中间包寿命，并污染了钢液。
(2)中间包容量小，熔池深度浅，不适合高速铸机。钢液在中间包内停留时间短，难以起到净化钢水除去夹杂物的作用；难以实现在换包时保持恒速浇注；浇注时中间包内钢渣搅动严重，难以使夹杂物上浮，并易进入结晶器内，尤其是在换包时更为严重。
(3)中间包水口位置设计不当，尤其是靠两侧边的水口离两个侧边太近，易造成两个侧边水口浇注不顺。
(4)中间包水口控制装置太单薄，不牢靠，难以准确控制钢液流量，使结晶器液面难以稳定，常发生失控事故。
(5)中间包变形大以及设计制造精度问题，造成多流水口对中精度不够。
(6)中间包升降装置不灵，多数不能升降，给连铸工艺带来困难，造成铸坯许多缺陷。
(7)中间包底部到结晶器上口距离选择不当。多数距离太高，给水口对中带来困难，也使水口太长，使吨钢水口耐材耗量增加。
(8)对浸入水口快换技术重视不够。
上述中间包在低拉速情况下勉强可用，不适应当今高拉速连铸的要求。现代中间包除应适应高拉速下恒速浇注和中间包通钢量强度大、中间包内搅动剧烈的条件外，还应起到净化钢液和排除夹杂物的作用。具体采用的措施包括：
(1)优化中间包内腔形状，在适应高拉速的情况下，使钢液在中间包内有合理的流动；扩大大包在中间包落点处的容积和优化大包落点到各水口的距离；(2)采用大容量深熔池的中间包；(3)防止中间包外壳变形；(4)采用牢固可靠的中间包水口控制装置；(5)采用在负载情况下，可靠的中间包升降装置；(6)优化中间包至结晶器上口的距离。
4 如何合理选择连铸坯断面?
由于铸坯的部分低倍缺陷可通过一定的压缩比得以减轻或消除，而且一定的压缩比也是稳定钢材性能的必要措施。为保证大规格特殊钢棒材的质量，须采用大的铸坯断面，并采用初轧开坯等措施。比如，20世纪80～90年代，日本投产的特殊钢连铸机断面均在300mm2以上。但由于小断面铸坯具有偏析和疏松程度比相同条件的大断面小的特点，而且随着洁净钢生产技术发展和连铸技术改进，钢中有害杂质和夹杂物总量显著降低，电磁搅拌技术的采用有效地减轻了中心偏析，使小断面铸坯一火成材生产小规格特殊钢材成为可能。从而形成各具特色的EAF(BOF)一LF—VD一大方坯连铸一大棒材连轧生产线和EAF—LF一小方坯连铸一小棒材及线材连轧生产线，而且在小规格材的生产中，后者更有竞争优势。
各钢铁企业可以根据生产钢材规格和轧机的特点，选择合适的铸坯断面，形成大方坯生产大规格材、小方坯生产小规格及线材的专业化生产线。
5 实现低过热度浇铸的关键以及与之配套的技术有哪些?
实现低过热度浇铸的关键是：(1)控制钢中夹杂物，防止低过热度浇铸过程的水口结瘤；(2)准确控制连铸过程中间包钢水温度稳定；(3)炼钢一连铸生产节奏的稳定控制。
为控制钢中夹杂物的组成，普遍采用钙处理技术，但当钢中硫含量较高时，易形成CaS夹杂物导致水口结瘤，并且钙处理形成的点状夹杂物对某些钢十分有害。而采用低铝洁净钢技术可实现提高洁净度和优化夹杂物的双重目的。目前通过二次精炼可将钢液温度控制在很窄的范围内，再加上中间包保温技术和钢中夹杂物控制技术的采用，为低过热度浇铸创造了条件。研究表明，控制中间包钢液温度稳定最有效的手段是采用等离子加热装置向中间包补充稳定、可靠的中性热能。此外，降低钢液过热度还可考虑采用水冷水口或在钢液弯月面用圆锥形无耗冷凝器进行辅助冷却。
6 采用连铸工艺生产特钢连铸坯有什么优越性?
采用连铸工艺生产合金钢连铸坯可以提高合金钢的成材率，减少合金元素的损耗(合金钢通常含有较高的合金元素，有的还含有贵重合金元素)。因此切头少可以降低生产成本，又由于连铸工艺生产的铸坯质量均匀一致，因为合金钢含合金元素多，因此连铸工艺生产合金钢连铸坯更发挥了其质量均匀一致的固有特点，既提高了铸坯质量，又有利于提高合金钢钢材的深加工性能和使用性能，同时产品的合格率增高。
7 特殊钢连铸过程中为何容易堵水口?
因为特钢中含有较多的合金元素，尤其含有较活泼的金属元素。如Al、Ti、Cr、Ni、Mn，等等。这些元素很容易和0、N相结合，生成A1203、 Ti02、Ti(CN)、(Cr—A1)203、(Mn—Ti)204等较复杂的夹杂物，不但使钢水流动性差，而且在浇注过程中，极易堵水口。
8 合金钢连铸的工艺特点是什么?
概括的说是一定要保证连铸钢水的高洁净度，一定要保证中间包钢水合理的过热度(通常合金钢连铸要求钢水低过热度，但有些钢种要求适当高的过热度)。对于一般的合金钢连铸，通常工艺流程为：炼钢一喷粉精炼一吹氩一连铸一接一般碳钢连铸的工艺参数及后部处理工艺。对于高质量合金钢连铸，应采用炼钢一吹氩一炉外真空精炼(VOD炉)一连铸一铸坯缓冷一精整等过程。严格控制好生产能力与生产周期的相互衔接。具体要做到以下几点：
(1)根据所浇钢种的需要，对钢液的纯净度、钢液成分和浇注温度的控制，尤其是钢中微量元素含量的控制，都应达到规定值。为此特殊钢连铸必须配备相应的钢液精炼设施，以实现钢液温度、成分的精确控制，提高钢液的纯净度；精炼设施还可以协调炼钢与连铸的生产节奏，对保证铸坯质量和连浇工艺顺行起到重要作用。
(2)结晶器应采用高频率、小振幅的振动。振动频率高，有利于铸坯的脱模；小振幅有利于结晶器液面的稳定，也有利于减少铸坯振痕，减轻或消除铸坯表面缺陷。
(3)选用性能良好的适合于特殊钢浇注的专用保护渣。对于合金钢来说，全过程的保护浇注尤为重要，以改善铸坯的表面和内部质量。
(4)采用较低的浇注速度和二冷区的弱冷却制度，有利于夹杂物上浮，减轻铸坯的中心偏析和中心疏松。
(5)最好使用大容量、深熔池，并砌有挡墙和坝的中间罐，充分发挥中间罐的冶金功能。
(6)连铸系统应选用适合于特殊钢浇铸的耐火材料，以减少消耗和提高钢的纯净度。
(7)精确控制结晶器液面，由普通连铸要求的±(5～10)mm减少到±(2～3)mm。减少液面波动，可以稳定拉坯速度；为此应采用结晶器液面自动控制技术，以提高铸坯质量，减少漏钢事故。
总而言之，为了特殊钢连铸坯质量达到要求，应严格建立合理的工艺操作制度，使其标准化、规范化，采用自动控制及铸坯质量的自动跟踪管理等。
9 合金钢的热物理性能及高温性能有何特点。连铸生产时应注意什么?
合金钢的热物理性能及高温性能与普碳钢比较有较大的不同，例如热导率通常较普碳钢小，典型的钢种有铁素体不锈钢，高温强度也较低，铸坯易发生裂纹。在连铸生产中，要注意二冷强度控制小一点，拉速低一些。结晶器振动采用高频小振幅，浸入式水口出口孔倾角向上(约15°)，防止钢液面结壳，有利于渣子吸收夹杂。全程保护浇注，必须采用相应的不锈钢保护浇注法。
10 合金钢的浇注采用连续铸钢工艺有何优越性?
当前几乎所有种类的合金钢都可以采用连铸工艺技术浇注了。其优点如下：
(1)金属收得率可以提高8％～15％，这对高合金钢尤其重要。
(2)热能消耗可降低50％～70％。
(3)成本可下降10％～40％。
(4)连铸坯的质量高于模铸，尤其是成分均匀性更好。
(5)大大提高生产效率。
(6)实现机械化和自动化，大大改善了劳动条件和保护了环境。
11 特殊钢连铸坯断面尺寸有何要求?
特殊钢对质量要求非常严格，以往要求连铸坯浇注大断面，铸坯以保证最终产品的质量要求，但近年来由炼钢、精炼、连铸技术的不断提高、完善，特殊钢连铸坯的断面几乎与普通钢连铸坯断面一样，基本决定最终产品的尺寸范围。但还是有较高要求，例如低、中碳合金钢要求最小压缩比为6：1。高碳合金钢、不锈钢要求最小压缩比为(10～15)：1。高级的轴承钢(滚动体)最小压缩比(30～50)：1。
12 特殊钢连铸工艺参数对铸坯有何影响，应采用怎样的基本工艺参数?
如果连铸过程工艺参数控制得不理想，过热度太高，结晶器冷却过弱，二次冷却强度不够等等，会导致柱状晶体过于发达，等轴晶受到抑制。增强的柱状晶结构导致跨液芯的搭桥的形成，也将进一步的助长了中心偏析的形成。为避免铸坯中心疏松的成分偏析，应采用低温浇铸工艺，控制钢水过热度≤20℃，过热度波动 ≤±10℃。
13 怎样控制特殊钢连铸过程中钢水吸氧?
为了防止钢水浇注过程中吸氧，采用了以下措施：
(1)对钢包和中间包之间的钢流采用氩气保护；
(2)中间包内的钢水液面上覆盖保护渣；
(3)采用浸入式水口浇注；
(4)中间包的特殊形状及设计减少了非金属夹杂；
(5)结晶器液面自动控制。
14 什么叫缓冷，为什么大多数合金钢钢种需要设置缓冷坑?
缓冷就是将高温铸坯(一般在500℃以上)运入缓冷容器内，在保温状态下让其缓慢地冷却到200℃以下。
因为大多数合金钢，由于合金元素的作用，在高温冷却过程发生相变，组织应力发生变化而导致铸坯表面和内部产生裂纹。例如，马氏体不锈钢，当冷却到 200～300℃时，由于产生马氏体相变，导致体积膨胀，引起组织应力而形成铸坯的脆性。再如轴承钢，通过缓冷能够大大降低冷却过程产生的组织应力和热应力，能够防止白点的产生。所以一般情况下合金钢连铸铸坯出坯以后都吊入设置的缓冷坑内。如果条件允许，铸坯最好直接进行“红送”轧制。
15 多钢种浇铸时如何选择出坯方式?
可以根据浇铸钢种对裂纹的敏感性程度的不同，在一台连铸机上同时采用不同的出坯方式，不同钢种的铸坯根据其最终冷却特性，选择其中一种合适的冷却方式出坯。
例如，采用步进式冷床、过渡冷床和热送辊道。连铸机控制系统根据钢种的化学成分自动确定出坯的目的地，将铸坯送上步进式冷床或过渡冷床或热送辊道。如铸坯需要缓冷，则将铸坯快速移至过渡冷床，吊至缓冷坑缓冷；如需热送，则由热送辊道送至轧钢车间。
16 保温坑热装和直接热装有什么不同?
(1)保温坑热装是热送热装工艺技术中的初级形式，对生产计划管理影响较小，连铸及热轧间的生产相对独立。铸坯装入温度较低，节能效果不明显，但其容易操作，在连铸及热轧投产初期或生产不太稳定时或更换频繁时，是一种较容易实现的工艺技术。
(2)直接热装是热送热装工艺技术中高级形式，在生产能力、生产顺序、生产时序方面要求连铸和热轧完全匹配。任何一方的故障会马上影响另一方的正常生产。因此实现的难度很高，但其直接节能效果十分明显。
实际生产中常将直接热装与保温坑热装工艺技术混合使用，既保证了生产的连续性，节能效果也很好。
17 为什么在热送时铸坯会产生热脆现象，有哪些钢种会出现这种现象?
对一些钢种进行热送热装时，常常出现表面缺陷，缺陷是以晶间裂纹形式出现的。其与A1N或VCN、NbCN在奥氏体晶界析出有关。A1N在奥氏体中析出速度很慢，当奥氏体向铁素体转变开始后，速度大大提高。大部分A1N是在约600～900℃时析出速度最大，实际的温度范围取决于碳含量及合金元素含量。 A1N析出时，细小的A1N集中在γ晶界，阻止了金属热变形过程中晶界的移动，机械应力在晶粒边界聚集，当应力值超过晶粒之间亲和力时，就产生了晶界裂纹。
所有C含量在0.3％以下的碳钢和C—Mn钢、所有表面硬化钢，以及许多具有细晶组织的合金钢，全镇静钢均会出现热脆现象，特别是含残余氮及杂质元素较高的电炉钢。
18 怎样防止铸坯在热送热装时出现裂纹?
可以采取以下措施：
(1)将铸坯快速冷却至500℃，可有效抑制氮化物析出；
(2)γ→α相变可以消除已析出的A1N的影响；
(3)快速冷却所形成的细晶组织有利于减轻其他因素引起的热脆性。
19 优特钢连铸的拉速选择应考虑哪些因素?
拉速决定了连铸机的生产效率。但高拉速和铸坯高质量往往是相互矛盾的。因此，我们必须根据品种质量要求，使拉速和质量得到统一。
对优特钢连铸机，选择拉速时应考虑以下几方面：
(1)铸机弧形半径。弧形半径决定了铸机的冶金长度。正常情况下，弧形半径越大，可选择的拉速也就越大；反之，弧形半径越小，拉速也就应选择低一些；
(2)所生产的钢种。由于拉速快会带来铸坯的中心缺陷(中心疏松、缩孔、偏析等)，因此在生产一些对中心缺陷严格限制的品种时应采用较低的拉速；
(3)铸机本身的装备情况。对一些配备有F—EMS、轻压下设备的铸机，为保证其效果，应根据理论计算和实验验证确定拉速，且不能随意变动；
(4)考虑初炼炉(转炉或电炉)-精炼炉-连铸机全流程的物质流量应基本匹配一致，即在满足质量的前提下，初炼炉、精炼炉、连铸机的冶炼周期、浇铸周期要基本吻合，而决定浇铸周期的主要是拉速。
20 不同钢种一火成材的最小压缩比有什么要求?
一火成材指的是连铸坯不经过二次开坯和冷却而直接送往轧钢进行轧制。连铸坯同锻、轧坯相比，其内部组织状态有明显的差异，对一火成材来说，连铸坯组织不致密，需要加大压缩比来克服不致密的不足之处。作为连铸坯，碳钢、合金钢类其压缩比为6时，就可保证产品性能；但是其先决条件是钢水有炉外精炼或其他精炼处理，钢中氧含量要≤30×10-6和过热度控制在不大于30℃的技术要求。
由于连续浇铸、结晶器冷却、铸坯二次强冷连续化过程，致使连铸坯结晶组织致密，偏析、中心疏松和端头缩小比钢锭大为改善，纵向组织的均匀性良好。因此，压缩比可较钢锭低。对一般普碳钢连铸坯，如生产只要求强度性能达标的钢材产品，压缩比为4～5时就可满足要求。而对于优质钢、合金钢连铸坯，最小压缩比值不得低于10。各种不同性能要求的钢材产品对连铸坯所需的压缩比，见表7—1。
表7—1 表产品质量要求连铸坯所需压缩比
产品质量要求
所需压缩比
性能要求
产品用途类
仅要求强度
一般普碳钢
4-5
要求冲击值
器皿、搪瓷用钢
8-10
力学性能
弹簧钢
20(螺旋弹簧30)
轴承类、轴承外套
30(钢球)
镦锻性能
螺栓、螺母类
热加工
12-15
冷加工
15-20
模锻性能
各种机械零件、工具
8-10
热处理要求
调质钢、齿轮钢
12
自由锻要求
轴、供锻造用坯
按轴径用途要求计算而定,供毛坯一般取8
21 什么是特殊钢连铸机的液芯矫直，矫直应力怎么计算?
液芯矫直就是指铸坯带着液芯进行矫直。由于铸坯的液芯长度与拉速成正比，因此高拉速连铸机铸坯的液芯必然很长，如仍采用固相矫直，势必使连铸机半径很大，这明显不合理，于是出现了带液芯矫直。
矫直应力可用下式计算：
式中σ—矫直应力，N/m2；
K，m—常数，取决于钢种和冷却条件等；
D—铸坯厚度，m；
k—综合凝固系数，mm·min-1/2；
L—结晶器弯月面到拉矫点的弧形长度，m；
υ—拉坯速度，m/min；
R0—基本圆弧半径，m。
22 就特殊钢质量而言，大包为何要升降?
在特钢连铸中，钢水包在回转台上作升降运动，便于在钢包和中间包之间使用长水口，实现保护浇注。通过保护浇注可以给钢水质量带来以下影响：
(1)使钢中的总氧量减少。实践表明，在生产铝镇静钢时，使用长水口比敞开浇注总氧量减少20～30×10-6，可以保证90％的铸坯无皮下夹杂。
(2)使钢中酸溶铝含量减少。钢水中A1203减少，降低了水口堵塞的概率。
(3)使中间包渣中的A1203含量减少。渣中Al203减少，改善了保护渣的流动性，有利于结晶器均匀传热，减少了漏钢和纵裂、凹陷等表面缺陷。
23 升降与不升降大包插入中间包的深度多少为好?
中间包保持正常液位，采用长水口浇注，中间包内钢水流动的特点是：
(1)钢渣界面流动剪切力减轻；
(2)减轻了铸流引起的紊流和波浪运动。
因此，采用长水口浇注是防止卷渣的有效措施。一般长水口插入中间包深度为100㎜左右。
24 中间包流场对钢水质量有何影响?
中间包内钢液的流动状态对钢液内非金属夹杂物的排除有着重要影响。连铸坯内的大型夹杂物多产生于钢液进入结晶器之前，钢液在中间包内的停留时问又很短暂。因此，控制中间包内钢液的流动方式，可以最大限度的促进夹杂物在中间包内的上浮和排除，提高铸坯的质量。
25 中间包浸入式水口浸入深度对钢水质量有什么影响?
随中间包浸入式水口深度的增加，结晶器钢渣界面搅动逐渐减弱，保护渣覆盖良好。插入深度太浅，就会发生钢水卷渣等质量问题；而如果插入深度的太深，就会出现保护渣熔化不均匀，表面结壳等问题。插入深度一般在(125±5)mm为宜。
26 中间包塞棒自动控制对特殊钢质量及可铸性有什么影响?
中间包塞棒控制系统是根据液面计提供的液面高度信号，在恒拉速条件下，通过控制执行机构调节塞棒开度来实现液面稳定的自控系统。理论和生产实践表明，钢坯的许多缺陷都与结晶器钢水液面波动有关，钢水液面波动较大会引起坯壳厚度不均匀，影响铸坯质量甚至发生漏钢，液面波动较大还会使振痕加深、出现卷渣等。通过中间包塞棒自动控制，液面控制精度可达到±2mm，使结晶器液面波动减小，对减少铸坯表面缺陷非常有利。
27 液面的波动范围多少对卷渣有什么影响?
钢水浇入到结晶器里，为了防止钢水溢出，钢水液面必须低于结晶器上口约70～100mm。在浇注过程中，如果钢水液面波动太大，会卷入结晶器保护渣，在铸坯表面形成皮下夹渣，影响铸坯质量。试验指出：液面波动与铸坯皮下夹渣深度的关系如表7—2所示。当皮下夹渣深度<2mm，铸坯在加热时可消除；夹渣深度在2～5mm时，铸坯必须进行表面清理。钢水液面波动控制在±10mm，可消除皮下夹渣。因此，选择灵敏可靠的液面控制系统，保证液面波动在允许范围内，对于获得良好的铸坯表面质量是非常重要的。
表7—2 液面波动与铸坯皮下夹渣深度关系
液面波动范围，㎜
皮下夹渣深度，mm
±20
<2
±40
<4
>40
<7
28 易切钢的浇注特点是什么?
易切削钢为了改善钢的切削性能，一般加入硫或硒、碲等元素。为了得到对切削性能有益的纺锤形硫化物，钢中氧含量必须控制在200～300×10-6。但含氧量高会影响硫化物形态，易生成气泡，恶化铸坯表面质量。连铸应注意：
(1)应控制锰硫比在9以上，防止晶界处析出低熔点的FeS，发生晶界脆性而形成裂纹。
(2)控制氧含量。硫易切削钢不能用硅和铝脱氧，否则会形成皮下气泡。通过控制Mn在0.9％，S>0.1％时，钢中氧小于200×10-6，可抑制气泡的产生。
(3)二冷区采用弱冷却制度，冷却强度为普通碳素钢的60％～70％。
(4)采用电磁搅拌技术以减轻中心偏析。
29 冷镦钢的浇注特点是什么?
冷镦钢对线材的表面质量、内在质量、成分的均匀性、冷加工性能及尺寸精度均有较高的要求。尽量减轻连铸过程中钢水的二次氧化、确保铸坯表面质量是连铸冷镦钢的重点，为此采用以下一些关键技术：
(1)采用全程保护浇注，同时采用设置挡渣堰的中间包，确保浇注时夹杂物能充分上浮、吸收。
(2)为确保铸坯的表面质量，采用高频小振幅的振动模式，并控制结晶器液面波动不超过±5mm，同时选择合适的保护渣。
(3)为确保铸坯的低倍质量，严格控制中间包过热度在20～35℃以内，优化二冷配水制度，采用气水雾冷却技术进行弱冷，严格控制拉速，使铸坯不产生大的缩孔，以及表面凹陷、皮下裂纹等缺陷。
30 怎样确定圆坯连铸结晶器的K值?
目前确定圆坯连铸的K值主要有以下几种方法：
(1)试验测定。通过将连铸坯刺穿、射钉枪或者同位素等方法，测出沿结晶器方向不同高度的坯壳厚度，得出坯壳厚度与钢水在结晶器停留时间的关系，就可计算出K值。
(2)经验法。根据连铸生产过程的实际经验，选取合适的圆坯K值，同时可以参考同直径的方坯的K值，一般圆坯的K值较同厚度的方坯K值要大。如方坯K取 24mm·min-1/2时，圆坯可以取27mm·min-1/2。
(3)热平衡法。结晶器内坯壳生长所放出的热量等于结晶器冷却水带走的热量。根据这一平衡关系，计算出坯壳厚度值，进而确定K值。
31 圆坯连铸的拉矫与方坯的拉矫设计有何不同?
为了保证圆坯的椭圆度，防止铸坯通过拉矫辊被压扁，通过采用最佳辊子孔型形状，使各种尺寸铸坯通过拉矫机时，压痕小于1mm。采用多点矫直技术，使铸坯矫直时延伸率控制在0.2％以下。
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碱性电弧炉炼钢工艺流程www.tool-tool.com
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作者：沸沸 来源：制钢参考网
碱性电弧炉氧化法炼钢工艺过程主要包括原材料准备、补炉、配料及装料、熔化期、氧化期、还原期及出钢等7个阶段。
一、原材料准备
废钢是电弧炉炼钢的主要材料，废钢质量的好坏直接影响钢冶的质量、成本和生产率，因此，对废钢质量有如下几点要求。
1）废钢表面应清洁少锈，因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能，延长熔化时间，还会影响氧化期去鳞效果及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时还会降低钢和合金元素的收得率，并增加钢中的含氢量。
2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属。铅的密度大，熔点低，不溶于钢液，易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故；锡、砷和铜易引起钢的热脆。
3）废钢中不得混有密封容器，以及易燃、易爆物和有毒物，以保证安全生产。
4) 废钢化学成分应明确，且需按成分分类存放，硫、磷含量不宜过高。
5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超过 300mm×300mm，最大长度不宜超过350mm)。
二、补炉
一般情况下，每炼完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目的是修补炉底和被侵蚀的渣线及被破坏的部位，以维持正常的炉体形状，从而保证冶炼的正常进行和安全生产，补炉的要点如下：
1)出钢后立即检查炉衬，需填补炉底时，应先将炉底残渣全部扒出，然后进行填补。补炉的原则是高温、快补、薄补，维护炉膛原状。
2) 补炉料要提前半个小时混合均匀，补炉后放下电极烘烤 30min，若补镁砂量较大，应酌情延长烘烤时间。
三、配料及装料
配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意以下几点：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量；二是炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快速熔化的目的；三是各类炉料应根据钢液的质量要求和冶炼方法搭配使用；四是配料成分必须符合工艺要求。
装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期去磷，减少钢液吸气和加速升温。
装料时应将小料的一半放入底部，小料的上部、炉子中心区放入全部大料、低碳废钢和难熔炉料，大料之间放入小料，中型料装在大料的上面及四周，大料的最上面放入小料。凡在配料中使用的电极块应砸成50～lOOmm，装在炉料下层，且要紧实，装好的炉料为半球形，二次加料不使用大块料及湿料。
四、熔化期
在电弧炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期的任务是将固体炉料迅速熔化成钢液，并进行脱磷，减少钢液吸收气体和金属的挥发。熔化期的操作工艺如下：
1)启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功率过大、电压过高，炉顶容易被烧坏，因此一般选用中级电压和输入变压器额定功率的2／3左右。
2)穿井阶段。这个阶段电弧完全被炉料包围，热量几乎全部被炉料吸收，不会烧坏炉衬，因此使用最大功率，一般穿井时间为20min左右，约占总熔化时间的1／4。
3)电极上升阶段。电极“穿井”到底后，炉底已形成熔池，炉底石灰及部分元素氧化，使得在钢液面上形成一层熔渣，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔化时间的1／2左右。
4)炉料熔化过程中，应根据炉料中含P量的高低，可分批加入适量的石灰及矿石造渣，以利于脱P，加入的石灰量约为炉料重量的1％～2％，为了调整炉渣的流动性，可加入适量的氟石。
5)在熔化过程中应不断“推料助熔”，当大部分炉料开始熔化时可采取吹氧助熔，加速炉料熔化，吹氧时采用浅吹提温，插入钢液深度
6)熔化末期采用较低电压供电，炉料全熔后，充分搅拌钢液，取样应在熔池中心处取钢液分析C、P、S，掌握元素含量，作为后阶段进行氧化、还原反应和控制元素含量的依据，如钢液含碳量不足时，在开始氧化前必须进行增碳。
五、氧化期
加入氧化剂，使钢液中的碳氧化而熔池产生沸腾的阶段叫氧化期。氧化期的主要任务是脱碳、脱磷，以及去除气体和夹杂物，并提高钢液温度。氧化期的操作工艺如下：
1)氧化期前一阶段，钢液温度较低，主要是造渣脱磷，炉内的脱磷反应为：
5FeO+2Fe3P=P205+11Fe+Q
P205+CaO=CaO& #8226;P205+Q
由以上反应可看出，要提高脱磷效果，必须造成强氧化性 (WFeO为12％～20％)、强碱性(CaO浓度要高，R=2～3)的炉渣，炉渣流动性要好。适当偏低的温度，加强钢渣的搅拌，以利于脱磷反应的进行。
2)当钢液温度达到1550℃后，氧化期进入第二阶段。氧化第二阶段主要是进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中的气体和夹杂物。我公司在实际生产中氧化脱碳采用矿石+氧气结合脱碳法，炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应，其有利于整个熔池的迅速加热，也有利于钢液成分的均匀化。具体化学反应如下：
0+C=CO，FeO+C=Fe+CO。
在氧化的第二段段，矿石加入应多批、小量、勤搅拌，使熔池沸腾活跃并使炉渣保持良好的流动性，做到炉渣自动流出。
3)氧化期操作要点：①氧化、测温符合要求，渣况良好方可分批加矿石，每批加矿石量不得超过料重的1％～2％，每批间隔时间需>5min。②为确保熔池沸腾良好，应将氧化脱碳速率控制在每分钟 0.O1％～0.03％。③调整渣况。当氧化沸腾开始，采用流渣，要求炉渣R=2～3，炉内渣量控制在3％～4％。氧化期后阶段，应使炉渣流动性好，渣层要薄，渣量控制在2％～3％。④温度控制。氧化期总的来讲是一个升温阶段，升温速度的快慢根据钢液中磷的情况而定。氧化末期必须使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度的10～2O℃。⑤净沸腾。当温度、化学成分合适，就停止加矿石，调整好炉渣，让熔池进入自然沸腾(5～10min)，使钢液中的残余含氧量降低，并使气体及夹杂物充分上浮，以利于还原期的顺利进行。⑥扒渣。氧化期炉渣中FeO含量很高，又含有P205，为了还原期脱氧及防止回磷必须扒渣，扒渣的条件是扒渣温度高于出钢温度10～2O℃；扒渣前碳、磷及其他限制性成分应符合要求。⑦增碳。如果氧化末期碳含量过低需增碳，可在扒渣后裸露的钢液面上撒加纯净、干燥的碳粉，进行增碳。
六、还原期
氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。主要任务是造好还原渣，钢液进行脱氧、脱硫，调整化学成分，控制好出钢温度。还原期的操作工艺如下：
1)停电扒氧化渣后，首先加入锰铁进行“预脱氧”。锰铁加入后，应立即加入石灰、氟石和碎硅砖造稀薄渣覆盖钢液，以减少钢液吸气和降温。石灰、氟石、碎硅砖块的加入比例为4：1：1，其总加入量约为钢液重量的 2％～3％，稀薄渣形成后造还原渣进行还原。
2)稀薄渣造好后，立即取样分析C、Mn、Si、S、P等元素含量，并加还原碳粉。还原碳粉加入后立即关闭炉门，尽量保证炉膛有较好的密封性，以保持白渣快速形成。
3)随着还原过程的进行，炉渣逐渐失去脱氧、脱硫能力，因而需要分批补充造渣材料，调整炉渣的流动性，大约每隔6～8min加入一批造渣材料，确保反应继续进行，还原末期加入硅铁和铬铁，做好出钢准备。
4)为了充分地进行脱氧和脱硫，钢液在良好的白渣下还原时间一般应≥15min，且有良好的流动性。还原期总渣量为炉料的 2％～3％，其配比为：石灰：氟石：碳粉=4：1．5：1。
5)当含氧量和含硫量都已降到合格的程度，这时可以测量钢液温度，当钢液温度达到出钢温度要求时，调整钢液的化学成分。
6)化学成分和钢液温度均调整好后，即可插铝进行终脱氧。最终脱氧的加铝量是钢液重量的 0.1％～0.15％。
七、出钢
出钢必须做到以下几点：
1)成分合格，各主要元素达到内控规范要求。
2)脱氧良好，加硅铁前必须是白渣，加入后在10min内出钢。
3)出钢槽必须清洁、干燥、平整，并与出钢口保持平直，以利于出钢畅通，做到钢液与炉渣混出。
4)出钢时，盛钢桶必须烘烤成暗红色，出钢前15min加 2.0kg硅铝钡终脱氧刹，以及每吨钢液加入1kg的稀土硅铁，并在包内烤红。
5)出钢后在盛钢桶内取成品样，检查温度及脱氧情况是否良好，根据包内钢液温度并结合烤包、炉渣量等实际情况决定镇静时间，以达到铸钢件始浇温度不高于该钢种浇注温度，出钢后应保证镇静时间≥5min。
对普通电弧炉在熔化期采取熔氧结合技术，可降低钢液含气量和含磷量。在还原期采取还原精练技术则有利于钢液的去气、去杂质。采用该冶炼工艺提高了钢液质量，改善铸钢件组织结构和力学性能，同时也改善了铸件表面质量，并能创造一定的经济效益。
（我的钢铁）
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
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ようこそＢｅｗｉｓｅ Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
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弊社は各領域に供給できる内容は：
（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
（２）Carbide Cutting tools設計
（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
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弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給
（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
（４）オートメーション整備調達
（５）スポット対応～流れ生産対応
弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.
BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.
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作者：沸沸 来源：制钢参考网
碱性电弧炉氧化法炼钢工艺过程主要包括原材料准备、补炉、配料及装料、熔化期、氧化期、还原期及出钢等7个阶段。
一、原材料准备
废钢是电弧炉炼钢的主要材料，废钢质量的好坏直接影响钢冶的质量、成本和生产率，因此，对废钢质量有如下几点要求。
1）废钢表面应清洁少锈，因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能，延长熔化时间，还会影响氧化期去鳞效果及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时还会降低钢和合金元素的收得率，并增加钢中的含氢量。
2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属。铅的密度大，熔点低，不溶于钢液，易沉积在炉底缝隙中造成漏钢事故；锡、砷和铜易引起钢的热脆。
3）废钢中不得混有密封容器，以及易燃、易爆物和有毒物，以保证安全生产。
4) 废钢化学成分应明确，且需按成分分类存放，硫、磷含量不宜过高。
5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超过 300mm×300mm，最大长度不宜超过350mm)。
二、补炉
一般情况下，每炼完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目的是修补炉底和被侵蚀的渣线及被破坏的部位，以维持正常的炉体形状，从而保证冶炼的正常进行和安全生产，补炉的要点如下：
1)出钢后立即检查炉衬，需填补炉底时，应先将炉底残渣全部扒出，然后进行填补。补炉的原则是高温、快补、薄补，维护炉膛原状。
2) 补炉料要提前半个小时混合均匀，补炉后放下电极烘烤 30min，若补镁砂量较大，应酌情延长烘烤时间。
三、配料及装料
配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意以下几点：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量；二是炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快速熔化的目的；三是各类炉料应根据钢液的质量要求和冶炼方法搭配使用；四是配料成分必须符合工艺要求。
装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前造好熔化渣，有利于早期去磷，减少钢液吸气和加速升温。
装料时应将小料的一半放入底部，小料的上部、炉子中心区放入全部大料、低碳废钢和难熔炉料，大料之间放入小料，中型料装在大料的上面及四周，大料的最上面放入小料。凡在配料中使用的电极块应砸成50～lOOmm，装在炉料下层，且要紧实，装好的炉料为半球形，二次加料不使用大块料及湿料。
四、熔化期
在电弧炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期的任务是将固体炉料迅速熔化成钢液，并进行脱磷，减少钢液吸收气体和金属的挥发。熔化期的操作工艺如下：
1)启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功率过大、电压过高，炉顶容易被烧坏，因此一般选用中级电压和输入变压器额定功率的2／3左右。
2)穿井阶段。这个阶段电弧完全被炉料包围，热量几乎全部被炉料吸收，不会烧坏炉衬，因此使用最大功率，一般穿井时间为20min左右，约占总熔化时间的1／4。
3)电极上升阶段。电极“穿井”到底后，炉底已形成熔池，炉底石灰及部分元素氧化，使得在钢液面上形成一层熔渣，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔化时间的1／2左右。
4)炉料熔化过程中，应根据炉料中含P量的高低，可分批加入适量的石灰及矿石造渣，以利于脱P，加入的石灰量约为炉料重量的1％～2％，为了调整炉渣的流动性，可加入适量的氟石。
5)在熔化过程中应不断“推料助熔”，当大部分炉料开始熔化时可采取吹氧助熔，加速炉料熔化，吹氧时采用浅吹提温，插入钢液深度
6)熔化末期采用较低电压供电，炉料全熔后，充分搅拌钢液，取样应在熔池中心处取钢液分析C、P、S，掌握元素含量，作为后阶段进行氧化、还原反应和控制元素含量的依据，如钢液含碳量不足时，在开始氧化前必须进行增碳。
五、氧化期
加入氧化剂，使钢液中的碳氧化而熔池产生沸腾的阶段叫氧化期。氧化期的主要任务是脱碳、脱磷，以及去除气体和夹杂物，并提高钢液温度。氧化期的操作工艺如下：
1)氧化期前一阶段，钢液温度较低，主要是造渣脱磷，炉内的脱磷反应为：
5FeO+2Fe3P=P205+11Fe+Q
P205+CaO=CaO& #8226;P205+Q
由以上反应可看出，要提高脱磷效果，必须造成强氧化性 (WFeO为12％～20％)、强碱性(CaO浓度要高，R=2～3)的炉渣，炉渣流动性要好。适当偏低的温度，加强钢渣的搅拌，以利于脱磷反应的进行。
2)当钢液温度达到1550℃后，氧化期进入第二阶段。氧化第二阶段主要是进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中的气体和夹杂物。我公司在实际生产中氧化脱碳采用矿石+氧气结合脱碳法，炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应，其有利于整个熔池的迅速加热，也有利于钢液成分的均匀化。具体化学反应如下：
0+C=CO，FeO+C=Fe+CO。
在氧化的第二段段，矿石加入应多批、小量、勤搅拌，使熔池沸腾活跃并使炉渣保持良好的流动性，做到炉渣自动流出。
3)氧化期操作要点：①氧化、测温符合要求，渣况良好方可分批加矿石，每批加矿石量不得超过料重的1％～2％，每批间隔时间需>5min。②为确保熔池沸腾良好，应将氧化脱碳速率控制在每分钟 0.O1％～0.03％。③调整渣况。当氧化沸腾开始，采用流渣，要求炉渣R=2～3，炉内渣量控制在3％～4％。氧化期后阶段，应使炉渣流动性好，渣层要薄，渣量控制在2％～3％。④温度控制。氧化期总的来讲是一个升温阶段，升温速度的快慢根据钢液中磷的情况而定。氧化末期必须使钢液温度升高到大于该钢种出钢温度的10～2O℃。⑤净沸腾。当温度、化学成分合适，就停止加矿石，调整好炉渣，让熔池进入自然沸腾(5～10min)，使钢液中的残余含氧量降低，并使气体及夹杂物充分上浮，以利于还原期的顺利进行。⑥扒渣。氧化期炉渣中FeO含量很高，又含有P205，为了还原期脱氧及防止回磷必须扒渣，扒渣的条件是扒渣温度高于出钢温度10～2O℃；扒渣前碳、磷及其他限制性成分应符合要求。⑦增碳。如果氧化末期碳含量过低需增碳，可在扒渣后裸露的钢液面上撒加纯净、干燥的碳粉，进行增碳。
六、还原期
氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。主要任务是造好还原渣，钢液进行脱氧、脱硫，调整化学成分，控制好出钢温度。还原期的操作工艺如下：
1)停电扒氧化渣后，首先加入锰铁进行“预脱氧”。锰铁加入后，应立即加入石灰、氟石和碎硅砖造稀薄渣覆盖钢液，以减少钢液吸气和降温。石灰、氟石、碎硅砖块的加入比例为4：1：1，其总加入量约为钢液重量的 2％～3％，稀薄渣形成后造还原渣进行还原。
2)稀薄渣造好后，立即取样分析C、Mn、Si、S、P等元素含量，并加还原碳粉。还原碳粉加入后立即关闭炉门，尽量保证炉膛有较好的密封性，以保持白渣快速形成。
3)随着还原过程的进行，炉渣逐渐失去脱氧、脱硫能力，因而需要分批补充造渣材料，调整炉渣的流动性，大约每隔6～8min加入一批造渣材料，确保反应继续进行，还原末期加入硅铁和铬铁，做好出钢准备。
4)为了充分地进行脱氧和脱硫，钢液在良好的白渣下还原时间一般应≥15min，且有良好的流动性。还原期总渣量为炉料的 2％～3％，其配比为：石灰：氟石：碳粉=4：1．5：1。
5)当含氧量和含硫量都已降到合格的程度，这时可以测量钢液温度，当钢液温度达到出钢温度要求时，调整钢液的化学成分。
6)化学成分和钢液温度均调整好后，即可插铝进行终脱氧。最终脱氧的加铝量是钢液重量的 0.1％～0.15％。
七、出钢
出钢必须做到以下几点：
1)成分合格，各主要元素达到内控规范要求。
2)脱氧良好，加硅铁前必须是白渣，加入后在10min内出钢。
3)出钢槽必须清洁、干燥、平整，并与出钢口保持平直，以利于出钢畅通，做到钢液与炉渣混出。
4)出钢时，盛钢桶必须烘烤成暗红色，出钢前15min加 2.0kg硅铝钡终脱氧刹，以及每吨钢液加入1kg的稀土硅铁，并在包内烤红。
5)出钢后在盛钢桶内取成品样，检查温度及脱氧情况是否良好，根据包内钢液温度并结合烤包、炉渣量等实际情况决定镇静时间，以达到铸钢件始浇温度不高于该钢种浇注温度，出钢后应保证镇静时间≥5min。
对普通电弧炉在熔化期采取熔氧结合技术，可降低钢液含气量和含磷量。在还原期采取还原精练技术则有利于钢液的去气、去杂质。采用该冶炼工艺提高了钢液质量，改善铸钢件组织结构和力学性能，同时也改善了铸件表面质量，并能创造一定的经济效益。
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32 在保护浇注中，二段式和整体式浸入式水口各有哪些优缺点?
对于二段式浸入式水口来说，由于浸入式水口与中间包水口间的配合不严密，钢流吸气使钢水二次氧化，降低了钢水的内部质量，但使用二段式水口有利于实现水口的快速更换，从而提高连浇炉数，提高连铸生产效率。对于整体式水口而言，其密封性能较好，可以有效地防止钢水的二次氧化，确保钢水的纯净度，但整体式水口最大的缺点就是更换不太方便，影响连铸机的作业率。
33 为什么连铸圆坯材目前只能用作圆管坯而不能用作棒材坯?
应该可以做棒材，而且从坯形来说，圆坯比方坯更适合于生产棒材，只是目前的轧机孔型不太适合。
34 连铸包晶钢的注意事项是什么?
包晶钢在凝固过程中会发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷。因此，在连铸包晶反应钢时，以铸坯表面质量为主，其注意事项主要有以下几点：
(1)提高钢水洁净度。尽量提高钢水的纯净度，降低钢中有害元素S、P的含量，提高Mn、S比。
(2)结晶器液面稳定控制。采用结晶器液位自动控制，使结晶器液面波动范围控制在±5mm；合理的浸入式水口插入深度和出口倾角，以及水口对中，使坯壳均匀生长。
(3)合适的结晶器工艺参数。良好的结晶器铜板表面质量；优化结晶器振动技术；结晶器采用缓冷，改善结晶器的冷却；合适的结晶器锥度。
(4)合适的二冷工艺参数。二冷采用弱冷，尽量避开第Ⅲ脆性温度区。
(5)合适的结晶器保护渣。保护渣的黏度、碱度应合理选择，使结晶器传热更加均匀。
35 特殊钢方坯连铸的凝固特点是什么?
由于特殊钢中加入了许多合金元素，因此其凝固特性与普碳钢有所不同：
(1)钢中含有Cr、V、Ti、Nb、Al等活泼元素，这些元素易与氧和氮发生反应生成高熔点的化合物，给浇注操作和铸坯质量带来不利的影响。
(2)凝固温度区间变化大。合金元素会使钢的固相线和液相线温度区间发生变化，合金元素含量较高时，凝固温度区间会发生较大变化，在选择钢液过热度、确定二冷制度时要给予充分考虑。
(3)凝固组织。合金元素及其含量不同会形成不同的凝固组织。有些元素会使铸坯裂纹倾向增加。
(4)热物理性能。合金元素会使钢的导热系数、热膨胀系数等物理特性发生变化。一般合金钢的导热系数比碳钢小，而凝固收缩量比碳钢大。
(5)钢的高温性能。合金元素会使钢的高温性能发生变化，对钢的热延性曲线的脆性“口袋”温度有重要影响。因此，二冷区冷却强度及配水制度要根据所浇钢种实测的脆性温度范围确定。
36 在特钢连铸中，大包升降与不升降对钢水质量各有什么影响?
在特钢连铸中，钢水包在回转台上做升降运动，便于在钢包和中间包之间使用长水口，实现保护浇注。通过保护浇注可以给钢水质量带来以下影响：
(1)使钢中的总氧量减少。实践表明，在生产铝镇静钢时，使用长水口比敞开浇注总氧量减少20～30×10-6，可以保证90％的铸坯无皮下夹杂。
(2)使钢中酸溶铝含量减少。钢水中A1203减少，降低了水口堵塞的概率。
(3)使中间包渣中的A1203含量减少。渣中A1203减少，改善了保护渣的流动性，有利于结晶器均匀传热，减少了漏钢和纵裂、凹陷等表面缺陷。
37 在特钢连铸坯热送中。铸坯表面温度控制有何要求?
在连铸坯直接轧制(CC—DR)中要求连铸坯温度在1 100℃以下不经加热炉，在输送过程中通过边角补热装置直接送轧机轧制；在连铸坯热直接轧制(CC—HDR)中要求连铸坯温度在1100℃以下，A3以上，不经加热炉，在输送过程中通过补热均热直接送轧机轧制；在连铸坯热装轧制(CC—DHRC)中连铸坯温度在A3以下，Al线以上，直接送加热炉加热后轧制；在连铸坯热装轧制(CC—HCR)中连铸坯温度在Al以下，400℃以上，经保温热送至加热炉送轧机轧制。一般将铸坯温度达400℃作为热装的低温界限，低于400℃不再热送。
38 为什么不锈钢的切割要加铁粉?
当用火焰切割不锈钢铸坯时，因在高温条件下易产生黏稠的铬氧化物，熔点较高，能阻断切割的进行，且熔渣不易排除，使切割中断，所以需要辅加铁粉或其他助熔剂。
39 各种非正弦振动波形的适用范围有哪些?
结晶器非正弦振动形式的开发，突破了以上、下振动相互对称为特征的正弦式振动的限制，克服了正弦振动工艺效果的不足，实现分别选择和构造结晶器上振和下振两个过程的波形曲线。结晶器非正弦振动可以实现在线调节振幅和频率，按工艺要求设定波形。就工艺效果而言，非正弦振动对减少负滑脱时间、控制振痕深度属于高频振动；对于增加保护渣消耗、控制结晶器摩擦阻力则属于低频振动。
40 从中间包流场合理性来考虑，小方坯连铸最多为几流合适?
连铸机的流数主要是由炼钢炉炉容量、浇注时间、浇注断面及拉速所决定；并且从中间包流场合理性来考虑，小方坯连铸机一般为4流，最多为8流。
41 为什么连铸不能浇铸沸腾钢?
连铸浇沸腾钢时，由于钢水在结晶器内的沸腾，易使蜂窝气泡外露和钢水溢出，影响铸坯表面质量和生产安全性。沸腾钢表面质量好，价格便宜，广泛应用于生产薄板和其他产品。而沸腾钢不能用硅脱氧，只能用少量铝脱氧。硅高时，硅锰系夹杂在热轧卷中以条状存在，影响伸展性，由于硅在表面富集，退火时易使薄板表面产生回火缺陷。
为了适应连铸的要求，开发了与沸腾钢具有同等质量的钢种：
(1)吕班德(RIBAND)钢，其成分为C<0.10％，Mn 0.2％～0.6％，Si 0.03％～0.08％，A1 0.004％～0.015％；
(2)准沸腾钢，其成分为C<0.10％，Si0.01％，Mn 0.25％，A1 0.006％；
(3)铝镇静钢，其成分为C 0.03％～0.06％，Si<0.02％，Mn<0.3％，A1 0.02％～0.05％。
42 怎样浇注小方坯铝镇静钢?
浇注小方坯铝镇静钢的主要问题是水口絮死。改善钢水脱氧，加强LF炉前期脱氧，保证钢包吹氩时间，保证钢水中的钙铝比，防止絮状Al203铝形成，加强保护浇注，防止二次氧化。
43 在热装中。连铸坯的“在线淬火”(三冷) 是解决什么问题的?
当轧机需要连铸坯热送热装时，如果铸坯冷却不当，就有可能影响轧材产品质量，特别是在生产低碳铝镇静钢时更是如此，其延伸率较低而产生的晶间裂纹容易造成铸坯表面缺陷。这主要是由于铸坯冷却过程中，在奥氏体晶粒边界有氮化铝或钒、铌、硼的碳氮化合物析出，析出温度范围约为600～900℃。如果铸坯在进入加热炉前进行强制冷却(俗称“三冷”)，铸坯表面就会很快跨过这一临界区域，能够有效防止氮化物聚集。
44 在大方坯浇注中，使用直孔或带侧孔浸入式水口各有哪些优缺点?
带侧孔浸入式水口的注流浸入深度浅些，对促进气体和夹杂物上浮分离有利；但浸入深度过浅，又会引起结晶器液面剧烈翻腾，造成结晶器液面上的保护渣卷入钢液之中。直孔水口注流的浸入深度较大，夹杂物被凝固壳捕捉的可能性变大；但浸入深度过大，气体和夹杂物上浮不易。因此，应当根据浇注断面的大小和浇注速度的高低来选择适当的浸入式水口形状。在浇铸板坯和大方坯时，一般选用带不同出口角度的侧孔水口；而浇注小断面坯时，一般使用直孔向下的浸入式水口。
45 在大方坯浇注中，采取哪些措施保持铸坯形状方正?
连铸坯坯形不正(脱方)是大、小方坯特有的形状缺陷。脱方不仅会引起角部裂纹及内部裂纹等缺陷，严重时会在轧钢时不能咬入，钢坯在加热炉内发生堆钢等现象，因此保持坯形状方正，对连铸生产意义重大。脱方主要是铸坯在结晶器中4个面冷却不均匀所致，不合理的二冷制度等加剧了脱方。为防止连铸坯脱方应采取如下措施：
(1)选择合适的结晶器锥度及内腔形状，如抛物线锥度结晶器，配用合适的保护渣，改善坯壳与结晶器壁的接触状态；
(2)优化结晶器工艺参数，如结晶器铜管厚度、冷却水压力、水缝宽度及水缝的4个面均匀性、上下均匀性、流速、水质等，改善初生坯壳的生长环境；
(3)结晶器下口支撑与对中。采用足辊或多级结晶器，有效地支撑铸坯，并使之均匀冷却，得到均匀厚度的坯壳，防止脱方；
(4)二次冷却。合理设置喷嘴及二冷制度，如角部弱冷等可以防止脱方；
(5)采用低温浇铸，降低钢水过热度。
46 适合连铸的特殊钢有哪几类?
目前，组织为铁素体、珠光体、奥氏体、马氏体、贝氏体的钢已能成功地采用连铸工艺进行生产，而莱氏体钢采用水平连铸工艺生产国外也有报道，弧型连铸机生产此钢种则还没有在大批量生产中得到推广。
47 合金钢连铸机与普钢连铸机相比有什么样的特征?
合金钢连铸机与普钢连铸机相比没有本质的区别，但由于合金钢的特性和质量要求，其连铸机通常具有以下特征：
(1)钢液从大包到结晶器采取全保护浇注。
(2)采用大容量中间包且工作液面较深(最好达1m以上)，设置合理的挡渣墙，采用碱性耐火材料。
(3)为配合保护浇注，中间包车具备可升降功能。
(4)根据最终产品的规格和合理的压缩比来确定连铸坯的规格，一般宜选用稍大的断面。
(5)较大的弧型半径。
(6)采用塞棒控制的结晶器液面自动控制系统。
(7)结晶器采用高频、小振幅的方式。
(8)采用电磁搅拌技术(具体形式可根据所生产钢种确定)。
(9)二次冷却一般采用弱冷工艺，并选择自动控制技术。
(10)对大方坯连铸机，二冷段采用密排夹持辊。
(11)拉矫机采用多点或连续矫直。
此外，为保证合金钢连铸坯的质量及成坯率，有些铸机还配备了大包升降和加盖、大包和中间包称重、大包下渣检测、中间包连续测温、中间包加热、轻压下、铸坯在线取样和打号等技术。
48 什么是组织应力，什么是热应力?
组织应力又称相变应力。在连铸阶段，钢从液态冷却到室温的过程中会发生一系列的组织转变(又称相变)，如钢从L→δ→γ→P转变时，体积会产生收缩或膨胀，特别是由于连铸坯横断面上存在较大的温度差，使得组织转变不可能同时进行和完成，这就会在连铸坯内外部产生不均匀的变形，从而产生拉伸或压缩应力，这就是组织应力。
由于连铸坯在横向或纵向存在一定的温差，即使在没有组织转变的情况下，还会造成铸坯收缩或膨胀的不一致，从而在铸坯上产生应力，这就是热应力。
49 什么是连铸坯的低倍组织，有哪些评定指标?
当连铸坯完全凝固后，从铸坯上切取的横断面试样，经过适当加工后，通过肉眼或不超过10倍的放大镜所观察到的组织称为连铸坯的低倍组织(又叫连铸坯的宏观组织)。低倍检验一般采用酸浸法或硫印法。
连铸坯典型的低倍结构是由三个区域带组成：表皮部分是细小的等轴晶带区域；表皮往里是树枝状晶体构成的柱状晶带，其方向是垂直于铸坯表面；中心是粗大的等轴晶带。由于连铸工艺的特点，铸坯的柱状晶发达，中心等轴晶带区域较小，有时甚至没有中心等轴晶。
连铸坯的低倍组织评定一般依据国标或行业标准，其具体指标有：中心疏松、中心偏析、缩孔、内部裂纹(包括角部裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心裂纹)、皮下气泡、非金属夹杂物、白亮带、夹渣(包括中心夹渣、皮下夹渣)、异金属夹杂、翻皮。评定时对照标准图谱，确定各项指标的相应级别。
50 什么叫连铸坯的固相率?
工程上所说的所谓连铸坯固相率一般有两种不同理解，可由下列两式说明：
(1)& #402;=1-(a液×b液)/(a×b)，指铸坯凝固率；
式中a、b—连铸坯的外形长、宽，mm；
a液、b液—连铸坯液相穴的长、宽，mm。
例如：200mm×240mm的连铸坯，液相穴100mm×120mm
即a=240mm，b=200mm
a液=120mm，b液=100mm
& #402;=1-(120×100)/(240×200)=0.75
(2) & #402;S =(T1-T)/(T1-TS)，指铸坯中两相区某点固相率；
式中T1—液相线温度，℃；
TS—固相线温度，℃；
T—连铸坯两相区温度，℃。
它们可以由铸坯内部的传热方程式和铸坯外面的辐射传热方程求出。即：
T1=1539一(70C+8Si+5Mn+30P+25S+4Ni+1.5Cr+2Mo+2V)
TS=1534—2.29[80.5C+17.8Si+3.75Mn+33.5(P+S)+3Ni+1.5Cr+3.4(Cu+A1)]
式中 C、Si、Mn—钢中元素含量质量百分数，％。
例如：GCrl5 Tl=1455℃，TS=1313℃，T1一TS=142℃
若T=1441℃ 则& #402;S=0.1
若T=1427℃ 则& #402;S=0.2
51 钢从液态冷却到室温有哪些收缩，它列连铸工艺的确定有何影响?
钢从液态冷却到室温的体积收缩包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个部分。
(1)液态收缩是指注温降到液相线温度的体积收缩。它主要与钢种及注温与液相线温差有关。液态收缩对铸坯质量的影响不大，可以忽略。
(2)凝固收缩是指从开始凝固到完全凝固的液一固转变体积收缩。凝固收缩与钢水成分及液固相线温度差有关。一般来说，碳含量在0.6％～1.0％的钢凝固收缩较大，这是因为在此碳含量范围的钢首先凝固出来的不是体积较大的δ相，而是体积较小的γ相(密度较大)，同时固液相线温度差较大。凝固收缩和铸坯的低倍结构有直接关系。这也是为什么高碳钢容易产生缩孔、疏松的重要原因。
(3)固态收缩是指凝固后到室温的固态降温体积收缩。它不仅与钢的化学成分有关，还与相变有关。例δ→γ时体积要收缩，γ→α时又要膨胀。在无相变的情况下，温度降低会产生收缩。由于相变、固态收缩会产生组织应力和热应力，若控制不当会产生铸坯裂纹。因此它对铸坯质量会有各种较大的不利影响。
52 连铸过程中的二次氧化是指什么，它会产生什么样的后果，如何防止?
连铸时，钢水从钢包→中间包→结晶器的流转是一个较长的过程，钢水不可避免地要与空气、包衬、水口、覆盖剂、保护渣等材料接触发生某些物理化学反应，此时已处理洁净的钢水会被重新污染，这一过程叫做二次氧化。
其产生的后果是生成的二次氧化产物一旦留在钢中会形成夹杂物。其夹杂物往往具有组成复杂、颗粒尺寸大等特点，对钢质量的影响也是较恶劣的。
目前，国内生产优特钢的连铸机都已采用了保护浇注技术，但配置水平差异较大。为使二次氧化降低到最低，还应采取以下措施：
(1)钢包长水口必须采用氩封，同时配以密封垫；
(2)为防止引流砂被钢水卷入，钢包开浇时必须将引流砂引至中间包外；
(3)中间包在钢水进入前应先用氩气充填满；
(4)中间包应尽可能采用整体内装浸入式水口；
(5)水口、包衬应采用高铝质或镁质碱性材料；
(6)覆盖剂等辅助材料采用碱性材料；
(7)加保护渣、覆盖剂时应规范作业，防止钢水露面或卷渣。
53 对有铝含量要求的钢种，连铸时应注意哪些问题?
对优特钢而言，为保证钢中低的氧含量，一般都采用铝脱氧，这就会使钢中残留一定的铝含量。而其中有些钢种为满足加工工艺性能和使用性能的要求，对钢的成品铝含量设定了下限，一般要求[A1]在0.02％～0.05％。以上都有可能会造成连铸浇注中的结瘤或水口堵塞事故，同时还会引起微观或宏观夹杂物缺陷。可以这样说，铝对钢是一柄双刃剑。在连铸生产含铝要求的钢时应注意以下几点：
(1)在精炼过程中，前期应尽可能一次加足铝。因为，加入钢液中的铝会与氧迅速生成A1203，其形式主要是成簇的团状夹杂物和细小颗粒(一般不超过 30μm)的A1203。团状夹杂物比较容易上浮进入渣中，而细小的A1203夹杂物则不容易上浮。前期加入Al块，就给A1203夹杂物上浮留下了充裕的时间，有利于减少钢的夹杂物。
(2)对钢液进行钙处理，使之生成低熔点的12CaO·7A12O3等夹杂物，可以避免钢水结瘤。这里要特别注意控制[Ca]/[A1]比。当[Ca] /[A1]<0.07时，增加[Ca]含量会使浇注性能得到改善；当0.07<[Ca]/[A1]<0.1～0.15时，生成夹杂物为 CaO·6A1203，水口产生结瘤；当[Ca]/[A1]>0.1～0.15时，生成夹杂物为12Ca0·7A1203等低熔点夹杂物，大大改善钢水流动性，可以完全避免水口结瘤。
(3)加强连铸过程中的保护措施，减少钢水二次氧化。
(4)注意合理控制钢水化学成分，在允许的情况下，[A1]按下限控制，同时[S]也尽可能降低。
54 为何会出现铸坯表面增碳现象，操作中应如何避免?
正常情况下，铸坯表面及皮下的成分与基体基本一致。但在少数情况下，也会出现铸坯表面增碳的情况，它会影响到钢材加工及使用性能。因此，应给予高度重视。
研究表明，在结晶器内保护渣液渣层与烧结层之间存在一个碳富集层，使接近弯月面处的固态渣圈有碳的富集。一方面，当钢液面上升时，富碳层进入结晶器与铸坯之间，使富碳层中的碳向铸坯表面渗透；另一方面，当结晶器液面波动过大时，富碳层与弯月面处的钢水直接接触，造成结晶器内的钢水增碳，而这部分钢水凝固后就形成铸坯表面。这是造成铸坯表面增碳的主要原因。
一般情况下，保护渣碳含量越高、结晶器液面波动越大，就越容易引起增碳，此外保护渣碳的活性度越高，增碳的可能性越大。
因此，要减少或杜绝铸坯表面增碳，操作中应使结晶器液面尽量稳定，保护渣加入应尽可能提早、杜绝红渣操作、及时捞出渣圈。在可能的情况下选用低碳或无碳保护渣、低活性碳的保护渣。
55 大方坯连铸的特点是什么，应注意什么问题?
我国的大方坯连铸事业起步较晚，随着近几年投产的大方坯连铸机日趋增多、连铸大方坯的产量逐渐提高、生产钢种也愈来愈多，暴露出了一些问题，这些问题与大方坯连铸的特点有关，应该引起连铸工作者的关注。
与小方坯相比，大方坯连铸有以下特点：
(1)比表面积小；
(2)钢水静压力大；
(3)坯壳线收缩大；
(4)铸坯热容量大；
(5)凝固距离(从铸坯表面至中心的距离)长；
(6)铸坯在二冷室的辐射传热强度小；
(7)液相穴长。
由于大方坯的以上特点，可能会给铸坯带来以下缺陷：
(1)连铸的共性问题是出结晶器角部坯壳比较薄弱，加上大方坯的特点：坯壳线收缩大，钢水静压力聚集在坯壳角部形成剪切应力。因此，大方坯角部往往最容易出现裂纹、凹陷等缺陷；
(2)大方坯的枝晶间距比小方坯要大，微观偏析要严重一些，带来的后果是加工后的钢材带状组织、硫化物等更容易超标；
(3)铸坯的宏观偏析比小方坯严重，特别是中心偏析；
(4)铸坯更有可能出现中心疏松、缩孔等缺陷。
为解决大方坯可能出现的问题，在工艺、工装上应注意以下几个方面：
(1)在生产与小方坯相同钢种时，大方坯的中间包过热度应更低一些；
(2)选择低的拉速；
(3)二冷段喷嘴宜选用圆形实心气雾形式；流股应覆盖除铸坯角部外的整个表面；喷嘴间距的选择应考虑相邻流股既不能重叠又不能分离；二冷段长度应基本与液相穴长度相同(可避开搅拌器、轻压下装置等)；喷嘴流量应尽可能弱一些。
此外，还可采用末端搅拌、轻压下、连续锻压等技术。
56 低碳高锰钢连铸要注意些什么?
(1)含碳为0.12％的钢最容易产生纵裂。磷、硫、砷含量高时，纵裂出现率高。
(2)含锰1.35％的钢纵裂多于含锰0.70％的钢。
(3)低碳高锰钢在凝固过程中发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，是连铸坯产生热裂纹的原因。
在结晶器中钢水弯月面附近从铸坯导出的热量太多和导出的热量不均匀，更容易引起纵裂。
采取的对策如下：
(1)降低钢中磷、硫、砷等；
(2)控制结晶器液面波动小；
(3)控制合理的负滑动时间；
(4)结晶器冷却水温差适当放大；
(5)浸入式水口插入深度合适；
(6)结晶器下口二冷水密度减小；
(7)中间包钢水过热度控制在20℃左右。
特别指出的是：浇注含锰高的钢种时，在浇注过程中保护渣中MnO含量将会增加。钢中含锰量愈高，保护渣中MnO含量增加的就愈多。MnO含量增高时，保护渣的黏度降低，偏离保护渣初始黏度的最佳值，所以浇注含锰高的钢种时，应事先增加初始渣中的MnO含量，例如当钢中含锰量等于1.5％时，将初始渣中的 MnO含量从0.1％增加到3.5％。
57 怎样减少快换中间包的时间间隔?
为提高连铸机生产效率，减少因更换中间包造成的铸机热停工时间，一般可采取快换中间包的方法。具体措施如下：前一个中间包拉完后，迅速提升中间包，开到旁侧准备位，另一侧准备好的中间包开到浇注位，左右定位准确，调整上、下升降至水口浸入结晶器合适位置。整个过程拉速停止或保持较小(若换包时间允许的话)，保证新中间包开浇时原铸坯还在结晶器内。结晶器内视情况可加入适量冷钢条，新中间包开浇。
58 钙处理如何实现连铸钢防止水口结瘤、清洁钢水、提高质量的目的?
钙处理的原理是：钢中加入适量钙后，可以把铝脱氧产生的高熔点的脆性A12O3夹杂物处理成为低熔点的钙铝酸盐，防止水口结瘤，促进了夹杂物上浮，使钢更清洁；另外，由于钙和氧、硫的亲和力非常强，可使钢中的FeS、MnS夹杂转变为高熔点的CaS夹杂，或者具有高硫容量的高钙铝酸盐冷却时，在表面析出 CaS，形成双相夹杂，它们在热轧时不被拉长，提高了钢材的组织性能。实际处理时把握以下几点：钙处理前必须先脱氧，钙铝比不小于0.08，钙硫比在 1.20左右时，就可以使球化率达到100％，而且钢中的夹杂物总量最少。
59 超低碳钢连铸过程有哪些防止增碳的技术?
国外先进钢厂在超低碳钢生产中，从真空处理结束到连铸成坯过程平均增碳可以控制在0.0003％～0.0005％，包括钢包及中间包保温剂、钢包水口及中间包浸入式水口的耐火材料衬和结晶器保护渣的增碳。采用超低碳多孔镁质材料取代普通的碳化稻壳作为钢包保温剂，可使钢包到中间包过程钢水的增碳减少到 0.0001％；长水口采用低碳水口，增碳可比用一般水口降低2/3；结晶器保护渣采用低碳空心保护渣(含碳量约0.5％)，保持液渣层一定厚度 (20～30mm)，以及采取结晶器液面控制仪等措施，避免因钢液与结晶器内保护渣直接接触而引起的增碳。
60 如何从水口材质上防止高铝含量钢水对水口的堵塞?
根据对水口堵塞物分析，主要以A12O3为主。为实现防堵，一般采用在水口内衬复合防堵层，防堵层材质的选择主要有两种思路：一是引入与堵塞物A12O3 生成低熔点物质的办法，CaO是用得最多的添加物；二是希望耐材高温稳定性好，与A12O3基本不反应，此法有添加尖晶石、BN、莫来石、CaF2、 ZrO2等。根据水口结瘤的根本原因，生产无碳无硅质水口成为新一代防堵材料。
61 由于特殊钢中加入合金元素。其凝固特性发生哪些变化?
(1)钢中含有较强的活泼元素。如不锈钢中铝、钛等易与氧、氮结合生成氧化物、氮化物等复合化合物，给浇注操作和铸坯质量带来危害。
(2)凝固温度区间变化大。合金元素含量较高，意味着液相线和固相线温度区间大。如奥氏体不锈钢该温度区间为56℃，而铁素体不锈钢为25℃，碳含量影响很大，凝固温度区间的变化，在选择钢液过热度、二冷强度、水量分配时必须予以考虑。
(3)凝固结构。钢中元素、含量、形式不同的凝固结构，对特殊钢质量影响很大。
(4)热物理性能。合金钢热物理性能(导热系数、热膨胀系数等)变化较大。如不锈钢的导热系数比碳钢小，而凝固收缩量比碳钢大，连铸的二冷强度和分布设计必须充分考虑。
(5)高温性能。如奥氏体不锈钢高温强度高，可采用较高拉速。
(6)裂纹敏感性。裂纹敏感性决定于钢种，但它又与冷却制度凝固结构、铸坯应力等有关，如铬镍不锈钢，显微偏析严重，增加了裂纹敏感性。
62 铝镇静钢连铸有什么要求?
铝镇静钢是低碳、低硅用铝完全脱氧的钢，是德国开发生产的钢种，其要求是：
(1)钢中酸溶铝稳定在W(A1)=0.02％～0.05％；
(2)最大限度地降低钢中夹杂物，尤其是w(A12O3)含量，以防水口的堵塞；
(3)提高钢水纯净度，钢中总含氧量控制在20×10-6以下。
用于食品包装，如罐头皮、易拉罐等的镀锡薄板，其最终产品轧制成厚度只有0.10～0.18mm的钢板，因此对连铸坯质量要求极为严格，应具有均匀的力学性能和深冲性能，高纯净度，大于50×10-6m的夹杂物应小于1mg/10kg(kg指钢水重的单位)，良好的表面质量，以利于镀层的黏结；钢中硫、磷含量要尽量低，以提高其耐腐蚀性能。
根据钢板的不同用途确定对其清洁度的要求。连铸应注意以下几点：
1)选择合适的钢液精炼方式，控制钢中含氧量和含铝量在规定数值范围内。
2)中间罐钢液过热度在30℃左右为宜。
3)全程保护浇注，防止二次氧化。
4)最好选用碳含量低，具有充分吸收溶解A1203能力的保护渣。
5)充分发挥中间罐冶金功能。
63 中厚板钢连铸有什么要求?
对机械结构件、桥梁、船舶等用钢，均浇铸成板坯，加工轧制成中厚板钢。一般厚度在4mm以上的钢板称为中厚钢板。中厚钢板最主要的性能要求：一是具有较高抗拉强度和冲击韧性，良好的焊接性能和抗大气与海水的腐蚀性能等；像用于石油开采的海洋平台、石油管线用钢、容器用钢等；二是还要求具有很好的抗层状撕裂，抗氢脆裂纹和低温冲击韧性等。因此连铸坯的成分偏析要小，无中心疏松和缩孔，无内裂；脆性夹杂物和硫化夹杂物要低。
根据中厚钢板的用途，适用的钢种有两大类：一是硅一铝脱氧的镇静钢；二是细晶粒低合金钢或含钛、铌等微量元素的高强度钢，一般含锰量在1.60％以上。
这类钢的连铸要求：
(1)中间罐钢液控制较低过热度，在15％左右较为适宜。
(2)采用全程保护渣浇注。选用合适的保护渣。
(3)拉坯速度要求控制低些，二冷区铸坯冷却要均匀。
(4)应用电磁搅拌技术和轻压下技术，以减轻中心疏松与中心偏析。
64 圆坯连铸有什么特点?
圆连铸坯用来生产不同口径的无缝钢管。无缝钢管的生产是圆铸坯边旋转边向棒芯端部顶头推进而穿孔，圆坯是依靠两个倾斜辊子进行旋转。被穿孔的内表面成为无缝钢管的内壁；这是一种很苛刻的加工方法，因而对圆铸坯质量要求很严格。
与方铸坯相比，圆坯结晶器无角部先期凝固；必须保持结晶器和二冷区的均匀冷却，坯壳均匀收缩，防止产生表面裂纹和椭圆变形。但是圆铸坯结晶器比相应方铸坯散热面积要小一些。
根据圆铸坯特点，连铸时应注意：
(1)圆铸坯的拉坯速度应适当低些。
(2)充分发挥中间罐的冶金功能。
(3)全程保护浇注，选用合适的保护渣。
(4)控制二冷区均匀冷却。
(5)控制结晶器液面稳定，最好采用液面自动控制装置。
(6)采用电磁搅拌技术，以减轻中心偏析，消除中心疏松和裂纹。
65 为什么要开发研究特殊钢连铸的工艺技术?
随着冶炼-连铸过程控制技术的提高，以及对合金钢凝固特性的深入研究，使连铸技术目前在特殊钢领域中已得到广泛的应用。如超纯净度的IF钢、高牌号硅钢、不锈钢、管线钢、硬线钢、重轨钢、工具钢、合金结构钢等，几乎可以涵盖绝大多数的常用特殊钢品种。采用连铸工艺生产的特殊钢，不仅铸坯的质量均匀，而且还会有良好的深加工性能，同时还可以提高金属收得率，缩短生产周期，具有巨大的经济效益，发展前景相当好。
我国特殊钢连铸在近十年来也得到了迅速发展，几个主要特钢厂都引进了较先进的特钢连铸机，并形成了具有各自特点的品牌特钢连铸产品，但与国际先进水平相比，不论在浇注品种、产量、产品质量、工艺技术和基础理论的研究上，都存在着较大差距。这就是为什么要抓紧开发、研究特钢连铸工艺技术的目的。
66 特殊钢的凝固特性与普通钢相比有哪些特点?
特殊钢质量要求比普通钢高，如纯洁度、成分均匀性、气体含量、低倍组织，夹杂物形态，等等。有些钢种含有较多的活泼元素和易氧化元素，在冶炼和浇注过程中极易氧化，影响钢的质量；不同钢种其凝固温度区间的变化不同，随着合金元素及加入量的不同，固液相温度差值的变化也较大，有些钢种的固液两相区较宽，钢的凝固组织变化较大；有些钢种的热物理性能差别较大、裂纹敏感性高，其在连铸工序的控制精度要求也就高，甚至同一钢种因其用途不同，其工艺控制重点也不相同；且大部分特钢连铸生产的批量不大，这就给特钢连铸的生产组织和管理带来了难度；因此，除了要求特钢连铸机具有较高的装备水平外，还需要有较强的工艺技术开发研究手段和人才，才能使特钢连铸的品种不断扩大，产品质量不断提高和稳定，在竞争激烈的市场中立于不败之地。
67 特殊钢的凝固组织对连铸过程有什么影响?
铸坯的凝固组织对产品质量有着直接的影响，而钢中的合金元素及其含量的不同会形成不同的凝固组织。具体可以分为三类：
(1)钢液凝固形成稳定的δ相或γ相一初生树枝晶和二次晶晶界完全重合：如铁素体Cr钢和奥氏体Ni—Cr钢就是该类组织；
(2)钢液凝固先形成δ相，然后转变为γ相一初生树枝晶与二次晶界分明：如含有δ一Fe相的Cr-Ni奥氏体钢；
(3)钢液首先凝固成δ相，然后发生δ→γ→α,的转变，δ、γ、α相晶界分明：如一些低合金钢。
初生晶为δ相与γ相的铸坯，其显微偏析有很大差别，溶质元素在δ相中的扩散速度比在γ相中快100倍，因而在γ相中存在明显的显微偏析。如S在γ相晶界的偏析，就会加大钢的裂纹敏感性。
二次枝晶间的距离是显微偏析程度的量度。在冷却条件相同的情况下，随着钢中一些合金元素的含量增加，二次枝晶间的距离减小，显微偏析也随之减轻。
68 什么是中间包电磁净化技术?
连铸过程中，中间包是去除夹杂物的最后、最理想、最关键的场所，一旦夹杂物进入结晶器，就很难有足够的时间排除夹杂，水口注流的冲击甚至还容易将夹杂物带入凝固前沿，从而给连铸坯质量带来威胁。并且某些夹杂物在水口聚积容易堵塞水口，影响浇注。
近年来，日本首先开发出一种离心中间包净化技术，在不锈钢精炼方面取得了较好的效果。但由于技术保密的原因，该核心技术只有日本川崎制铁公司所掌握。
国内在电磁净化钢液方面也开展了多年的研究，在电磁场的发生装置设计方面具有丰富的经验。目前采用中间包旋转磁场净化技术，已经取得了工业实验的成功。该技术的核心是设计具有合适结构和电磁参数的半圆形旋转磁场发生器，驱动中间包圆柱形腔(一般在大包钢流注入区)中的钢液产生旋转运动，钢液中的非金属夹杂物向中心迁移并上浮，从而达到净化钢液的目的。
采用该技术后，可以显著降低特殊钢中的大颗粒非金属夹杂物，控制钢液中不变形夹杂物尺寸低于20μm以下。
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32 在保护浇注中，二段式和整体式浸入式水口各有哪些优缺点?
对于二段式浸入式水口来说，由于浸入式水口与中间包水口间的配合不严密，钢流吸气使钢水二次氧化，降低了钢水的内部质量，但使用二段式水口有利于实现水口的快速更换，从而提高连浇炉数，提高连铸生产效率。对于整体式水口而言，其密封性能较好，可以有效地防止钢水的二次氧化，确保钢水的纯净度，但整体式水口最大的缺点就是更换不太方便，影响连铸机的作业率。
33 为什么连铸圆坯材目前只能用作圆管坯而不能用作棒材坯?
应该可以做棒材，而且从坯形来说，圆坯比方坯更适合于生产棒材，只是目前的轧机孔型不太适合。
34 连铸包晶钢的注意事项是什么?
包晶钢在凝固过程中会发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷。因此，在连铸包晶反应钢时，以铸坯表面质量为主，其注意事项主要有以下几点：
(1)提高钢水洁净度。尽量提高钢水的纯净度，降低钢中有害元素S、P的含量，提高Mn、S比。
(2)结晶器液面稳定控制。采用结晶器液位自动控制，使结晶器液面波动范围控制在±5mm；合理的浸入式水口插入深度和出口倾角，以及水口对中，使坯壳均匀生长。
(3)合适的结晶器工艺参数。良好的结晶器铜板表面质量；优化结晶器振动技术；结晶器采用缓冷，改善结晶器的冷却；合适的结晶器锥度。
(4)合适的二冷工艺参数。二冷采用弱冷，尽量避开第Ⅲ脆性温度区。
(5)合适的结晶器保护渣。保护渣的黏度、碱度应合理选择，使结晶器传热更加均匀。
35 特殊钢方坯连铸的凝固特点是什么?
由于特殊钢中加入了许多合金元素，因此其凝固特性与普碳钢有所不同：
(1)钢中含有Cr、V、Ti、Nb、Al等活泼元素，这些元素易与氧和氮发生反应生成高熔点的化合物，给浇注操作和铸坯质量带来不利的影响。
(2)凝固温度区间变化大。合金元素会使钢的固相线和液相线温度区间发生变化，合金元素含量较高时，凝固温度区间会发生较大变化，在选择钢液过热度、确定二冷制度时要给予充分考虑。
(3)凝固组织。合金元素及其含量不同会形成不同的凝固组织。有些元素会使铸坯裂纹倾向增加。
(4)热物理性能。合金元素会使钢的导热系数、热膨胀系数等物理特性发生变化。一般合金钢的导热系数比碳钢小，而凝固收缩量比碳钢大。
(5)钢的高温性能。合金元素会使钢的高温性能发生变化，对钢的热延性曲线的脆性“口袋”温度有重要影响。因此，二冷区冷却强度及配水制度要根据所浇钢种实测的脆性温度范围确定。
36 在特钢连铸中，大包升降与不升降对钢水质量各有什么影响?
在特钢连铸中，钢水包在回转台上做升降运动，便于在钢包和中间包之间使用长水口，实现保护浇注。通过保护浇注可以给钢水质量带来以下影响：
(1)使钢中的总氧量减少。实践表明，在生产铝镇静钢时，使用长水口比敞开浇注总氧量减少20～30×10-6，可以保证90％的铸坯无皮下夹杂。
(2)使钢中酸溶铝含量减少。钢水中A1203减少，降低了水口堵塞的概率。
(3)使中间包渣中的A1203含量减少。渣中A1203减少，改善了保护渣的流动性，有利于结晶器均匀传热，减少了漏钢和纵裂、凹陷等表面缺陷。
37 在特钢连铸坯热送中。铸坯表面温度控制有何要求?
在连铸坯直接轧制(CC—DR)中要求连铸坯温度在1 100℃以下不经加热炉，在输送过程中通过边角补热装置直接送轧机轧制；在连铸坯热直接轧制(CC—HDR)中要求连铸坯温度在1100℃以下，A3以上，不经加热炉，在输送过程中通过补热均热直接送轧机轧制；在连铸坯热装轧制(CC—DHRC)中连铸坯温度在A3以下，Al线以上，直接送加热炉加热后轧制；在连铸坯热装轧制(CC—HCR)中连铸坯温度在Al以下，400℃以上，经保温热送至加热炉送轧机轧制。一般将铸坯温度达400℃作为热装的低温界限，低于400℃不再热送。
38 为什么不锈钢的切割要加铁粉?
当用火焰切割不锈钢铸坯时，因在高温条件下易产生黏稠的铬氧化物，熔点较高，能阻断切割的进行，且熔渣不易排除，使切割中断，所以需要辅加铁粉或其他助熔剂。
39 各种非正弦振动波形的适用范围有哪些?
结晶器非正弦振动形式的开发，突破了以上、下振动相互对称为特征的正弦式振动的限制，克服了正弦振动工艺效果的不足，实现分别选择和构造结晶器上振和下振两个过程的波形曲线。结晶器非正弦振动可以实现在线调节振幅和频率，按工艺要求设定波形。就工艺效果而言，非正弦振动对减少负滑脱时间、控制振痕深度属于高频振动；对于增加保护渣消耗、控制结晶器摩擦阻力则属于低频振动。
40 从中间包流场合理性来考虑，小方坯连铸最多为几流合适?
连铸机的流数主要是由炼钢炉炉容量、浇注时间、浇注断面及拉速所决定；并且从中间包流场合理性来考虑，小方坯连铸机一般为4流，最多为8流。
41 为什么连铸不能浇铸沸腾钢?
连铸浇沸腾钢时，由于钢水在结晶器内的沸腾，易使蜂窝气泡外露和钢水溢出，影响铸坯表面质量和生产安全性。沸腾钢表面质量好，价格便宜，广泛应用于生产薄板和其他产品。而沸腾钢不能用硅脱氧，只能用少量铝脱氧。硅高时，硅锰系夹杂在热轧卷中以条状存在，影响伸展性，由于硅在表面富集，退火时易使薄板表面产生回火缺陷。
为了适应连铸的要求，开发了与沸腾钢具有同等质量的钢种：
(1)吕班德(RIBAND)钢，其成分为C<0.10％，Mn 0.2％～0.6％，Si 0.03％～0.08％，A1 0.004％～0.015％；
(2)准沸腾钢，其成分为C<0.10％，Si0.01％，Mn 0.25％，A1 0.006％；
(3)铝镇静钢，其成分为C 0.03％～0.06％，Si<0.02％，Mn<0.3％，A1 0.02％～0.05％。
42 怎样浇注小方坯铝镇静钢?
浇注小方坯铝镇静钢的主要问题是水口絮死。改善钢水脱氧，加强LF炉前期脱氧，保证钢包吹氩时间，保证钢水中的钙铝比，防止絮状Al203铝形成，加强保护浇注，防止二次氧化。
43 在热装中。连铸坯的“在线淬火”(三冷) 是解决什么问题的?
当轧机需要连铸坯热送热装时，如果铸坯冷却不当，就有可能影响轧材产品质量，特别是在生产低碳铝镇静钢时更是如此，其延伸率较低而产生的晶间裂纹容易造成铸坯表面缺陷。这主要是由于铸坯冷却过程中，在奥氏体晶粒边界有氮化铝或钒、铌、硼的碳氮化合物析出，析出温度范围约为600～900℃。如果铸坯在进入加热炉前进行强制冷却(俗称“三冷”)，铸坯表面就会很快跨过这一临界区域，能够有效防止氮化物聚集。
44 在大方坯浇注中，使用直孔或带侧孔浸入式水口各有哪些优缺点?
带侧孔浸入式水口的注流浸入深度浅些，对促进气体和夹杂物上浮分离有利；但浸入深度过浅，又会引起结晶器液面剧烈翻腾，造成结晶器液面上的保护渣卷入钢液之中。直孔水口注流的浸入深度较大，夹杂物被凝固壳捕捉的可能性变大；但浸入深度过大，气体和夹杂物上浮不易。因此，应当根据浇注断面的大小和浇注速度的高低来选择适当的浸入式水口形状。在浇铸板坯和大方坯时，一般选用带不同出口角度的侧孔水口；而浇注小断面坯时，一般使用直孔向下的浸入式水口。
45 在大方坯浇注中，采取哪些措施保持铸坯形状方正?
连铸坯坯形不正(脱方)是大、小方坯特有的形状缺陷。脱方不仅会引起角部裂纹及内部裂纹等缺陷，严重时会在轧钢时不能咬入，钢坯在加热炉内发生堆钢等现象，因此保持坯形状方正，对连铸生产意义重大。脱方主要是铸坯在结晶器中4个面冷却不均匀所致，不合理的二冷制度等加剧了脱方。为防止连铸坯脱方应采取如下措施：
(1)选择合适的结晶器锥度及内腔形状，如抛物线锥度结晶器，配用合适的保护渣，改善坯壳与结晶器壁的接触状态；
(2)优化结晶器工艺参数，如结晶器铜管厚度、冷却水压力、水缝宽度及水缝的4个面均匀性、上下均匀性、流速、水质等，改善初生坯壳的生长环境；
(3)结晶器下口支撑与对中。采用足辊或多级结晶器，有效地支撑铸坯，并使之均匀冷却，得到均匀厚度的坯壳，防止脱方；
(4)二次冷却。合理设置喷嘴及二冷制度，如角部弱冷等可以防止脱方；
(5)采用低温浇铸，降低钢水过热度。
46 适合连铸的特殊钢有哪几类?
目前，组织为铁素体、珠光体、奥氏体、马氏体、贝氏体的钢已能成功地采用连铸工艺进行生产，而莱氏体钢采用水平连铸工艺生产国外也有报道，弧型连铸机生产此钢种则还没有在大批量生产中得到推广。
47 合金钢连铸机与普钢连铸机相比有什么样的特征?
合金钢连铸机与普钢连铸机相比没有本质的区别，但由于合金钢的特性和质量要求，其连铸机通常具有以下特征：
(1)钢液从大包到结晶器采取全保护浇注。
(2)采用大容量中间包且工作液面较深(最好达1m以上)，设置合理的挡渣墙，采用碱性耐火材料。
(3)为配合保护浇注，中间包车具备可升降功能。
(4)根据最终产品的规格和合理的压缩比来确定连铸坯的规格，一般宜选用稍大的断面。
(5)较大的弧型半径。
(6)采用塞棒控制的结晶器液面自动控制系统。
(7)结晶器采用高频、小振幅的方式。
(8)采用电磁搅拌技术(具体形式可根据所生产钢种确定)。
(9)二次冷却一般采用弱冷工艺，并选择自动控制技术。
(10)对大方坯连铸机，二冷段采用密排夹持辊。
(11)拉矫机采用多点或连续矫直。
此外，为保证合金钢连铸坯的质量及成坯率，有些铸机还配备了大包升降和加盖、大包和中间包称重、大包下渣检测、中间包连续测温、中间包加热、轻压下、铸坯在线取样和打号等技术。
48 什么是组织应力，什么是热应力?
组织应力又称相变应力。在连铸阶段，钢从液态冷却到室温的过程中会发生一系列的组织转变(又称相变)，如钢从L→δ→γ→P转变时，体积会产生收缩或膨胀，特别是由于连铸坯横断面上存在较大的温度差，使得组织转变不可能同时进行和完成，这就会在连铸坯内外部产生不均匀的变形，从而产生拉伸或压缩应力，这就是组织应力。
由于连铸坯在横向或纵向存在一定的温差，即使在没有组织转变的情况下，还会造成铸坯收缩或膨胀的不一致，从而在铸坯上产生应力，这就是热应力。
49 什么是连铸坯的低倍组织，有哪些评定指标?
当连铸坯完全凝固后，从铸坯上切取的横断面试样，经过适当加工后，通过肉眼或不超过10倍的放大镜所观察到的组织称为连铸坯的低倍组织(又叫连铸坯的宏观组织)。低倍检验一般采用酸浸法或硫印法。
连铸坯典型的低倍结构是由三个区域带组成：表皮部分是细小的等轴晶带区域；表皮往里是树枝状晶体构成的柱状晶带，其方向是垂直于铸坯表面；中心是粗大的等轴晶带。由于连铸工艺的特点，铸坯的柱状晶发达，中心等轴晶带区域较小，有时甚至没有中心等轴晶。
连铸坯的低倍组织评定一般依据国标或行业标准，其具体指标有：中心疏松、中心偏析、缩孔、内部裂纹(包括角部裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心裂纹)、皮下气泡、非金属夹杂物、白亮带、夹渣(包括中心夹渣、皮下夹渣)、异金属夹杂、翻皮。评定时对照标准图谱，确定各项指标的相应级别。
50 什么叫连铸坯的固相率?
工程上所说的所谓连铸坯固相率一般有两种不同理解，可由下列两式说明：
(1)& #402;=1-(a液×b液)/(a×b)，指铸坯凝固率；
式中a、b—连铸坯的外形长、宽，mm；
a液、b液—连铸坯液相穴的长、宽，mm。
例如：200mm×240mm的连铸坯，液相穴100mm×120mm
即a=240mm，b=200mm
a液=120mm，b液=100mm
& #402;=1-(120×100)/(240×200)=0.75
(2) & #402;S =(T1-T)/(T1-TS)，指铸坯中两相区某点固相率；
式中T1—液相线温度，℃；
TS—固相线温度，℃；
T—连铸坯两相区温度，℃。
它们可以由铸坯内部的传热方程式和铸坯外面的辐射传热方程求出。即：
T1=1539一(70C+8Si+5Mn+30P+25S+4Ni+1.5Cr+2Mo+2V)
TS=1534—2.29[80.5C+17.8Si+3.75Mn+33.5(P+S)+3Ni+1.5Cr+3.4(Cu+A1)]
式中 C、Si、Mn—钢中元素含量质量百分数，％。
例如：GCrl5 Tl=1455℃，TS=1313℃，T1一TS=142℃
若T=1441℃ 则& #402;S=0.1
若T=1427℃ 则& #402;S=0.2
51 钢从液态冷却到室温有哪些收缩，它列连铸工艺的确定有何影响?
钢从液态冷却到室温的体积收缩包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个部分。
(1)液态收缩是指注温降到液相线温度的体积收缩。它主要与钢种及注温与液相线温差有关。液态收缩对铸坯质量的影响不大，可以忽略。
(2)凝固收缩是指从开始凝固到完全凝固的液一固转变体积收缩。凝固收缩与钢水成分及液固相线温度差有关。一般来说，碳含量在0.6％～1.0％的钢凝固收缩较大，这是因为在此碳含量范围的钢首先凝固出来的不是体积较大的δ相，而是体积较小的γ相(密度较大)，同时固液相线温度差较大。凝固收缩和铸坯的低倍结构有直接关系。这也是为什么高碳钢容易产生缩孔、疏松的重要原因。
(3)固态收缩是指凝固后到室温的固态降温体积收缩。它不仅与钢的化学成分有关，还与相变有关。例δ→γ时体积要收缩，γ→α时又要膨胀。在无相变的情况下，温度降低会产生收缩。由于相变、固态收缩会产生组织应力和热应力，若控制不当会产生铸坯裂纹。因此它对铸坯质量会有各种较大的不利影响。
52 连铸过程中的二次氧化是指什么，它会产生什么样的后果，如何防止?
连铸时，钢水从钢包→中间包→结晶器的流转是一个较长的过程，钢水不可避免地要与空气、包衬、水口、覆盖剂、保护渣等材料接触发生某些物理化学反应，此时已处理洁净的钢水会被重新污染，这一过程叫做二次氧化。
其产生的后果是生成的二次氧化产物一旦留在钢中会形成夹杂物。其夹杂物往往具有组成复杂、颗粒尺寸大等特点，对钢质量的影响也是较恶劣的。
目前，国内生产优特钢的连铸机都已采用了保护浇注技术，但配置水平差异较大。为使二次氧化降低到最低，还应采取以下措施：
(1)钢包长水口必须采用氩封，同时配以密封垫；
(2)为防止引流砂被钢水卷入，钢包开浇时必须将引流砂引至中间包外；
(3)中间包在钢水进入前应先用氩气充填满；
(4)中间包应尽可能采用整体内装浸入式水口；
(5)水口、包衬应采用高铝质或镁质碱性材料；
(6)覆盖剂等辅助材料采用碱性材料；
(7)加保护渣、覆盖剂时应规范作业，防止钢水露面或卷渣。
53 对有铝含量要求的钢种，连铸时应注意哪些问题?
对优特钢而言，为保证钢中低的氧含量，一般都采用铝脱氧，这就会使钢中残留一定的铝含量。而其中有些钢种为满足加工工艺性能和使用性能的要求，对钢的成品铝含量设定了下限，一般要求[A1]在0.02％～0.05％。以上都有可能会造成连铸浇注中的结瘤或水口堵塞事故，同时还会引起微观或宏观夹杂物缺陷。可以这样说，铝对钢是一柄双刃剑。在连铸生产含铝要求的钢时应注意以下几点：
(1)在精炼过程中，前期应尽可能一次加足铝。因为，加入钢液中的铝会与氧迅速生成A1203，其形式主要是成簇的团状夹杂物和细小颗粒(一般不超过 30μm)的A1203。团状夹杂物比较容易上浮进入渣中，而细小的A1203夹杂物则不容易上浮。前期加入Al块，就给A1203夹杂物上浮留下了充裕的时间，有利于减少钢的夹杂物。
(2)对钢液进行钙处理，使之生成低熔点的12CaO·7A12O3等夹杂物，可以避免钢水结瘤。这里要特别注意控制[Ca]/[A1]比。当[Ca] /[A1]<0.07时，增加[Ca]含量会使浇注性能得到改善；当0.07<[Ca]/[A1]<0.1～0.15时，生成夹杂物为 CaO·6A1203，水口产生结瘤；当[Ca]/[A1]>0.1～0.15时，生成夹杂物为12Ca0·7A1203等低熔点夹杂物，大大改善钢水流动性，可以完全避免水口结瘤。
(3)加强连铸过程中的保护措施，减少钢水二次氧化。
(4)注意合理控制钢水化学成分，在允许的情况下，[A1]按下限控制，同时[S]也尽可能降低。
54 为何会出现铸坯表面增碳现象，操作中应如何避免?
正常情况下，铸坯表面及皮下的成分与基体基本一致。但在少数情况下，也会出现铸坯表面增碳的情况，它会影响到钢材加工及使用性能。因此，应给予高度重视。
研究表明，在结晶器内保护渣液渣层与烧结层之间存在一个碳富集层，使接近弯月面处的固态渣圈有碳的富集。一方面，当钢液面上升时，富碳层进入结晶器与铸坯之间，使富碳层中的碳向铸坯表面渗透；另一方面，当结晶器液面波动过大时，富碳层与弯月面处的钢水直接接触，造成结晶器内的钢水增碳，而这部分钢水凝固后就形成铸坯表面。这是造成铸坯表面增碳的主要原因。
一般情况下，保护渣碳含量越高、结晶器液面波动越大，就越容易引起增碳，此外保护渣碳的活性度越高，增碳的可能性越大。
因此，要减少或杜绝铸坯表面增碳，操作中应使结晶器液面尽量稳定，保护渣加入应尽可能提早、杜绝红渣操作、及时捞出渣圈。在可能的情况下选用低碳或无碳保护渣、低活性碳的保护渣。
55 大方坯连铸的特点是什么，应注意什么问题?
我国的大方坯连铸事业起步较晚，随着近几年投产的大方坯连铸机日趋增多、连铸大方坯的产量逐渐提高、生产钢种也愈来愈多，暴露出了一些问题，这些问题与大方坯连铸的特点有关，应该引起连铸工作者的关注。
与小方坯相比，大方坯连铸有以下特点：
(1)比表面积小；
(2)钢水静压力大；
(3)坯壳线收缩大；
(4)铸坯热容量大；
(5)凝固距离(从铸坯表面至中心的距离)长；
(6)铸坯在二冷室的辐射传热强度小；
(7)液相穴长。
由于大方坯的以上特点，可能会给铸坯带来以下缺陷：
(1)连铸的共性问题是出结晶器角部坯壳比较薄弱，加上大方坯的特点：坯壳线收缩大，钢水静压力聚集在坯壳角部形成剪切应力。因此，大方坯角部往往最容易出现裂纹、凹陷等缺陷；
(2)大方坯的枝晶间距比小方坯要大，微观偏析要严重一些，带来的后果是加工后的钢材带状组织、硫化物等更容易超标；
(3)铸坯的宏观偏析比小方坯严重，特别是中心偏析；
(4)铸坯更有可能出现中心疏松、缩孔等缺陷。
为解决大方坯可能出现的问题，在工艺、工装上应注意以下几个方面：
(1)在生产与小方坯相同钢种时，大方坯的中间包过热度应更低一些；
(2)选择低的拉速；
(3)二冷段喷嘴宜选用圆形实心气雾形式；流股应覆盖除铸坯角部外的整个表面；喷嘴间距的选择应考虑相邻流股既不能重叠又不能分离；二冷段长度应基本与液相穴长度相同(可避开搅拌器、轻压下装置等)；喷嘴流量应尽可能弱一些。
此外，还可采用末端搅拌、轻压下、连续锻压等技术。
56 低碳高锰钢连铸要注意些什么?
(1)含碳为0.12％的钢最容易产生纵裂。磷、硫、砷含量高时，纵裂出现率高。
(2)含锰1.35％的钢纵裂多于含锰0.70％的钢。
(3)低碳高锰钢在凝固过程中发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，是连铸坯产生热裂纹的原因。
在结晶器中钢水弯月面附近从铸坯导出的热量太多和导出的热量不均匀，更容易引起纵裂。
采取的对策如下：
(1)降低钢中磷、硫、砷等；
(2)控制结晶器液面波动小；
(3)控制合理的负滑动时间；
(4)结晶器冷却水温差适当放大；
(5)浸入式水口插入深度合适；
(6)结晶器下口二冷水密度减小；
(7)中间包钢水过热度控制在20℃左右。
特别指出的是：浇注含锰高的钢种时，在浇注过程中保护渣中MnO含量将会增加。钢中含锰量愈高，保护渣中MnO含量增加的就愈多。MnO含量增高时，保护渣的黏度降低，偏离保护渣初始黏度的最佳值，所以浇注含锰高的钢种时，应事先增加初始渣中的MnO含量，例如当钢中含锰量等于1.5％时，将初始渣中的 MnO含量从0.1％增加到3.5％。
57 怎样减少快换中间包的时间间隔?
为提高连铸机生产效率，减少因更换中间包造成的铸机热停工时间，一般可采取快换中间包的方法。具体措施如下：前一个中间包拉完后，迅速提升中间包，开到旁侧准备位，另一侧准备好的中间包开到浇注位，左右定位准确，调整上、下升降至水口浸入结晶器合适位置。整个过程拉速停止或保持较小(若换包时间允许的话)，保证新中间包开浇时原铸坯还在结晶器内。结晶器内视情况可加入适量冷钢条，新中间包开浇。
58 钙处理如何实现连铸钢防止水口结瘤、清洁钢水、提高质量的目的?
钙处理的原理是：钢中加入适量钙后，可以把铝脱氧产生的高熔点的脆性A12O3夹杂物处理成为低熔点的钙铝酸盐，防止水口结瘤，促进了夹杂物上浮，使钢更清洁；另外，由于钙和氧、硫的亲和力非常强，可使钢中的FeS、MnS夹杂转变为高熔点的CaS夹杂，或者具有高硫容量的高钙铝酸盐冷却时，在表面析出 CaS，形成双相夹杂，它们在热轧时不被拉长，提高了钢材的组织性能。实际处理时把握以下几点：钙处理前必须先脱氧，钙铝比不小于0.08，钙硫比在 1.20左右时，就可以使球化率达到100％，而且钢中的夹杂物总量最少。
59 超低碳钢连铸过程有哪些防止增碳的技术?
国外先进钢厂在超低碳钢生产中，从真空处理结束到连铸成坯过程平均增碳可以控制在0.0003％～0.0005％，包括钢包及中间包保温剂、钢包水口及中间包浸入式水口的耐火材料衬和结晶器保护渣的增碳。采用超低碳多孔镁质材料取代普通的碳化稻壳作为钢包保温剂，可使钢包到中间包过程钢水的增碳减少到 0.0001％；长水口采用低碳水口，增碳可比用一般水口降低2/3；结晶器保护渣采用低碳空心保护渣(含碳量约0.5％)，保持液渣层一定厚度 (20～30mm)，以及采取结晶器液面控制仪等措施，避免因钢液与结晶器内保护渣直接接触而引起的增碳。
60 如何从水口材质上防止高铝含量钢水对水口的堵塞?
根据对水口堵塞物分析，主要以A12O3为主。为实现防堵，一般采用在水口内衬复合防堵层，防堵层材质的选择主要有两种思路：一是引入与堵塞物A12O3 生成低熔点物质的办法，CaO是用得最多的添加物；二是希望耐材高温稳定性好，与A12O3基本不反应，此法有添加尖晶石、BN、莫来石、CaF2、 ZrO2等。根据水口结瘤的根本原因，生产无碳无硅质水口成为新一代防堵材料。
61 由于特殊钢中加入合金元素。其凝固特性发生哪些变化?
(1)钢中含有较强的活泼元素。如不锈钢中铝、钛等易与氧、氮结合生成氧化物、氮化物等复合化合物，给浇注操作和铸坯质量带来危害。
(2)凝固温度区间变化大。合金元素含量较高，意味着液相线和固相线温度区间大。如奥氏体不锈钢该温度区间为56℃，而铁素体不锈钢为25℃，碳含量影响很大，凝固温度区间的变化，在选择钢液过热度、二冷强度、水量分配时必须予以考虑。
(3)凝固结构。钢中元素、含量、形式不同的凝固结构，对特殊钢质量影响很大。
(4)热物理性能。合金钢热物理性能(导热系数、热膨胀系数等)变化较大。如不锈钢的导热系数比碳钢小，而凝固收缩量比碳钢大，连铸的二冷强度和分布设计必须充分考虑。
(5)高温性能。如奥氏体不锈钢高温强度高，可采用较高拉速。
(6)裂纹敏感性。裂纹敏感性决定于钢种，但它又与冷却制度凝固结构、铸坯应力等有关，如铬镍不锈钢，显微偏析严重，增加了裂纹敏感性。
62 铝镇静钢连铸有什么要求?
铝镇静钢是低碳、低硅用铝完全脱氧的钢，是德国开发生产的钢种，其要求是：
(1)钢中酸溶铝稳定在W(A1)=0.02％～0.05％；
(2)最大限度地降低钢中夹杂物，尤其是w(A12O3)含量，以防水口的堵塞；
(3)提高钢水纯净度，钢中总含氧量控制在20×10-6以下。
用于食品包装，如罐头皮、易拉罐等的镀锡薄板，其最终产品轧制成厚度只有0.10～0.18mm的钢板，因此对连铸坯质量要求极为严格，应具有均匀的力学性能和深冲性能，高纯净度，大于50×10-6m的夹杂物应小于1mg/10kg(kg指钢水重的单位)，良好的表面质量，以利于镀层的黏结；钢中硫、磷含量要尽量低，以提高其耐腐蚀性能。
根据钢板的不同用途确定对其清洁度的要求。连铸应注意以下几点：
1)选择合适的钢液精炼方式，控制钢中含氧量和含铝量在规定数值范围内。
2)中间罐钢液过热度在30℃左右为宜。
3)全程保护浇注，防止二次氧化。
4)最好选用碳含量低，具有充分吸收溶解A1203能力的保护渣。
5)充分发挥中间罐冶金功能。
63 中厚板钢连铸有什么要求?
对机械结构件、桥梁、船舶等用钢，均浇铸成板坯，加工轧制成中厚板钢。一般厚度在4mm以上的钢板称为中厚钢板。中厚钢板最主要的性能要求：一是具有较高抗拉强度和冲击韧性，良好的焊接性能和抗大气与海水的腐蚀性能等；像用于石油开采的海洋平台、石油管线用钢、容器用钢等；二是还要求具有很好的抗层状撕裂，抗氢脆裂纹和低温冲击韧性等。因此连铸坯的成分偏析要小，无中心疏松和缩孔，无内裂；脆性夹杂物和硫化夹杂物要低。
根据中厚钢板的用途，适用的钢种有两大类：一是硅一铝脱氧的镇静钢；二是细晶粒低合金钢或含钛、铌等微量元素的高强度钢，一般含锰量在1.60％以上。
这类钢的连铸要求：
(1)中间罐钢液控制较低过热度，在15％左右较为适宜。
(2)采用全程保护渣浇注。选用合适的保护渣。
(3)拉坯速度要求控制低些，二冷区铸坯冷却要均匀。
(4)应用电磁搅拌技术和轻压下技术，以减轻中心疏松与中心偏析。
64 圆坯连铸有什么特点?
圆连铸坯用来生产不同口径的无缝钢管。无缝钢管的生产是圆铸坯边旋转边向棒芯端部顶头推进而穿孔，圆坯是依靠两个倾斜辊子进行旋转。被穿孔的内表面成为无缝钢管的内壁；这是一种很苛刻的加工方法，因而对圆铸坯质量要求很严格。
与方铸坯相比，圆坯结晶器无角部先期凝固；必须保持结晶器和二冷区的均匀冷却，坯壳均匀收缩，防止产生表面裂纹和椭圆变形。但是圆铸坯结晶器比相应方铸坯散热面积要小一些。
根据圆铸坯特点，连铸时应注意：
(1)圆铸坯的拉坯速度应适当低些。
(2)充分发挥中间罐的冶金功能。
(3)全程保护浇注，选用合适的保护渣。
(4)控制二冷区均匀冷却。
(5)控制结晶器液面稳定，最好采用液面自动控制装置。
(6)采用电磁搅拌技术，以减轻中心偏析，消除中心疏松和裂纹。
65 为什么要开发研究特殊钢连铸的工艺技术?
随着冶炼-连铸过程控制技术的提高，以及对合金钢凝固特性的深入研究，使连铸技术目前在特殊钢领域中已得到广泛的应用。如超纯净度的IF钢、高牌号硅钢、不锈钢、管线钢、硬线钢、重轨钢、工具钢、合金结构钢等，几乎可以涵盖绝大多数的常用特殊钢品种。采用连铸工艺生产的特殊钢，不仅铸坯的质量均匀，而且还会有良好的深加工性能，同时还可以提高金属收得率，缩短生产周期，具有巨大的经济效益，发展前景相当好。
我国特殊钢连铸在近十年来也得到了迅速发展，几个主要特钢厂都引进了较先进的特钢连铸机，并形成了具有各自特点的品牌特钢连铸产品，但与国际先进水平相比，不论在浇注品种、产量、产品质量、工艺技术和基础理论的研究上，都存在着较大差距。这就是为什么要抓紧开发、研究特钢连铸工艺技术的目的。
66 特殊钢的凝固特性与普通钢相比有哪些特点?
特殊钢质量要求比普通钢高，如纯洁度、成分均匀性、气体含量、低倍组织，夹杂物形态，等等。有些钢种含有较多的活泼元素和易氧化元素，在冶炼和浇注过程中极易氧化，影响钢的质量；不同钢种其凝固温度区间的变化不同，随着合金元素及加入量的不同，固液相温度差值的变化也较大，有些钢种的固液两相区较宽，钢的凝固组织变化较大；有些钢种的热物理性能差别较大、裂纹敏感性高，其在连铸工序的控制精度要求也就高，甚至同一钢种因其用途不同，其工艺控制重点也不相同；且大部分特钢连铸生产的批量不大，这就给特钢连铸的生产组织和管理带来了难度；因此，除了要求特钢连铸机具有较高的装备水平外，还需要有较强的工艺技术开发研究手段和人才，才能使特钢连铸的品种不断扩大，产品质量不断提高和稳定，在竞争激烈的市场中立于不败之地。
67 特殊钢的凝固组织对连铸过程有什么影响?
铸坯的凝固组织对产品质量有着直接的影响，而钢中的合金元素及其含量的不同会形成不同的凝固组织。具体可以分为三类：
(1)钢液凝固形成稳定的δ相或γ相一初生树枝晶和二次晶晶界完全重合：如铁素体Cr钢和奥氏体Ni—Cr钢就是该类组织；
(2)钢液凝固先形成δ相，然后转变为γ相一初生树枝晶与二次晶界分明：如含有δ一Fe相的Cr-Ni奥氏体钢；
(3)钢液首先凝固成δ相，然后发生δ→γ→α,的转变，δ、γ、α相晶界分明：如一些低合金钢。
初生晶为δ相与γ相的铸坯，其显微偏析有很大差别，溶质元素在δ相中的扩散速度比在γ相中快100倍，因而在γ相中存在明显的显微偏析。如S在γ相晶界的偏析，就会加大钢的裂纹敏感性。
二次枝晶间的距离是显微偏析程度的量度。在冷却条件相同的情况下，随着钢中一些合金元素的含量增加，二次枝晶间的距离减小，显微偏析也随之减轻。
68 什么是中间包电磁净化技术?
连铸过程中，中间包是去除夹杂物的最后、最理想、最关键的场所，一旦夹杂物进入结晶器，就很难有足够的时间排除夹杂，水口注流的冲击甚至还容易将夹杂物带入凝固前沿，从而给连铸坯质量带来威胁。并且某些夹杂物在水口聚积容易堵塞水口，影响浇注。
近年来，日本首先开发出一种离心中间包净化技术，在不锈钢精炼方面取得了较好的效果。但由于技术保密的原因，该核心技术只有日本川崎制铁公司所掌握。
国内在电磁净化钢液方面也开展了多年的研究，在电磁场的发生装置设计方面具有丰富的经验。目前采用中间包旋转磁场净化技术，已经取得了工业实验的成功。该技术的核心是设计具有合适结构和电磁参数的半圆形旋转磁场发生器，驱动中间包圆柱形腔(一般在大包钢流注入区)中的钢液产生旋转运动，钢液中的非金属夹杂物向中心迁移并上浮，从而达到净化钢液的目的。
采用该技术后，可以显著降低特殊钢中的大颗粒非金属夹杂物，控制钢液中不变形夹杂物尺寸低于20μm以下。
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气转炉氧枪的设计与使用的若干问题www.tool-tool.com
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作者：李炳源 来源：制钢参考网
氧枪技术自氧气顶吹转炉出现以来，就在不断地改进与发展。氧气是通过形状复杂的氧枪喷头供给转炉熔池进行冶炼操作的。氧枪喷头各参数的合理选取、精细的加工制造技术及最佳的熔炼操作，自然受到炼钢工作者的极大关注。
众所周知，在氧气顶吹转炉出现之初，氧枪喷头是单孔直筒形的。随着转炉容积的加大，要求按比例地增加氧气流量，使用一个单孔直筒形喷头供应氧气，就会增大喷溅，降低金属收得率。到1964年逐渐地从直筒型喷头过渡到收缩一扩张型拉瓦尔式多孔喷头。多孔氧枪的主要优点是容易化渣，提高金属收得率、减少喷溅、吹炼过程平稳，并提高了氧气利用效率。但多孔喷头的缺点是氧射流的穿透能力减弱了。也即对同样的供氧能力，多孔氧枪的操作枪位较低。这意味着除增加设计、制造的复杂性以外，多孔氧枪将处于更加恶劣的工作条件，使氧枪喷头易被侵蚀，就需要更有效的水冷条件，就需增加冷却水用量，改善喷头内冷却水通道的设计。
改革开放以来，我国钢产量有了极大增加。许多产铁的地方增设钢厂，已有的转炉不断扩容，生产发展后原有的氧枪就不适应冶炼要求，这就要求如何选取最佳氧枪的问题。
主要应根据转炉生产能力的大小、原料条件和炉气净化设备的能力来决定其管径大小。氧枪喷头的设计还应考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数及氧气供应情况、前后工序的衔接等因素来确定其孔数、喷头出口的马赫数和氧流股直径。
对于原料中废钢比较高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。
转炉炉容比（V/T）是指转炉腔内的自由空间的容积V（单位m3）与金属装入量（单位t）之比。转炉的冶炼操作和生产率都与炉容比（V/T）密切相关。若装入量过大，则炉容比相对就小，在吹炼过程中可能导致喷溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢；若装入量过小，则熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢，并会降低转炉的生产能力。合适的炉容比是从生产实绩中总结出来的。它与铁水成份、装入的金属料种类等因素有关。大型转炉的炉容比一般在0.9~1.05米3/吨之间，而小型转炉的炉容比在 0.8米3/吨左右。通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容化应选取上限。反之则选取靠下限。
熔池深度h 确定装入量时，除考虑合适的炉容比外，还应保持合适的熔池深度h。为获得平稳快速的熔化反应，必须保持氧气射流对金属熔池具有一定的冲击深度和搅拌强度。通常冲击深度L与熔池深度h之比选取L/h≈0.4~0.6左右。操作实绩证明，当L/h＜0.3时，即冲击深度过浅，则脱碳速度和氧的利用率会大为降低，还会导致出现终点成份及温度不均匀的现象；当L/h＞0.7时，即冲击深度过深，有可能损坏炉底和喷溅严重。在适合的炉容比情况下，如果熔池装入量过浅，可考虑将熔池砌成台阶形。
供氧时间的确定 现在许多钢厂的工艺设备为转炉——精炼设备——连铸。要使生产流程紧凑有序的配合，调度应综合统计得出转炉工序的冶炼周期及纯供氧时间。由纯供氧时间就可算出供氧强度，即单位时间内每吨金属的耗氧量，单位是Nm3/t·min。供氧强度还应考虑转炉的附属设备能力，尤其是氧枪的冷却系统及炉气净化系统能力。
喷孔倾角α的确定 对于多孔喷头而言，每个喷孔轴线与喷头轴线之间的倾角为α。为避免从喷头射出的各股射流在到达熔池表面前相交，倾角应尽量取较大值。倾角过小，各射流的穿透能力增大，而冲击熔池的面积减小。倾角过大则射流的穿透能力减小，冲击熔池的面积增大，担心冲刷炉壁。炼钢工作者极为关注喷孔倾角的原因也在此。必须考虑从同一喷头喷出的几股射流之间相互作用的问题。每一股射流靠近喷枪轴线的那一边，都要从喷枪轴线上的同一区域“抽吸”空气。这样就使多股射流之间区域的压力下降，而使射流互相牵引。所以射流间的距离减小或夹角减小，都会增加互相吸引的倾向，甚至使各股射流会合并起来，在到达液面以前就相交了，故操作中大都取倾向为11°~12°，以保证射流冲击区相互分开。
据最近做的溅渣护炉水模试验得出共识，氧枪喷孔的倾角，取12°为宜。
表 1是各种喷孔倾角在不同枪位时射到熔池液面的冲击圆中心距。
表1 喷孔倾角、枪位与冲击圆心
倾角度
枪位m
9°
10°
11°
12°
14°
16°
0.8
0.253
0.28
0.31
0.34
0.39
0.458
1
0.316
0.352
0.388
0.425
0.498
0.57
12
0.38
0.42
0.47
0.51
0.598
0.688
14
0.44
0.49
0.54
0.59
0.69
0.80
16
0.50
0.56
0.62
0.68
0.79
0.91
测算可知，通常所选取的喷头倾角α在不同枪位时射到熔池液面的冲击面积距炉壁较远，只要每天定期测定液面距离，准确操作氧枪枪位，冶炼就会顺利进行。
氧枪是氧气转炉炼钢的关键设备，氧枪管直径取决于转炉大小，有较规范的设定尺寸。而氧枪喷头的形状和孔数各异，就成为设计的重要内容。经多年的炼钢实践，收缩— 扩张的拉瓦尔型三孔喷头已为许多炼钢车间所普遍采用，而大型转炉对4孔、5孔等多孔喷头改善吹炼操作有更大的兴趣。喷头每个孔的氧流量从最小20Nm3/t·min 到最大283Nm3/t·min，氧射流速度在457~518m/s之间变化，取决于使用时的工况氧压和喷出口面积对喉口面积之比。
进行氧枪喷头设计之前，必须十分慎重地确定氧枪喷头设计所需要的初始数据，包括氧流量、氧气压力、纯吹氧时间、输氧管道的压力范围、熔池深度、铁水成分等。由于一些炼钢车间缺乏准确的计量仪表，往往给出的数据不准确。就应当到冶炼现场去观察具体条件，结合实践经验确定出几个最关键的初始数据。
氧流量的确定 氧流量是指单位时间内通过氧枪的氧气量。通常采用体积流量单位，即米3/分。它与喷头面积大小直接有关。当喷孔出口马赫数Mt选定后，喉口面积就只与氧流量有关了。一旦喉口面积确定，氧流量也就确定了。喉口面积取大了，氧流量过大，就会使化渣、脱碳失去平衡，造成喷溅；喉口面积取小了，氧气流量减小，会延长冶炼时间，降低生产率。影响最佳状态所需供氧强度的因素很多，如铁水成分、氧的利用率等很难用一个标准公式表示。实践显示，对于一定的原料成分、造渣工艺及吹氧强度，有着最有利的供氧强度范围。因此应根据冶炼实践总结出的氧气流量和供氧强度来计算喷孔直径，决不可任意选取[2]。对于没有准确计量仪表的钢厂，氧枪喷头设计所需的氧流量可以根据转炉炼钢的物料平衡方法来计算，一般每吨钢耗量约为50~60Nm3/t。
输氧管压力范围的确认 输氧管道中的压力范围制约着喷头前的滞止压力Po所能达到的范围。滞止压力Po是一个重要参数。氧枪喷孔出口马赫数Mt的确定，主要视滞止压力Po的大小而定，如所选取的Mt高了，则要求的滞止压力Po大，超过管道压力，则氧射流出口条件变为Pt＜Po，即成过膨胀气流。这样的氧射流出口后将产生压缩波，使射流轴心速度衰减加快，从而减弱了对熔池的冲击能力，影响冶炼效果。反之，如设计的氧射流Po低，则氧压未能充分利用就造浪费。如某厂引进的法国LD— AC转炉，为喷吹石灰粉造渣用，其喷枪Mt选为2.21，滞止压力Po为1.3Mpa。而某厂氧气压力只能到0.9~1.0Mpa，就成前一种情况，冶炼效果很差。
枪位高度范围 枪位高度是指氧枪在冶炼过程中，从喷头端面到熔池液面的垂直高度，即冶炼过程枪位。枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数Mt的选取有着直接影响。在一定的氧射流出口速度下，枪位高可避免烧枪，但为保持射流对熔池的搅拌能力，即保证一定的冲击深度，就应相对地提高射流出口马赫数Mt，反之亦然。可见，要保持正常冶炼，除氧枪喷头设计适当外，还应准确控制吹炼过程的枪位。
喷头水道与内表面 喷头在转炉内1800℃的高温环境中使用，就要用高速冷却水及时冷却。氧枪主要是靠由外壁到冷却水之间的对流传热来冷却的。在炉内氧枪与喷头要接受大量的幅射热，辐射热的传递是与绝对温度的四次方成正比。据文献提供有代表性的氧枪冷却条件的例子：一个外径219mm的氧枪，冷却水流量113吨/时，冷却水温升11℃。实测得到该例中冷却水带走热量为Q=12.42×105千卡/小时，根据氧枪暴露面积计算，通过氧枪的钢和铜的外壁（假定12毫米厚）应能对付的热通量能力要大于此值的十多倍。由于氧枪头内水流通道短、折转弯等原因，喷头内水道设计一定要宽敞，内表面一定要光滑以减少死水区和降低磨擦阻力。如果内表面粗糙或有死水区存在，就会产生膜态沸腾，而不是核态沸腾。就会大大降低冷却水带走的热量，喷头就会损坏。
冷却水质量对于氧枪操作，和在锅炉装置中一样是很重要的因素。如果在冷却水通道内表面积存了外来物或沉淀了水垢，都会妨碍氧枪传热，降低氧枪寿命。氧枪冷却应该用加药剂处理的循环水。而有些钢厂直接使用从江河中抽取的水来冷却氧枪，造成氧枪更换频繁。氧枪喷头内部水流不畅，造成膜态沸腾，传热效果恶化，膜态的热通量只有核态沸腾的七分之一。
氧枪设计和制造出来、经过冷态测定掌握了氧枪喷头的射流特性以后，还要在炼钢车间做生产试用。以确定选定的氧枪参数与原料条件、造渣制度、供氧制度等诸因素的匹配情况，为更合理地设计和使用氧枪提供依据。
氧枪设计是一个多因素起作用的过程，为分辨出各参数对吹练效果的影响，可采取统计的方法。将氧枪参数分为几何参数和使用参数。对使用参数当作定值，则只剩下对氧枪喷头的几何参数进行试验了。这样试验组次少，易于取得明确的试验结果。但实际上，因为许多炼钢车间缺乏必要的准确计量设备，而且工艺操作的偶然影响因素很多，所以就很难把使用参数当成定值。
吹炼时氧流量的控制 对某一种喷头，设计的供氧流量就是工况流量，在吹炼时应该达到或超过设计的氧流量。若供氧流量小于设计工况点流量就会使射流在到达出口前产生过渡膨胀，出口端产生负压区，造成喷孔出口端过早熔蚀成喇叭口，供氧流量控制小于设计流量时对喷管寿命产生不利影响。
吹炼氧压与出口马赫数Mt 对于制造好的喷头，吹炼氧压Po与出口马赫数Mt都已确定了。吹炼氧压只能大于设计氧压而不应小于设计氧压。控制吹炼的方法就只能在设计枪位高度范围内随吹炼过程进行适当调整。
马赫数Mα即喷头出口速度V与当地音速α之比。它是超音速喷头的重要参数。据中科院化冶所蔡志鹏研究员调查80% 以上的喷头马赫数为1.9~2.0。国外有马赫数到2.3多。根据气体动力学的知识可知，喷头Mα=2左右，既节省能量，又可获得稳定的操作压力。若 Mα＜2，则操作不太稳定，这时操作压力稍有波动，Mα将急剧下降，影响射流性比较大。若Mα＞2.3，操作虽更加稳定，因射流出口Mt愈高，射流衰减愈慢，但需付出更大的压力能。例如Mα=2.5时，则要求喉口前压力为Po=1.708MPa，而射流的冲击动能提高并不大。故选择Mα=1.9~2.0的钢厂占80%。国外用LD—AC法冶炼高磷铁水，随气流喷入石灰粉造渣，为避免喷溅烧枪，所以就选喷头的Mα尽量大，以提高枪位时仍能获得大的冲击速度。
喷头更换标准 氧枪喷头状况对冶炼效果的影响，很难在冶炼过程中直接观察出来。只能从以下几方面来考察。
①化渣情况。由炉前观察或借助于声纳化渣仪判定化渣时间。取终渣样或过程渣样进行化学分析，以计算脱硫率、脱磷率、渣中FeO含量。
②从记录纯供氧时间计算供氧强度。
③ 计算每吨钢的氧单耗量。
④观察冶炼过程喷溅程度和次数，称量样中铁珠量，计算吹损。
⑤记录氧枪损坏原因及分析枪龄。
当各项冶炼指标明显变差时，就应该判定要更换喷头了。因为这说明喷头的射流特性已明显变坏。研究表明新喷头的各股射流在熔池面上互不掺混，而使用223次后的旧喷头各股射流在到达熔池面以前就已会合近似单孔喷头的射流，冲击深度虽增加约23%，但冲击区域却减少14.2%。原规定喷头使用到200炉即更换。统计1~200炉枪龄的喷头冶炼效果与＞201炉后的效果比较，得出吨钢氧单耗增加0.49~4.23Nm3/t·S，脱硫率要降低17.5~24.8%。所以将氧枪喷头寿命应该定义为“在保持喷头设计的射流特性条件下，用于炼钢炉次的多少。”而不是氧枪漏水不能再工作时为止。由于对300吨转炉氧枪新旧喷头进行实体测试的结果与喷头冶炼实绩相吻合，就得到宝钢现用的铸造喷头的使用寿命不宜超过200炉。
关于喷头更换标准问题，钢铁研究总院杨文远教授等在1996年第9届全国炼钢会议上发表过新旧喷头的射流变化对冶炼的影响。文中阐述了30吨转炉的新旧喷头进行的测试表明，旧喷头流量较新喷头下降2~4%，旧喷头诸流股掺混严重，有效冲击面积减少50%。统计的冶炼实绩也表明旧喷头多消耗石灰4.62kg/t、多耗氧3.48m3/t、脱硫率低9%、终渣（TFe）高2.46%。故建议对铸造喷头，其寿命为200~300炉时应更换喷头。
上述结果是对30吨转炉进行的。转炉渣量按10%计算为3吨。则每炉多消耗铁（TFe）达73.8kg、多耗氧104.4Nm3，多消耗石灰138.6kg.。
许多炼钢车间出于管理原因，追求高的氧枪枪龄，有些甚至搞“千炉枪龄竞赛”，皆因生产过程缺乏计量化，难于考核冶炼收得率。仅抓少换枪、多出钢。为解决延长枪龄、少换枪的目的，必须要工艺操作规范化。
氧气转炉氧枪的设计与使用总结
（1）氧枪喷头的选取与设计，应以准确的氧流量、氧气管压力和装入量为依据，合理确定喷孔倾角，确定冶炼周期，还应考虑与精炼、连铸等工艺的配合；
（2）喷头制造要严格控制电解铜的含氧量，保持铸件内表面光滑，严格控制铜——钢焊接质量；
（3）使用喷头要求工艺生产过程计量化、工艺操作规范化，炼钢车间应在冶炼时间、钢水收得率、渣中FeO含量、操作稳定性及炉龄枪龄等诸技术指标之间取得最佳平衡，来确定最好的吹炼操作；
（4）炼钢厂应根据本单位情况，制订喷头更换标准
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作者：李炳源 来源：制钢参考网
氧枪技术自氧气顶吹转炉出现以来，就在不断地改进与发展。氧气是通过形状复杂的氧枪喷头供给转炉熔池进行冶炼操作的。氧枪喷头各参数的合理选取、精细的加工制造技术及最佳的熔炼操作，自然受到炼钢工作者的极大关注。
众所周知，在氧气顶吹转炉出现之初，氧枪喷头是单孔直筒形的。随着转炉容积的加大，要求按比例地增加氧气流量，使用一个单孔直筒形喷头供应氧气，就会增大喷溅，降低金属收得率。到1964年逐渐地从直筒型喷头过渡到收缩一扩张型拉瓦尔式多孔喷头。多孔氧枪的主要优点是容易化渣，提高金属收得率、减少喷溅、吹炼过程平稳，并提高了氧气利用效率。但多孔喷头的缺点是氧射流的穿透能力减弱了。也即对同样的供氧能力，多孔氧枪的操作枪位较低。这意味着除增加设计、制造的复杂性以外，多孔氧枪将处于更加恶劣的工作条件，使氧枪喷头易被侵蚀，就需要更有效的水冷条件，就需增加冷却水用量，改善喷头内冷却水通道的设计。
改革开放以来，我国钢产量有了极大增加。许多产铁的地方增设钢厂，已有的转炉不断扩容，生产发展后原有的氧枪就不适应冶炼要求，这就要求如何选取最佳氧枪的问题。
主要应根据转炉生产能力的大小、原料条件和炉气净化设备的能力来决定其管径大小。氧枪喷头的设计还应考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数及氧气供应情况、前后工序的衔接等因素来确定其孔数、喷头出口的马赫数和氧流股直径。
对于原料中废钢比较高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。
转炉炉容比（V/T）是指转炉腔内的自由空间的容积V（单位m3）与金属装入量（单位t）之比。转炉的冶炼操作和生产率都与炉容比（V/T）密切相关。若装入量过大，则炉容比相对就小，在吹炼过程中可能导致喷溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢；若装入量过小，则熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢，并会降低转炉的生产能力。合适的炉容比是从生产实绩中总结出来的。它与铁水成份、装入的金属料种类等因素有关。大型转炉的炉容比一般在0.9~1.05米3/吨之间，而小型转炉的炉容比在 0.8米3/吨左右。通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容化应选取上限。反之则选取靠下限。
熔池深度h 确定装入量时，除考虑合适的炉容比外，还应保持合适的熔池深度h。为获得平稳快速的熔化反应，必须保持氧气射流对金属熔池具有一定的冲击深度和搅拌强度。通常冲击深度L与熔池深度h之比选取L/h≈0.4~0.6左右。操作实绩证明，当L/h＜0.3时，即冲击深度过浅，则脱碳速度和氧的利用率会大为降低，还会导致出现终点成份及温度不均匀的现象；当L/h＞0.7时，即冲击深度过深，有可能损坏炉底和喷溅严重。在适合的炉容比情况下，如果熔池装入量过浅，可考虑将熔池砌成台阶形。
供氧时间的确定 现在许多钢厂的工艺设备为转炉——精炼设备——连铸。要使生产流程紧凑有序的配合，调度应综合统计得出转炉工序的冶炼周期及纯供氧时间。由纯供氧时间就可算出供氧强度，即单位时间内每吨金属的耗氧量，单位是Nm3/t·min。供氧强度还应考虑转炉的附属设备能力，尤其是氧枪的冷却系统及炉气净化系统能力。
喷孔倾角α的确定 对于多孔喷头而言，每个喷孔轴线与喷头轴线之间的倾角为α。为避免从喷头射出的各股射流在到达熔池表面前相交，倾角应尽量取较大值。倾角过小，各射流的穿透能力增大，而冲击熔池的面积减小。倾角过大则射流的穿透能力减小，冲击熔池的面积增大，担心冲刷炉壁。炼钢工作者极为关注喷孔倾角的原因也在此。必须考虑从同一喷头喷出的几股射流之间相互作用的问题。每一股射流靠近喷枪轴线的那一边，都要从喷枪轴线上的同一区域“抽吸”空气。这样就使多股射流之间区域的压力下降，而使射流互相牵引。所以射流间的距离减小或夹角减小，都会增加互相吸引的倾向，甚至使各股射流会合并起来，在到达液面以前就相交了，故操作中大都取倾向为11°~12°，以保证射流冲击区相互分开。
据最近做的溅渣护炉水模试验得出共识，氧枪喷孔的倾角，取12°为宜。
表 1是各种喷孔倾角在不同枪位时射到熔池液面的冲击圆中心距。
表1 喷孔倾角、枪位与冲击圆心
倾角度
枪位m
9°
10°
11°
12°
14°
16°
0.8
0.253
0.28
0.31
0.34
0.39
0.458
1
0.316
0.352
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0.425
0.498
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0.51
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0.688
14
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0.49
0.54
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0.69
0.80
16
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0.56
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0.68
0.79
0.91
测算可知，通常所选取的喷头倾角α在不同枪位时射到熔池液面的冲击面积距炉壁较远，只要每天定期测定液面距离，准确操作氧枪枪位，冶炼就会顺利进行。
氧枪是氧气转炉炼钢的关键设备，氧枪管直径取决于转炉大小，有较规范的设定尺寸。而氧枪喷头的形状和孔数各异，就成为设计的重要内容。经多年的炼钢实践，收缩— 扩张的拉瓦尔型三孔喷头已为许多炼钢车间所普遍采用，而大型转炉对4孔、5孔等多孔喷头改善吹炼操作有更大的兴趣。喷头每个孔的氧流量从最小20Nm3/t·min 到最大283Nm3/t·min，氧射流速度在457~518m/s之间变化，取决于使用时的工况氧压和喷出口面积对喉口面积之比。
进行氧枪喷头设计之前，必须十分慎重地确定氧枪喷头设计所需要的初始数据，包括氧流量、氧气压力、纯吹氧时间、输氧管道的压力范围、熔池深度、铁水成分等。由于一些炼钢车间缺乏准确的计量仪表，往往给出的数据不准确。就应当到冶炼现场去观察具体条件，结合实践经验确定出几个最关键的初始数据。
氧流量的确定 氧流量是指单位时间内通过氧枪的氧气量。通常采用体积流量单位，即米3/分。它与喷头面积大小直接有关。当喷孔出口马赫数Mt选定后，喉口面积就只与氧流量有关了。一旦喉口面积确定，氧流量也就确定了。喉口面积取大了，氧流量过大，就会使化渣、脱碳失去平衡，造成喷溅；喉口面积取小了，氧气流量减小，会延长冶炼时间，降低生产率。影响最佳状态所需供氧强度的因素很多，如铁水成分、氧的利用率等很难用一个标准公式表示。实践显示，对于一定的原料成分、造渣工艺及吹氧强度，有着最有利的供氧强度范围。因此应根据冶炼实践总结出的氧气流量和供氧强度来计算喷孔直径，决不可任意选取[2]。对于没有准确计量仪表的钢厂，氧枪喷头设计所需的氧流量可以根据转炉炼钢的物料平衡方法来计算，一般每吨钢耗量约为50~60Nm3/t。
输氧管压力范围的确认 输氧管道中的压力范围制约着喷头前的滞止压力Po所能达到的范围。滞止压力Po是一个重要参数。氧枪喷孔出口马赫数Mt的确定，主要视滞止压力Po的大小而定，如所选取的Mt高了，则要求的滞止压力Po大，超过管道压力，则氧射流出口条件变为Pt＜Po，即成过膨胀气流。这样的氧射流出口后将产生压缩波，使射流轴心速度衰减加快，从而减弱了对熔池的冲击能力，影响冶炼效果。反之，如设计的氧射流Po低，则氧压未能充分利用就造浪费。如某厂引进的法国LD— AC转炉，为喷吹石灰粉造渣用，其喷枪Mt选为2.21，滞止压力Po为1.3Mpa。而某厂氧气压力只能到0.9~1.0Mpa，就成前一种情况，冶炼效果很差。
枪位高度范围 枪位高度是指氧枪在冶炼过程中，从喷头端面到熔池液面的垂直高度，即冶炼过程枪位。枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数Mt的选取有着直接影响。在一定的氧射流出口速度下，枪位高可避免烧枪，但为保持射流对熔池的搅拌能力，即保证一定的冲击深度，就应相对地提高射流出口马赫数Mt，反之亦然。可见，要保持正常冶炼，除氧枪喷头设计适当外，还应准确控制吹炼过程的枪位。
喷头水道与内表面 喷头在转炉内1800℃的高温环境中使用，就要用高速冷却水及时冷却。氧枪主要是靠由外壁到冷却水之间的对流传热来冷却的。在炉内氧枪与喷头要接受大量的幅射热，辐射热的传递是与绝对温度的四次方成正比。据文献提供有代表性的氧枪冷却条件的例子：一个外径219mm的氧枪，冷却水流量113吨/时，冷却水温升11℃。实测得到该例中冷却水带走热量为Q=12.42×105千卡/小时，根据氧枪暴露面积计算，通过氧枪的钢和铜的外壁（假定12毫米厚）应能对付的热通量能力要大于此值的十多倍。由于氧枪头内水流通道短、折转弯等原因，喷头内水道设计一定要宽敞，内表面一定要光滑以减少死水区和降低磨擦阻力。如果内表面粗糙或有死水区存在，就会产生膜态沸腾，而不是核态沸腾。就会大大降低冷却水带走的热量，喷头就会损坏。
冷却水质量对于氧枪操作，和在锅炉装置中一样是很重要的因素。如果在冷却水通道内表面积存了外来物或沉淀了水垢，都会妨碍氧枪传热，降低氧枪寿命。氧枪冷却应该用加药剂处理的循环水。而有些钢厂直接使用从江河中抽取的水来冷却氧枪，造成氧枪更换频繁。氧枪喷头内部水流不畅，造成膜态沸腾，传热效果恶化，膜态的热通量只有核态沸腾的七分之一。
氧枪设计和制造出来、经过冷态测定掌握了氧枪喷头的射流特性以后，还要在炼钢车间做生产试用。以确定选定的氧枪参数与原料条件、造渣制度、供氧制度等诸因素的匹配情况，为更合理地设计和使用氧枪提供依据。
氧枪设计是一个多因素起作用的过程，为分辨出各参数对吹练效果的影响，可采取统计的方法。将氧枪参数分为几何参数和使用参数。对使用参数当作定值，则只剩下对氧枪喷头的几何参数进行试验了。这样试验组次少，易于取得明确的试验结果。但实际上，因为许多炼钢车间缺乏必要的准确计量设备，而且工艺操作的偶然影响因素很多，所以就很难把使用参数当成定值。
吹炼时氧流量的控制 对某一种喷头，设计的供氧流量就是工况流量，在吹炼时应该达到或超过设计的氧流量。若供氧流量小于设计工况点流量就会使射流在到达出口前产生过渡膨胀，出口端产生负压区，造成喷孔出口端过早熔蚀成喇叭口，供氧流量控制小于设计流量时对喷管寿命产生不利影响。
吹炼氧压与出口马赫数Mt 对于制造好的喷头，吹炼氧压Po与出口马赫数Mt都已确定了。吹炼氧压只能大于设计氧压而不应小于设计氧压。控制吹炼的方法就只能在设计枪位高度范围内随吹炼过程进行适当调整。
马赫数Mα即喷头出口速度V与当地音速α之比。它是超音速喷头的重要参数。据中科院化冶所蔡志鹏研究员调查80% 以上的喷头马赫数为1.9~2.0。国外有马赫数到2.3多。根据气体动力学的知识可知，喷头Mα=2左右，既节省能量，又可获得稳定的操作压力。若 Mα＜2，则操作不太稳定，这时操作压力稍有波动，Mα将急剧下降，影响射流性比较大。若Mα＞2.3，操作虽更加稳定，因射流出口Mt愈高，射流衰减愈慢，但需付出更大的压力能。例如Mα=2.5时，则要求喉口前压力为Po=1.708MPa，而射流的冲击动能提高并不大。故选择Mα=1.9~2.0的钢厂占80%。国外用LD—AC法冶炼高磷铁水，随气流喷入石灰粉造渣，为避免喷溅烧枪，所以就选喷头的Mα尽量大，以提高枪位时仍能获得大的冲击速度。
喷头更换标准 氧枪喷头状况对冶炼效果的影响，很难在冶炼过程中直接观察出来。只能从以下几方面来考察。
①化渣情况。由炉前观察或借助于声纳化渣仪判定化渣时间。取终渣样或过程渣样进行化学分析，以计算脱硫率、脱磷率、渣中FeO含量。
②从记录纯供氧时间计算供氧强度。
③ 计算每吨钢的氧单耗量。
④观察冶炼过程喷溅程度和次数，称量样中铁珠量，计算吹损。
⑤记录氧枪损坏原因及分析枪龄。
当各项冶炼指标明显变差时，就应该判定要更换喷头了。因为这说明喷头的射流特性已明显变坏。研究表明新喷头的各股射流在熔池面上互不掺混，而使用223次后的旧喷头各股射流在到达熔池面以前就已会合近似单孔喷头的射流，冲击深度虽增加约23%，但冲击区域却减少14.2%。原规定喷头使用到200炉即更换。统计1~200炉枪龄的喷头冶炼效果与＞201炉后的效果比较，得出吨钢氧单耗增加0.49~4.23Nm3/t·S，脱硫率要降低17.5~24.8%。所以将氧枪喷头寿命应该定义为“在保持喷头设计的射流特性条件下，用于炼钢炉次的多少。”而不是氧枪漏水不能再工作时为止。由于对300吨转炉氧枪新旧喷头进行实体测试的结果与喷头冶炼实绩相吻合，就得到宝钢现用的铸造喷头的使用寿命不宜超过200炉。
关于喷头更换标准问题，钢铁研究总院杨文远教授等在1996年第9届全国炼钢会议上发表过新旧喷头的射流变化对冶炼的影响。文中阐述了30吨转炉的新旧喷头进行的测试表明，旧喷头流量较新喷头下降2~4%，旧喷头诸流股掺混严重，有效冲击面积减少50%。统计的冶炼实绩也表明旧喷头多消耗石灰4.62kg/t、多耗氧3.48m3/t、脱硫率低9%、终渣（TFe）高2.46%。故建议对铸造喷头，其寿命为200~300炉时应更换喷头。
上述结果是对30吨转炉进行的。转炉渣量按10%计算为3吨。则每炉多消耗铁（TFe）达73.8kg、多耗氧104.4Nm3，多消耗石灰138.6kg.。
许多炼钢车间出于管理原因，追求高的氧枪枪龄，有些甚至搞“千炉枪龄竞赛”，皆因生产过程缺乏计量化，难于考核冶炼收得率。仅抓少换枪、多出钢。为解决延长枪龄、少换枪的目的，必须要工艺操作规范化。
氧气转炉氧枪的设计与使用总结
（1）氧枪喷头的选取与设计，应以准确的氧流量、氧气管压力和装入量为依据，合理确定喷孔倾角，确定冶炼周期，还应考虑与精炼、连铸等工艺的配合；
（2）喷头制造要严格控制电解铜的含氧量，保持铸件内表面光滑，严格控制铜——钢焊接质量；
（3）使用喷头要求工艺生产过程计量化、工艺操作规范化，炼钢车间应在冶炼时间、钢水收得率、渣中FeO含量、操作稳定性及炉龄枪龄等诸技术指标之间取得最佳平衡，来确定最好的吹炼操作；
（4）炼钢厂应根据本单位情况，制订喷头更换标准
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谈谈日本炼钢技术的十年进步www.tool-tool.com
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一、日本近十年钢产量及主要指标的变化
从1994年到2003年的10年是钢产量波动较大的时期。由于泡沫经济的破灭，钢产量由1995年的1．016亿t跌到1998年的9355万t的低谷，后又转为上升，进入21世纪后连续4年超过1亿t。特别是近年由于大钢厂的合并和东亚经济快速发展带动钢铁需求兴旺，2004年又超过1．1亿t大关而直追1973年1．1932亿t的历史最高纪录。其中，电炉钢年产量亦由期初的2842万t上升到3425万t，特殊钢比例基本保持在18．4％～20％的水平。而铁水预处理比则由44．9％猛升到67．6％。至于二次精炼比，电炉钢由85％上升到95％，转炉钢由80％上升到 86％。连铸比则由96．9％上升到98．6％，其中特殊钢连铸比由87．2％上升到93．5％，而普碳钢则保持在99．8％的极限状态。
二、十年间有代表性的技术开发成果
1．铁水预处理工艺的重组
为取代过去在铁水罐车和铁水包内进行的预处理，各厂开发成功各种用转炉的预处理法（H炉法、SRP法、NRP法、MuRc法、LD－ORP法），大幅提高了脱磷效率，减少了对外排渣。个别工厂已实现全部铁水预处理。
2．环境友好型精炼工艺
由于环保意识的提高，十分重视减少钢渣外排技术的开发，使钢渣外排总量达原来的1／2，突出的如彻底脱硅的零排渣工艺。还开发成功含碳渣用于烧结矿和铁水脱硫，钢渣制砼用于护岸材，用含铁粉尘制球团矿等再生利用技术。有的厂已作到了炼钢固体废物为零。
3．电磁力应用技术的革新
从初期的电磁搅拌和局部作用的电磁制动发展到后期的可适应钢水的加减速而切换的电磁设备、在铸坯宽度方向均匀磁场的静磁场制动以及结晶器内钢水流动的模拟计算软件。
4．高质量技术
不断进行提高产品质量的技术开发，坚持了洁净钢技术开发。在硬件方面，二次精炼中增加燃烧器后使RH多功能化，开发成功连铸坯防止裂纹缺陷的技术。在软件方面亦开发成功预测产品质量的技术，使轴承钢中的含氧量由1994年的5ppm降到2001年的4．7ppm，最好时达3ppm左右。
5．高速连铸技术
在国际上薄板坯高速连铸法飞跃发展的10年间，日本的薄板坯连铸仍未实用化，只是在后期为适应钢铁需求的增大而提高了现有连铸机的生产效率，出现了单机月产超过20万t的连铸机，拉速已达3m／min水平。关于带钢连铸，各厂均开展了研发工作，最终只在新日铁光厂的不锈钢生产上实用化。
三、国家科研项目
1．新炼钢法项目
以充分利用旧废钢和炼钢工序减排CO2为目的，于1991年在经产省支持下开展了9年研发，主要内容如下：
（1）废钢预处理技术，通过低温粉碎处理可将废钢中的铜除去96％，通过色相差识别处理亦可除去90％以上。
（2）综合系统评价研究，于1998～1999年在新日铁君津厂内建中试装置进行研究：a．用电炉、转炉和充填型3种方式进行熔化的技术研究；b．预热技术和加热脱锡技术；c．烟气处理技术，达到二恶英控制在小于 0．1mg－TEQ／Nm3水平；d．工业化可行性调研。最终认为比未进行废钢预热的电炉可节电25％，如喷入燃料时则可少用电30％～80％。
2．电磁力项目
为了提高连铸机质量而取消人工表面处理以提高生产效率，在经产省支持下于1995年起进行了6年研究，取得了以下成果：a．初期凝固控制技术，对低频到高频大范围的各种电磁场铸造技术及设备开发后，经方坯小试和板坯试验，铸坯表面质量改善效果显著，通过交、直流磁场重叠对液面振动控制的试验效果更好；b．熔融金属的清净化技术，使高速浇铸时的夹杂物含量抑制在低速浇铸时的水平；c．开发出电磁流速测头，对电磁力作用下弯液面流速精确测定。
四、铁水预处理与转炉操作
为适应用户对产品的高质量要求，同时又不断降低生产成本，10年来铁水预处理亦在不断改进。其开发动向具有以下特点：由于脱硫工序的分离和脱磷工序的改善，精炼更高效；由于热裕度扩大，提高了多用废钢的潜能；由于预脱硅彻底、反应高效化和渣的回收利用，渣发生量大幅下降。
在铁水脱硫方面，过去多在混铁车内合并脱磷，后改为用还原法单独脱硫。在20 世纪90年代采用的CaO－Mg系喷射脱硫法基础上，不少厂又增加了脱硫效率更高的机械搅拌式KR法，还有建议利用金属显热对MgO还原产生Mg气体的脱硫法。
在铁水脱磷工序方面，针对过去低温冶炼下脱硫、磷而引起的废钢用量受限的缺点，近来采取强搅拌高速脱磷并可多用废钢的转炉脱磷法的日多。加上过去的H炉（1989年）、SRP（1990年）、LD－ORP（1991年）等转炉脱磷法，现已成为脱磷法的主流。另在混铁车脱磷方面，通过低碱性脱磷和分散供氧等改进，已建立了大量供应铁水下的脱磷体制。
由于填埋场地不足而要求外排渣减少。铁水预处理增多后一度曾对此有所贡献，但近年伴随高级钢种的增加致精炼比加大，加上对脱磷用氟量的限制，均使渣量呈上升趋势。为了减少渣量，利用高效脱磷剂提高脱磷效率和再生利用低温下具有脱磷能力的低碳渣至关重要。
无硅铁水全量脱磷处理和转炉脱碳无渣炼钢法（ZSP）亦于1998年开发成功。其流程和反应如下：a．在铁水包采用搅拌以提高脱硅效率的同时，采取氧气、氧化铁以控制脱硅后的温度，使热损失极小，并能稳定得到≤0．01％的低硅铁水；b．用KR法脱硫；c．由于使用低硅铁水，使和脱磷初期生成的SiO2反应生成2CaO·SiO2所需的生石灰减少并直接生成为3CaO·P2O5，提高了石灰的脱磷效率，渣量大幅下降。由于脱硅、脱磷等分开处理，生成渣的成分变单纯而有利于利用，如脱硅渣可作为缓效肥料，脱磷渣以CaO为主，造成砼块后可用于海洋藻类培植礁。
在脱碳渣再生利用方面，利用2台转炉进行精炼的SRP法最为明显，对H炉法亦有效；利用混铁车脱磷时，通过扩大设备以建立全量预处理体制后，脱碳渣亦可全部再生利用。
另外，在同一转炉内连续进行脱硅、脱磷中间排渣和脱碳的多功能转炉法（MURC法）亦开发成功。它充分利用了转炉的强搅拌性和高速功能，在高氧势下以低碱性渣高速脱磷，在脱硅、脱磷期有意提高渣中的FeO浓度并控制渣呈泡沫状，脱毕即倾动转炉排渣，然后进行脱碳直至出钢，并将脱碳渣部分留在炉内，以供下炉脱磷之用。这样既利用了热量，又减少了渣量。
近10年来在提高转炉生产效率的技术和快速测定技术方面亦有不少进步。如作为高速送氧下减少粉尘的技术，为防止多孔喷流互相干扰而采取了对喷嘴的交错配置和相邻喷嘴异径化的喷头，以及减少对钢水液面冲击的喷流动压面设计的喷头等措施。通过集尘水透光度在线测定粉尘发生速度的技术亦开发成功。此外，缩短炼钢作业时间的技术亦在开发中，如利用二次燃烧喷头防止金属粘附和检测出钢时渣流出的技术等。
为提高冶金反应特性，用高压底吹气提高搅拌强度而增大氧的脱碳效率；改变CB风口的气体成分以控制冷却能力及使底吹气流量稳定、可调节的技术亦在开发中。同时，用电气脉冲法在线测定风口损耗量，以求切换气体工况的最佳化试验亦在进行中。为进一步提高操作稳定性和精炼精度，利用微波对钢水液面检测、音响水平、喷头振动等预知泡沫渣形成因素的技术，以及利用消耗型光纤维和可视光纤维连续测定转炉内钢水温度的技术正在实用化中。
五、二次精炼
1．二次精炼工艺的进展
日本近10年来始终把提高钢材质量作为重点任务，如对延伸率、深冲性等加工性要求高的薄板采取低碳化处理，对在低温、耐酸腐蚀环境下使用的中厚板在极低硫、磷、氢下冶炼，对为降低成本而提高成材率的要求则确保质量稳定以减少产品的缺陷等。这些均促进了二次精炼的发展。
2．RH 的多功能化
真空精炼处理的代表性设备
RH自应用以来新功能不断扩充。例如多功能燃烧器在处理时可向真空炉内供氧，非处理时则进行燃烧以保护内衬温度而防止钢水附着于炉衬上，十分有利于超低碳钢的稳定生产。其次是脱硫处理的应用，过去是通过上升管下方的喷头和真空炉下部埋在耐火衬中的风口向炉内喷入
CaO·CaF2粉，现改为采取从真空炉上喷头吹入粉料的方式以使喷嘴不直接和钢水接触，在稀释剂单耗 5kg／t下，脱硫率达80％，残留硫降到4ppm以下。另外，还开发成功真空脱气和渣改质同时进行的新工艺，即将
RH炉下部的真空盖改造，使钢水包整体成为真空排气结构，一则可由钢水包底部以Ar气对钢水搅动并可加入钙，再则可防止渣被再氧化，使它同时完成过去LF炉、RH炉和钙处理的 3项功能，从而使工序集约化，热损失下降。
3．DH脱气处理工艺的发展
成功将DH脱气法改进成REOA法。由于塞孔位置略偏于中心，使用少量的Ar气即可发挥较好的搅拌效果，和RH脱气炉具有同等的脱碳能力；另由于结构简单，耐火衬修补方便，适于不锈钢、低碳低氮钢的生产。
另外，具有减压功能的减压CAS－OB法亦开发成功。这是和铁水预处理联动的技术，即转炉吹炼未期，为防止渣过氧化而在高碳期停吹后送CAS－OB炉进行脱碳处理，6min内可将〔C〕由700ppm降到400ppm，成为低碳铝镇静钢的高效生产技术。确保极低硫化技术的LF亦为了缩短处理时间而采取了控制渣成分、降低渣氧化度等技术以强化对钢、渣的搅拌而生产〔S〕＜5ppm的极低硫钢。
4．高纯度、高清净钢
在超低碳方面，考虑RH脱气处理中脱碳反应的重要性，对脱碳反应解析可计算出处理中的钢水〔C〕分布，进一步观测真空炉内气泡的行为成为稳定生产的指针。在脱氢方面则进展不大，仍采取了在RH脱气炉安装用热传导法迅速测定钢水中氢分压的快速分析仪以确保质量。在脱氮方面，通过开发出粉料上方吹投技术和防止吸氮的浸渍管以保证极低氮钢的生产。
5．二次精炼工艺的展望
随着国际竞争的激化，预计今后钢材的用途将多样化，质量要求亦将提高。为兼保低成本和高质量，应将功能分化为铁水预处理、转炉、二次精炼，使炼钢工艺最佳化，以适应各种钢种生产的需要。
为保证产品质量的管理技术亦应跟上，如成分极低且范围小的快速控制检测技术便很重要。如以多量钢水为对象，若能开发出快速、高精度的夹杂物在线测定法，不仅有利于工艺的自动控制，对质量保证管理的作用亦大；在防止地球变暖而减排CO2方面，需扩大废钢的使用，Cu、Sn等杂质的增加将影响产品质量，希望开发工业规模的去杂技术；少渣炼钢和渣再生利用关系到资源综合利用，应配套开发高效工艺、高精炼能的渣成分和易再生利用法等技术。
二次精炼由过去的单功能向多功能工艺转换，如附加吹氧、喷粉等功能。今后为了适应各种新课题，将据钢厂的产量、现有设备、钢种构成等条件选取各自的最佳工艺，并考虑上下工序衔接而发展相应的二次精炼工艺。
六、连续铸钢
日本的连铸比早在20世纪80年代即达95％，近10年又新增连铸机15台和改造老机30台以上。
1．连铸高速化
日本 200～300mm大板坯连铸机的铸速10年来徘徊在2m／min左右的水平，这主要是难铸造钢种比上升之故。对比之下，欧美和中国推广的厚度为 40～120mm薄／中板坯连铸已达4～6m／min，个别40～50mm薄板坯连铸试验已达8～9m／min。日本现在以包晶钢、合金钢、汽车用钢板等质量要求严格的品种为重点，从设计上提高铸速；方坯连铸机通过改进，最高铸速已达4m／min。
2．电磁制动和电磁搅拌
众多高效板坯连铸机多装有电磁制动，分为全宽一段式、二段式和移动磁场式等。另原用于方坯连铸机的电磁搅拌近年来亦多在板坯连铸机上采用，主为了防止凝固不均匀和表面气泡、夹杂的产生。
3．中间包技术
它的多次使用可降低耐火材料费用，利用氮加热装置以防止停铸期的氧化。另为了生产洁净钢，采用离心分离中间包以提高其去除气泡和夹杂的能力，亦有采用感应加热器和等离子加热器等。
4．薄／中板坯连铸
鉴于薄板坯连铸连轧在国际上推广的效果很好，日本将这一概念用于中厚板连铸连轧而开发成功厚90～120mm的高速连铸机，还应用未凝固压下技术，将 90mm厚板坯压薄至50mm，并试验压薄至20mm。
5．带钢连铸
日本最早开发成功带钢连铸技术，并用于新日铁光厂的不锈钢生产，后由于效果不够理想已于2003年停产。
6．表面缺陷的改善技术
针对铸坯表面的纵裂、横裂和夹杂物、气泡等缺陷，分别开发出结晶器斜度、结晶器内流动控制、加保护剂和凝固组织控制等技术，均有一定效果。特别是加入表面保护稀释剂的作用由保顺利浇铸改为重点防止杂质卷入和缓冷，以保证铸坯的高质量。关于结晶器内的流动控制，除上述的电磁制动和电磁搅拌外，带回转叶片的浸入式水口已实用化。
7．连铸方坯的质量
现已开发成功用220mm×220mm方坯连结生产条钢的工艺，有利于简化工序和节能。无缝钢管用管坯连铸机亦开发成功，可生产包晶钢等全部钢种，拉坯速度达3m／min，且不需处理即直送轧机生产。为防止管坯产生轴心裂纹，还开发成功FCR法。
七、电炉
1．电炉技术的变化
电炉于1916年传入日本，初期只限于生产特殊钢，60年代开始逐步用于普碳钢生产，电炉钢比现已达30％左右。日本30年来电炉相关指标的变化见表1。过去10年的主要技术发展略述如下：
（1）1975～1985年为生产效率和节能进展较快的阶段。主要应用技术有电炉大型化和UHP作业、炉壁炉盖水冷技术、氧燃助熔等。
（2）1985～1995年为LF普及时期。由于采用了LF，电炉的还原精炼简化，生产效率大为提高，电炉钢的质量亦有改善。为简化作业而开发成功偏心炉底出钢（EBT），避免了氧化渣和钢水一块流入钢水包。另外还开发成功直流电炉，解决了交流电炉大型化、UHP化后闪烁严重的问题。从1988年第一台直流电炉投产，到1994年已达14台。
（3）1995～2004年可称之为环保时代，众多环保技术开发成功。首先是为适应电炉烟气排放法规的强化，开发成功新的烟气处理技术；其次是渣和粉尘的再生利用技术进展很快，有的厂已向零废物进军。交流电炉亦为解决闪烁和扩大变压器而改造，每吨废钢的KVA数已由1970年的500扩大到1000。另还开发成功促进废钢熔化的高效燃烧器，使一些优秀电炉厂的指标大为改善，电炉的生产效率由 85t／h提高到90t／h，冶炼周期由64min缩短到59min。
2．最近的技术
（1）废钢预热型电炉。70年代开发成功的氧燃助熔技术的节电效果明显，但带来烟气余热上升的问题。已知烟气显热占全部出热15％左右，为解决老式废钢预热的污染问题，先后开发成功 “竖筒式”、“水平连续预热式”和“两炉体式”等高效清洁方式，现已实用化的共7台。
（2）助燃燃烧器。为解决电弧炉的冷区问题，采取了在炉壁设燃烧器结合吹氧以促进废钢熔化的方式，燃料多采用煤油、重油和LNG。燃烧器的方式亦有多种，如一种将主氧气、燃料、二次氧气以同心圆套管供入炉内并在管端出口处混合燃烧，对废钢的助熔效果最好。
3．电炉烟气及粉尘的处理
2000年1月起实施的“二恶英类对策特别措置法”规定电炉的排放标准为老炉＜5mg－TEQ／Nm3、新建炉＜0．5mg－TEQ／Nm3。为此开发成功各种捕捉二恶英的方法，如“两袋式” 为在电炉除尘装置后再建一套捕捉二恶英的除尘装置，即经2次过滤和低温化使二恶英去除效率提高而达标。另还有在第二段喷入活性碳的方式使烟气中的二恶英可达到＜0．1mg－TEQ／Nm3的先进水平。
关于电炉的粉尘处理可分为由电炉直接利用的在线处理和设专用设备的离线处理两大类。前者为将粉尘直接喷入炉中或和石灰混合造球后加入炉中利用，现已实用化；后者则将粉尘熔融回收其中的有用金属后再作处理。
八、环保及其它
根据政府颁发的多项环保法规，钢铁业于1996年制订了“关于环保的志愿行动计划”，规定2010年比 1990年耗能减少10％的目标。炼钢工序应采取的措施为：减少热损失、加强热回收的节能；推进渣和粉尘的3R以使填埋量最小化；利用其它产业的废物等。现已据此开展了工作，重点简介如下：
1．炼钢工序节能
通过混铁车的大型化、推广钢水包加盖作业、改善钢水包物流以缩短循环时间、应用钢水温度管理系统等在提高生产能力的同时并减少热损失。还利用低导热率的MgO－C砖、微孔绝热材料、使用中空骨料的低热容不定形耐火材料等以减少散热损失。在钢水包烘烤方面采用了蓄热式燃烧器以大幅降低燃耗等。
同时还进行了有关的技术开发，如附有感应加热装置的混铁炉，达到比电炉还高效的熔化废钢的水平；调整高炉、转炉、连铸间的能力差以提高炼钢工序的物流效率；在电炉工厂设钢水贮存装置，利用夜间低谷廉价电化钢，以便白天炼钢节电和大幅降低成本。在热回收方面，利用转炉煤气导管冷却水的低温余热和氨水的非等温蒸发、凝缩特性进行发电，发电效率比常规低温发电高 40％以上，属世界首例。
2．钢渣利用
日本钢渣年发生量达1200万t，由于碱性高且成分不均匀，过去多作填埋处理。20世纪90年代前期的发生量和排出量均呈上升趋向，近10年来由于铁水预处理和厂内利用量的加大开始趋于下降，见表2。铁水预处理的发展是钢渣发生量下降的主要原因。钢渣的热利用除有效利用显热外，还可简化渣处理工序，如脱碳炉渣在不锈钢熔融还原炉的热利用。LF炉的还原渣在电炉热利用时，既可降低石灰单耗，又可提高电炉脱磷效率。但从整个社会的环保观点看，还应大力开发钢渣在水泥原料和土木建筑方面的用途。
3．粉尘利用
转炉首先应改进氧枪喷头和操作以减少粉尘的产生。在大规模再生利用技术方面，已开发成功环形炉和纵型炉。作为小规模利用法的DSM工艺系将电炉粉尘和还原渣用重油、氧气燃烧加热熔化为渣块作路基材利用，粉尘中的Zn、Pb等金属则作为二次粉尘回收后作原料利用。电炉粉尘亦可在真空下加热还原以回收 ZnO，后将残渣氧化铁制成球团供电炉利用。在粉尘热利用方面，除横型热旋风炉可用于不锈钢熔融还原炉外，作为简易利用方法，可将电炉除尘器粉尘和铝渣、废油混合造粒后返回电炉利用，还有将粉尘从水冷喷头吹入炉内利用的方式。
4．废耐火材料
除用于生产耐火原料外，还有将MgO－C、MgO、白云石系的废耐火材料用于转炉、电炉、LF炉等代替生石灰、烧成白云石作造渣剂。此外，亦可作路基材利用。
5．其它产业的废物利用
过去，纸浆废料和铝渣均作为炼钢工序的保温材料和造渣剂利用。近年，新日铁广厂转炉采用了部分废轮胎片代煤，连轮胎中的子午线钢丝亦得到有效利用，年用量达6万t以上。
九、凝固现象与铸造工艺的学术发展
1．组织形成模拟和凝固组织控制
与凝固研究兴盛的20世纪60～90年代相比，近10年的研究明显减少，取而代之的是组织形成模拟研究。钢铁业迄今偏重防止大型偏析和除去非金属夹杂的凝固组织控制，但今后从提高质量和降低成本出发，重视为下道工序而控制好凝固组织。
2．初期凝固及保护渣的作用
在方坯连铸机曾成功地试验了电磁力，使初期凝固形成的薄壳不和结晶器直接接触，从而产生表面无振动痕的优质铸坯。进一步制造回转流使钢水流速和凝固减慢，产出了表面无缺陷而直送轧机的铸坯。保护渣的功能包括防止氧化、促进润滑、防止钢水和结晶器直接接触、为形成最佳凝固层厚度所需的传热特性、防止吸入非金属夹杂物等，近来发现还有通过控制凝固层厚度以减少铸坯表面缺陷的作用。
3．钢水流动控制
钢水流动速度直接关系大偏析的生成，近10年间对连铸时钢水流动的数值解析对改进操作起了积极作用。如160mm方坯连铸，直线型水口插入 150～180mm深，铸速为1．5～1．8m／min，按夹杂物流动轨迹算出的夹杂物除去率为10μm的为20％、50μm的为70％以上。另利用电磁力促进等轴晶或利用电磁制动以控制钢水流的模式解析亦在进行中，并由此成功地生产出表面为不锈钢内部为碳素钢的连铸复合材料。
4．由薄板坯向薄带发展
带钢连铸在欧美已经入实用化阶段，日本亦拟开发但发现些问题，即凝固区间和铸坯强度的不均匀性、废钢中的Zn、Cu杂质引发的热裂缺陷等尚需进一步研究解决。
5．可视化的试验
早在30年前即利用环已醇等有机物对凝固现象进行了可视化试验，现在则用共焦激光显微镜直接观察钢铁材料在高温下的相变。特别是对低碳钢δ／γ相变发生的核生成和晶界移动等研究成果有较大改进。但低温下的可视化试验尚属模式试验阶段。
十、精炼工艺的学术发展
1．有关炼钢的物理化学基础研究概况
近10年间对高纯度钢、高洁净钢的冶炼进行了大量基础性研究。同样，在有关精炼过程中如何有效去除废钢中有害成分以及实现预处理渣和转炉渣的最少化等方面亦进行了很多学术研究，并取得了大量成果。
2．钢水和渣的物性
尽管研究内容不如以前丰富，但对过去的物性值进行了再评价，将多元系金属和渣的物性值按物性工学的近似值推算，或按和热力学诸数值的关联推算的方法，使这方面的理论有了进一步的发展。
3．钢水、渣和夹杂物的热力学
在此领域的研究项目数较前略有减少，但在为把钢水中夹杂物含量控制在百万分之一水平的目标而进行的基础研究的质量却有明显提高。控制钢水中氧含量乃生产高纯度、高清净钢的关键技术。沿着这一思路，对普通钢中关于比Al更强的脱氧剂，即Ca脱氧、Mg脱氧的平衡值的修正方面进行了重点研究，并取得了基本平衡值的重大收获，进一步引起人们对高合金钢脱氧平衡方法的关心。
近年，欧美和日本的研究者利用计算机开发了Kapoor等模型，成功地以定式化表示多元系渣的成分活量，在炼钢现场控制夹杂物组成方面发挥了重大作用。另外在高纯度、高清净化精炼时关于各种固溶体的热力学测定亦很重要，最近东北大学（日本）和日本冶金界的研究组据此开发成功的有关普通钢和不锈钢中正确控制非金属夹杂成分的成果，更具有实用价值。此外，对高纯度钢等生产时，钢水和耐火材料的反应亦开展了研究，以利降低夹杂物含量。
表1 日本电炉30年来主要指标的变化
年 代
1971
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2003
冶炼周期，min
180
150
120
100
90
80
80
80
生产效率，t／h
10
15
20
35
45
55
55
55
电耗，kWh／t
580
550
470
420
400
400
410
410
氧耗，Nm3／t
15
16
20
22
25
23
22
20
表2 历年转炉厂钢渣发生量和自利用量的变化
年代
1971
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2003
发生量，kg／t
126
118
120
140
130
120
115
100
排出量，kg／t
113
107
110
123
111
98
92
76
自用率，％
10
9
8
12.2
14
18.5
20
24
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一、日本近十年钢产量及主要指标的变化
从1994年到2003年的10年是钢产量波动较大的时期。由于泡沫经济的破灭，钢产量由1995年的1．016亿t跌到1998年的9355万t的低谷，后又转为上升，进入21世纪后连续4年超过1亿t。特别是近年由于大钢厂的合并和东亚经济快速发展带动钢铁需求兴旺，2004年又超过1．1亿t大关而直追1973年1．1932亿t的历史最高纪录。其中，电炉钢年产量亦由期初的2842万t上升到3425万t，特殊钢比例基本保持在18．4％～20％的水平。而铁水预处理比则由44．9％猛升到67．6％。至于二次精炼比，电炉钢由85％上升到95％，转炉钢由80％上升到 86％。连铸比则由96．9％上升到98．6％，其中特殊钢连铸比由87．2％上升到93．5％，而普碳钢则保持在99．8％的极限状态。
二、十年间有代表性的技术开发成果
1．铁水预处理工艺的重组
为取代过去在铁水罐车和铁水包内进行的预处理，各厂开发成功各种用转炉的预处理法（H炉法、SRP法、NRP法、MuRc法、LD－ORP法），大幅提高了脱磷效率，减少了对外排渣。个别工厂已实现全部铁水预处理。
2．环境友好型精炼工艺
由于环保意识的提高，十分重视减少钢渣外排技术的开发，使钢渣外排总量达原来的1／2，突出的如彻底脱硅的零排渣工艺。还开发成功含碳渣用于烧结矿和铁水脱硫，钢渣制砼用于护岸材，用含铁粉尘制球团矿等再生利用技术。有的厂已作到了炼钢固体废物为零。
3．电磁力应用技术的革新
从初期的电磁搅拌和局部作用的电磁制动发展到后期的可适应钢水的加减速而切换的电磁设备、在铸坯宽度方向均匀磁场的静磁场制动以及结晶器内钢水流动的模拟计算软件。
4．高质量技术
不断进行提高产品质量的技术开发，坚持了洁净钢技术开发。在硬件方面，二次精炼中增加燃烧器后使RH多功能化，开发成功连铸坯防止裂纹缺陷的技术。在软件方面亦开发成功预测产品质量的技术，使轴承钢中的含氧量由1994年的5ppm降到2001年的4．7ppm，最好时达3ppm左右。
5．高速连铸技术
在国际上薄板坯高速连铸法飞跃发展的10年间，日本的薄板坯连铸仍未实用化，只是在后期为适应钢铁需求的增大而提高了现有连铸机的生产效率，出现了单机月产超过20万t的连铸机，拉速已达3m／min水平。关于带钢连铸，各厂均开展了研发工作，最终只在新日铁光厂的不锈钢生产上实用化。
三、国家科研项目
1．新炼钢法项目
以充分利用旧废钢和炼钢工序减排CO2为目的，于1991年在经产省支持下开展了9年研发，主要内容如下：
（1）废钢预处理技术，通过低温粉碎处理可将废钢中的铜除去96％，通过色相差识别处理亦可除去90％以上。
（2）综合系统评价研究，于1998～1999年在新日铁君津厂内建中试装置进行研究：a．用电炉、转炉和充填型3种方式进行熔化的技术研究；b．预热技术和加热脱锡技术；c．烟气处理技术，达到二恶英控制在小于 0．1mg－TEQ／Nm3水平；d．工业化可行性调研。最终认为比未进行废钢预热的电炉可节电25％，如喷入燃料时则可少用电30％～80％。
2．电磁力项目
为了提高连铸机质量而取消人工表面处理以提高生产效率，在经产省支持下于1995年起进行了6年研究，取得了以下成果：a．初期凝固控制技术，对低频到高频大范围的各种电磁场铸造技术及设备开发后，经方坯小试和板坯试验，铸坯表面质量改善效果显著，通过交、直流磁场重叠对液面振动控制的试验效果更好；b．熔融金属的清净化技术，使高速浇铸时的夹杂物含量抑制在低速浇铸时的水平；c．开发出电磁流速测头，对电磁力作用下弯液面流速精确测定。
四、铁水预处理与转炉操作
为适应用户对产品的高质量要求，同时又不断降低生产成本，10年来铁水预处理亦在不断改进。其开发动向具有以下特点：由于脱硫工序的分离和脱磷工序的改善，精炼更高效；由于热裕度扩大，提高了多用废钢的潜能；由于预脱硅彻底、反应高效化和渣的回收利用，渣发生量大幅下降。
在铁水脱硫方面，过去多在混铁车内合并脱磷，后改为用还原法单独脱硫。在20 世纪90年代采用的CaO－Mg系喷射脱硫法基础上，不少厂又增加了脱硫效率更高的机械搅拌式KR法，还有建议利用金属显热对MgO还原产生Mg气体的脱硫法。
在铁水脱磷工序方面，针对过去低温冶炼下脱硫、磷而引起的废钢用量受限的缺点，近来采取强搅拌高速脱磷并可多用废钢的转炉脱磷法的日多。加上过去的H炉（1989年）、SRP（1990年）、LD－ORP（1991年）等转炉脱磷法，现已成为脱磷法的主流。另在混铁车脱磷方面，通过低碱性脱磷和分散供氧等改进，已建立了大量供应铁水下的脱磷体制。
由于填埋场地不足而要求外排渣减少。铁水预处理增多后一度曾对此有所贡献，但近年伴随高级钢种的增加致精炼比加大，加上对脱磷用氟量的限制，均使渣量呈上升趋势。为了减少渣量，利用高效脱磷剂提高脱磷效率和再生利用低温下具有脱磷能力的低碳渣至关重要。
无硅铁水全量脱磷处理和转炉脱碳无渣炼钢法（ZSP）亦于1998年开发成功。其流程和反应如下：a．在铁水包采用搅拌以提高脱硅效率的同时，采取氧气、氧化铁以控制脱硅后的温度，使热损失极小，并能稳定得到≤0．01％的低硅铁水；b．用KR法脱硫；c．由于使用低硅铁水，使和脱磷初期生成的SiO2反应生成2CaO·SiO2所需的生石灰减少并直接生成为3CaO·P2O5，提高了石灰的脱磷效率，渣量大幅下降。由于脱硅、脱磷等分开处理，生成渣的成分变单纯而有利于利用，如脱硅渣可作为缓效肥料，脱磷渣以CaO为主，造成砼块后可用于海洋藻类培植礁。
在脱碳渣再生利用方面，利用2台转炉进行精炼的SRP法最为明显，对H炉法亦有效；利用混铁车脱磷时，通过扩大设备以建立全量预处理体制后，脱碳渣亦可全部再生利用。
另外，在同一转炉内连续进行脱硅、脱磷中间排渣和脱碳的多功能转炉法（MURC法）亦开发成功。它充分利用了转炉的强搅拌性和高速功能，在高氧势下以低碱性渣高速脱磷，在脱硅、脱磷期有意提高渣中的FeO浓度并控制渣呈泡沫状，脱毕即倾动转炉排渣，然后进行脱碳直至出钢，并将脱碳渣部分留在炉内，以供下炉脱磷之用。这样既利用了热量，又减少了渣量。
近10年来在提高转炉生产效率的技术和快速测定技术方面亦有不少进步。如作为高速送氧下减少粉尘的技术，为防止多孔喷流互相干扰而采取了对喷嘴的交错配置和相邻喷嘴异径化的喷头，以及减少对钢水液面冲击的喷流动压面设计的喷头等措施。通过集尘水透光度在线测定粉尘发生速度的技术亦开发成功。此外，缩短炼钢作业时间的技术亦在开发中，如利用二次燃烧喷头防止金属粘附和检测出钢时渣流出的技术等。
为提高冶金反应特性，用高压底吹气提高搅拌强度而增大氧的脱碳效率；改变CB风口的气体成分以控制冷却能力及使底吹气流量稳定、可调节的技术亦在开发中。同时，用电气脉冲法在线测定风口损耗量，以求切换气体工况的最佳化试验亦在进行中。为进一步提高操作稳定性和精炼精度，利用微波对钢水液面检测、音响水平、喷头振动等预知泡沫渣形成因素的技术，以及利用消耗型光纤维和可视光纤维连续测定转炉内钢水温度的技术正在实用化中。
五、二次精炼
1．二次精炼工艺的进展
日本近10年来始终把提高钢材质量作为重点任务，如对延伸率、深冲性等加工性要求高的薄板采取低碳化处理，对在低温、耐酸腐蚀环境下使用的中厚板在极低硫、磷、氢下冶炼，对为降低成本而提高成材率的要求则确保质量稳定以减少产品的缺陷等。这些均促进了二次精炼的发展。
2．RH 的多功能化
真空精炼处理的代表性设备
RH自应用以来新功能不断扩充。例如多功能燃烧器在处理时可向真空炉内供氧，非处理时则进行燃烧以保护内衬温度而防止钢水附着于炉衬上，十分有利于超低碳钢的稳定生产。其次是脱硫处理的应用，过去是通过上升管下方的喷头和真空炉下部埋在耐火衬中的风口向炉内喷入
CaO·CaF2粉，现改为采取从真空炉上喷头吹入粉料的方式以使喷嘴不直接和钢水接触，在稀释剂单耗 5kg／t下，脱硫率达80％，残留硫降到4ppm以下。另外，还开发成功真空脱气和渣改质同时进行的新工艺，即将
RH炉下部的真空盖改造，使钢水包整体成为真空排气结构，一则可由钢水包底部以Ar气对钢水搅动并可加入钙，再则可防止渣被再氧化，使它同时完成过去LF炉、RH炉和钙处理的 3项功能，从而使工序集约化，热损失下降。
3．DH脱气处理工艺的发展
成功将DH脱气法改进成REOA法。由于塞孔位置略偏于中心，使用少量的Ar气即可发挥较好的搅拌效果，和RH脱气炉具有同等的脱碳能力；另由于结构简单，耐火衬修补方便，适于不锈钢、低碳低氮钢的生产。
另外，具有减压功能的减压CAS－OB法亦开发成功。这是和铁水预处理联动的技术，即转炉吹炼未期，为防止渣过氧化而在高碳期停吹后送CAS－OB炉进行脱碳处理，6min内可将〔C〕由700ppm降到400ppm，成为低碳铝镇静钢的高效生产技术。确保极低硫化技术的LF亦为了缩短处理时间而采取了控制渣成分、降低渣氧化度等技术以强化对钢、渣的搅拌而生产〔S〕＜5ppm的极低硫钢。
4．高纯度、高清净钢
在超低碳方面，考虑RH脱气处理中脱碳反应的重要性，对脱碳反应解析可计算出处理中的钢水〔C〕分布，进一步观测真空炉内气泡的行为成为稳定生产的指针。在脱氢方面则进展不大，仍采取了在RH脱气炉安装用热传导法迅速测定钢水中氢分压的快速分析仪以确保质量。在脱氮方面，通过开发出粉料上方吹投技术和防止吸氮的浸渍管以保证极低氮钢的生产。
5．二次精炼工艺的展望
随着国际竞争的激化，预计今后钢材的用途将多样化，质量要求亦将提高。为兼保低成本和高质量，应将功能分化为铁水预处理、转炉、二次精炼，使炼钢工艺最佳化，以适应各种钢种生产的需要。
为保证产品质量的管理技术亦应跟上，如成分极低且范围小的快速控制检测技术便很重要。如以多量钢水为对象，若能开发出快速、高精度的夹杂物在线测定法，不仅有利于工艺的自动控制，对质量保证管理的作用亦大；在防止地球变暖而减排CO2方面，需扩大废钢的使用，Cu、Sn等杂质的增加将影响产品质量，希望开发工业规模的去杂技术；少渣炼钢和渣再生利用关系到资源综合利用，应配套开发高效工艺、高精炼能的渣成分和易再生利用法等技术。
二次精炼由过去的单功能向多功能工艺转换，如附加吹氧、喷粉等功能。今后为了适应各种新课题，将据钢厂的产量、现有设备、钢种构成等条件选取各自的最佳工艺，并考虑上下工序衔接而发展相应的二次精炼工艺。
六、连续铸钢
日本的连铸比早在20世纪80年代即达95％，近10年又新增连铸机15台和改造老机30台以上。
1．连铸高速化
日本 200～300mm大板坯连铸机的铸速10年来徘徊在2m／min左右的水平，这主要是难铸造钢种比上升之故。对比之下，欧美和中国推广的厚度为 40～120mm薄／中板坯连铸已达4～6m／min，个别40～50mm薄板坯连铸试验已达8～9m／min。日本现在以包晶钢、合金钢、汽车用钢板等质量要求严格的品种为重点，从设计上提高铸速；方坯连铸机通过改进，最高铸速已达4m／min。
2．电磁制动和电磁搅拌
众多高效板坯连铸机多装有电磁制动，分为全宽一段式、二段式和移动磁场式等。另原用于方坯连铸机的电磁搅拌近年来亦多在板坯连铸机上采用，主为了防止凝固不均匀和表面气泡、夹杂的产生。
3．中间包技术
它的多次使用可降低耐火材料费用，利用氮加热装置以防止停铸期的氧化。另为了生产洁净钢，采用离心分离中间包以提高其去除气泡和夹杂的能力，亦有采用感应加热器和等离子加热器等。
4．薄／中板坯连铸
鉴于薄板坯连铸连轧在国际上推广的效果很好，日本将这一概念用于中厚板连铸连轧而开发成功厚90～120mm的高速连铸机，还应用未凝固压下技术，将 90mm厚板坯压薄至50mm，并试验压薄至20mm。
5．带钢连铸
日本最早开发成功带钢连铸技术，并用于新日铁光厂的不锈钢生产，后由于效果不够理想已于2003年停产。
6．表面缺陷的改善技术
针对铸坯表面的纵裂、横裂和夹杂物、气泡等缺陷，分别开发出结晶器斜度、结晶器内流动控制、加保护剂和凝固组织控制等技术，均有一定效果。特别是加入表面保护稀释剂的作用由保顺利浇铸改为重点防止杂质卷入和缓冷，以保证铸坯的高质量。关于结晶器内的流动控制，除上述的电磁制动和电磁搅拌外，带回转叶片的浸入式水口已实用化。
7．连铸方坯的质量
现已开发成功用220mm×220mm方坯连结生产条钢的工艺，有利于简化工序和节能。无缝钢管用管坯连铸机亦开发成功，可生产包晶钢等全部钢种，拉坯速度达3m／min，且不需处理即直送轧机生产。为防止管坯产生轴心裂纹，还开发成功FCR法。
七、电炉
1．电炉技术的变化
电炉于1916年传入日本，初期只限于生产特殊钢，60年代开始逐步用于普碳钢生产，电炉钢比现已达30％左右。日本30年来电炉相关指标的变化见表1。过去10年的主要技术发展略述如下：
（1）1975～1985年为生产效率和节能进展较快的阶段。主要应用技术有电炉大型化和UHP作业、炉壁炉盖水冷技术、氧燃助熔等。
（2）1985～1995年为LF普及时期。由于采用了LF，电炉的还原精炼简化，生产效率大为提高，电炉钢的质量亦有改善。为简化作业而开发成功偏心炉底出钢（EBT），避免了氧化渣和钢水一块流入钢水包。另外还开发成功直流电炉，解决了交流电炉大型化、UHP化后闪烁严重的问题。从1988年第一台直流电炉投产，到1994年已达14台。
（3）1995～2004年可称之为环保时代，众多环保技术开发成功。首先是为适应电炉烟气排放法规的强化，开发成功新的烟气处理技术；其次是渣和粉尘的再生利用技术进展很快，有的厂已向零废物进军。交流电炉亦为解决闪烁和扩大变压器而改造，每吨废钢的KVA数已由1970年的500扩大到1000。另还开发成功促进废钢熔化的高效燃烧器，使一些优秀电炉厂的指标大为改善，电炉的生产效率由 85t／h提高到90t／h，冶炼周期由64min缩短到59min。
2．最近的技术
（1）废钢预热型电炉。70年代开发成功的氧燃助熔技术的节电效果明显，但带来烟气余热上升的问题。已知烟气显热占全部出热15％左右，为解决老式废钢预热的污染问题，先后开发成功 “竖筒式”、“水平连续预热式”和“两炉体式”等高效清洁方式，现已实用化的共7台。
（2）助燃燃烧器。为解决电弧炉的冷区问题，采取了在炉壁设燃烧器结合吹氧以促进废钢熔化的方式，燃料多采用煤油、重油和LNG。燃烧器的方式亦有多种，如一种将主氧气、燃料、二次氧气以同心圆套管供入炉内并在管端出口处混合燃烧，对废钢的助熔效果最好。
3．电炉烟气及粉尘的处理
2000年1月起实施的“二恶英类对策特别措置法”规定电炉的排放标准为老炉＜5mg－TEQ／Nm3、新建炉＜0．5mg－TEQ／Nm3。为此开发成功各种捕捉二恶英的方法，如“两袋式” 为在电炉除尘装置后再建一套捕捉二恶英的除尘装置，即经2次过滤和低温化使二恶英去除效率提高而达标。另还有在第二段喷入活性碳的方式使烟气中的二恶英可达到＜0．1mg－TEQ／Nm3的先进水平。
关于电炉的粉尘处理可分为由电炉直接利用的在线处理和设专用设备的离线处理两大类。前者为将粉尘直接喷入炉中或和石灰混合造球后加入炉中利用，现已实用化；后者则将粉尘熔融回收其中的有用金属后再作处理。
八、环保及其它
根据政府颁发的多项环保法规，钢铁业于1996年制订了“关于环保的志愿行动计划”，规定2010年比 1990年耗能减少10％的目标。炼钢工序应采取的措施为：减少热损失、加强热回收的节能；推进渣和粉尘的3R以使填埋量最小化；利用其它产业的废物等。现已据此开展了工作，重点简介如下：
1．炼钢工序节能
通过混铁车的大型化、推广钢水包加盖作业、改善钢水包物流以缩短循环时间、应用钢水温度管理系统等在提高生产能力的同时并减少热损失。还利用低导热率的MgO－C砖、微孔绝热材料、使用中空骨料的低热容不定形耐火材料等以减少散热损失。在钢水包烘烤方面采用了蓄热式燃烧器以大幅降低燃耗等。
同时还进行了有关的技术开发，如附有感应加热装置的混铁炉，达到比电炉还高效的熔化废钢的水平；调整高炉、转炉、连铸间的能力差以提高炼钢工序的物流效率；在电炉工厂设钢水贮存装置，利用夜间低谷廉价电化钢，以便白天炼钢节电和大幅降低成本。在热回收方面，利用转炉煤气导管冷却水的低温余热和氨水的非等温蒸发、凝缩特性进行发电，发电效率比常规低温发电高 40％以上，属世界首例。
2．钢渣利用
日本钢渣年发生量达1200万t，由于碱性高且成分不均匀，过去多作填埋处理。20世纪90年代前期的发生量和排出量均呈上升趋向，近10年来由于铁水预处理和厂内利用量的加大开始趋于下降，见表2。铁水预处理的发展是钢渣发生量下降的主要原因。钢渣的热利用除有效利用显热外，还可简化渣处理工序，如脱碳炉渣在不锈钢熔融还原炉的热利用。LF炉的还原渣在电炉热利用时，既可降低石灰单耗，又可提高电炉脱磷效率。但从整个社会的环保观点看，还应大力开发钢渣在水泥原料和土木建筑方面的用途。
3．粉尘利用
转炉首先应改进氧枪喷头和操作以减少粉尘的产生。在大规模再生利用技术方面，已开发成功环形炉和纵型炉。作为小规模利用法的DSM工艺系将电炉粉尘和还原渣用重油、氧气燃烧加热熔化为渣块作路基材利用，粉尘中的Zn、Pb等金属则作为二次粉尘回收后作原料利用。电炉粉尘亦可在真空下加热还原以回收 ZnO，后将残渣氧化铁制成球团供电炉利用。在粉尘热利用方面，除横型热旋风炉可用于不锈钢熔融还原炉外，作为简易利用方法，可将电炉除尘器粉尘和铝渣、废油混合造粒后返回电炉利用，还有将粉尘从水冷喷头吹入炉内利用的方式。
4．废耐火材料
除用于生产耐火原料外，还有将MgO－C、MgO、白云石系的废耐火材料用于转炉、电炉、LF炉等代替生石灰、烧成白云石作造渣剂。此外，亦可作路基材利用。
5．其它产业的废物利用
过去，纸浆废料和铝渣均作为炼钢工序的保温材料和造渣剂利用。近年，新日铁广厂转炉采用了部分废轮胎片代煤，连轮胎中的子午线钢丝亦得到有效利用，年用量达6万t以上。
九、凝固现象与铸造工艺的学术发展
1．组织形成模拟和凝固组织控制
与凝固研究兴盛的20世纪60～90年代相比，近10年的研究明显减少，取而代之的是组织形成模拟研究。钢铁业迄今偏重防止大型偏析和除去非金属夹杂的凝固组织控制，但今后从提高质量和降低成本出发，重视为下道工序而控制好凝固组织。
2．初期凝固及保护渣的作用
在方坯连铸机曾成功地试验了电磁力，使初期凝固形成的薄壳不和结晶器直接接触，从而产生表面无振动痕的优质铸坯。进一步制造回转流使钢水流速和凝固减慢，产出了表面无缺陷而直送轧机的铸坯。保护渣的功能包括防止氧化、促进润滑、防止钢水和结晶器直接接触、为形成最佳凝固层厚度所需的传热特性、防止吸入非金属夹杂物等，近来发现还有通过控制凝固层厚度以减少铸坯表面缺陷的作用。
3．钢水流动控制
钢水流动速度直接关系大偏析的生成，近10年间对连铸时钢水流动的数值解析对改进操作起了积极作用。如160mm方坯连铸，直线型水口插入 150～180mm深，铸速为1．5～1．8m／min，按夹杂物流动轨迹算出的夹杂物除去率为10μm的为20％、50μm的为70％以上。另利用电磁力促进等轴晶或利用电磁制动以控制钢水流的模式解析亦在进行中，并由此成功地生产出表面为不锈钢内部为碳素钢的连铸复合材料。
4．由薄板坯向薄带发展
带钢连铸在欧美已经入实用化阶段，日本亦拟开发但发现些问题，即凝固区间和铸坯强度的不均匀性、废钢中的Zn、Cu杂质引发的热裂缺陷等尚需进一步研究解决。
5．可视化的试验
早在30年前即利用环已醇等有机物对凝固现象进行了可视化试验，现在则用共焦激光显微镜直接观察钢铁材料在高温下的相变。特别是对低碳钢δ／γ相变发生的核生成和晶界移动等研究成果有较大改进。但低温下的可视化试验尚属模式试验阶段。
十、精炼工艺的学术发展
1．有关炼钢的物理化学基础研究概况
近10年间对高纯度钢、高洁净钢的冶炼进行了大量基础性研究。同样，在有关精炼过程中如何有效去除废钢中有害成分以及实现预处理渣和转炉渣的最少化等方面亦进行了很多学术研究，并取得了大量成果。
2．钢水和渣的物性
尽管研究内容不如以前丰富，但对过去的物性值进行了再评价，将多元系金属和渣的物性值按物性工学的近似值推算，或按和热力学诸数值的关联推算的方法，使这方面的理论有了进一步的发展。
3．钢水、渣和夹杂物的热力学
在此领域的研究项目数较前略有减少，但在为把钢水中夹杂物含量控制在百万分之一水平的目标而进行的基础研究的质量却有明显提高。控制钢水中氧含量乃生产高纯度、高清净钢的关键技术。沿着这一思路，对普通钢中关于比Al更强的脱氧剂，即Ca脱氧、Mg脱氧的平衡值的修正方面进行了重点研究，并取得了基本平衡值的重大收获，进一步引起人们对高合金钢脱氧平衡方法的关心。
近年，欧美和日本的研究者利用计算机开发了Kapoor等模型，成功地以定式化表示多元系渣的成分活量，在炼钢现场控制夹杂物组成方面发挥了重大作用。另外在高纯度、高清净化精炼时关于各种固溶体的热力学测定亦很重要，最近东北大学（日本）和日本冶金界的研究组据此开发成功的有关普通钢和不锈钢中正确控制非金属夹杂成分的成果，更具有实用价值。此外，对高纯度钢等生产时，钢水和耐火材料的反应亦开展了研究，以利降低夹杂物含量。
表1 日本电炉30年来主要指标的变化
年 代
1971
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2003
冶炼周期，min
180
150
120
100
90
80
80
80
生产效率，t／h
10
15
20
35
45
55
55
55
电耗，kWh／t
580
550
470
420
400
400
410
410
氧耗，Nm3／t
15
16
20
22
25
23
22
20
表2 历年转炉厂钢渣发生量和自利用量的变化
年代
1971
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2003
发生量，kg／t
126
118
120
140
130
120
115
100
排出量，kg／t
113
107
110
123
111
98
92
76
自用率，％
10
9
8
12.2
14
18.5
20
24
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不锈钢金属间相以及氮化物相的提取与分析www.tool-tool.com
34wS2
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作者：缪乐德等 来源：制钢参考网
摘要：经过650℃ 到950℃的回火处理，双相不锈钢中铁素体在向奥氏体转变的过程中通常会形成σ相,χ相以及氮化物析出相等。这些析出相在合金中形成将导致不锈钢的脆化，显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性。本实验首先研究了不同电解体系下双相不锈钢的极化曲线，在选择好合适的电解制度后，利用电解分离的方法将不同回火条件下的析出相从基体中分离出来。通过SEM和XRD定性研究了析出相的形貌以及结构特性。利用氧氮仪分析了不同回火下氮化物析出相的含量，并利用激光粒度仪对提取残渣的粒度做分析。此外，还讨论了不同温度和不同时间热处理对析出相的影响。本方法对考察改善双相不锈钢的性能，研究材料合金化机理及析出相形成与生长机理，选择合适的热处理制度以及焊接热影响区性能的研究均有指导意义。
1. 前言
双相不锈钢以其良好的耐氯化物腐蚀和耐点蚀性能、较高的力学性能等特点，以及较低制造成本的优势，取代目前不耐腐蚀的构件和一些常用的高铬镍不锈钢结构件是完全可能的，因而其会在海洋工程、海洋钻井平台、舰船及东南沿海地区武装装备方面具有重大的应用前景。双相不锈钢研究的难点之一在于一些有害析出相的含量控制，如σ相、χ相等金属间相硬而脆在合金中形成将导致合金的脆化，显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性；不同粒径大小及数量的Cr2N析出影响不锈钢的耐腐蚀性能和冲击韧性。此外，析出相大小也严重影响材料的力学性能，如对高温蠕变、疲劳性能以及其裂纹扩展速率等。因此，有效地定量分析双相不锈钢中的析出相，对于改善双相不锈钢的性能，研究材料合金化机理，选择合适的热处理制度，高牌号双相不锈钢产品的研制与开发都有十分重要的意义。
当前，双相不锈钢相分析的方法很多，这些分析技术各有特点和局限性。由于析出相的各个特征都很重要，所以各种相分析手段常常需要互相配合应用，才能得到较为准确可靠的结果。析出相分析方法主要可分为以下几类：⑴物理定性定量分析，即利用探针、电镜等设备对固体试样直接进行分析。该法按照试样制备方法又可分为：直接磨样、溶液浸蚀法以及电解蚀刻及萃取复形法。物理定性定量分析是比较传统也是相对方便的相分析方法，就双相不锈钢的相分析而言，通过不同制样条件进行物理定量分析的例子也不少。C.M. Garzon等[1]通过直接磨样，用电子背散射（EBSD）研究了双相不锈钢在不同渗氮处理后的不同相分布；Nelson DE.等[2-4]通过化学试剂浸蚀，并结合物理仪器及图象处理软件分析了双相不锈钢中的金属间化合物σ相，Michal- ska J.等[5]应用不同电解液进行电解蚀刻或萃取复形分离出双相不锈钢中的金属间化合物α相及χ相，并结合扫描、透射等物理手段对析出相进行定性定量分析，从而研究起热处理性能。⑵物理化学定性定量分析，即利用分析对象的电化学和化学特性，将目的相从基体中提取出来，并通过对分离相的分析得到准确而全面的物理化学信息，如析出相的数量、组成、结构等。
当然，物理化学相分析与探针，电镜等微区域分析结果相比，还具有以下特点：①所研究的相是从占一定宏观体积的样品中提取出来的，因此所得到相的结构、数量、组成等数据均能代表整个试样的总体情况，同时可以得到重复的结果；②由于去除了大量的基体，使析出相得到了富集，从而可以检测到含量甚微的相，方法的鉴定能力主要取决于相的电化学和化学稳定性；③提取的析出相还可以通过不同的分离过程得到不同的析出相，可以研究某一合金元素不同的组成相以及比例，从而可以研究成分对钢性能的影响；④提取分离后破坏了析出相在样品中原始分布，这也是该方法最大的不足之处；且分离提取过程中的损失和脏污也是需要考虑的。利用电化学原理和不同相的电化学性质的差别，从合金中提取第二相；需要首先弄清楚各相的稳定电位、极化特性和钝化行为等电化学性质，从而在电解过程中进行利用和控制各种因素达到最佳分离效果。本研究通过极化曲线对不同的电解体系进行考查，选择了适用于双相不锈钢析出相提取的电解制度；而后通过恒电流电解及化学溶剂法对回火不同温度和时间试样的析出相进行了提取与分离。SEM，TEM和 DLS-Sizer用于检测析出相的形貌和颗粒，XRD和化学湿法用于定性和定量分析析出相的组成和含量。从而研究不同回火温度、回火时间与析出相特性的关系。
2. 实验方法
2.1 实验材料及热处理制度
实验所用的2205双相不锈钢的成分见表1所示，所有的实验试样均先在1050℃下固溶处理后进行不同的回火处理。其中1号样品为直接固溶处理后的试样，2~6号分别为样品经850℃回火45min，2h，4h，6h，10h；7~10号分别为样品经750℃回火1h，2h，5h，7h；11~13号分别为试样 在550℃，650℃，950℃下2h的回火处理。
表1 2205双相不锈钢的化学成分
Element
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
N
Content（Wt%）
0.024
0.62
1.4
0.023
0.001
21.07
3.01
5.36
0.155
2.2 仪器与试剂
电化学综合分析仪：273A/10A，美国Princeton Applied Research公司；激光粒度仪：Mastersizer 2000, 英国 Malvern公司；电感耦合等离子发射光谱仪：IRIS Intrepid Ⅱ，美国Thermo公司；X射线衍射能谱仪：日本理学RINT2500/PC X射线衍射能谱仪；金相显微镜：Axioplan2，德国蔡氏公司；扫描电镜：S-4200，日本HITACHI公司；氧氮分析仪：TC600,美国 Leco公司。所用试剂为分析纯，水为双蒸水。
2.3 实验过程
试样的制备：进行物理化学相分析时，将试样精车成Φ10×100mm的圆棒，极化曲线绘制时，试样线切割成 Ф10×1mm的薄片并磨成镜面；金相以及扫描电镜分析时，将试样制成10×10×5mm的小块，将待观察面磨成镜面，用4%苦味酸乙醇溶液腐蚀后进行分析。
极化曲线的绘制：所需的电解液加入烧瓶后，将试样固定在试样夹具上作为工作电极，带盐桥的氯化钾饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极；待几个电极固定好后，将整套装置放入温度为-10℃的冷阱中。
析出相的提取与测定方法：带盐桥的氯化钾饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，圆棒状试样为工作电极，分别与仪器上对应的导线相连；待几个电极固定好后，将整套装置放入温度为-10℃的冷阱中进行恒电流电解；电流密度为25mA/cm2，电解时间为2h。电解结束后将试样棒取出放入装有乙醇的烧杯里超声后用0.02μm的亲油滤膜抽真空过滤，并用乙醇洗净真空干燥。所得粉末用X-射线衍射仪进行结构分析，用氧氮分析仪做氮分析，用化学湿法做成分分析，重新超声稀释后可作微观观测与激光粒度分析.
3 .结果与讨论
3.1 电解制度的选择
首先考查了回火后试样棒（850℃，45min）和原样棒在六种不同电解制度下（电解液不同，但均以甲醇为溶剂，实验具体过程见2.3）的极化曲线。即利用析出相与基体在电解液中稳定电位的差别，外加电流使试样极化，当极化条件合适（即电极电位介于基体的稳定电位与析出相稳定电位之间），合金基体以一定的速度电解，目的相则以不溶性残渣的形式被提取出来。通过极化曲线和电解效果的综合评定2205双相不锈钢在不同电解制度的电解效果以及极化曲线特性和溶剂的配比，本实验主要采用电解制度其中一种电解液进行恒电流电解。
3.2 析出相型貌的微观观
为了考察电解前后析出相形貌的一致性，首先将不同回火处理的10×10×5mm的试样小块，将待观察面磨成镜面，用4%苦味酸乙醇溶液腐蚀后进行金相以及扫描电镜分析。电解后的残渣在乙醇溶液中分散后，用吸管滴在光滑平面的铝膜上吹干。从实验的结果来看，没有回火处理的试样在晶间和晶内均无析出相存在，析出相在回火开始时主要是在晶界分布，随着回火温度的升高及时间的延长，铁素体在向奥氏体转变的过程中在铁素体内部也有析出相的生成。图2-4显示的是回火后试样（850℃，45min）电解前后的微观观测，从中可知，此条件下的析出相颗粒已经较大，大约在几个微米间，而电解后残渣颗粒的大小和形貌与未电解前的基本吻合，通过超声震荡可以得到较好的分散性。
3.3 析出相的类型与结构分析
本实验对1-10号不同回火温度和回火时间的试样进行电解，所得的残渣采用X射线衍射仪进行结构分析，图5和6分别给出了其中试样No.2 和No.6电解残渣的XRD图。从实验的结果可知，双相不锈钢的析出相主要有金属间相，氮化物析出相和少量的碳化物析出相；根据回火温度及时间不同对应的析出相也不同，通过化学湿法分析可知金属间相主要由Fe，Cr，Mo组成。在750℃ 和 850℃间，首先生成的是亚稳态的χ相，随着回火时间的延长，金属间相由开始的χ相（a=8.90Å,）逐渐向σ相转变；在850℃回火10h与950℃ 回火2h的析出相结构基本相同，主要为σ相（a＝9.02Å,c=4.6904Å）。其中氮化物主要以Cr2N形式存在，主要在600-850℃间形成。
3.4 析出相氮化物的定量分析
表2 试样在不同回火温度和时间下的氮含量
回火温度与时间(℃/h)
原样
650/2
750/1
850/4
850/10
950/2
N%（Wt%）
0.155
0.157
0.154
0.156
0.156
0.154
由于氮化物析出影响不锈钢的耐腐蚀性能和冲击韧性，因此氮化物析出相的含量测定对研究2205双相不锈钢的性能有着重要的作用。通过XRD结构分析知道，析出相中的氮化物为Cr2N，通过测定析出相中氮总量除以电解量可以得到不同回火条件下析出相中氮的百分含量。为了避免回火过程中的增氮，实验考察了试样在不同回火温度和时间下的氮含量，发现氮的含量并没有显著的变化，多次测量结果的平均在0.154-0.157%之间，因此可以证明试样在回火处理的过程中没有出现增氮和逸氮的现象。通过氧氮分析仪对电解残渣含氮量的测定可以得到不同回火温度和时间下氮化物析出相的氮含量（见图7），氮化物的析出主要在 600-850℃之间，从2-10号样品的析出相氮含量分析可知，在750℃回火下氮化物析出明显，析出相中氮占电解失重的量为0.015% 至 0.025%，而且随着回火时间的增加，析出相总氮含量先增大后减小，而当温度在850℃时，随着回火时间的增加，氮化物析出相呈明显下降的趋势，特别是到950℃回火，几乎没有氮化物析出相析出。
3.5 析出相总量测定与粒度分布
850℃不同回火时间电解失重和析出相百分含量（即电解残渣量占电解失重的百分比）变化见图9，从中可以看出，在电解条件一致的情况下，不同回火条件样品的电解量变化不大，而回火时间在45min-10h区域内，析出相的含量随时间的延长呈明显上升的趋势。采用乙醇超声分散和激光粒度法得到850℃下不同回火时间的颗粒粒度分布，颗粒分布成正态分布（图8为试样2电解残渣的粒度分布图）。体积分布D50粒径（即体积分布的中值粒径）从45min的6μm上升到10h的18μm，而数量分布D50粒径（即数量分布的中值粒径）从0.3μm上升到1.2μm（见图10），该结果与电镜观测的结果相吻合，这也表明了在研究的系列样品中，随着回火时间的延长在相转变的同时，析出相也在不断变大。
4.结论
4.1考察了在850℃下回火不同时间的析出相特征，随着回火时间的延长，析出相的含量和尺寸都成明显上升趋势，XRD图谱也显示，金属间相由开始的χ相逐渐向σ相转变；
4.22205双相不锈钢的析出相主要是在晶界分布，随着回火温度的升高及时间的延长，铁素体在向奥氏体转变的过程中在铁素体内部也有金属间相生成，而氮化物以Cr2N为主，主要在 600-850℃形成；
4.3采用乙醇超声分散和激光粒度法得到850℃下不同回火时间的颗粒粒度分布，颗粒分布成正态分布，体积粒径分布D50从45min的6μm 上升到10h的18μm；数量粒径分布D50从0.3μm增大到1.2 μm
4.4双相不锈钢的析出相主要有金属间相，氮化物析出相和少量的碳化物析出相；根据回火温度及时间不同对应的析出相也不同，其中金属间相主要由 Fe,Cr,Mo组成；χ相（a=8.90Å,），σ相（a＝9.02Å,c=4.6904Å）。
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作者：缪乐德等 来源：制钢参考网
摘要：经过650℃ 到950℃的回火处理，双相不锈钢中铁素体在向奥氏体转变的过程中通常会形成σ相,χ相以及氮化物析出相等。这些析出相在合金中形成将导致不锈钢的脆化，显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性。本实验首先研究了不同电解体系下双相不锈钢的极化曲线，在选择好合适的电解制度后，利用电解分离的方法将不同回火条件下的析出相从基体中分离出来。通过SEM和XRD定性研究了析出相的形貌以及结构特性。利用氧氮仪分析了不同回火下氮化物析出相的含量，并利用激光粒度仪对提取残渣的粒度做分析。此外，还讨论了不同温度和不同时间热处理对析出相的影响。本方法对考察改善双相不锈钢的性能，研究材料合金化机理及析出相形成与生长机理，选择合适的热处理制度以及焊接热影响区性能的研究均有指导意义。
1. 前言
双相不锈钢以其良好的耐氯化物腐蚀和耐点蚀性能、较高的力学性能等特点，以及较低制造成本的优势，取代目前不耐腐蚀的构件和一些常用的高铬镍不锈钢结构件是完全可能的，因而其会在海洋工程、海洋钻井平台、舰船及东南沿海地区武装装备方面具有重大的应用前景。双相不锈钢研究的难点之一在于一些有害析出相的含量控制，如σ相、χ相等金属间相硬而脆在合金中形成将导致合金的脆化，显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性；不同粒径大小及数量的Cr2N析出影响不锈钢的耐腐蚀性能和冲击韧性。此外，析出相大小也严重影响材料的力学性能，如对高温蠕变、疲劳性能以及其裂纹扩展速率等。因此，有效地定量分析双相不锈钢中的析出相，对于改善双相不锈钢的性能，研究材料合金化机理，选择合适的热处理制度，高牌号双相不锈钢产品的研制与开发都有十分重要的意义。
当前，双相不锈钢相分析的方法很多，这些分析技术各有特点和局限性。由于析出相的各个特征都很重要，所以各种相分析手段常常需要互相配合应用，才能得到较为准确可靠的结果。析出相分析方法主要可分为以下几类：⑴物理定性定量分析，即利用探针、电镜等设备对固体试样直接进行分析。该法按照试样制备方法又可分为：直接磨样、溶液浸蚀法以及电解蚀刻及萃取复形法。物理定性定量分析是比较传统也是相对方便的相分析方法，就双相不锈钢的相分析而言，通过不同制样条件进行物理定量分析的例子也不少。C.M. Garzon等[1]通过直接磨样，用电子背散射（EBSD）研究了双相不锈钢在不同渗氮处理后的不同相分布；Nelson DE.等[2-4]通过化学试剂浸蚀，并结合物理仪器及图象处理软件分析了双相不锈钢中的金属间化合物σ相，Michal- ska J.等[5]应用不同电解液进行电解蚀刻或萃取复形分离出双相不锈钢中的金属间化合物α相及χ相，并结合扫描、透射等物理手段对析出相进行定性定量分析，从而研究起热处理性能。⑵物理化学定性定量分析，即利用分析对象的电化学和化学特性，将目的相从基体中提取出来，并通过对分离相的分析得到准确而全面的物理化学信息，如析出相的数量、组成、结构等。
当然，物理化学相分析与探针，电镜等微区域分析结果相比，还具有以下特点：①所研究的相是从占一定宏观体积的样品中提取出来的，因此所得到相的结构、数量、组成等数据均能代表整个试样的总体情况，同时可以得到重复的结果；②由于去除了大量的基体，使析出相得到了富集，从而可以检测到含量甚微的相，方法的鉴定能力主要取决于相的电化学和化学稳定性；③提取的析出相还可以通过不同的分离过程得到不同的析出相，可以研究某一合金元素不同的组成相以及比例，从而可以研究成分对钢性能的影响；④提取分离后破坏了析出相在样品中原始分布，这也是该方法最大的不足之处；且分离提取过程中的损失和脏污也是需要考虑的。利用电化学原理和不同相的电化学性质的差别，从合金中提取第二相；需要首先弄清楚各相的稳定电位、极化特性和钝化行为等电化学性质，从而在电解过程中进行利用和控制各种因素达到最佳分离效果。本研究通过极化曲线对不同的电解体系进行考查，选择了适用于双相不锈钢析出相提取的电解制度；而后通过恒电流电解及化学溶剂法对回火不同温度和时间试样的析出相进行了提取与分离。SEM，TEM和 DLS-Sizer用于检测析出相的形貌和颗粒，XRD和化学湿法用于定性和定量分析析出相的组成和含量。从而研究不同回火温度、回火时间与析出相特性的关系。
2. 实验方法
2.1 实验材料及热处理制度
实验所用的2205双相不锈钢的成分见表1所示，所有的实验试样均先在1050℃下固溶处理后进行不同的回火处理。其中1号样品为直接固溶处理后的试样，2~6号分别为样品经850℃回火45min，2h，4h，6h，10h；7~10号分别为样品经750℃回火1h，2h，5h，7h；11~13号分别为试样 在550℃，650℃，950℃下2h的回火处理。
表1 2205双相不锈钢的化学成分
Element
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
N
Content（Wt%）
0.024
0.62
1.4
0.023
0.001
21.07
3.01
5.36
0.155
2.2 仪器与试剂
电化学综合分析仪：273A/10A，美国Princeton Applied Research公司；激光粒度仪：Mastersizer 2000, 英国 Malvern公司；电感耦合等离子发射光谱仪：IRIS Intrepid Ⅱ，美国Thermo公司；X射线衍射能谱仪：日本理学RINT2500/PC X射线衍射能谱仪；金相显微镜：Axioplan2，德国蔡氏公司；扫描电镜：S-4200，日本HITACHI公司；氧氮分析仪：TC600,美国 Leco公司。所用试剂为分析纯，水为双蒸水。
2.3 实验过程
试样的制备：进行物理化学相分析时，将试样精车成Φ10×100mm的圆棒，极化曲线绘制时，试样线切割成 Ф10×1mm的薄片并磨成镜面；金相以及扫描电镜分析时，将试样制成10×10×5mm的小块，将待观察面磨成镜面，用4%苦味酸乙醇溶液腐蚀后进行分析。
极化曲线的绘制：所需的电解液加入烧瓶后，将试样固定在试样夹具上作为工作电极，带盐桥的氯化钾饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极；待几个电极固定好后，将整套装置放入温度为-10℃的冷阱中。
析出相的提取与测定方法：带盐桥的氯化钾饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，圆棒状试样为工作电极，分别与仪器上对应的导线相连；待几个电极固定好后，将整套装置放入温度为-10℃的冷阱中进行恒电流电解；电流密度为25mA/cm2，电解时间为2h。电解结束后将试样棒取出放入装有乙醇的烧杯里超声后用0.02μm的亲油滤膜抽真空过滤，并用乙醇洗净真空干燥。所得粉末用X-射线衍射仪进行结构分析，用氧氮分析仪做氮分析，用化学湿法做成分分析，重新超声稀释后可作微观观测与激光粒度分析.
3 .结果与讨论
3.1 电解制度的选择
首先考查了回火后试样棒（850℃，45min）和原样棒在六种不同电解制度下（电解液不同，但均以甲醇为溶剂，实验具体过程见2.3）的极化曲线。即利用析出相与基体在电解液中稳定电位的差别，外加电流使试样极化，当极化条件合适（即电极电位介于基体的稳定电位与析出相稳定电位之间），合金基体以一定的速度电解，目的相则以不溶性残渣的形式被提取出来。通过极化曲线和电解效果的综合评定2205双相不锈钢在不同电解制度的电解效果以及极化曲线特性和溶剂的配比，本实验主要采用电解制度其中一种电解液进行恒电流电解。
3.2 析出相型貌的微观观
为了考察电解前后析出相形貌的一致性，首先将不同回火处理的10×10×5mm的试样小块，将待观察面磨成镜面，用4%苦味酸乙醇溶液腐蚀后进行金相以及扫描电镜分析。电解后的残渣在乙醇溶液中分散后，用吸管滴在光滑平面的铝膜上吹干。从实验的结果来看，没有回火处理的试样在晶间和晶内均无析出相存在，析出相在回火开始时主要是在晶界分布，随着回火温度的升高及时间的延长，铁素体在向奥氏体转变的过程中在铁素体内部也有析出相的生成。图2-4显示的是回火后试样（850℃，45min）电解前后的微观观测，从中可知，此条件下的析出相颗粒已经较大，大约在几个微米间，而电解后残渣颗粒的大小和形貌与未电解前的基本吻合，通过超声震荡可以得到较好的分散性。
3.3 析出相的类型与结构分析
本实验对1-10号不同回火温度和回火时间的试样进行电解，所得的残渣采用X射线衍射仪进行结构分析，图5和6分别给出了其中试样No.2 和No.6电解残渣的XRD图。从实验的结果可知，双相不锈钢的析出相主要有金属间相，氮化物析出相和少量的碳化物析出相；根据回火温度及时间不同对应的析出相也不同，通过化学湿法分析可知金属间相主要由Fe，Cr，Mo组成。在750℃ 和 850℃间，首先生成的是亚稳态的χ相，随着回火时间的延长，金属间相由开始的χ相（a=8.90Å,）逐渐向σ相转变；在850℃回火10h与950℃ 回火2h的析出相结构基本相同，主要为σ相（a＝9.02Å,c=4.6904Å）。其中氮化物主要以Cr2N形式存在，主要在600-850℃间形成。
3.4 析出相氮化物的定量分析
表2 试样在不同回火温度和时间下的氮含量
回火温度与时间(℃/h)
原样
650/2
750/1
850/4
850/10
950/2
N%（Wt%）
0.155
0.157
0.154
0.156
0.156
0.154
由于氮化物析出影响不锈钢的耐腐蚀性能和冲击韧性，因此氮化物析出相的含量测定对研究2205双相不锈钢的性能有着重要的作用。通过XRD结构分析知道，析出相中的氮化物为Cr2N，通过测定析出相中氮总量除以电解量可以得到不同回火条件下析出相中氮的百分含量。为了避免回火过程中的增氮，实验考察了试样在不同回火温度和时间下的氮含量，发现氮的含量并没有显著的变化，多次测量结果的平均在0.154-0.157%之间，因此可以证明试样在回火处理的过程中没有出现增氮和逸氮的现象。通过氧氮分析仪对电解残渣含氮量的测定可以得到不同回火温度和时间下氮化物析出相的氮含量（见图7），氮化物的析出主要在 600-850℃之间，从2-10号样品的析出相氮含量分析可知，在750℃回火下氮化物析出明显，析出相中氮占电解失重的量为0.015% 至 0.025%，而且随着回火时间的增加，析出相总氮含量先增大后减小，而当温度在850℃时，随着回火时间的增加，氮化物析出相呈明显下降的趋势，特别是到950℃回火，几乎没有氮化物析出相析出。
3.5 析出相总量测定与粒度分布
850℃不同回火时间电解失重和析出相百分含量（即电解残渣量占电解失重的百分比）变化见图9，从中可以看出，在电解条件一致的情况下，不同回火条件样品的电解量变化不大，而回火时间在45min-10h区域内，析出相的含量随时间的延长呈明显上升的趋势。采用乙醇超声分散和激光粒度法得到850℃下不同回火时间的颗粒粒度分布，颗粒分布成正态分布（图8为试样2电解残渣的粒度分布图）。体积分布D50粒径（即体积分布的中值粒径）从45min的6μm上升到10h的18μm，而数量分布D50粒径（即数量分布的中值粒径）从0.3μm上升到1.2μm（见图10），该结果与电镜观测的结果相吻合，这也表明了在研究的系列样品中，随着回火时间的延长在相转变的同时，析出相也在不断变大。
4.结论
4.1考察了在850℃下回火不同时间的析出相特征，随着回火时间的延长，析出相的含量和尺寸都成明显上升趋势，XRD图谱也显示，金属间相由开始的χ相逐渐向σ相转变；
4.22205双相不锈钢的析出相主要是在晶界分布，随着回火温度的升高及时间的延长，铁素体在向奥氏体转变的过程中在铁素体内部也有金属间相生成，而氮化物以Cr2N为主，主要在 600-850℃形成；
4.3采用乙醇超声分散和激光粒度法得到850℃下不同回火时间的颗粒粒度分布，颗粒分布成正态分布，体积粒径分布D50从45min的6μm 上升到10h的18μm；数量粒径分布D50从0.3μm增大到1.2 μm
4.4双相不锈钢的析出相主要有金属间相，氮化物析出相和少量的碳化物析出相；根据回火温度及时间不同对应的析出相也不同，其中金属间相主要由 Fe,Cr,Mo组成；χ相（a=8.90Å,），σ相（a＝9.02Å,c=4.6904Å）。
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