引言

在我国钢铁工业快速发展的今天，钢材品种、规格的多样化和个性化，对钢材质量提出了更高的要求。在此背景下，钢材质量检验技术也面临着更高的要求，这对连铸工艺提出了更高的要求。在连铸工艺中，夹杂物是影响钢材质量的重要因素之一。通过对连铸工艺中的夹杂物进行分析，了解其形成原因和控制技术，并在实践中应用于生产，从而降低其对钢材质量造成的影响。本文将通过对连铸工艺中夹杂物生成原因进行分析，并结合实际生产情况，研究夹杂物控制技术。从连铸工艺角度出发，研究了连铸过程中夹杂物对钢材质量的影响，为进一步提升连铸工艺提供参考。  

一、连铸工艺概述

1.1 连铸工艺流程

连铸工艺流程是由准备工作、中间包操作、浇注、冷却、开浇与开浇后处理等部分组成。

一般从浇铸开始到钢坯出炉，每一生产环节都要有相应的操作规程及相应的技术措施来保证连铸生产过程的质量。因此，连铸操作规程的制定与实施是连铸生产过程中至关重要的环节，其重要性在很大程度上决定了整个连铸生产过程的质量。

连铸工艺流程中，浇注和凝固两个过程同时进行，且又相互联系，即浇注和凝固两个过程互相影响。因此，连铸生产过程中，浇注和凝固两个过程要同时控制好，这就对工艺规程和技术措施提出了很高的要求^[4]。

1.2 连铸工艺特点

（1）连铸工艺为连续铸钢工艺，其铸坯在冷却过程中，不仅可以保证铸坯表面质量，而且还可以减少缺陷和提高产品合格率。

（2）连铸工艺操作相对简单，易于实现机械化和自动化。对钢水成分的控制较为精确，容易实现在线质量控制。

（3）连铸工艺对钢水的纯净度要求不高。由于连铸坯没有经过轧制加工，在钢水中可保留较多的非金属夹杂物，而且几乎不存在因夹杂物过多而引起的缺陷^[3]。

（4）连铸工艺生产的钢种较为单一。由于连铸工艺只能生产普碳钢和碳素结构钢，在热轧品种钢和焊接结构用钢等方面还不能完全满足市场需求，所以在连铸工艺方面的开发研究还很少^[1]。

 1.3 夹杂物在连铸过程中的生成原因

（1）钢中的非金属夹杂物在凝固过程中，钢液不断与结晶器内的空气接触，进行二次氧化，当钢中氧含量较高时，夹杂物会被氧化^[2]。

（2）在结晶器内进行凝固时，钢液中的氧气在结晶器内不能被有效地氧化，当钢液凝固后，因钢液凝固过程中存在大量的低熔点化合物，在结晶器内冷却时，低熔点化合物会分解成夹杂物。

（3）在连铸生产过程中，由于铸坯在结晶器内进行二次冷却时温度较低，导致钢液的流动性较差，所以会导致铸坯与结晶器之间存在空隙，当钢液进入到铸坯缝隙时，由于高温钢液与铸坯之间存在空隙会导致钢液与空气接触，从而产生夹杂物^[5]。

二、夹杂物控制技术

2.1 夹杂物检测方法

目前，工业上使用的非金属夹杂物检测方法主要有两类：一类是基于夹杂物的形貌特征，通过X射线荧光光谱仪（XRF）和扫描电子显微镜（SEM）来分析夹杂物的成分及形貌特征；另一类是基于夹杂物的化学成分和尺寸，通过分析夹杂物的成分和尺寸，来确定其是否属于非金属夹杂物^[3]。两类方法都有各自的优缺点，例如，基于形貌特征的检测方法可以实现高分辨率，但是只能进行定性分析，不能准确判断夹杂物的尺寸大小；基于化学成分和尺寸分析的检测方法只能确定其是否属于非金属夹杂物，而无法明确其是否为金属类夹杂物。因此，工业上主要使用基于形貌特征和化学成分分析的方法来分析和判断夹杂物^[6]。

2.2 夹杂物控制技术

目前，工业上使用的非金属夹杂物控制技术主要有以下几类：一是通过合理控制钢水的洁净度来减少夹杂物数量；二是通过改变铸坯的凝固过程和钢液的凝固行为来减少夹杂物数量；三是通过改变连铸工艺来控制夹杂物大小；四是通过合金化、调整铸坯的结晶组织等方法来减少夹杂物数量，从而提高钢的洁净度。虽然各种方法都有各自的优缺点，但是在实际应用中，仍然需要根据具体情况进行选择^[1]。例如，由于铸坯中夹杂物的来源不同，采取不同的夹杂物控制方法会对最终产品造成不同影响。因此，在实际生产过程中，需要根据实际情况选择合适的控制方法^[4]。

2.3 夹杂物控制的关键技术：夹杂物控制的关键技术主要包括以下几个方面：一是降低钢中非金属夹杂物的数量和尺寸；二是提高钢水洁净度；三是降低结晶器卷渣风险。从实际应用来看，目前工业上使用的夹杂物控制技术主要是上述三个方面。但从根本上讲，夹杂物控制技术是一项系统工程，涉及到连铸工艺、冶金技术、连铸设备和设备维护等多个方面。在实际应用中，需要结合实际情况进行综合考虑，才能保证控制效果^[2]。此外，在控制过程中还需要考虑各种因素对钢中非金属夹杂物的影响，如夹杂物尺寸、数量、形态以及分布等，这对于最终产品质量具有重要的影响^[7]。

三、夹杂物对钢材质量的影响

3.1 夹杂物对钢材性能的影响

在钢中，由于夹杂物的存在，钢的强度、塑性、韧性均降低。在实际生产中，通过合理选择钢中的夹杂物种类和含量，可有效地控制钢中的夹杂物含量。另外，夹杂物还会使钢材的塑性降^[5]。

钢中夹杂物主要是铝脱氧产物，其中最重要的是Al2O3,其次为 AlO·2SiO4、Al2O3·Si2O5、Al2O3· MgO及Al2O3· FeO等。夹杂物是形成低合金高强钢的主要原因之一，特别是在炼钢过程中加入铝脱氧产物时，通过夹杂物在钢中形成网状结构，阻碍了脱氧产物向奥氏体转变，从而影响了钢材的塑性和韧性。因此在生产过程中要严格控制铝脱氧产物的含量^[6]。

3.2 夹杂物对钢材工艺性能的影响：在实际生产中，在不同的冶炼条件下，夹杂物对钢材的工艺性能会有不同程度的影响。当钢中存在着大量Al2O3·Al2O3、 MnS、SiO2等低熔点非金属夹杂物时，钢材的可拉断力会明显降低；当钢中存在着大量 MgO、 MgS等高熔点非金属夹杂物时，钢材的可拉断力也会明显降低^[1]；当钢中含有少量（如 CaO、 MgO、 FeO等）低熔点非金属夹杂物时，钢材的可拉断力基本不变；当钢中含有大量（如 CaS、 CaS·Al2O3、 MnS等）高熔点非金属夹杂物时，钢材的可拉断力会明显升高，但夹杂物数量越多，钢材的可拉断力也越高^[3]。

3.3 夹杂物对钢材表面质量的影响

夹杂物的存在会引起钢材表面产生各种缺陷，如麻坑、缩孔、龟裂等。这些缺陷都是由于夹杂物在钢材表面的堆积而引起的。当钢材中含有大量的Al2O3·Al2O3、 CaS等高熔点非金属夹杂物时，由于高熔点非金属夹杂物在钢材表面堆积，使钢材表面产生麻坑和缩孔等缺^[10]。另外，由于高熔点非金属夹杂物在钢材表面形成一层薄膜，从而阻碍了钢材内部脱氧产物向奥氏体转变，在一定程度上也会降低钢材的可拉断力^[4]。当钢中存在大量 MgO、 CaS等低熔点非金属夹杂物时，由于低熔点非金属夹杂物在钢液中的溶解度较小，容易聚集在钢液中形成卷渣，从而影响钢材的表面质量^[7]。

四、连铸工艺中夹杂物控制的实践应用

4.1 夹杂物控制的实践方

（1）优化钢水成分。在对钢中夹杂物进行分析时，需要确保其成分符合规定标准。通常情况下，钢中的夹杂物主要由两种组成，分别是氧化物以及硅酸盐，其中硅酸盐主要是以二氧化硅的形式存在于钢中。所以在对钢进行生产时，需要按照规定标准对钢中的夹杂物进行去除。通过分析可知，如果不能够将氧化物或者是硅酸盐去除干净，那么就会使得钢材出现气孔、夹渣等问题^[2]。

（2）降低钢水温度。钢水温度越高，那么钢材中的夹杂物含量就会越少。所以在实际生产过程中，需要尽可能地降低钢水温度，从而降低钢中的夹杂物含量。通常情况下，温度在1750℃以上时，夹杂物含量最少^[5]。

4.2 成功案例分析

通过实践研究可知，在连铸工艺中，控制夹杂物的有效方式主要有两种，分别是去除夹杂物以及控制夹杂物的数量。所以在实际生产过程中，为了提高产品质量，需要对不同的产品进行针对性处理^[3]。例如在对某钢厂生产的冷轧板进行质量分析时发现，该钢厂生产的冷轧板主要是用来制作成汽车零部件的。而在实际控制中，主要通过分析钢材质量、对钢进行浇铸以及钢水成分等方面入手。通常情况下，该钢厂生产的冷轧板中的夹杂物含量较少，并且其表面质量也较好^[6]。

五、结论与展望

5.1 研究结论总结

（1）通过对连铸过程中钢水夹杂物的种类、数量、尺寸以及分布规律等研究，从改善连铸工艺的角度出发，提出了降低夹杂物含量的措施。

（2）在连铸过程中，采用电磁搅拌+包衬+结晶器保护渣，可有效地降低夹杂物数量和尺寸。

（3）采用低氢钢连铸工艺，可降低钢水中非金属夹杂物的含量，从而有效地改善钢材的内部质量。

（4）采用低氢钢连铸工艺，可明显改善夹杂物数量和尺寸。

（5）在低氢钢连铸工艺中，应尽可能地使用高钙、低铝夹杂物含量的钢液。

5.2 发展趋势和建议

（1）随着连铸工艺的发展，在连铸生产过程中，对钢中夹杂物的控制将更加精细，从而更好地保证钢材质量。

（2）目前我国连铸生产设备存在着自动化水平低、拉坯速度慢等问题，这就需要进一步优化连铸工艺，提高自动化水平和拉坯速度，从而实现对钢中夹杂物的控制^[4]。

（3）近年来，随着对低成本钢材需求的日益增长，如何降低生产成本是企业的关注焦点。而在连铸工艺中，如何对钢水中夹杂物进行有效控制也是企业需要考虑的问题。因此，有必要从连铸工艺入手，提高连铸生产设备的自动化水平和拉坯速度，从而进一步提高连铸工艺的效率，降低生产成本^[7]。

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