鎮靜鋼

鎮靜鋼是指完全脱氧的鋼，即氧的質量分數不超過0.01%（一般常在0.002%~0.003%）。根據冶煉時脱氧程度的不同，鋼可分為沸騰鋼、半鎮靜鋼、鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼。 鎮靜鋼通常鑄成上大下小帶保温帽的錠型，澆鑄時鋼液鎮靜不沸騰。由於錠模上部有保温帽（在鋼液凝固時作補充鋼液用），這節帽頭在軋製開坯後需切除，故鋼的收縮率低，但組織緻密，偏析小，質量均勻。優質鋼和合金鋼一般都是鎮靜鋼 ^[1]  。

鍊鋼時僅加入錳鐵進行脱氧，脱氧不完全。這種鋼液鑄錠時，有大量的一氧化碳氣體逸出，鋼液呈沸騰狀，故稱為沸騰鋼，代號為“F”。

沸騰鋼組織不夠緻密，成分不太均勻，硫、磷等雜質偏析較嚴重，故質量較差。但因其成本低、產量高，故被廣泛用於一般工程。

鍊鋼時採用錳鐵、硅鐵和鋁錠等作為脱氧劑，脱氧完全。這種鋼液鑄錠時能平靜地充滿錠模並冷卻凝固，故稱為鎮靜鋼，代號為“Z”。

鎮靜鋼雖成本較高，但其組織緻密，成分均勻，含硫量較少，性能穩定，故質量好。適用於預應力混凝土等重要結構工程。

脱氧程度介於沸騰鋼和鎮靜鋼之間，故稱為半鎮靜鋼。代號為“b”。

半鎮靜鋼是質量較好的鋼。

比鎮靜鋼脱氧程度更充分徹底的鋼，故稱為特殊鎮靜鋼，代號為“TZ”。

特殊鎮靜鋼的質量最好，適用於特別重要的結構工程。

根據鋼種和產品質量，脱氧分為3種模式：

（一）硅鎮靜鋼（用Si+Mn脱氧）；

（二）硅鋁鎮靜鋼（Si+Mn+少量Al脱氧）；

（三）鋁鎮靜鋼（用過剩Al>0.01%）。

用Si+Mn脱氧，形成的脱氧產物有：①純SiO₂(固體)；②MnO·SiO₂（液體）；③MnO·FeO（固溶體）。對於硅鎮靜鋼，控制Mn/Si，使其生成液態的MnO·SiO₂，鋼水可澆性好，但與Si、Mn相平衡的[O]D較高（（40～60）×10^-6），在結晶器內鋼水凝固時易生成皮下針孔或氣泡，影響鑄坯質量。採用Si+Mn脱氧後，使鋼水可澆性好（不堵水口），又不使鑄坯產生針孔或皮下氣泡，要控制鋼水中溶解氧[O]D在（10～20）×10^-6。

對於含碳較高的硅鎮靜鋼（如高碳硬線鋼、彈簧鋼），為避免Al₂O₃夾雜的有害作用，一般不加鋁脱氧，而是用低鋁的鐵合金脱氧，鋼水中的酸溶鋁[Al]s極低，則鋼中溶解氧[O]D較高。為降低鋼中[O]D，在LF精煉採用白渣操作+氬氣攪拌，鋼渣精煉擴散脱氧，既能把鋼水中[O]D降低，也能有效地脱硫。

（一）硅鎮靜鋼（C0.29%，Mn0.8%～1.2%，Si0.15%～0.40%），LF精煉後鋼水中[O]D與水口堵塞和針孔的關係可知：鋼水中[O]D控制在（10～20）×10^-6，既可防止水口堵塞，鑄坯又無皮下氣孔生成。但鋼水中[O]D達到10×10^-6，水口堵塞的可能性增加，因此應控制好：

（1）合適的Mn/Si

①Mn/Si低時形成SiO₂夾雜，增加了水口堵塞的可能性；

②Mn/Si高時生成典型的MnO·SiO₂（MnO54.1%，SiO₂45.9%），夾雜物容易上浮。

（2）鐵合金中鋁含量。如果鐵合金中帶入的鋁使鋼水中[Al]s>0.003%，就會形成固態Al₂O₃。

（3）控制LF白渣精煉時間，減少MnO·Al₂O₃生成。

（二）硅鋁鎮靜鋼

僅用Si+Mn脱氧，鑄坯易形成皮下針孔，除採用LF白渣精煉降低鋼中[O]D外，還可用Si+Mn+少量鋁脱氧。但如果既要保持連鑄的可澆性又要防止鑄坯產生皮下針孔，應用Si+Mn+少量鋁脱氧，形成的脱氧產物可能有： ①薔薇輝石（2MnO·2Al₂O₃·5SiO₂）；

②錳鋁榴石（3MnO·Al₂O₃·3SiO₂）；

③純（Al₂O₃25%）。

要把夾雜物成分控制在相圖中錳鋁榴石的陰影區，這樣就可達到：

①夾雜物熔點低（1400℃），球形易上浮；

②熱軋時夾雜物可塑性好（800～1300℃）；

③錳鋁榴石夾雜物中Al₂O₃接近20%左右，變形性最好；

④無單獨Al₂O₃的析出，鋼水可澆性好，不堵水口；

⑤脱氧良好，不生成氣孔。

理論計算指出，在鋼中Si=0.2%，Mn=0.4%，温度為1550℃條件下，若鋼中酸溶鋁[Al]s≤0.005%，則鋼中[O]D為20×10^-6，生成錳鋁榴石而無Al₂O₃析出，鋼水可澆性好，鑄坯又不產生皮下氣孔。這對連鑄生產是非常重要的。對於高碳硬線鋼，用Si+Mn脱氧控制好鋼中的[Al]s來得到易變形的錳鋁榴石而防止脆性Al₂O₃夾雜析出，這對於防止拉拔脆斷是非常重要的。

（三）鋁鎮靜鋼

對於中低碳細晶粒鋼，要求鋼中酸溶鋁[Al]s≥0.01%；對於低碳鋁鎮靜鋼，為改善薄板深衝性能，要求鋼中[Al]s=0.02%～0.05，為此要求用過剩鋁脱氧。這樣，需要解決兩個問題 ^[2]  。

（1）加鋁方法

如何把鋁加到鋼水中達到目標值，且鋁的回收率儘可能高。

（2）如何避免Al₂O₃夾雜的有害作用

對於加鋁方法，將一部法加鋁改為兩部法加鋁：

①出鋼時加鋁量脱除鋼水中超出C—O平衡的過剩氧量：

②精煉加鋁量為脱除C相平衡的氧+目標鋁含量（喂鋁線）。

鋼水中與酸溶鋁[Al]s相平衡的[O]D很低，為（2～6）×10^-6，脱氧產物全部為Al₂O₃，其害處是：①Al₂O₃熔點高（2050℃），鋼水中呈固態；②可澆性差，堵水口；③Al₂O₃可塑性差，不變形，影響鋼材性能，尤其是深衝薄板的表面缺陷。

為此，採用鈣處理（喂Si-Ca線或Ca線）來改變Al₂O₃形態。

[Al]s較低，採用輕鈣處理

輕鈣處理後生成鈣長石CaO·Al₂O₃·SiO₂(CaO20%～25%，Al₂O₃37%，SiO₂44%)或鈣黃長石2CaO·Al₂O₃·SiO₂（CaO40%，Al₂O₃37%，SiO₂22%）。希望把夾雜物成分控制在CaO-SiO₂-Al₂O₃相圖中的陰影區。夾雜物鈣長石熔點低（1200～1400℃），在鋼液中易上浮，可澆性好，不堵水口；熱軋時夾雜物易變形不會發生拉拔脆斷現象。

[Al]s較高，採用重鈣處理

溶解鈣與鋼水中固相Al2O3生成不同組成的鋁酸鈣（CaO-Al₂O₃）夾雜，CaO和Al₂O₃生成五個中間相。應控制鋼中鈣含量，避免生成中間相CA6、CA2、CA而生成液相的12CaO·7Al₂O₃，有利於夾雜物上浮，也能夠防止水口堵塞。

生成的鋁酸鈣夾雜中富集CaO，具有高的硫容量，能吸收足夠的硫，當鋼水凝固時，夾雜物中硫的溶解度降低，硫化物沉澱形成中心為鋁酸鈣CaO-Al₂O₃，外殼為CaS的雙相夾雜。

鋼中加入的Ca除與反應外，還能與硫反應生成CaS。CaS也會引起水口堵塞。為提高鈣處理轉變Al₂O₃為12CaO·7Al₂O₃的效率，應控制鋼水中的硫含量小於0.01%。若S=0.010%～0.015%，鈣處理後有CaS生成；S=0.030%～0.040%時，鈣處理首先生成CaS，CaS堵塞水口嚴重。

對於鋁鎮靜鋼，鈣處理後：①解決了可澆性，不堵水口；②夾雜物易上浮去除；③消除了Al₂O₃不變形夾雜物對鋼性能的有害作用。

低碳鋁鎮靜鋼（LCAK 鋼）常用於冰箱等家電面板的原材料， 隨着社會的進步， 用户對低碳鋁鎮靜鋼冷軋板的質量要求也越來越高， 這就要求鑄坯需要有高的潔淨度。作為典型的非穩態澆鑄， 連鑄開澆階段由於澆鑄狀態的極不穩定， 很容易引起結晶器保護渣的捲入和鋼水的嚴重二次氧化。

對於低碳鋁鎮靜鋼而言， 惡化頭坯潔淨度的主要因素是中間包二次氧化， 並且除了由空氣造成的中間包二次氧化外， 更大程度上的二次氧化是由中間包耐火材料及覆蓋渣等因素造成的。

因此， 欲改善低碳鋁鎮靜鋼（LCAK 鋼）鋼頭坯潔淨度， 可從以下5個方面進行。

（1）保證耐火材料的質量， 使用低硅耐火材料， 並提高砌築中間包耐火材料內襯的水平， 使其更光滑；

（2）保證中間包和水口的烘烤時間， 防止內含水分污染鋼液；

（3）增強保護澆注， 在開澆前往中間包和結晶器中通入大量氬氣進行氬洗， 並儘可能使用密閉中間包以減少鋼液的吸氣。有研究得出：中間包容量為60t 時， 以4500 L/min 的流量吹氬6min 可使中間包內氣氛中氧濃度降至0.2%以下；

（4）使用低氧化性的中間包覆蓋渣。有研究發現：由於能夠降低渣中SiO2 活度， 採用高鹼度渣時能較好地降低中間包鋼液的氧含量；

（5）等中間包到達一定液位後再開澆。

（6）減小開澆時拉速的增加速率，減小液麪的劇烈波動， 以減少結晶器保護渣的捲入 ^[3]  。