摘要：钢铁作为现代工业发展的基础材料，在建筑、机械制造、交通运输等众多领域发挥着不可替代的作用。文章主要针对炼钢脱氧工艺及夹杂物控制方法进行分析和探讨，首先分析炼钢脱氧工艺的基本类型，其次介绍炼钢夹杂物的形成与控制必要性，最后从优化脱氧工艺、调整精炼工艺、设置炼钢连铸过程、应用先进检测与分析技术等方面深入探讨，并提出炼钢夹杂物控制的有效策略，旨在提升钢铁行业的产品质量与竞争力。

　　关键词：炼钢；脱氧工艺；夹杂物；控制策略

　　现代工业对钢材质量的要求不断提高，炼钢过程中的脱氧工艺及夹杂物控制成为钢铁生产企业关注的焦点。脱氧工艺的应用，影响着钢液中含氧量的高低，而夹杂物的种类、数量、尺寸均会影响到钢材的强度和韧性。若不能科学控制夹杂物，势必影响钢材质量，导致出现裂纹、断裂等缺陷，降低钢材的使用性能。据统计，因夹杂物问题导致的钢材质量不合格率在部分钢厂中高达15%。因此，高度重视炼钢脱氧工艺的应用，制定控制夹杂物的高效方案，不仅对于保障钢材质量具有十分重要的现实意义，还能加快钢铁行业高质量发展。

　　1炼钢脱氧工艺的基本类型

　　在炼钢过程中，由于炉料带入、炉气与钢液反应等原因，钢液中不可避免地含有一定量的氧。相关氧呈现出溶解态或者化合态，影响着炼钢的效果。其中溶解态氧会随着钢液凝固和碳之间反应，转变为一氧化碳气体，造成钢材出现气孔。化合态氧按照氧化物夹杂的形式降低了钢材的综合性能。基于此，在炼钢过程中实施脱氧工艺，向钢液中加入脱氧剂，脱氧剂与钢液中的氧发生化学反应[1]，生成不溶于钢液的脱氧产物，通过上浮、分离等过程从钢液中去除，从而降低钢液中的氧含量，提高钢的纯净度，更好地保障炼钢效果。

　　1.1沉淀脱氧

　　沉淀脱氧是向钢液直接添加脱氧剂，使其与溶解氧反应生成脱氧产物的过程。这些产物以微细颗粒形态分布于钢液中，经碰撞聚合形成较大颗粒后上浮至钢液表面得以去除。沉淀脱氧工艺的应用有一定优势，不仅提高了脱氧的速度，还可以节省作业时间，不足之处是可能出现脱氧产物，容易残留在钢液中形成夹杂物的问题。例如，进行具体的炼钢作业，引进了硅铁、锰铁等脱氧剂，其中硅与氧反应会生成二氧化硅，即Si+2［O］→SiO2（s）（s表示固态）、锰与氧反应会生成氧化锰[2]。在避免有过多脱氧产物的残留现象时，一般情况要减少脱氧剂的加入量，还应进行有效的搅拌，确保脱氧产物能够上浮。通过对某钢铁钢厂采用沉淀脱氧工艺的数据统计，不同脱氧剂的脱氧效果如表1所示，其中铝锭脱氧终点氧含量最低的原因是Al2O3生成自由能低，提高了聚合速度。

　　1.2扩散脱氧

　　扩散脱氧是将脱氧剂加入钢包或电炉炉渣中，降低渣中氧含量的过程。利用钢液与炉渣间的氧浓度梯度，钢液中的氧通过扩散向炉渣转移，实现脱氧。扩散脱氧工艺的应用能够使脱氧产物留在炉渣中，不会污染钢液，同时还可以控制钢中夹杂物的生成。然而不足之处是需要较长的脱氧作业时间，脱氧效果容易受到诸多因素影响[3]。一般而言可以选择碳粉、硅铁粉等作为扩散脱氧剂，且扩散脱氧剂“碳粉”更加适用于高碳钢种。具体的操作中，扩散脱氧能够与沉淀脱氧深入结合，在保障脱氧成效的同时提升了钢液的处理质量，扩散脱氧作业，如图1所示。

　　1.3真空脱氧

　　真空脱氧是通过降低钢液表面氧分压，促使溶解氧向气相扩散脱除的过程。在真空状态下，钢液中碳氧反应生成CO气体并逸出，从而实现深度脱氧。真空脱氧工艺可提高脱氧成效，避免钢液中氧含量与氢含量过多，增加了钢材的纯净度。然而不足之处是脱氧过程会投入较高的成本，严格要求了操作流程。此工艺更多被应用在高质量的轴承钢、不锈钢等生产与制造。以某大型钢铁钢厂生产高质量轴承钢为例，该钢厂采用真空脱氧工艺来提升钢材的纯净度和性能，在高真空环境下使用钢液，压力不超过1.2Pa[4]。此时钢液中的碳与氧发生反应，转变为一氧化碳气体逸出，明显减少了氧含量。经过数据分析，数据显示，在真空度为1.2Pa、熔炼时间为370min、初始碳含量为0.050%的条件下，脱氧效率可以大于90%。相关的脱氧操作，不单单保障了钢材纯净度，还控制了氧化物夹杂物的出现，对增加钢材使用寿命有一定益处。

　　2控制炼钢夹杂物的必要性

　　炼钢过程中极易生成夹杂物，其形成过程具有一定复杂性。脱氧过程中会出现脱氧剂与钢液中的氧发生反应，转变为对应的脱氧产物，呈现出细小颗粒的形式。在钢液搅拌期间，多种脱氧产物会有碰撞的现象，出现对应的聚合反应，随后生成大颗粒。通过浮力和钢液流动的作用，大颗粒会上浮在钢液表面，最终被去除。可是在上浮速度受限时，一些脱氧产物会在钢液中以夹杂物的形式存在。另外，冶炼、浇铸钢液时，会有钢液与耐火材料等互相接触，生成了外来夹杂物。

　　此外，夹杂物势必会影响到钢材性能。首先，影响钢材的强度，由于外力使得夹杂物和基体产生应力集中，成为裂纹的起始点，直接降低钢材的强度；其次，影响钢材的疲劳程度。鉴于循环载荷的现象，炼钢过程中夹杂物的存在会提高裂纹的扩展速度，显著降低钢材的使用寿命[5]；再次，影响钢材的耐腐蚀性和加工性能。因为夹杂物的存在会对钢材表面氧化膜的完整性产生破坏，加剧钢材的腐蚀。加工钢材期间，也会因为夹杂物的存在造成刀具磨损，从而影响到钢厂的炼钢效益。

　　3控制炼钢夹杂物的有效策略

　　3.1优化脱氧工艺

　　控制炼钢过程中夹杂物的出现，应科学优化脱氧工艺，精准选择脱氧剂和脱氧方法。首先，应结合钢材的生产质量标准，设定脱氧剂的加入量。对于无间隙原子钢的生产，要考虑钢材对纯净度的要求，优先选择铝脱氧工艺。其中铝与氧之间有一定亲和力，在具体的炼钢中会通过化学反应减少钢液中的氧含量，甚至由初始的100~200ppm降低至15ppm以下。以某钢厂生产无间隙原子钢为例，工作人员调整好铝的加入量，即每吨钢加入1.0kg铝。同时结合钢包底吹氩搅拌，实现了钢中全氧含量趋于稳定化的控制，大约为14ppm，夹杂物总量减少了40%。另外，钢厂应科学优化脱氧工艺参数，在脱氧剂加入时间的设计中，将预脱氧与终脱氧结合起来，保障脱氧的质量。以某钢厂生产低合金钢为例，先加入硅铁进行预脱氧，将钢液氧含量降低至55ppm[6]，并且在出钢时及时加入铝，达到了终脱氧的目的。

　　3.2调整精炼工艺

　　要想减少炼钢过程中钢液夹杂物的含量，应科学调整精炼工艺。在进行钢包炉的精炼时，钢厂可以优化生产管线钢的实践工艺，首先，选择吹氩搅拌的方法，在尚未精炼时，设置大流量吹氩，加快钢液与合成渣的接触速度，促进夹杂物向渣相的转移；其次，在精炼中期，减少吹氩流量，促进夹杂物处于上浮状态，同时，增加合成渣的使用（CaO:Al2O3:SiO2=55:30:15），利用合成渣的吸附性，实现钢材的精炼；在真空处理阶段，融入真空脱气工艺，即对钢液的真空度控制为67Pa、作业时间控制为0.5h，一方面实现钢中氢含量的降低，另一方面减少夹杂物的含量[7]；再次，实施钙处理改性夹杂物，钙处理是一种有效的夹杂物改性方法。通过向钢液中添加钙，可以将Al2O3等固态夹杂物转变为液态钙铝酸盐。液态钙铝酸盐的密度较低且表面张力较小，因此更容易在钢液中上浮并被去除。这一阶段需要进行连铸过程控制，一方面进行浸入式水口倾角的优化，另一方面注意到恒拉速对液面稳定性的影响。前者需要相关人员通过模拟计算，可以确定抑制卷渣的临界Froude数，当实际操作中的Froude数低于该临界值时，卷渣现象将得到有效抑制；后者需要相关人员应用好自动化控制系统，对结晶器内的流场和温度场进行优化设计。定期维护与检查设备的运行状态，减少结晶器磨损概率；最后，在精炼时间和温度的控制中，钢厂可以对精炼时间适当增加，例如，增加20min的精炼时间，提高夹杂物去除率超过10%。当精炼温度设定为1600℃时，可提高夹杂物上浮的速度，进一步强化炼钢精炼工艺的应用效果。

　　3.3设置炼钢连铸过程

　　炼钢阶段夹杂物的控制水平直接决定连铸工艺效果，并最终影响铸坯质量。在具体的板坯连铸阶段，钢厂应设置合适的钢液温度和拉速等，以此来降低外来夹杂物的含量。例如，生产Q345B钢板的过程中，可将中间包钢液温度稳定控制在不超过30℃,与超过40℃的结果相比，可直接减少结晶器内钢液的卷渣超过60%。同时在拉速的调整上，可以选择恒拉速控制技术，对拉速指数进行合理范围的设置，每分钟不超过0.05m，不仅可以减少结晶器液面不稳定的问题，还可以避免出现卷渣。再者结晶器液面高度的管理中，可引进智能化控制系统，对应的液面波动不超过3mm，与人工控制模式比较，可减少50%的卷渣量。另外，应用防止二次氧化技术，通过浸入式水口与保护渣配合，优化了炼钢连铸的效果。其中浸入式水口的设计应将双侧孔向上倾斜大约为15。，对应配合碱度设定为1.3的指数。由此实现钢液增氧量降低，由起始的20ppm降至5ppm，显著提升了铸坯质量，某钢厂炼钢连铸作业，如图2所示。

　　3.4应用先进检测与分析技术

　　控制钢材生产中夹杂物的生成，还可以应用先进检测与分析技术，全面提高夹杂物的控制效果。例如，应用扫描电子显微镜与能谱分析仪，在具体生产高碳铬轴承钢的过程中，可有效优化夹杂物控制的流程。工作人员开展多次铸坯取样检测，了解到Al2O3夹杂含量有显著升高的趋势，究其原因是脱氧剂加入不均匀[8]。基于此，迅速优化铝丝的加入方式，将单点加入的形式调整为多点加入的形式，从而减少了Al2O3夹杂含量，大约为70ppm。另外，还可以应用激光粒度分析仪，据某钢厂的实践数据显示，第3炉中小尺寸夹杂物（<1μm）占比最高，其后续轧制产品的疲劳性能明显优于其他炉次，不同炉次钢液中夹杂物尺寸分布的检测结果，如表2所示。在此基础上，该钢厂科学应用脱氧和精炼工艺，提高了钢材中<1μm夹杂物稳定占比指数，超过50%。工作人员不仅可以动态掌握夹杂物的数据变化，还能够规范化整合炼钢工艺，不断强化夹杂物控制的综合成效。

　　4结束语

　　综上所述，炼钢过程中，生产洁净钢是每个炼钢从业者的不懈追求，而高附加值产品更是钢厂品种钢发展的必然趋势。因此，提升钢的洁净度需从夹杂物产生的源头着手，严格控制转炉终点溶解氧，使其保持在较低水平。钢厂应依据不同钢种及产品质量要求，制定行之有效的炼钢策略。尤其是贯彻“氧势控制”的核心思想，即转炉终点氧含量应控制在［O］≤400ppm，这一水平既能保证脱磷等反应的顺利进行，又能避免钢水过度氧化。在结束了脱氧环节，对钢水中氧含量降低至T.［O］≤20ppm，避免有过多夹杂物的生成。最终连铸保护浇筑阶段，工作人员更需要精准化控制，实现氧含量变化Δ［O］≤5ppm，进一步凸显铸坯质量稳定性。基于此，通过一系列的氧势控制策略，优化生产效率，推动钢铁生产的转型与升级。

参考文献

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　　［3］王举金，张立峰，任英.炼钢过程反应热力学与动力学及其在数值模拟仿真的应用研究进展［J］.工程科学学报，2024，46（11）：1960-1977.

　　［4］袁传泉.非金属夹杂物在炼钢过程中的控制方法研究［J］.冶金与材料，2024，44（8）：1-3.

　　［5］祖刚，杨锦涛.LF精炼对转炉炼钢RH精炼过程中钢液成分的影响研究［J］.冶金与材料，2024，44（7）：148-150.

　　［6］刘全生，裘文，刘艳庆，等.合理利用脱硫渣铁降低炼钢成本的工艺研究［J］.江西冶金，2024，44（3）：166-171.

　　［7］王雄文.炼钢连铸中的非金属夹杂物控制与去除方法研究［J］.冶金与材料，2024，44（1）：31-33.

　　［8］亢旭晨，刘小冬，马桂芬.炼钢生产中转炉炼钢脱氧工艺分析［J］.山东冶金，2023，45（4）：67-68+70.