1　前言
　　市場對潔凈鋼的需求逐年增加，除了要求降低鋼中非金屬氧化物夾雜含量和控制其形態(tài)、化學成分及尺寸分布外，還要求降低鋼中雜質元素(如：S、P、H、N、甚至C)和痕量元素(如：As、Sn、Sb、Se、Cu、Pb及Bi)含量。
　　鋼材中的夾雜物可引起許多缺陷，例如，美國國家鋼公司Midwest廠低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼發(fā)生邊部裂紋，經(jīng)鑒定，該裂紋是由脫氧和二次氧化產物Al2O3夾雜、來自中間包覆蓋劑的鋁酸鈣和夾帶的結晶器保護渣而引起?？v向裂紋發(fā)生在帶鋼表面平行于軋制方向，裂紋可導致低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼汽車板表面缺陷和可成型性問題，正如美國內陸鋼公司4號BOF車間和國家鋼公司大湖廠多項研究論文所述，鋼中的鋁酸鹽夾雜物來自裹入結晶器的脫氧產物和復合非金屬夾雜物。
　　鋼的潔凈度取決于鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和尺寸分布，因鋼種及其用途不同而定義不同。

　　由于大型宏觀夾雜對鋼的機械性能危害最大，其尺寸分布非常重要。據(jù)報道，1kg典型的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼含107～109個夾雜物(其中，僅含80～130μm夾雜物400個，130～200μm夾雜物10個，200～270μm夾雜物少于1個)。顯然，檢測少量大型夾雜物是非常困難的。盡管大型夾雜物在數(shù)量上比小型夾雜物少得多，但其總體積分數(shù)可能較大，有時一個大型夾雜物能引起整個一爐鋼的災難性缺陷。因此，潔凈鋼不僅要控制鋼中夾雜物平均含量，而且還要避免夾雜物尺寸超過對產品有害的臨界尺寸。由此，表2中列出了許多鋼材對夾雜物最大尺寸的限定值。夾雜物尺寸分布的重要性在圖1中得到了進一步解釋。測試結果表明，大于30μm的夾雜物由鋼包內的1.61×10-4%降到中間包的0.58×10-4%。因此，盡管鋼包內鋼水總氧含量稍高且夾雜物總量較多，中間包內的鋼水還是較潔凈的。
　非金屬夾雜物來源很多，包括：
　　(1)脫氧產物。例如低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼內的主要夾雜物是Al2O3，該夾雜物因鋼中溶解氧與加入的脫氧劑(如Al)化學反應而產生，Al2O3夾雜在富氧環(huán)境下生成，形狀呈樹枝狀，其中可能也包括一些較小的Al2O3顆粒碰撞聚集物。
　　(2)二次氧化產物。例如鋼水中殘留的[Al]被渣中FeO氧化或暴露在大氣中氧化生成Al2O3。
　　(3)出鋼時帶入的冶金爐渣。通常為球形液態(tài)夾雜。
　　(4)其它來源的外來夾雜物。如飛灰、剝落的耐火磚襯和陶瓷爐襯顆粒。這類夾雜物通常尺寸大且形狀不規(guī)則。它們常常作為Al2O3非均質形核的晶核并夾帶某些顆粒。
　　(5)化學反應產物。如用Ca改質處理夾雜物時，反應進行不正常時出現(xiàn)的產物。
　　控制鋼的潔凈度貫穿煉鋼工藝的各項操作，內容包括：脫氧和合金化的時間及地點、爐外精煉的程度和順序、攪拌和倒包操作、保護澆鑄裝置、中間包幾何形狀及操作、各種冶金熔劑的吸收能力以及澆鑄操作。鋼的潔凈度問題在各類相關文獻中都是備受關注的。1980年Kiessling首次全面綜述了關于鋼錠內夾雜物和痕量元素的控制及評價方法。最近，這一學術領域由Mu、Holappa和Cramb提出最新論述，內容增加了熱力學條件。
　　本文介紹了鋼潔凈度技術的最新進展，首先回顧了鋼的潔凈度的評價方法，接著概述了世界許多鋼廠對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的潔凈度、總氧含量T.[O]和吸氮的間接測量。最后敘述了鋼包、中間包和連鑄操作中，提高鋼的潔凈度的操作實踐。本文收集了許多關于鋼的潔凈度的數(shù)據(jù)，目的是為潔凈鋼生產提供有用的信息，焦點是控制Al2O3夾雜。
2　鋼潔凈度的評價方法
　　研究和控制鋼的潔凈度的關鍵是其精確的評價方法，在煉鋼生產的各個階段測定夾雜物的數(shù)量、尺寸分布、形狀和化學成分。盡管測定技術有多種(有精確而昂貴的直接測定法，還有快速而廉價的間接測定法)，只有可靠性是相對的選擇依據(jù)。
2.1　直接測定法
　　鋼的潔凈度的一些直接測定法概述如下：
　　(1)金相顯微鏡觀測(MMO)。這是一種傳統(tǒng)的方法，用光學顯微鏡檢測二維鋼樣薄片，并且用肉眼定量。整理整個試樣復合型夾雜物檢驗結果時，提出問題。例如，由于較小的一簇夾雜物在整理試驗結果時可被忽略。但是，用這種方法數(shù)小夾雜物太浪費時間，而大型夾雜物又太少。盡管有些方法二維結果與三維實際情況相關，問題還是很多。
　　(2)圖像掃描(IA)法。該法采用高速計算機計算顯微鏡視頻掃描圖像。根據(jù)灰度的斷續(xù)分辨明暗區(qū)，比肉眼觀測的MMO法大有改進，很容易測定較大面積和較多數(shù)量的夾雜物。但是，有時容易將非金屬夾雜物引起的劃痕、麻點和凹坑弄錯。
　　(3)硫印法。這種方法通用而廉價。通過對富硫區(qū)進行腐蝕，區(qū)分宏觀夾雜和裂紋。該法的問題與其他二維方法相同。
　　(4)電解(蝕)法。這種方法精確度高但費時。較大的鋼樣(200g～2kg)完全被酸(HCl)溶解，然后收集殘留的非金屬夾雜物，以便計算和進一步分析。另外，為了保留非金屬夾雜物FeO，將浸入FeCl2或FeSO4溶液的鋼樣通電溶解。這種方法適合觀測單個且完整的夾雜物。
　　(5)電子束熔煉(EB)法。在真空條件下，用電子束熔化鋼樣，夾雜物上浮到鋼水表面。通常電子束熔煉查找的是上浮夾雜物特定區(qū)域。目前已開發(fā)出了電子束熔煉的升級法(EB-EV)，用來評估夾雜物尺寸分布。此法靠測定幾個區(qū)域的上浮夾雜物尺寸，推斷所有夾雜物的上浮結果，從而計算夾雜物尺寸分布指數(shù)。
　　(6)水冷坩堝熔煉法(CC)。在電子束熔煉的條件下，先將熔融鋼樣表面的夾雜物濃縮，再冷卻后，樣品被分解，夾雜物被分離出來。這種方法靠減少溶解金屬的體積分離夾雜物。
　　(7)掃描電子顯微術(SEM)。這種方法可清晰地觀測到每種夾雜物的三維組織結構和化學成分，用電子探針分析儀(EPMA)檢測化學成分。
　　(8)脈沖鑒別分析光譜測量法(OES-PDA)。光學發(fā)射光譜測量法是分析鋼中溶解元素的傳統(tǒng)方法。Ovako鋼公司采用這一技術在取樣10min之內分析出總氧含量、微小夾雜物尺寸分布和化學成分。為了檢測固態(tài)夾雜物，作發(fā)射火花的閃光記錄。為了優(yōu)化鐵元素的基礎發(fā)光信號和夾雜物的干擾發(fā)光信號比值，定義了電信號的特征曲線。高強度[Al]火花峰值就是脈沖鑒別分析指數(shù)。
　　(9)曼內斯曼夾雜物檢測法(MIDAS)。先使鋼樣波動，以排除氣泡，然后超聲掃描檢測固態(tài)夾雜物和固、氣復合夾雜物，這一方法最近被重新發(fā)現(xiàn)，命名為LSHP法。
　　(10)激光衍射顆粒尺寸分析法(LDPSA)。采用這項激光技術檢測其他方法(如淀泥法)檢測出的夾雜物的尺寸分布。
　　(11)常規(guī)的超聲波法(CUS)。該法可以確定固態(tài)鋼樣內大于20μm的夾雜物尺寸分布。
　　(12)錐形樣品掃描法。此法用螺旋運動檢測儀(如超聲系統(tǒng))自動掃描連鑄產品的圓錐形樣品表面每個位置的夾雜物。
　　(13)分級熱分解法(FTD)。不同氧化物夾雜在不同溫度還原，如氧化鋁基氧化物還原溫度為1400℃或1600℃，耐火材料夾雜物還原溫度為1900℃，總氧含量為每個加熱步驟測出的氧含量之和。
　　(14)激光顯微探針質譜分析法(LAMMS)。用脈沖激光束照射每個顆粒，選擇電離臨界值之上最低激光強度值作為其化學狀態(tài)特征光譜圖。通過與標樣比較，激光顯微探針質譜分析的強度峰值與每個化學元素對應。
　　(15)X2射線光電子光譜法(XPS)。此法采用X2射線檢測尺寸大于10μm的夾雜物化學狀態(tài)。
　　(16)俄歇電子光譜法(AES)。采用電子束檢測夾雜物化學狀態(tài)。
　　(17)光電掃描法。分析用其他方法分離出來的夾雜物的光電掃描信號，以監(jiān)測其尺寸分布。
　　(18)庫爾特計數(shù)分析法。這種方法與LIM2CA法相似，可檢測電蝕法分離出的夾雜物尺寸分布。
　　(19)液態(tài)金屬潔凈度分析法(LIMCA)。這種方法用傳感器在線直接檢測鋼液中的夾雜物。由于穿過空隙進入傳感器的夾雜物顆粒能改變空隙斷面的電導率，檢測電導率的變化便可檢測夾雜物。
　　(20)鋼水超聲技術。此法吸收超聲脈沖反射信號，在線檢測鋼中夾雜物。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——摘自《中國金相分析網(wǎng)》