随着我国国民经济的不断发展，对轴承钢性能提出了更高的要求。超纯净轴承钢被广泛地应用于高速铁路、风电装备、航空发动机、高档轿车变速箱、高速精密机床和长寿命冶金轧机等对使用寿命、可靠性、承载能力严格要求的领域。超纯净轴承钢炼钢冶炼难度极高，主要是由于其钢中非金属夹杂物控制存在以下两个难题：（1）超高洁净度，总氧含量低于 5 ppm；（2）大颗粒夹杂物数量要求少，尺寸小于 15 μm。近 30 年来，通过引进、消化和吸收，实现了大部分高端装备的国产化，但对高端装备用高可靠长寿命轴承的国产化一直没有解决。因此，开发超纯净轴承钢中非金属夹杂物控制关键技术，为打破此领域国外产品及技术垄断、实现国内自主生产有重要意义。（1）超纯净轴承钢精炼渣成分设计技术. 铝脱氧轴承钢都是通过高碱度精炼渣提升钢材的洁净度，减少钢中夹杂物数量。高碱度精炼渣具有很高的脱氧脱硫能力，效率高，可生产超低硫轴承钢。由于高碱度精炼渣中 CaO 含量高，易被钢中[Al]还原而进入钢液，从而生成 Ds 类夹杂，对轴承钢性能产生不利影响。另外，高碱度使精炼渣熔点变高，成渣慢，炉渣流动性变差，会影响脱氧脱硫效果，有可能引起卷渣。低碱度精炼渣由于碱度低，降低了 CaO-Al 2 O 3 类夹杂的影响，但脱氧能力下降使得氧化物夹杂上升。本项目研究应用 FactSage 热力学计算软件，研究了不同精炼渣成分对钢液成分、夹杂物成分的影响，通过对不同精炼渣系进行设计优化，确定精炼渣成分；同时，本项目在碱度 7-12 范围内进行工业试验，考虑了不同碱度精炼渣对轴承钢洁净度和夹杂物成分的影响，从而更系统准确地确定了有利于超纯净轴承钢夹杂物控制的最优精炼渣成分。图 1 精炼渣碱度对渣中 Al 2 O 3 和 CaO 活度的影响（2）超纯净轴承钢 VD 精炼控制技术.在真空状态下吹氩搅拌钢液，促使夹杂物从钢液内排除，使钢的洁净度提高。VD 精炼过程渣钢剧烈反应，渣中 CaO、MgO 被还原为[Ca]和[Mg]进入钢液，与钢中 Al 2 O 3 夹杂物反应生成镁铝尖晶石和钙铝酸盐，导致钢中 Ds 类夹杂数量增加，可能导致水口结瘤和最终轧材中出现Ds 类夹杂缺陷，影响轴承钢的质量水平，VD 精炼真空度的控制对于夹杂物的上浮去除和夹杂物成分非常重要。本项目对 VD 真空度进行了优化，使得最终产品夹杂物中的 CaO 含量由 30%左右降低至 5%以下，显著减少了 CaO-Al 2 O 3 和CaO-Al 2 O 3 -MgO 复合夹杂物的生成，使钢中夹杂物由 CaO-Al 2 O 3 类转变为镁铝尖晶石类，减轻了 Ds 类夹杂的危害。图 2 不同 VD 真空度条件下轴承钢轧材中夹杂物成分（3）热处理过程夹杂物成分控制技术。对于轴承钢钢液中的夹杂物已经形成了一系列脱氧、精炼渣改性、真空精炼等成熟的夹杂物控制方法，可以较好实现冶炼过程从精炼到连铸过程夹杂物的有效控制。轴承钢轧制热处理过程不仅能够改变钢的组织结构和性能，也会使得氧化物夹杂与钢基体发生高温反应，造成钢基体成分偏析、原有氧化物夹杂的改变和新氧化物夹杂的析出。同时，热处理过程钢基体中氧化物夹杂的种类、性质、尺寸及形貌特征变化直接影响着最终轴承钢产品的组织和性能。本项目研究了在不同热处理温度（1225o C、1300 o C 和1375o ）和热处理时间条件下，GCr15 轴承钢中非金属夹杂物的演变规律，并且发现热处理过程轴承钢中的 MgO-Al 2 O 3 -CaO 会逐渐转变为 MgO-Al 2 O 3 -CaS 夹杂物，小尺寸夹杂物完成转变所需时间较短，而大尺寸夹杂物完成转变所需时间较长。在不同热处理温度下，钢中夹杂物尺寸基本不变，但夹杂物转变速率不同。通过热力学计算和动力学模型，对轴承钢热处理过程中夹杂物的转变机理进行揭示。

随着我国电力电机行业的迅猛发展，对资源和能源的高效利用提出了更高的挑战。无取向硅钢是广泛的用于电机和发电机铁心的软磁材料。铁心材料的优异能够直接影响电机和发电机的效率和能耗。影响无取向电工钢磁性能的主要因素有杂质元素的含量、夹杂物的种类尺寸含量、织构类型、晶粒尺寸、表面状态等因素。由于受限于目前所掌握的炼钢方法的不足，尚不能完全将钢中的 C、O、S、N 等元素去除。这些夹杂物和析出物在脱氧过程、钢液凝固过程以及轧制热处理过程形成和转变。这些残留在钢中的元素最终大部分以碳化物、氧化物、硫化物、氮化物以及他们之间的复合夹杂物形式存在。一方面，这些夹杂物和析出物会在无取向硅钢磁化过程中阻碍磁畴壁的移动，影响磁性能；另一方面，在再结晶退火过程中，这些夹杂物和析出物还会促进不利取向织构形核和阻碍晶粒长大，从而恶化无取向硅钢磁的组织，恶化磁性能。因此如何控制这些夹杂物的种类、分布、尺寸等因素对于减小这些夹杂物和析出物对无取向电工钢的磁性能的影响就显得尤为重要。（1）不同化学成分体系无取向硅钢的关键夹杂物和析出物预测。无取向硅钢作为一种功能材料，其最关键的性能指标是磁性能，包括铁损和磁感应强度。化学成分体系是影响其磁性能的最关键因素。由于不同牌号，不同生产工艺生产出的无取向硅钢，其中的夹杂物和析出物的种类、形态、尺寸和数量相差很大。而不同种类的夹杂物和析出物的控制方法又不相同。本项目中通过大量分析不同性能和不同成分体系的无取向硅钢样品、采用透射电镜、场发射扫描电镜、ASPEX 自动扫描电镜对无取向硅钢成品中的微米、亚微米和纳米级夹杂物和析出物进行定量分析。并通过商业热力学计算软件 FactSage 对不同成分体系下夹杂物和析出物种类进行预测分析。从而能够预测不同成分体系的无取向硅钢中应该控制的关键夹杂物和析出物种类。（2）无取向硅钢中钙处理控制硫化物技术。钙处理是钢铁工业中最常用的改性夹杂物的手段之一。但是通常来说，向钢中加钙是为了将固态的 Al 2 O 3 改性为液态的钙铝酸盐，以避免水口结瘤现象的发生。但是同时钙和硫具有很强的结合能力，可以与硫元素反应生成 CaS，这样可以避免在无取向硅钢中生成细小的(Mn,Cu)S，影响磁性能。由于钙加入钢中首先会和钢中的 Al 2 O 3 反应，过量的钙才会和硫反应。钢中的氧含量的多少影响着向改性硫化物所需要的钙含量。我们通过热力学分析和实验发现，在降温过程，钙铝酸盐还会和钢中的溶解铝和溶解硫反应，生成 Al 2 O 3 +CaS。通过理论分析，确定了能够完全将硫控制的最少加钙量。图 2 所示为不同的 Ca/S 对铁损的影响，通过合适的加钙量，可以有效减少细小(Mn,Cu)S 的数量，从而改善磁性能。但是值得指出的是也要尽可能在钢液下去除生成的钙铝酸盐，因为大尺寸的夹杂物会在再结晶过程诱导{111}织构生成，从而对磁性能不利。（3）无取向硅钢中铈处理控制硫化物技术。稀土元素和氧、硫也具有的很强的结合能力。因此也可以用来改性钢中的非金属夹杂物。但是，稀土也面临着与钙改性夹杂物同样的问题，既可以和钢中的硫反应，还可以和氧元素反应。而目前对于稀土改性夹杂物的研究都停留在定性的解释上。本研究通过实验室实验，详细的研究了不同铈含量和氧含量对铈改性夹杂物和控制无取向硅钢中细小硫化物的影响。最终建立了稀土改性夹杂物成分预测模型，此模型的预测结果与实验结果一致。根据此模型结果，可以得出图 3所示不同 T.Ce/T.S.对固硫率的影响。当 T.Ce/T.S.>2.9 时，可以有效控制细小的硫化物。

钢帘线被誉为是线材中的顶级产品，被誉为“皇冠上的明珠”。它是伴随着子午线轮胎的发展而发展起来的。以钢帘线为骨架材料的子午线轮胎具有高速、高载、耐久等一系列优良特性。随着汽车工业的发展，用于制造子午线轮胎的钢帘线需求量不断增加，同时对钢帘线的品种、性能及质量提出新的要求。作为生产钢帘线的原材料，帘线钢质量很大程度上决定了帘线的品质。帘线钢的洁净度，元素偏析等级，尤其是钢中夹杂物的形态对后续产品有着极大的影响。非金属夹杂物易引起钢丝拉拔和合股过程中断丝的发生，因此要求帘线钢中夹杂物尺寸小，且在轧制和冷拔等加工过程中具有良好的变形性能。根据子午轮胎产品性能和太阳能级硅产业的发展要求，钢帘线和切割丝向着超高强度（4000 MPa 及以上）方向发展，开发高强度、超高强度帘线钢丝，对实现轮胎的轻量化、降低用燃料的费用、降低生产成本意义重大。目前国内依旧不能稳定、高效的生产高牌号的帘线钢，开发帘线钢冶炼关键技术对提升企业生产技术水平和质量控制水平，取代进口高端钢帘线产品意义重大。（1）帘线钢冶炼过程原辅料成分设计技术。帘线钢生产过程中一般采用Si-Mn 复合脱氧，但由于合金和辅料中存在 Al 的来源，帘线钢主要的夹杂物为MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 系和 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系两类。其中，MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 为脱氧反应产物，CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 为钢渣反应生成。不同工序氧化物复合夹杂类型会发生转变，大量研究表明转炉出钢、精炼过程随着钢液成分的变化，夹杂物的成分在不断变化中。实际生产中使用的各种物料，包括合金、脱氧剂及钢包内衬直接影响钢液成分，进而改变钢液中非金属夹杂物的成分。高端帘线钢中非金属夹杂物主要成分为 SiO 2 -MnO，几乎没有 Al 2 O 3 的存在，因此在实际的生产过程中杜绝任何含 Al的原料。国内企业在实际生产时更倾向于使用价格低廉的合金、脱氧剂等原料以降低生产成本，为此本项目不仅研究了合金、脱氧剂、耐材等物料中 Al 的含量，还研究了各物料对钢液成分以及非金属夹杂物成分的影响程度，以选择更高性价比的物料搭配。在使用不同物料后取样分析，发现合金对钢液中非金属夹杂物的影响最大，低铝硅铁和普通硅铁对钢液中非金属夹杂物的成分影响如图 1，可以看出合金的使用直接改变夹杂物的体系。实际生产过程中可根据产品等级和各物料对钢中非金属夹杂物的影响，针对性的使用物料控制生产成本。（2）帘线钢精炼渣成分设计技术. 炉渣成分对钢液成分有着直接影响，帘线钢精炼一般采用 CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 渣系，精炼渣的成分对钢中夹杂物的控制起重要作用。研究表明精炼渣中相同 Al 2 O 3 含量的条件下，钢液中[Al]s 含量随精炼渣碱度增高而增高；相同碱度的条件下，钢液中 Als 含量随精炼渣中 Al 2 O 3 含量增加而增加。当精炼渣的碱度为 1.0 时，钢液中[Al]s 随渣中 Al 2 O 3 含量增加亦呈增加趋势， [Al]s 增量有限。同时，夹杂物中 Al 2 O 3 和 MnO 含量取决于渣-钢间的氧势，如氧势高，则夹杂物中 MnO 含量高。反之，当系统氧势低时，渣中CaO 和 Al 2 O 3 会有少部分被还原进入钢液，夹杂物 CaO 和 Al 2 O 3 含量增加，MnO 含量减少。在实际的冶炼过程中，精炼渣进入钢液是不可能完全避免的，精炼渣进入钢液后将形成含大量 CaO、Al 2 O 3 的夹杂物。对此为控制钢中非金属夹杂物的成分将精炼渣的碱度控制在 CaO/SiO 2 ≤1，实际生产过程中，精炼渣的最佳成分还应根据精炼过程的渣钢比，所使用合金、脱氧剂、耐材等条件进行优化。（3）帘线钢中夹杂物变形性能评估模型。许多研究认为低熔点夹杂物在轧制和加工过程中变形更好。如果轧制过程中夹杂物是液态的，那这毫无疑问是对的。 102 / 298然而，实际的轧制温度往往大部分都低于夹杂物的熔点。在轧制温度降到夹杂物固相线温度以前，虽然夹杂物不是液态，但是由于软化它们仍然具有一定的变形性。然而，当温度降低至固相线以下时，夹杂物将完全转变为固态。并且，钢的变形不仅包括轧制，还包括其他冷加工，譬如，帘线钢冷拔过程的温度基本为室温，显著低于夹杂物的固相线温度。因此，只用熔点来评估冷拔或冷轧过程中夹杂物的变形性能不太合理或者说不太全面。本项目提出使用低温下夹杂物的杨氏模量评估变形能力的模型，认为氧化物变形能力与杨氏模量大小成反比，并拟合了低温下的氧化物杨氏模量与平均原子体积关系：2.939811 E V ，对Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 系和 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 系氧化物的低温杨氏模量进行了计算，如图 2所示。由于冷拔过程氧化物变形能力与杨氏模量大小成反比，为了降低冷拔过程的断丝率，夹杂物需要控制到图中所示的深蓝色区域，即要求具有很高的 SiO 2含量和极低的 Al 2 O 3 含量。由图还可知，由于具有最大的杨氏模量，Al 2 O 3 对帘线钢中氧化物的变形性能最为有害，这也是为什么帘线钢生产过程中需要严格控制钢中 Al 含量。

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢铁产量已经达到了饱和状态，提升钢产品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的生产是钢材生产的关键，其连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响，热轧板带表面缺陷大部分是连铸坯表面缺陷遗传而来。高质量铸坯的生产成了连铸生产企业和连铸工作者的主要目标。高温钢液在连铸过程中凝固成型，连铸坯的偏析、裂纹、疏松、夹杂物等质量问题基本上都产生于或源自连铸凝固过程。要实现高质量铸坯的连铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。（1）含钙合金质量稳定性研究钙的包芯线质量及性质研究：研究不同质量级别的硅钙线、纯钙线、钙铁线、钙铝线等包芯线中含钙金属或合金的化学成分、物相结构，评估其中杂质元素成分及其合金被氧化的程度，提升硅钙线质量的稳定性。钢包精炼过程喂钙线过程中金属钙收得率的影响研究：研究在不同钙线种类、钙线尺寸、外壳铁皮闭合方式等多种参数下，确定稳定提升钙元素收得率的有效方法。钢中夹杂物钙处理改性方式研究：系统调研炼钢过程中除钙线外其他合金化用铁合金中金属钙元素的质量分数，并对钙元素在铁合金中的存在形式开展系统研究。研究含钙铁合金加入后钙元素在钢中的收得率情况和对钢中非金属夹杂物的影响。确定精炼过程中含钙铁合金的加入对钢中非金属夹杂物的改性机理。（2）钙处理精准改性钢中非金属夹杂物热力学研究钙处理相关热力学参数的测定：评估现有钙处理相关热力学数据的准确性，确定其适合的应用条件和误差；对钢液中 Ca-O 反应相关反应的吉布斯自由能和相互作用系数等热力学参数进行测量，对误差较大的热力学参数进行修正，保证热力学计算预测钙处理改性夹杂物的准确性。不同条件下钢中溶解钙和全钙的关系研究：通过实验室实验研究在不同初始钢液成分的条件下，向钢中加入不同含量的钙，测量和计算其钢中全钙含量、溶解钙含量和非金属夹杂物中的钙含量，并与热力学计算得到的理论值相对比，揭示钢中溶解钙和全钙关系的实际规律，为实现钙处理改性夹杂物热力学计算在工业中的应用奠定基础。（3）钙处理改性钢中非金属夹杂物反应动力学研究钙处理改性钢中非金属夹杂物瞬态变化机理研究：研究不同钢液成分和不同温度条件下，向钢中加入不同含量的含钙合金，研究钢中非金属夹杂物的改性机理，从而明确钙处理后每一时刻钢液中非金属夹杂物的形成机理和变化规律。建立钢包精炼过程钙处理改性钢液中夹杂物反应动力学预报模型：基于数学模拟计算钢液流场、温度场变化，同时计算出钢液中钙的浓度和钢中非金属夹杂物空间分布，将钢包分为不同的反应区域；通过对钢包内不同反应区内、以及不同反应区之间相互反应相耦合计算，预测钢包中不同位置钢液和夹杂物成分变化。凝固和冷却过程钙处理钢中夹杂物转变动力学研究：基于实验室试验和工业试验结果，通过动力学计算研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物转变的动力学模型，预测不同成分和不同尺寸的夹杂物在不同温度下转变速率，实现钙处理后全流程中不同时刻下钢中夹杂物成分、数量和尺寸预测。（4）精准钙处理在线指导软件本模型综合考虑钢液条件，如钢中铝含量、硫含量、洁净度水平、以及钢液温度等，通过反应模型对最优的加钙量进行计算。在实际生产过程中，钙处理前在线获得钢液成分环境，将实际处理条件输入模型计算，可直接给出最优的钙线喂入量，直接指导现场的钙处理操作。

非调质钢作为高效节能环保型钢材在世界范围内发展迅速。它是指经过精密锻造或热轧并控制冷却后就可以达到调质钢才能得到综合性能的一类钢，由于在使用过程中可以省掉调质工序而得名。由于其具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，目前备受世界各国的关注，得到迅速发展和使用，使用量日益增大，广泛用于诸如汽车连杆、曲轴、转向节轴、驱动轴、前桥等零件和结构件，是汽车用钢的典型代表。非调质钢属于合金结构钢，为了保证合金结构钢所制零件的使用寿命，对其洁净度有严格的要求，非调质钢可以采用各种方式进行冶炼，但其对洁净度的要求，只能比合金结构钢更高，而且非调质钢属于微合金钢，要发挥合金元素的作用，其钢液必须是满足一定的洁净度的。因此，开发非调质钢中非金属夹杂物控制关键技术及其重要。（1）非调质钢中夹杂物成分控制技术。将不同工序夹杂物成分求平均值，观察夹杂物在全流程的变化趋势。从 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 三元相图可以看出，夹杂物中主要成分是 Al 2 O 3 和 MnO。随着冶炼进行，夹杂物中 MnO 含量变化不大；夹杂物中 SiO 2 含量比较稳定，在 10%左右，VD 破真空后夹杂物中 SiO 2 含量有所升高，其余工序几乎没有变化。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MgO-CaO 2 三元相图变化表明，钢中夹杂物中 MgO 含量较低，约在 10%以下，冶炼过程中没有明显变化，VD 真空处理后，由于渣线对耐火材料的侵蚀，导致出现部分高 MgO 含量的夹杂物，而良好的渣吸附作用使夹杂物中 MgO 含量没有明显变化；夹杂物中 CaO 含量在冶炼过程中有先升高，后降低的趋势。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 三元相图变化表明，冶炼过程中 SiO 2 含量稳定；夹杂物中 CaO 含量在 LF 进站时较低，经过 LF精炼后，夹杂物从 Al 2 O 3 -MnO 为主要成分，转变为 Al 2 O 3 -MnO–CaO；VD 真空精炼对夹杂物成分影响不大，但增 S 操作后，夹杂物中 CaO 含量明显降低，可能是由于生产 CaS 的缘故；连铸过程由于二次氧化，使夹杂物中 Al 2 O 3 含量上升，夹杂物 CaO 含量有所下降。全流程夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MnO-CaO 三元相图变化表明，电炉出钢后夹杂物中 Al 2 O 3 含量较高，LF 出站和 VD 真空后夹杂物中 Al 2 O 3 含量有所降低，CaO 含量有所升高，渣钢平衡反应是其主要原因；夹杂物中 Al 2 O 3和 MnO 含量在增硫之后有所升高，可能是由于连铸过程中有二次氧化导致。（2）非调质钢中夹杂物数量和尺寸控制技术。根据 Aspex 扫描结果做出的全流程钢中硫化物、氧硫化物、氧化物分布图，如图 2。对全流程单位面积夹杂物数量结果分析表明，随着冶炼的进行，氧化物数量在 VD 破真空前持续降低，软吹后数量有所升高，之后较为稳定，数量约在 12 个/mm2 ，多数氧化物夹杂属于氧硫化物，在 VD 破真空后明显降低，较 LF 工序后期降低约 50%，体现了极佳的精炼效果。连铸过程的氧化物夹杂数量稳定，保护浇铸较好。铸坯和轧材横截面中数量均较低，约 10 个/mm2 。硫化物是最终钢中主要夹杂物。LF 精炼和 VD真空精炼使钢中的硫化物数量降低。在 VD 破软吹后加入 FeS 进行增硫，硫化物数量明显升高，铸坯中由于凝固过程有充分的时间让硫化物聚集长大，因此数量较低，但面积较大。轧材横纵断面中硫化物数量较高，但相对铸坯中尺寸较小，轧材纵截面硫化物的尺寸相对横截面较大。

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下，经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用，有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外，造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面，由于钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。因此，提高弹簧的疲劳寿命，关键要提高弹簧钢的洁净度，因此就要降低氧含量，减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。（1）不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线，以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响，研究表明高碱度有利于氧含量的降低，低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型，可以预测钢液凝固和冷过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。（2）铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比，可以看出，合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大，优化合金可以有效的控制夹杂物中 Al2O3 含量，而对于 MgO 含量影响不大，提升夹杂物塑性化比例。（3）弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种：一种是降低钢中总氧，获得高的洁净度，即采用强脱氧剂 Al 脱氧，将钢中绝大部分溶解氧转化为 Al 2 O 3 ，然后通过炉渣吸收，吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段促进夹杂物上浮，达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法，采用 Si 脱氧，严格控制钢中 Al 含量，避免Al 2 O 3 的析出，这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢，但是夹杂物低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物，疲劳极限优于 Al 脱氧弹簧钢。

汽车板要求优异的深冲性能，主要是 IF 钢，也称超低碳钢，在汽车工业中得到了广泛应用。对于 IF 钢，要获得成品钢材的高延展性、高塑性应变比以及优良的表面性能，要求钢中 C、N、O 含量尽可能低。由于铝具备强脱氧能力，IF钢生产过程采用Al 脱氧，在很短时间内钢中溶解氧即可以降低到 1×10-6 ~3×10 -6 ，同时生成 Al 2 O 3 夹杂。目前 IF 钢生产过程遇到的与夹杂物有关的问题主要包括：（1）钢水可浇性差，易发生浸入式水口堵塞；（2）由铸坯内大型夹杂物引起的冷轧薄板表面长条线状缺陷等。其中针对可浇性问题，主要是要尽可能地减少夹杂物的生成并促进夹杂物的去除，针对表面缺陷问题，主要是促进夹杂物在结晶器内的上浮去除，减少夹杂物被凝固坯壳捕捉。因此，开发了汽车板中非金属夹杂物控制关键技术，为提升国内钢铁企业汽车板的生产效率和产品质量做出了贡献。（1）RH 精炼能力提升技术。RH 真空精炼是汽车板钢中非金属夹杂物去除的主要场所，RH 精炼能力的提升有利于增加夹杂物的去除效率。而 RH 循环流量的增加是提升其精炼能力的主要手段。以往的研究主要集中于增大提升气体流量或者增大真空度来增加 RH 循环流量，但能够实现的增幅有限。本项目创造性地设计了一种圆形上升管-椭圆下降管的 RH 新型真空槽装置，并应用于企业生产实践。将RH 反应器的下降管替换为椭圆形，在不必增加钢包内径的前提下增大了下降管的截面积，起到增大循环流量并延长钢包使用寿命的效果。该技术可解决 RH 精炼效率提升的瓶颈问题，能够大幅提升 RH 真空精炼的效率和能力。图 1 所示的工业试验结果显示了采用此技术时夹杂物最少。（2）超低碳钢铸坯表层凝固钩预测和控制技术。以往对汽车板钢浇铸过程凝固坯壳对夹杂物的捕获现象研究较少，而通过研究发现浇铸过程钢中夹杂物和气泡容易被铸坯表层凝固钩结构所捕获。凝固钩是在结晶器内弯月面凝固后形成的结构，该结构向结晶器内部延伸，很容易捕获结晶器内上浮的气泡和夹杂物，从而引起铸坯的表层缺陷。尤其是超低碳钢凝固过程中的糊状区较窄，更容易形成大尺寸的凝固钩结构，因此对超低碳钢铸坯表层的凝固钩结构的控制尤为重要。本项目通过对不同浇铸参数下的铸坯凝固钩进行对比，研究了不同浇铸参数对凝固钩深度的影响，并通过建立结晶器初始凝固模型，开发了超低碳钢铸坯表层凝固钩的预测和控制技术。通过该技术的实施可以实现不同浇铸工艺条件下凝固钩深度和长度的预测，并采取针对性的措施对其进行控制。一方面有利于预测汽车板铸坯的扒皮深度，另一方面通过控制措施（较高拉速、较高浇铸温度和较低的结晶器一冷水流量、采用电磁制动等）的实施有效减小凝固钩的尺寸，如图 2 实施，减少其对大尺寸夹杂物和气泡的捕获，从而提升汽车板表面质量。（3）超低碳钢连铸一冷优化模型。结晶器是连铸机的心脏，具有极高的冷却效率。结晶器内的钢液流动和冷却速率对结晶器内的凝固坯壳生产和夹杂物的运动、去除和捕获具有重要影响，尤其是对超低碳钢铸坯表层凝固钩尺寸及其对夹杂物和气泡的捕获影响显著。本项目对超低碳钢连铸一冷优化模型进行了开发。首先建立结晶器内的流动及坯壳凝固模型，综合考虑了结晶器内钢液的流动、钢液及坯壳的传热、坯壳与铜板间的缝隙传热、铜板及冷却水的传热。模型首先通过Fluent 软件进行结晶器内的流场和温度场模拟，然后将得到的固相线处的热流密度导出，作为凝固模型的参数输入到凝固模型中进行计算。运用模型对结晶器的传热进行了计算，模拟了一系列结晶器宽度、拉速及浇铸过热度的结果，并将计算的结晶器水流量进行综合统计，得到了适合现场调水的临界水流量水表。在模型计算过程中，模型不但考虑了钢液流动、钢液及坯壳的传热、缝隙传热、铜板及冷却水传热，还对冷却水核沸等额外瞬间增大的热阻的现象进行了警示。图3 所示为模型计算得到的不同拉速、结晶器宽度下的临界水流量，能够为超低碳钢浇铸过程结晶器一冷水量优化提供指导，一冷水并不是越大越好，在保证安全的情况下适当地降低一冷水量能够有效减小凝固钩尺寸和铸坯表层夹杂物的数量。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性，是钢产生裂纹破坏的祸根。一般把粒径大于 50μm夹杂物称为大型夹杂物。这种夹杂物占钢中夹杂总量的 1%，但对钢质量危害最大。如何把大型夹杂物从钢中捕捉并从钢中分离出来，这是首要解决的问题。为此，原冶金部科技司于1982 年下达“钢中大型非金属夹杂物”的研究课题。大样电解是用于分析钢中大于 50μm 非金属氧化物的一种方法。本方法是由电解、淘洗、还原、磁选、分离、照相、分级等部分组成。主要设备包括：钢样电解、碳化物分离、还原设备、显微照相及分级等系统。技术特点：1、电解试样大，捕捉钢中夹杂物效率高；2、采用较低成本的电解液；3、电解槽结构便于处理阳极泥；4、采用物理方法分离碳化物，操作简便，效率稳定，夹杂物回收率高；5、采用还原好磁选方法来分离夹杂物。1985 年通过冶金部鉴定，鉴定认为：本方法在电解液、电解槽结构、淘洗设备等方面均有特色，与国外（日本）同类型分析设备相当，填补了我国的空白，1999 年获国家冶金工业局科技进步三等奖。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性，是钢产生裂纹破坏的祸根。一般把粒径大于50μm夹杂物称为大型夹杂物。这种夹杂物占钢中夹杂总量的1%，但对钢质量危害最大。如何把大型夹杂物从钢中捕捉并从钢中分离出来，这是首要解决的问题。为此，原冶金部科技司于1982年下达“钢中大型非金属夹杂物”的研究课题。大样电解是用于分析钢中大于50μm非金属氧化物的一种方法。本方法是由电解、淘洗、还原、磁选、分离、照相、分级等部分组成。主要设备包括：钢样电解、碳化物分离、还原设备、显微照相及分级等系统。技术特点：1、电解试样大，捕捉钢中夹杂物效率高；2、采用较低成本的电解液；3、电解槽结构便于处理阳极泥；4、采用物理方法分离碳化物，操作简便，效率稳定，夹杂物回收率高；5、采用还原好磁选方法来分离夹杂物。 1985年通过冶金部鉴定，鉴定认为：本方法在电解液、电解槽结构、淘洗设备等方面均有特色，与国外（日本）同类型分析设备相当，填补了我国的空白，1999年获国家冶金工业局科技进步三等奖。 应用范围：该设备主要用于分析钢包精炼、连铸中间包、铸坯钢中大型非金属夹杂物，通过分析研究各阶段钢中夹杂物来源，提出有针对性措施，改进工艺，提高产品质量。