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    作者：沸沸 
来源：制钢参考网
碱性电弧炉氧化法炼钢工艺过程主要包括
原材料准备、补炉、配料及装料、熔化期、氧化期、还原期及出钢等7个阶段。
一、原材料准备
废
钢是电弧炉炼钢的主要材料，废钢质量的好坏直接影响钢冶的质量、成本和生产率，因此，对废钢质量有如下几点要求。
1）废钢表面应清洁少
锈，因废钢中沾有的泥沙等杂物会降低炉料的导电性能，延长熔化时间，还会影响氧化期去鳞效果及侵蚀炉衬。废钢锈蚀严重或沾有油污时还会降低钢和合金元素的
收得率，并增加钢中的含氢量。
2)废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属。铅的密度大，熔点低，不溶于钢液，易沉积在炉底缝隙中造
成漏钢事故；锡、砷和铜易引起钢的热脆。
3）废钢中不得混有密封容器，以及易燃、易爆物和有毒物，以保证安全生产。
4)
废钢化学成分应明确，且需按成分分类存放，硫、磷含量不宜过高。
5)废钢外形尺寸不能过大(截面积不宜超过
300mm×300mm，最大长度不宜超过350mm)。
二、补炉
一般情况下，每炼
完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目的是修补炉底和被侵蚀的渣线及被破坏的部位，以维持正常的炉体形状，从而保证冶炼的正常进行和安全生产，补炉的要点
如下：
1)出钢后立即检查炉衬，需填补炉底时，应先将炉底残渣全部扒出，然后进行填补。补炉的原则是高温、快补、薄补，维护炉膛原状。
2)
补炉料要提前半个小时混合均匀，补炉后放下电极烘烤 30min，若补镁砂量较大，应酌情延长烘烤时间。
三、配料及装料
配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配
料时应注意以下几点：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量；二是炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快速熔化的目的；三是各类炉料应根据
钢液的质量要求和冶炼方法搭配使用；四是配料成分必须符合工艺要求。
装料前应先在炉底铺上一层石灰，其重量约为炉料重量的2％，以便提前
造好熔化渣，有利于早期去磷，减少钢液吸气和加速升温。
装料时应将小料的一半放入底部，小料的上部、炉子中心区放入全部大料、低碳废钢和
难熔炉料，大料之间放入小料，中型料装在大料的上面及四周，大料的最上面放入小料。凡在配料中使用的电极块应砸成50～lOOmm，装在炉料下层，且要紧
实，装好的炉料为半球形，二次加料不使用大块料及湿料。
四、熔化期
在电弧炉炼钢工艺
中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期的任务是将固体炉料迅速熔化成钢液，并进行脱磷，减少钢液吸收气体和金属的挥发。熔化期的操作工艺如
下：
1)启弧阶段。通电启弧时炉膛内充满炉料，电弧与炉顶距离很近，如果输入功率过大、电压过高，炉顶容易被烧坏，因此一般选用中级电压
和输入变压器额定功率的2／3左右。
2)穿井阶段。这个阶段电弧完全被炉料包围，热量几乎全部被炉料吸收，不会烧坏炉衬，因此使用最大功
率，一般穿井时间为20min左右，约占总熔化时间的1／4。
3)电极上升阶段。电极“穿井”到底后，炉底已形成熔池，炉底石灰及部分元
素氧化，使得在钢液面上形成一层熔渣，四周的炉料继续受辐射热而熔化，钢液增加使液面升高，电极逐渐上升。这阶段仍采用最大功率输送电能，所占时间为总熔
化时间的1／2左右。
4)炉料熔化过程中，应根据炉料中含P量的高低，可分批加入适量的石灰及矿石造渣，以利于脱P，加入的石灰量约为炉
料重量的1％～2％，为了调整炉渣的流动性，可加入适量的氟石。
5)在熔化过程中应不断“推料助熔”，当大部分炉料开始熔化时可采取吹氧
助熔，加速炉料熔化，吹氧时采用浅吹提温，插入钢液深度<lOOmm，角度为30& #61616;～45&
#61616;，氧气压力为0.4～0.5MPa。
6)熔化末期采用较低电压供电，炉料全熔后，充分搅拌钢液，取样应在熔池中心处取钢液
分析C、P、S，掌握元素含量，作为后阶段进行氧化、还原反应和控制元素含量的依据，如钢液含碳量不足时，在开始氧化前必须进行增碳。
五、
氧化期
加入氧化剂，使钢液中的碳氧化而熔池产生沸腾的阶段叫氧化期。氧化期的主要任务是脱碳、脱磷，以及去除气体和夹
杂物，并提高钢液温度。氧化期的操作工艺如下：
1)氧化期前一阶段，钢液温度较低，主要是造渣脱磷，炉内的脱磷反应为：
5FeO+2Fe3P=P205+11Fe+Q
P205+CaO=CaO& #8226;P205+Q
由以上反应可看出，要提高脱磷效果，必须造成强氧化性
(WFeO为12％～20％)、强碱性(CaO浓度要高，R=2～3)的炉渣，炉渣流动性要好。适当偏低的温度，加强钢渣的搅拌，以利于脱磷反应的进行。
2)当钢液温度达到1550℃后，氧化期进入第二阶段。氧化第二阶段主要是进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中的气体和夹杂物。我公司在
实际生产中氧化脱碳采用矿石+氧气结合脱碳法，炼钢过程中碳的氧化反应是一个非常重要的反应，其有利于整个熔池的迅速加热，也有利于钢液成分的均匀化。具
体化学反应如下：
0+C=CO，FeO+C=Fe+CO。
在氧化的第二段段，矿石加入应多批、小量、勤搅拌，使熔池沸腾
活跃并使炉渣保持良好的流动性，做到炉渣自动流出。
3)氧化期操作要点：①氧化、测温符合要求，渣况良好方可分批加矿石，每批加矿石量不
得超过料重的1％～2％，每批间隔时间需>5min。②为确保熔池沸腾良好，应将氧化脱碳速率控制在每分钟
0.O1％～0.03％。③调整渣况。当氧化沸腾开始，采用流渣，要求炉渣R=2～3，炉内渣量控制在3％～4％。氧化期后阶段，应使炉渣流动性好，渣层
要薄，渣量控制在2％～3％。④温度控制。氧化期总的来讲是一个升温阶段，升温速度的快慢根据钢液中磷的情况而定。氧化末期必须使钢液温度升高到大于该钢
种出钢温度的10～2O℃。⑤净沸腾。当温度、化学成分合适，就停止加矿石，调整好炉渣，让熔池进入自然沸腾(5～10min)，使钢液中的残余含氧量降
低，并使气体及夹杂物充分上浮，以利于还原期的顺利进行。⑥扒渣。氧化期炉渣中FeO含量很高，又含有P205，为了还原期脱氧及防止回磷必须扒渣，扒渣
的条件是扒渣温度高于出钢温度10～2O℃；扒渣前碳、磷及其他限制性成分应符合要求。⑦增碳。如果氧化末期碳含量过低需增碳，可在扒渣后裸露的钢液面上
撒加纯净、干燥的碳粉，进行增碳。
六、还原期
氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原
期。主要任务是造好还原渣，钢液进行脱氧、脱硫，调整化学成分，控制好出钢温度。还原期的操作工艺如下：
1)停电扒氧化渣后，首先加入锰
铁进行“预脱氧”。锰铁加入后，应立即加入石灰、氟石和碎硅砖造稀薄渣覆盖钢液，以减少钢液吸气和降温。石灰、氟石、碎硅砖块的加入比例为4：1：1，其
总加入量约为钢液重量的 2％～3％，稀薄渣形成后造还原渣进行还原。
2)稀薄渣造好后，立即取样分析C、Mn、Si、S、P等元素含
量，并加还原碳粉。还原碳粉加入后立即关闭炉门，尽量保证炉膛有较好的密封性，以保持白渣快速形成。
3)随着还原过程的进行，炉渣逐渐失
去脱氧、脱硫能力，因而需要分批补充造渣材料，调整炉渣的流动性，大约每隔6～8min加入一批造渣材料，确保反应继续进行，还原末期加入硅铁和铬铁，做
好出钢准备。
4)为了充分地进行脱氧和脱硫，钢液在良好的白渣下还原时间一般应≥15min，且有良好的流动性。还原期总渣量为炉料的
2％～3％，其配比为：石灰：氟石：碳粉=4：1．5：1。
5)当含氧量和含硫量都已降到合格的程度，这时可以测量钢液温度，当钢液温度
达到出钢温度要求时，调整钢液的化学成分。
6)化学成分和钢液温度均调整好后，即可插铝进行终脱氧。最终脱氧的加铝量是钢液重量的
0.1％～0.15％。
七、出钢
出钢必须做到以下几点：
1)成分合
格，各主要元素达到内控规范要求。
2)脱氧良好，加硅铁前必须是白渣，加入后在10min内出钢。
3)出钢槽必须清洁、
干燥、平整，并与出钢口保持平直，以利于出钢畅通，做到钢液与炉渣混出。
4)出钢时，盛钢桶必须烘烤成暗红色，出钢前15min加
2.0kg硅铝钡终脱氧刹，以及每吨钢液加入1kg的稀土硅铁，并在包内烤红。
5)出钢后在盛钢桶内取成品样，检查温度及脱氧情况是否良
好，根据包内钢液温度并结合烤包、炉渣量等实际情况决定镇静时间，以达到铸钢件始浇温度不高于该钢种浇注温度，出钢后应保证镇静时间≥5min。
对
普通电弧炉在熔化期采取熔氧结合技术，可降低钢液含气量和含磷量。在还原期采取还原精练技术则有利于钢液的去气、去杂质。采用该冶炼工艺提高了钢液质量，
改善铸钢件组织结构和力学性能，同时也改善了铸件表面质量，并能创造一定的经济效益。
（我的钢铁）
 
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32 在保护浇注中，二段式和整体
式浸入式水口各有哪些优缺点?
　
对于二段式浸入式水口来说，由于浸入式水口与中间包水口间的配合不严密，钢流吸气使钢水二次氧化，降低了钢水的内部质量，但使用二段式水口有利于实现水口
的快速更换，从而提高连浇炉数，提高连铸生产效率。对于整体式水口而言，其密封性能较好，可以有效地防止钢水的二次氧化，确保钢水的纯净度，但整体式水口
最大的缺点就是更换不太方便，影响连铸机的作业率。
 
33
为什么连铸圆坯材目前只能用作圆管坯而不能用作棒材坯?
　
应该可以做棒材，而且从坯形来说，圆坯比方坯更适合于生产棒材，只是目前的轧机孔型不太适合。
 
34
连铸包晶钢的注意事项是什么?
　
包晶钢在凝固过程中会发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，容易发生结晶器漏钢事故和铸坯表面质量缺陷。因此，在连铸包晶反应钢时，
以铸坯表面质量为主，其注意事项主要有以下几点：
　
(1)提高钢水洁净度。尽量提高钢水的纯净度，降低钢中有害元素S、P的含量，提高Mn、S比。
　
(2)结晶器液面稳定控制。采用结晶器液位自动控制，使结晶器液面波动范围控制在±5mm；合理的浸入式水口插入深度和出口倾角，以及水口对中，使坯壳均
匀生长。
　
(3)合适的结晶器工艺参数。良好的结晶器铜板表面质量；优化结晶器振动技术；结晶器采用缓冷，改善结晶器的冷却；合适的结晶器锥度。
　
(4)合适的二冷工艺参数。二冷采用弱冷，尽量避开第Ⅲ脆性温度区。
　
(5)合适的结晶器保护渣。保护渣的黏度、碱度应合理选择，使结晶器传热更加均匀。
35 特殊钢方坯连铸的凝固特
点是什么?
　 由于特殊钢中加入了许多合金元素，因此其凝固特性与普碳钢有所不同：
　
(1)钢中含有Cr、V、Ti、Nb、Al等活泼元素，这些元素易与氧和氮发生反应生成高熔点的化合物，给浇注操作和铸坯质量带来不利的影响。
　
(2)凝固温度区间变化大。合金元素会使钢的固相线和液相线温度区间发生变化，合金元素含量较高时，凝固温度区间会发生较大变化，在选择钢液过热度、确定
二冷制度时要给予充分考虑。
　 (3)凝固组织。合金元素及其含量不同会形成不同的凝固组织。有些元素会使铸坯裂纹倾向增加。
　
(4)热物理性能。合金元素会使钢的导热系数、热膨胀系数等物理特性发生变化。一般合金钢的导热系数比碳钢小，而凝固收缩量比碳钢大。
　
(5)钢的高温性能。合金元素会使钢的高温性能发生变化，对钢的热延性曲线的脆性“口袋”温度有重要影响。因此，二冷区冷却强度及配水制度要根据所浇钢种
实测的脆性温度范围确定。
 
36 在特钢连铸中，大包升降与不升降对
钢水质量各有什么影响?
　
在特钢连铸中，钢水包在回转台上做升降运动，便于在钢包和中间包之间使用长水口，实现保护浇注。通过保护浇注可以给钢水质量带来以下影响：
　
(1)使钢中的总氧量减少。实践表明，在生产铝镇静钢时，使用长水口比敞开浇注总氧量减少20～30×10-6，可以保证90％的铸坯无皮下夹杂。
　
(2)使钢中酸溶铝含量减少。钢水中A1203减少，降低了水口堵塞的概率。
　
(3)使中间包渣中的A1203含量减少。渣中A1203减少，改善了保护渣的流动性，有利于结晶器均匀传热，减少了漏钢和纵裂、凹陷等表面缺陷。
 
37 在特钢连铸坯热送中。铸坯表面温度控制有何要求?
　
在连铸坯直接轧制(CC—DR)中要求连铸坯温度在1
100℃以下不经加热炉，在输送过程中通过边角补热装置直接送轧机轧制；在连铸坯热直接轧制(CC—HDR)中要求连铸坯温度在1100℃以下，A3以
上，不经加热炉，在输送过程中通过补热均热直接送轧机轧制；在连铸坯热装轧制(CC—DHRC)中连铸坯温度在A3以下，Al线以上，直接送加热炉加热后
轧制；在连铸坯热装轧制(CC—HCR)中连铸坯温度在Al以下，400℃以上，经保温热送至加热炉送轧机轧制。一般将铸坯温度达400℃作为热装的低温
界限，低于400℃不再热送。
 
38 为什么不锈钢的切割要加铁粉?
　
当用火焰切割不锈钢铸坯时，因在高温条件下易产生黏稠的铬氧化物，熔点较高，能阻断切割的进行，且熔渣不易排除，使切割中断，所以需要辅加铁粉或其他助熔
剂。
 
39 各种非正弦振动波形的适用范围有哪些?
　
结晶器非正弦振动形式的开发，突破了以上、下振动相互对称为特征的正弦式振动的限制，克服了正弦振动工艺效果的不足，实现分别选择和构造结晶器上振和下振
两个过程的波形曲线。结晶器非正弦振动可以实现在线调节振幅和频率，按工艺要求设定波形。就工艺效果而言，非正弦振动对减少负滑脱时间、控制振痕深度属于
高频振动；对于增加保护渣消耗、控制结晶器摩擦阻力则属于低频振动。
 
40
从中间包流场合理性来考虑，小方坯连铸最多为几流合适?
　
连铸机的流数主要是由炼钢炉炉容量、浇注时间、浇注断面及拉速所决定；并且从中间包流场合理性来考虑，小方坯连铸机一般为4流，最多为8流。
 
41 为什么连铸不能浇铸沸腾钢?
　
连铸浇沸腾钢时，由于钢水在结晶器内的沸腾，易使蜂窝气泡外露和钢水溢出，影响铸坯表面质量和生产安全性。沸腾钢表面质量好，价格便宜，广泛应用于生产薄
板和其他产品。而沸腾钢不能用硅脱氧，只能用少量铝脱氧。硅高时，硅锰系夹杂在热轧卷中以条状存在，影响伸展性，由于硅在表面富集，退火时易使薄板表面产
生回火缺陷。
　 为了适应连铸的要求，开发了与沸腾钢具有同等质量的钢种：
　
(1)吕班德(RIBAND)钢，其成分为C<0.10％，Mn 0.2％～0.6％，Si 0.03％～0.08％，A1
0.004％～0.015％；
　 (2)准沸腾钢，其成分为C<0.10％，Si0.01％，Mn 0.25％，A1
0.006％；
　 (3)铝镇静钢，其成分为C 0.03％～0.06％，Si<0.02％，Mn<0.3％，A1
0.02％～0.05％。
 
42 怎样浇注小方坯铝镇静钢?
　
浇注小方坯铝镇静钢的主要问题是水口絮死。改善钢水脱氧，加强LF炉前期脱氧，保证钢包吹氩时间，保证钢水中的钙铝比，防止絮状Al203铝形成，加强保
护浇注，防止二次氧化。
43 在热装中。连铸坯的“在线淬火”(三冷) 是解决什么问题的?
　
当轧机需要连铸坯热送热装时，如果铸坯冷却不当，就有可能影响轧材产品质量，特别是在生产低碳铝镇静钢时更是如此，其延伸率较低而产生的晶间裂纹容易造成
铸坯表面缺陷。这主要是由于铸坯冷却过程中，在奥氏体晶粒边界有氮化铝或钒、铌、硼的碳氮化合物析出，析出温度范围约为600～900℃。如果铸坯在进入
加热炉前进行强制冷却(俗称“三冷”)，铸坯表面就会很快跨过这一临界区域，能够有效防止氮化物聚集。
 
44
在大方坯浇注中，使用直孔或带侧孔浸入式水口各有哪些优缺点?
　
带侧孔浸入式水口的注流浸入深度浅些，对促进气体和夹杂物上浮分离有利；但浸入深度过浅，又会引起结晶器液面剧烈翻腾，造成结晶器液面上的保护渣卷入钢液
之中。直孔水口注流的浸入深度较大，夹杂物被凝固壳捕捉的可能性变大；但浸入深度过大，气体和夹杂物上浮不易。因此，应当根据浇注断面的大小和浇注速度的
高低来选择适当的浸入式水口形状。在浇铸板坯和大方坯时，一般选用带不同出口角度的侧孔水口；而浇注小断面坯时，一般使用直孔向下的浸入式水口。
 
45 在大方坯浇注中，采取哪些措施保持铸坯形状方正?
　
连铸坯坯形不正(脱方)是大、小方坯特有的形状缺陷。脱方不仅会引起角部裂纹及内部裂纹等缺陷，严重时会在轧钢时不能咬入，钢坯在加热炉内发生堆钢等现
象，因此保持坯形状方正，对连铸生产意义重大。脱方主要是铸坯在结晶器中4个面冷却不均匀所致，不合理的二冷制度等加剧了脱方。为防止连铸坯脱方应采取如
下措施：
　 (1)选择合适的结晶器锥度及内腔形状，如抛物线锥度结晶器，配用合适的保护渣，改善坯壳与结晶器壁的接触状态；
　
(2)优化结晶器工艺参数，如结晶器铜管厚度、冷却水压力、水缝宽度及水缝的4个面均匀性、上下均匀性、流速、水质等，改善初生坯壳的生长环境；
　
(3)结晶器下口支撑与对中。采用足辊或多级结晶器，有效地支撑铸坯，并使之均匀冷却，得到均匀厚度的坯壳，防止脱方；
　
(4)二次冷却。合理设置喷嘴及二冷制度，如角部弱冷等可以防止脱方；
　 (5)采用低温浇铸，降低钢水过热度。
46
适合连铸的特殊钢有哪几类?
　
目前，组织为铁素体、珠光体、奥氏体、马氏体、贝氏体的钢已能成功地采用连铸工艺进行生产，而莱氏体钢采用水平连铸工艺生产国外也有报道，弧型连铸机生产
此钢种则还没有在大批量生产中得到推广。
 
47 合金钢连铸机与普钢连铸机相比有什么
样的特征?
　 合金钢连铸机与普钢连铸机相比没有本质的区别，但由于合金钢的特性和质量要求，其连铸机通常具有以下特征：
　
(1)钢液从大包到结晶器采取全保护浇注。
　
(2)采用大容量中间包且工作液面较深(最好达1m以上)，设置合理的挡渣墙，采用碱性耐火材料。
　
(3)为配合保护浇注，中间包车具备可升降功能。
　
(4)根据最终产品的规格和合理的压缩比来确定连铸坯的规格，一般宜选用稍大的断面。
　 (5)较大的弧型半径。
　
(6)采用塞棒控制的结晶器液面自动控制系统。
　 (7)结晶器采用高频、小振幅的方式。　　 　
　
(8)采用电磁搅拌技术(具体形式可根据所生产钢种确定)。
　 (9)二次冷却一般采用弱冷工艺，并选择自动控制技术。
　
(10)对大方坯连铸机，二冷段采用密排夹持辊。
　 (11)拉矫机采用多点或连续矫直。
　
此外，为保证合金钢连铸坯的质量及成坯率，有些铸机还配备了大包升降和加盖、大包和中间包称重、大包下渣检测、中间包连续测温、中间包加热、轻压下、铸坯
在线取样和打号等技术。
 
48 什么是组织应力，什么是热应力?
　
组织应力又称相变应力。在连铸阶段，钢从液态冷却到室温的过程中会发生一系列的组织转变(又称相变)，如钢从L→δ→γ→P转变时，体积会产生收缩或膨
胀，特别是由于连铸坯横断面上存在较大的温度差，使得组织转变不可能同时进行和完成，这就会在连铸坯内外部产生不均匀的变形，从而产生拉伸或压缩应力，这
就是组织应力。
　
由于连铸坯在横向或纵向存在一定的温差，即使在没有组织转变的情况下，还会造成铸坯收缩或膨胀的不一致，从而在铸坯上产生应力，这就是热应力。
 
49 什么是连铸坯的低倍组织，有哪些评定指标?
　
当连铸坯完全凝固后，从铸坯上切取的横断面试样，经过适当加工后，通过肉眼或不超过10倍的放大镜所观察到的组织称为连铸坯的低倍组织(又叫连铸坯的宏观
组织)。低倍检验一般采用酸浸法或硫印法。
　
连铸坯典型的低倍结构是由三个区域带组成：表皮部分是细小的等轴晶带区域；表皮往里是树枝状晶体构成的柱状晶带，其方向是垂直于铸坯表面；中心是粗大的等
轴晶带。由于连铸工艺的特点，铸坯的柱状晶发达，中心等轴晶带区域较小，有时甚至没有中心等轴晶。
　
连铸坯的低倍组织评定一般依据国标或行业标准，其具体指标有：中心疏松、中心偏析、缩孔、内部裂纹(包括角部裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心裂纹)、皮下
气泡、非金属夹杂物、白亮带、夹渣(包括中心夹渣、皮下夹渣)、异金属夹杂、翻皮。评定时对照标准图谱，确定各项指标的相应级别。
 
50 什么叫连铸坯的固相率?
　
工程上所说的所谓连铸坯固相率一般有两种不同理解，可由下列两式说明：
　 (1)&
#402;=1-(a液×b液)/(a×b)，指铸坯凝固率；
　 式中a、b—连铸坯的外形长、宽，mm；
　
a液、b液—连铸坯液相穴的长、宽，mm。
　 例如：200mm×240mm的连铸坯，液相穴100mm×120mm
　
即a=240mm，b=200mm
　 a液=120mm，b液=100mm
　 &
#402;=1-(120×100)/(240×200)=0.75
　 (2) & #402;S
=(T1-T)/(T1-TS)，指铸坯中两相区某点固相率；
　 式中T1—液相线温度，℃；
　
TS—固相线温度，℃；
　 T—连铸坯两相区温度，℃。
　
它们可以由铸坯内部的传热方程式和铸坯外面的辐射传热方程求出。即：
　
T1=1539一(70C+8Si+5Mn+30P+25S+4Ni+1.5Cr+2Mo+2V)
　
TS=1534—2.29[80.5C+17.8Si+3.75Mn+33.5(P+S)+3Ni+1.5Cr+3.4(Cu+A1)]
　
式中 C、Si、Mn—钢中元素含量质量百分数，％。
　 例如：GCrl5
Tl=1455℃，TS=1313℃，T1一TS=142℃
　 若T=1441℃　 则& #402;S=0.1
　
若T=1427℃　 则& #402;S=0.2
 
51
钢从液态冷却到室温有哪些收缩，它列连铸工艺的确定有何影响?
　
钢从液态冷却到室温的体积收缩包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个部分。
　
(1)液态收缩是指注温降到液相线温度的体积收缩。它主要与钢种及注温与液相线温差有关。液态收缩对铸坯质量的影响不大，可以忽略。
　
(2)凝固收缩是指从开始凝固到完全凝固的液一固转变体积收缩。凝固收缩与钢水成分及液固相线温度差有关。一般来说，碳含量在0.6％～1.0％的钢凝固
收缩较大，这是因为在此碳含量范围的钢首先凝固出来的不是体积较大的δ相，而是体积较小的γ相(密度较大)，同时固液相线温度差较大。凝固收缩和铸坯的低
倍结构有直接关系。这也是为什么高碳钢容易产生缩孔、疏松的重要原因。
　
(3)固态收缩是指凝固后到室温的固态降温体积收缩。它不仅与钢的化学成分有关，还与相变有关。例δ→γ时体积要收缩，γ→α时又要膨胀。在无相变的情况
下，温度降低会产生收缩。由于相变、固态收缩会产生组织应力和热应力，若控制不当会产生铸坯裂纹。因此它对铸坯质量会有各种较大的不利影响。
 
52 连铸过程中的二次氧化是指什么，它会产生什么样的后果，如何防止?
　
连铸时，钢水从钢包→中间包→结晶器的流转是一个较长的过程，钢水不可避免地要与空气、包衬、水口、覆盖剂、保护渣等材料接触发生某些物理化学反应，此时
已处理洁净的钢水会被重新污染，这一过程叫做二次氧化。
　
其产生的后果是生成的二次氧化产物一旦留在钢中会形成夹杂物。其夹杂物往往具有组成复杂、颗粒尺寸大等特点，对钢质量的影响也是较恶劣的。
　
目前，国内生产优特钢的连铸机都已采用了保护浇注技术，但配置水平差异较大。为使二次氧化降低到最低，还应采取以下措施：
　
(1)钢包长水口必须采用氩封，同时配以密封垫；
　 (2)为防止引流砂被钢水卷入，钢包开浇时必须将引流砂引至中间包外；
　
(3)中间包在钢水进入前应先用氩气充填满；
　 (4)中间包应尽可能采用整体内装浸入式水口；
　
(5)水口、包衬应采用高铝质或镁质碱性材料；
　 (6)覆盖剂等辅助材料采用碱性材料；
　
(7)加保护渣、覆盖剂时应规范作业，防止钢水露面或卷渣。
 
53 对有铝含量要求的钢种，连
铸时应注意哪些问题?
　
对优特钢而言，为保证钢中低的氧含量，一般都采用铝脱氧，这就会使钢中残留一定的铝含量。而其中有些钢种为满足加工工艺性能和使用性能的要求，对钢的成品
铝含量设定了下限，一般要求[A1]在0.02％～0.05％。以上都有可能会造成连铸浇注中的结瘤或水口堵塞事故，同时还会引起微观或宏观夹杂物缺陷。
可以这样说，铝对钢是一柄双刃剑。在连铸生产含铝要求的钢时应注意以下几点：
　
(1)在精炼过程中，前期应尽可能一次加足铝。因为，加入钢液中的铝会与氧迅速生成A1203，其形式主要是成簇的团状夹杂物和细小颗粒(一般不超过
30μm)的A1203。团状夹杂物比较容易上浮进入渣中，而细小的A1203夹杂物则不容易上浮。前期加入Al块，就给A1203夹杂物上浮留下了充裕
的时间，有利于减少钢的夹杂物。
　
(2)对钢液进行钙处理，使之生成低熔点的12CaO·7A12O3等夹杂物，可以避免钢水结瘤。这里要特别注意控制[Ca]/[A1]比。当[Ca]
/[A1]<0.07时，增加[Ca]含量会使浇注性能得到改善；当0.07<[Ca]/[A1]<0.1～0.15时，生成夹杂物为
CaO·6A1203，水口产生结瘤；当[Ca]/[A1]>0.1～0.15时，生成夹杂物为12Ca0·7A1203等低熔点夹杂物，大大改善
钢水流动性，可以完全避免水口结瘤。
　 (3)加强连铸过程中的保护措施，减少钢水二次氧化。
　
(4)注意合理控制钢水化学成分，在允许的情况下，[A1]按下限控制，同时[S]也尽可能降低。
 
54
为何会出现铸坯表面增碳现象，操作中应如何避免?
　
正常情况下，铸坯表面及皮下的成分与基体基本一致。但在少数情况下，也会出现铸坯表面增碳的情况，它会影响到钢材加工及使用性能。因此，应给予高度重视。
　
研究表明，在结晶器内保护渣液渣层与烧结层之间存在一个碳富集层，使接近弯月面处的固态渣圈有碳的富集。一方面，当钢液面上升时，富碳层进入结晶器与铸坯
之间，使富碳层中的碳向铸坯表面渗透；另一方面，当结晶器液面波动过大时，富碳层与弯月面处的钢水直接接触，造成结晶器内的钢水增碳，而这部分钢水凝固后
就形成铸坯表面。这是造成铸坯表面增碳的主要原因。
　
一般情况下，保护渣碳含量越高、结晶器液面波动越大，就越容易引起增碳，此外保护渣碳的活性度越高，增碳的可能性越大。
　
因此，要减少或杜绝铸坯表面增碳，操作中应使结晶器液面尽量稳定，保护渣加入应尽可能提早、杜绝红渣操作、及时捞出渣圈。在可能的情况下选用低碳或无碳保
护渣、低活性碳的保护渣。
55 大方坯连铸的特点是什么，应注意什么问题?
　
我国的大方坯连铸事业起步较晚，随着近几年投产的大方坯连铸机日趋增多、连铸大方坯的产量逐渐提高、生产钢种也愈来愈多，暴露出了一些问题，这些问题与大
方坯连铸的特点有关，应该引起连铸工作者的关注。
　 与小方坯相比，大方坯连铸有以下特点：
　 (1)比表面积小；
　 (2)钢水静压力大；
　 (3)坯壳线收缩大；
　 (4)铸坯热容量大；
　
(5)凝固距离(从铸坯表面至中心的距离)长；
　 (6)铸坯在二冷室的辐射传热强度小；
　 (7)液相穴长。
　 由于大方坯的以上特点，可能会给铸坯带来以下缺陷：
　
(1)连铸的共性问题是出结晶器角部坯壳比较薄弱，加上大方坯的特点：坯壳线收缩大，钢水静压力聚集在坯壳角部形成剪切应力。因此，大方坯角部往往最容易
出现裂纹、凹陷等缺陷；
　
(2)大方坯的枝晶间距比小方坯要大，微观偏析要严重一些，带来的后果是加工后的钢材带状组织、硫化物等更容易超标；
　
(3)铸坯的宏观偏析比小方坯严重，特别是中心偏析；
　 (4)铸坯更有可能出现中心疏松、缩孔等缺陷。
　
为解决大方坯可能出现的问题，在工艺、工装上应注意以下几个方面：
　
(1)在生产与小方坯相同钢种时，大方坯的中间包过热度应更低一些；
　 (2)选择低的拉速；
　
(3)二冷段喷嘴宜选用圆形实心气雾形式；流股应覆盖除铸坯角部外的整个表面；喷嘴间距的选择应考虑相邻流股既不能重叠又不能分离；二冷段长度应基本与液
相穴长度相同(可避开搅拌器、轻压下装置等)；喷嘴流量应尽可能弱一些。
　 此外，还可采用末端搅拌、轻压下、连续锻压等技术。
 
56 低碳高锰钢连铸要注意些什么?
　
(1)含碳为0.12％的钢最容易产生纵裂。磷、硫、砷含量高时，纵裂出现率高。
　
(2)含锰1.35％的钢纵裂多于含锰0.70％的钢。
　
(3)低碳高锰钢在凝固过程中发生包晶反应，伴随这一转变而出现较大的体积变化和线收缩，是连铸坯产生热裂纹的原因。
　
在结晶器中钢水弯月面附近从铸坯导出的热量太多和导出的热量不均匀，更容易引起纵裂。
　 采取的对策如下：
　
(1)降低钢中磷、硫、砷等；
　 (2)控制结晶器液面波动小；
　 (3)控制合理的负滑动时间；
　
(4)结晶器冷却水温差适当放大；
　 (5)浸入式水口插入深度合适；
　 (6)结晶器下口二冷水密度减小；
　
(7)中间包钢水过热度控制在20℃左右。
　
特别指出的是：浇注含锰高的钢种时，在浇注过程中保护渣中MnO含量将会增加。钢中含锰量愈高，保护渣中MnO含量增加的就愈多。MnO含量增高时，保护
渣的黏度降低，偏离保护渣初始黏度的最佳值，所以浇注含锰高的钢种时，应事先增加初始渣中的MnO含量，例如当钢中含锰量等于1.5％时，将初始渣中的
MnO含量从0.1％增加到3.5％。
 
57 怎样减少快换中间包的时间间隔?
　
为提高连铸机生产效率，减少因更换中间包造成的铸机热停工时间，一般可采取快换中间包的方法。具体措施如下：前一个中间包拉完后，迅速提升中间包，开到旁
侧准备位，另一侧准备好的中间包开到浇注位，左右定位准确，调整上、下升降至水口浸入结晶器合适位置。整个过程拉速停止或保持较小(若换包时间允许的
话)，保证新中间包开浇时原铸坯还在结晶器内。结晶器内视情况可加入适量冷钢条，新中间包开浇。
 
58
钙处理如何实现连铸钢防止水口结瘤、清洁钢水、提高质量的目的?
　
钙处理的原理是：钢中加入适量钙后，可以把铝脱氧产生的高熔点的脆性A12O3夹杂物处理成为低熔点的钙铝酸盐，防止水口结瘤，促进了夹杂物上浮，使钢更
清洁；另外，由于钙和氧、硫的亲和力非常强，可使钢中的FeS、MnS夹杂转变为高熔点的CaS夹杂，或者具有高硫容量的高钙铝酸盐冷却时，在表面析出
CaS，形成双相夹杂，它们在热轧时不被拉长，提高了钢材的组织性能。实际处理时把握以下几点：钙处理前必须先脱氧，钙铝比不小于0.08，钙硫比在
1.20左右时，就可以使球化率达到100％，而且钢中的夹杂物总量最少。
 
59
超低碳钢连铸过程有哪些防止增碳的技术?
　
国外先进钢厂在超低碳钢生产中，从真空处理结束到连铸成坯过程平均增碳可以控制在0.0003％～0.0005％，包括钢包及中间包保温剂、钢包水口及中
间包浸入式水口的耐火材料衬和结晶器保护渣的增碳。采用超低碳多孔镁质材料取代普通的碳化稻壳作为钢包保温剂，可使钢包到中间包过程钢水的增碳减少到
0.0001％；长水口采用低碳水口，增碳可比用一般水口降低2/3；结晶器保护渣采用低碳空心保护渣(含碳量约0.5％)，保持液渣层一定厚度
(20～30mm)，以及采取结晶器液面控制仪等措施，避免因钢液与结晶器内保护渣直接接触而引起的增碳。
 
60
如何从水口材质上防止高铝含量钢水对水口的堵塞?
　
根据对水口堵塞物分析，主要以A12O3为主。为实现防堵，一般采用在水口内衬复合防堵层，防堵层材质的选择主要有两种思路：一是引入与堵塞物A12O3
生成低熔点物质的办法，CaO是用得最多的添加物；二是希望耐材高温稳定性好，与A12O3基本不反应，此法有添加尖晶石、BN、莫来石、CaF2、
ZrO2等。根据水口结瘤的根本原因，生产无碳无硅质水口成为新一代防堵材料。
 
61
由于特殊钢中加入合金元素。其凝固特性发生哪些变化?
　
(1)钢中含有较强的活泼元素。如不锈钢中铝、钛等易与氧、氮结合生成氧化物、氮化物等复合化合物，给浇注操作和铸坯质量带来危害。
　
(2)凝固温度区间变化大。合金元素含量较高，意味着液相线和固相线温度区间大。如奥氏体不锈钢该温度区间为56℃，而铁素体不锈钢为25℃，碳含量影响
很大，凝固温度区间的变化，在选择钢液过热度、二冷强度、水量分配时必须予以考虑。
　
(3)凝固结构。钢中元素、含量、形式不同的凝固结构，对特殊钢质量影响很大。
　
(4)热物理性能。合金钢热物理性能(导热系数、热膨胀系数等)变化较大。如不锈钢的导热系数比碳钢小，而凝固收缩量比碳钢大，连铸的二冷强度和分布设计
必须充分考虑。
　 (5)高温性能。如奥氏体不锈钢高温强度高，可采用较高拉速。
　
(6)裂纹敏感性。裂纹敏感性决定于钢种，但它又与冷却制度凝固结构、铸坯应力等有关，如铬镍不锈钢，显微偏析严重，增加了裂纹敏感性。
62
铝镇静钢连铸有什么要求?
　 铝镇静钢是低碳、低硅用铝完全脱氧的钢，是德国开发生产的钢种，其要求是：
　
(1)钢中酸溶铝稳定在W(A1)=0.02％～0.05％；
　
(2)最大限度地降低钢中夹杂物，尤其是w(A12O3)含量，以防水口的堵塞；
　
(3)提高钢水纯净度，钢中总含氧量控制在20×10-6以下。
　
用于食品包装，如罐头皮、易拉罐等的镀锡薄板，其最终产品轧制成厚度只有0.10～0.18mm的钢板，因此对连铸坯质量要求极为严格，应具有均匀的力学
性能和深冲性能，高纯净度，大于50×10-6m的夹杂物应小于1mg/10kg(kg指钢水重的单位)，良好的表面质量，以利于镀层的黏结；钢中硫、磷
含量要尽量低，以提高其耐腐蚀性能。
　 根据钢板的不同用途确定对其清洁度的要求。连铸应注意以下几点：
　
1)选择合适的钢液精炼方式，控制钢中含氧量和含铝量在规定数值范围内。
　 2)中间罐钢液过热度在30℃左右为宜。
　
3)全程保护浇注，防止二次氧化。
　 4)最好选用碳含量低，具有充分吸收溶解A1203能力的保护渣。
　
5)充分发挥中间罐冶金功能。
 
63 中厚板钢连铸有什么要求?
　
对机械结构件、桥梁、船舶等用钢，均浇铸成板坯，加工轧制成中厚板钢。一般厚度在4mm以上的钢板称为中厚钢板。中厚钢板最主要的性能要求：一是具有较高
抗拉强度和冲击韧性，良好的焊接性能和抗大气与海水的腐蚀性能等；像用于石油开采的海洋平台、石油管线用钢、容器用钢等；二是还要求具有很好的抗层状撕
裂，抗氢脆裂纹和低温冲击韧性等。因此连铸坯的成分偏析要小，无中心疏松和缩孔，无内裂；脆性夹杂物和硫化夹杂物要低。
　
根据中厚钢板的用途，适用的钢种有两大类：一是硅一铝脱氧的镇静钢；二是细晶粒低合金钢或含钛、铌等微量元素的高强度钢，一般含锰量在1.60％以上。
　 这类钢的连铸要求：
　 (1)中间罐钢液控制较低过热度，在15％左右较为适宜。
　
(2)采用全程保护渣浇注。选用合适的保护渣。
　 (3)拉坯速度要求控制低些，二冷区铸坯冷却要均匀。
　
(4)应用电磁搅拌技术和轻压下技术，以减轻中心疏松与中心偏析。
 
64 圆坯连铸有什么特点?
　
圆连铸坯用来生产不同口径的无缝钢管。无缝钢管的生产是圆铸坯边旋转边向棒芯端部顶头推进而穿孔，圆坯是依靠两个倾斜辊子进行旋转。被穿孔的内表面成为无
缝钢管的内壁；这是一种很苛刻的加工方法，因而对圆铸坯质量要求很严格。
　
与方铸坯相比，圆坯结晶器无角部先期凝固；必须保持结晶器和二冷区的均匀冷却，坯壳均匀收缩，防止产生表面裂纹和椭圆变形。但是圆铸坯结晶器比相应方铸坯
散热面积要小一些。
　 根据圆铸坯特点，连铸时应注意：
　 (1)圆铸坯的拉坯速度应适当低些。
　
(2)充分发挥中间罐的冶金功能。
　 (3)全程保护浇注，选用合适的保护渣。
　 (4)控制二冷区均匀冷却。
　 (5)控制结晶器液面稳定，最好采用液面自动控制装置。
　
(6)采用电磁搅拌技术，以减轻中心偏析，消除中心疏松和裂纹。
 
65
为什么要开发研究特殊钢连铸的工艺技术?
　
随着冶炼-连铸过程控制技术的提高，以及对合金钢凝固特性的深入研究，使连铸技术目前在特殊钢领域中已得到广泛的应用。如超纯净度的IF钢、高牌号硅钢、
不锈钢、管线钢、硬线钢、重轨钢、工具钢、合金结构钢等，几乎可以涵盖绝大多数的常用特殊钢品种。采用连铸工艺生产的特殊钢，不仅铸坯的质量均匀，而且还
会有良好的深加工性能，同时还可以提高金属收得率，缩短生产周期，具有巨大的经济效益，发展前景相当好。
　
我国特殊钢连铸在近十年来也得到了迅速发展，几个主要特钢厂都引进了较先进的特钢连铸机，并形成了具有各自特点的品牌特钢连铸产品，但与国际先进水平相
比，不论在浇注品种、产量、产品质量、工艺技术和基础理论的研究上，都存在着较大差距。这就是为什么要抓紧开发、研究特钢连铸工艺技术的目的。
 
66 特殊钢的凝固特性与普通钢相比有哪些特点?
　
特殊钢质量要求比普通钢高，如纯洁度、成分均匀性、气体含量、低倍组织，夹杂物形态，等等。有些钢种含有较多的活泼元素和易氧化元素，在冶炼和浇注过程中
极易氧化，影响钢的质量；不同钢种其凝固温度区间的变化不同，随着合金元素及加入量的不同，固液相温度差值的变化也较大，有些钢种的固液两相区较宽，钢的
凝固组织变化较大；有些钢种的热物理性能差别较大、裂纹敏感性高，其在连铸工序的控制精度要求也就高，甚至同一钢种因其用途不同，其工艺控制重点也不相
同；且大部分特钢连铸生产的批量不大，这就给特钢连铸的生产组织和管理带来了难度；因此，除了要求特钢连铸机具有较高的装备水平外，还需要有较强的工艺技
术开发研究手段和人才，才能使特钢连铸的品种不断扩大，产品质量不断提高和稳定，在竞争激烈的市场中立于不败之地。
 
67
特殊钢的凝固组织对连铸过程有什么影响?
　
铸坯的凝固组织对产品质量有着直接的影响，而钢中的合金元素及其含量的不同会形成不同的凝固组织。具体可以分为三类：
　
(1)钢液凝固形成稳定的δ相或γ相一初生树枝晶和二次晶晶界完全重合：如铁素体Cr钢和奥氏体Ni—Cr钢就是该类组织；
　
(2)钢液凝固先形成δ相，然后转变为γ相一初生树枝晶与二次晶界分明：如含有δ一Fe相的Cr-Ni奥氏体钢；
　
(3)钢液首先凝固成δ相，然后发生δ→γ→α,的转变，δ、γ、α相晶界分明：如一些低合金钢。
　
初生晶为δ相与γ相的铸坯，其显微偏析有很大差别，溶质元素在δ相中的扩散速度比在γ相中快100倍，因而在γ相中存在明显的显微偏析。如S在γ相晶界的
偏析，就会加大钢的裂纹敏感性。
　
二次枝晶间的距离是显微偏析程度的量度。在冷却条件相同的情况下，随着钢中一些合金元素的含量增加，二次枝晶间的距离减小，显微偏析也随之减轻。
 
68 什么是中间包电磁净化技术?
　
连铸过程中，中间包是去除夹杂物的最后、最理想、最关键的场所，一旦夹杂物进入结晶器，就很难有足够的时间排除夹杂，水口注流的冲击甚至还容易将夹杂物带
入凝固前沿，从而给连铸坯质量带来威胁。并且某些夹杂物在水口聚积容易堵塞水口，影响浇注。
　
近年来，日本首先开发出一种离心中间包净化技术，在不锈钢精炼方面取得了较好的效果。但由于技术保密的原因，该核心技术只有日本川崎制铁公司所掌握。
　
国内在电磁净化钢液方面也开展了多年的研究，在电磁场的发生装置设计方面具有丰富的经验。目前采用中间包旋转磁场净化技术，已经取得了工业实验的成功。该
技术的核心是设计具有合适结构和电磁参数的半圆形旋转磁场发生器，驱动中间包圆柱形腔(一般在大包钢流注入区)中的钢液产生旋转运动，钢液中的非金属夹杂
物向中心迁移并上浮，从而达到净化钢液的目的。
　
采用该技术后，可以显著降低特殊钢中的大颗粒非金属夹杂物，控制钢液中不变形夹杂物尺寸低于20μm以下。
 
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    作者：李炳源 
来源：制钢参考网
氧枪技术自氧气顶吹转炉出现以来，就在
不断地改进与发展。氧气是通过形状复杂的氧枪喷头供给转炉熔池进行冶炼操作的。氧枪喷头各参数的合理选取、精细的加工制造技术及最佳的熔炼操作，自然受到
炼钢工作者的极大关注。
众所周知，在氧气顶吹转炉出现之初，氧枪喷头是单孔直筒形的。随着转炉容积的加大，要求按比例地增加氧气流量，使
用一个单孔直筒形喷头供应氧气，就会增大喷溅，降低金属收得率。到1964年逐渐地从直筒型喷头过渡到收缩一扩张型拉瓦尔式多孔喷头。多孔氧枪的主要优点
是容易化渣，提高金属收得率、减少喷溅、吹炼过程平稳，并提高了氧气利用效率。但多孔喷头的缺点是氧射流的穿透能力减弱了。也即对同样的供氧能力，多孔氧
枪的操作枪位较低。这意味着除增加设计、制造的复杂性以外，多孔氧枪将处于更加恶劣的工作条件，使氧枪喷头易被侵蚀，就需要更有效的水冷条件，就需增加冷
却水用量，改善喷头内冷却水通道的设计。
改革开放以来，我国钢产量有了极大增加。许多产铁的地方增设钢厂，已有的转炉不断扩容，生产发展
后原有的氧枪就不适应冶炼要求，这就要求如何选取最佳氧枪的问题。
主要应根据转炉生产能力的大小、原料条件和炉气净化设备的能力来决定其
管径大小。氧枪喷头的设计还应考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数及氧气供应情况、前后工序的衔接等因素来确定其孔数、喷头出口的马赫数和氧
流股直径。
对于原料中废钢比较高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。
转
炉炉容比（V/T）是指转炉腔内的自由空间的容积V（单位m³）与金属装入量（单位t）
之比。转炉的冶炼操作和生产率都与炉容比（V/T）密切相关。若装入量过大，则炉容比相对就小，在吹炼过程中可能导致喷溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘
钢；若装入量过小，则熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢，并会降低转炉的生产能力。合适的炉容比是从生产实绩中总结
出来的。它与铁水成份、装入的金属料种类等因素有关。大型转炉的炉容比一般在0.9~1.05米³/吨之间，而小型转炉的炉容比在
0.8米³/吨左右。通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容化应选
取上限。反之则选取靠下限。
熔池深度h
确定装入量时，除考虑合适的炉容比外，还应保持合适的熔池深度h。为获得平稳快速的熔化反应，必须保持氧气射流对金属熔池具有一定的冲击深度和搅拌强度。
通常冲击深度L与熔池深度h之比选取L/h≈0.4~0.6左右。操作实绩证明，当L/h＜0.3时，即冲击深度过浅，则脱碳速度和氧的利用率会大为降
低，还会导致出现终点成份及温度不均匀的现象；当L/h＞0.7时，即冲击深度过深，有可能损坏炉底和喷溅严重。在适合的炉容比情况下，如果熔池装入量过
浅，可考虑将熔池砌成台阶形。
供氧时间的确定
现在许多钢厂的工艺设备为转炉——精炼设备——连铸。要使生产流程紧凑有序的配合，调度应综合统计得出转炉工序的冶炼周期及纯供氧时间。由纯供氧时间就可
算出供氧强度，即单位时间内每吨金属的耗氧量，单位是Nm³/t·min。供氧强度还应考虑转炉的附属设备能力，尤其是氧枪的冷却
系统及炉气净化系统能力。
喷孔倾角α的确定
对于多孔喷头而言，每个喷孔轴线与喷头轴线之间的倾角为α。为避免从喷头射出的各股射流在到达熔池表面前相交，倾角应尽量取较大值。倾角过小，各射流的穿
透能力增大，而冲击熔池的面积减小。倾角过大则射流的穿透能力减小，冲击熔池的面积增大，担心冲刷炉壁。炼钢工作者极为关注喷孔倾角的原因也在此。必须考
虑从同一喷头喷出的几股射流之间相互作用的问题。每一股射流靠近喷枪轴线的那一边，都要从喷枪轴线上的同一区域“抽吸”空气。这样就使多股射流之间区域的
压力下降，而使射流互相牵引。所以射流间的距离减小或夹角减小，都会增加互相吸引的倾向，甚至使各股射流会合并起来，在到达液面以前就相交了，故操作中大
都取倾向为11°~12°，以保证射流冲击区相互分开。
据最近做的溅渣护炉水模试验得出共识，氧枪喷孔的倾角，取12°为宜。
表
1是各种喷孔倾角在不同枪位时射到熔池液面的冲击圆中心距。
表1 喷孔倾角、枪位与冲击圆心
倾
角度
枪位m
9°
10°
11°
12°
14°
16°
0.8
0.253
0.28
0.31
0.34
0.39
0.458
1
0.316
0.352
0.388
0.425
0.498
0.57
12
0.38
0.42
0.47
0.51
0.598
0.688
14
0.44
0.49
0.54
0.59
0.69
0.80
16
0.50
0.56
0.62
0.68
0.79
0.91
测算可知，通常所选取的喷头倾角α在不同枪位时射到熔池液面
的冲击面积距炉壁较远，只要每天定期测定液面距离，准确操作氧枪枪位，冶炼就会顺利进行。
氧枪是氧气转炉炼钢的关键设备，氧枪管直径取决
于转炉大小，有较规范的设定尺寸。而氧枪喷头的形状和孔数各异，就成为设计的重要内容。经多年的炼钢实践，收缩—
扩张的拉瓦尔型三孔喷头已为许多炼钢车间所普遍采用，而大型转炉对4孔、5孔等多孔喷头改善吹炼操作有更大的兴趣。喷头每个孔的氧流量从最小20Nm³/t·min
到最大283Nm³/t·min，氧射流速度在457~518m/s之间变化，取决于使用时的工况氧压和喷出口面积对喉口面积之
比。
进行氧枪喷头设计之前，必须十分慎重地确定氧枪喷头设计所需要的初始数据，包括氧流量、氧气压力、纯吹氧时间、输氧管道的压力范围、
熔池深度、铁水成分等。由于一些炼钢车间缺乏准确的计量仪表，往往给出的数据不准确。就应当到冶炼现场去观察具体条件，结合实践经验确定出几个最关键的初
始数据。
氧流量的确定
氧流量是指单位时间内通过氧枪的氧气量。通常采用体积流量单位，即米³/分。它与喷头面积大小直接有关。当喷孔出口马赫数Mt选定
后，喉口面积就只与氧流量有关了。一旦喉口面积确定，氧流量也就确定了。喉口面积取大了，氧流量过大，就会使化渣、脱碳失去平衡，造成喷溅；喉口面积取小
了，氧气流量减小，会延长冶炼时间，降低生产率。影响最佳状态所需供氧强度的因素很多，如铁水成分、氧的利用率等很难用一个标准公式表示。实践显示，对于
一定的原料成分、造渣工艺及吹氧强度，有着最有利的供氧强度范围。因此应根据冶炼实践总结出的氧气流量和供氧强度来计算喷孔直径，决不可任意选取^[2]。
对于没有准确计量仪表的钢厂，氧枪喷头设计所需的氧流量可以根据转炉炼钢的物料平衡方法来计算，一般每吨钢耗量约为50~60Nm³/t。
输氧管压力范围的确认
输氧管道中的压力范围制约着喷头前的滞止压力Po所能达到的范围。滞止压力Po是一个重要参数。氧枪喷孔出口马赫数Mt的确定，主要视滞止压力Po的大小
而定，如所选取的Mt高了，则要求的滞止压力Po大，超过管道压力，则氧射流出口条件变为Pt＜Po，即成过膨胀气流。这样的氧射流出口后将产生压缩波，
使射流轴心速度衰减加快，从而减弱了对熔池的冲击能力，影响冶炼效果。反之，如设计的氧射流Po低，则氧压未能充分利用就造浪费。如某厂引进的法国LD—
AC转炉，为喷吹石灰粉造渣用，其喷枪Mt选为2.21，滞止压力Po为1.3Mpa。而某厂氧气压力只能到0.9~1.0Mpa，就成前一种情况，冶炼
效果很差。
枪位高度范围
枪位高度是指氧枪在冶炼过程中，从喷头端面到熔池液面的垂直高度，即冶炼过程枪位。枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数Mt的选取有着直接影响。在一定的氧射
流出口速度下，枪位高可避免烧枪，但为保持射流对熔池的搅拌能力，即保证一定的冲击深度，就应相对地提高射流出口马赫数Mt，反之亦然。可见，要保持正常
冶炼，除氧枪喷头设计适当外，还应准确控制吹炼过程的枪位。
喷头水道与内表面
喷头在转炉内1800℃的高温环境中使用，就要用高速冷却水及时冷却。氧枪主要是靠由外壁到冷却水之间的对流传热来冷却的。在炉内氧枪与喷头要接受大量的
幅射热，辐射热的传递是与绝对温度的四次方成正比。据文献提供有代表性的氧枪冷却条件的例子：一个外径219mm的氧枪，冷却水流量113吨/时，冷却水
温升11℃。实测得到该例中冷却水带走热量为Q=12.42×10⁵千卡/小时，根据氧枪暴露面积计算，通过氧枪的钢和铜的外壁
（假定12毫米厚）应能对付的热通量能力要大于此值的十多倍。由于氧枪头内水流通道短、折转弯等原因，喷头内水道设计一定要宽敞，内表面一定要光滑以减少
死水区和降低磨擦阻力。如果内表面粗糙或有死水区存在，就会产生膜态沸腾，而不是核态沸腾。就会大大降低冷却水带走的热量，喷头就会损坏。
冷
却水质量对于氧枪操作，和在锅炉装置中一样是很重要的因素。如果在冷却水通道内表面积存了外来物或沉淀了水垢，都会妨碍氧枪传热，降低氧枪寿命。氧枪冷却
应该用加药剂处理的循环水。而有些钢厂直接使用从江河中抽取的水来冷却氧枪，造成氧枪更换频繁。氧枪喷头内部水流不畅，造成膜态沸腾，传热效果恶化，膜态
的热通量只有核态沸腾的七分之一。
氧枪设计和制造出来、经过冷态测定掌握了氧枪喷头的射流特性以后，还要在炼钢车间做生产试用。以确定选
定的氧枪参数与原料条件、造渣制度、供氧制度等诸因素的匹配情况，为更合理地设计和使用氧枪提供依据。
氧枪设计是一个多因素起作用的过
程，为分辨出各参数对吹练效果的影响，可采取统计的方法。将氧枪参数分为几何参数和使用参数。对使用参数当作定值，则只剩下对氧枪喷头的几何参数进行试验
了。这样试验组次少，易于取得明确的试验结果。但实际上，因为许多炼钢车间缺乏必要的准确计量设备，而且工艺操作的偶然影响因素很多，所以就很难把使用参
数当成定值。
吹炼时氧流量的控制
对某一种喷头，设计的供氧流量就是工况流量，在吹炼时应该达到或超过设计的氧流量。若供氧流量小于设计工况点流量就会使射流在到达出口前产生过渡膨胀，出
口端产生负压区，造成喷孔出口端过早熔蚀成喇叭口，供氧流量控制小于设计流量时对喷管寿命产生不利影响。
吹炼氧压
与出口马赫数Mt
对于制造好的喷头，吹炼氧压Po与出口马赫数Mt都已确定了。吹炼氧压只能大于设计氧压而不应小于设计氧压。控制吹炼的方法就只能在设计枪位高度范围内随
吹炼过程进行适当调整。
马赫数Mα即喷头出口速度V与当地音速α之比。它是超音速喷头的重要参数。据中科院化冶所蔡志鹏研究员调查80%
以上的喷头马赫数为1.9~2.0。国外有马赫数到2.3多。根据气体动力学的知识可知，喷头Mα=2左右，既节省能量，又可获得稳定的操作压力。若
Mα＜2，则操作不太稳定，这时操作压力稍有波动，Mα将急剧下降，影响射流性比较大。若Mα＞2.3，操作虽更加稳定，因射流出口Mt愈高，射流衰减愈
慢，但需付出更大的压力能。例如Mα=2.5时，则要求喉口前压力为Po=1.708MPa，而射流的冲击动能提高并不大。故选择Mα=1.9~2.0的
钢厂占80%。国外用LD—AC法冶炼高磷铁水，随气流喷入石灰粉造渣，为避免喷溅烧枪，所以就选喷头的Mα尽量大，以提高枪位时仍能获得大的冲击速度。
喷头更换标准
氧枪喷头状况对冶炼效果的影响，很难在冶炼过程中直接观察出来。只能从以下几方面来考察。
①化渣情况。由炉前观察或借助于声纳化渣仪判定
化渣时间。取终渣样或过程渣样进行化学分析，以计算脱硫率、脱磷率、渣中FeO含量。
②从记录纯供氧时间计算供氧强度。
③
计算每吨钢的氧单耗量。
④观察冶炼过程喷溅程度和次数，称量样中铁珠量，计算吹损。
⑤记录氧枪损坏原因及分析枪龄。
当
各项冶炼指标明显变差时，就应该判定要更换喷头了。因为这说明喷头的射流特性已明显变坏。研究表明新喷头的各股射流在熔池面上互不掺混，而使用223次后
的旧喷头各股射流在到达熔池面以前就已会合近似单孔喷头的射流，冲击深度虽增加约23%，但冲击区域却减少14.2%。原规定喷头使用到200炉即更换。
统计1~200炉枪龄的喷头冶炼效果与＞201炉后的效果比较，得出吨钢氧单耗增加0.49~4.23Nm³/t·S，脱硫率要降
低17.5~24.8%。所以将氧枪喷头寿命应该定义为“在保持喷头设计的射流特性条件下，用于炼钢炉次的多少。”而不是氧枪漏水不能再工作时为止。由于
对300吨转炉氧枪新旧喷头进行实体测试的结果与喷头冶炼实绩相吻合，就得到宝钢现用的铸造喷头的使用寿命不宜超过200炉。
关于喷头更
换标准问题，钢铁研究总院杨文远教授等在1996年第9届全国炼钢会议上发表过新旧喷头的射流变化对冶炼的影响。文中阐述了30吨转炉的新旧喷头进行的测
试表明，旧喷头流量较新喷头下降2~4%，旧喷头诸流股掺混严重，有效冲击面积减少50%。统计的冶炼实绩也表明旧喷头多消耗石灰4.62kg/t、多耗
氧3.48m³/t、脱硫率低9%、终渣（TFe）高2.46%。故建议对铸造喷头，其寿命为200~300炉时应更换喷头。
上
述结果是对30吨转炉进行的。转炉渣量按10%计算为3吨。则每炉多消耗铁（TFe）达73.8kg、多耗氧104.4Nm³，多
消耗石灰138.6kg.。
许多炼钢车间出于管理原因，追求高的氧枪枪龄，有些甚至搞“千炉枪龄竞赛”，皆因生产过程缺乏计量化，难于考
核冶炼收得率。仅抓少换枪、多出钢。为解决延长枪龄、少换枪的目的，必须要工艺操作规范化。
氧气转炉氧枪的设计与使用总
结
（1）氧枪喷头的选取与设计，应以准确的氧流量、氧气管压力和装入量为依据，合理确定喷孔倾角，确定冶炼周期，还应
考虑与精炼、连铸等工艺的配合；
（2）喷头制造要严格控制电解铜的含氧量，保持铸件内表面光滑，严格控制铜——钢焊接质量；
（3）
使用喷头要求工艺生产过程计量化、工艺操作规范化，炼钢车间应在冶炼时间、钢水收得率、渣中FeO含量、操作稳定性及炉龄枪龄等诸技术指标之间取得最佳平
衡，来确定最好的吹炼操作；
（4）炼钢厂应根据本单位情况，制订喷头更换标准
 
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一、日本近十年钢产量及主要指标的变化
　　从1994年到2003年的10年是钢产量波动较大的时期。由于泡沫经济的破灭，钢产量由1995年的1．016亿t跌到1998年
的9355万t的低谷，后又转为上升，进入21世纪后连续4年超过1亿t。特别是近年由于大钢厂的合并和东亚经济快速发展带动钢铁需求兴旺，2004年又
超过1．1亿t大关而直追1973年1．1932亿t的历史最高纪录。其中，电炉钢年产量亦由期初的2842万t上升到3425万t，特殊钢比例基本保持
在18．4％～20％的水平。而铁水预处理比则由44．9％猛升到67．6％。至于二次精炼比，电炉钢由85％上升到95％，转炉钢由80％上升到
86％。连铸比则由96．9％上升到98．6％，其中特殊钢连铸比由87．2％上升到93．5％，而普碳钢则保持在99．8％的极限状态。
二、
十年间有代表性的技术开发成果
1．铁水预处理工艺的重组
　　为取代过去在铁水罐车和铁水包内进行的预
处理，各厂开发成功各种用转炉的预处理法（H炉法、SRP法、NRP法、MuRc法、LD－ORP法），大幅提高了脱磷效率，减少了对外排渣。个别工厂已
实现全部铁水预处理。
2．环境友好型精炼工艺
　　由于环保意识的提高，十分重视减少钢渣外排技术的开发，使钢渣外排总量
达原来的1／2，突出的如彻底脱硅的零排渣工艺。还开发成功含碳渣用于烧结矿和铁水脱硫，钢渣制砼用于护岸材，用含铁粉尘制球团矿等再生利用技术。有的厂
已作到了炼钢固体废物为零。
3．电磁力应用技术的革新
　　从初期的电磁搅拌和局部作用的电磁制动发展到后期的可适应钢水
的加减速而切换的电磁设备、在铸坯宽度方向均匀磁场的静磁场制动以及结晶器内钢水流动的模拟计算软件。
4．高质量技术
　
　不断进行提高产品质量的技术开发，坚持了洁净钢技术开发。在硬件方面，二次精炼中增加燃烧器后使RH多功能化，开发成功连铸坯防止裂纹缺陷的技术。在软
件方面亦开发成功预测产品质量的技术，使轴承钢中的含氧量由1994年的5ppm降到2001年的4．7ppm，最好时达3ppm左右。
5．
高速连铸技术
　　在国际上薄板坯高速连铸法飞跃发展的10年间，日本的薄板坯连铸仍未实用化，只是在后期为适应钢铁需求的增大而提高了现
有连铸机的生产效率，出现了单机月产超过20万t的连铸机，拉速已达3m／min水平。关于带钢连铸，各厂均开展了研发工作，最终只在新日铁光厂的不锈钢
生产上实用化。
三、国家科研项目
1．新炼钢法项目
　　以充分利用旧
废钢和炼钢工序减排CO2为目的，于1991年在经产省支持下开展了9年研发，主要内容如下：
　　（1）废钢预处理技术，通过低温粉碎处
理可将废钢中的铜除去96％，通过色相差识别处理亦可除去90％以上。
　　（2）综合系统评价研究，于1998～1999年在新日铁君津
厂内建中试装置进行研究：a．用电炉、转炉和充填型3种方式进行熔化的技术研究；b．预热技术和加热脱锡技术；c．烟气处理技术，达到二恶英控制在小于
0．1mg－TEQ／Nm3水平；d．工业化可行性调研。最终认为比未进行废钢预热的电炉可节电25％，如喷入燃料时则可少用电30％～80％。
2．
电磁力项目
　　为了提高连铸机质量而取消人工表面处理以提高生产效率，在经产省支持下于1995年起进行了6年研究，取得了以下成
果：a．初期凝固控制技术，对低频到高频大范围的各种电磁场铸造技术及设备开发后，经方坯小试和板坯试验，铸坯表面质量改善效果显著，通过交、直流磁场重
叠对液面振动控制的试验效果更好；b．熔融金属的清净化技术，使高速浇铸时的夹杂物含量抑制在低速浇铸时的水平；c．开发出电磁流速测头，对电磁力作用下
弯液面流速精确测定。
　　四、铁水预处理与转炉操作
　　为适应用户对产品的高质量要求，同时又不断降低生产成本，10年
来铁水预处理亦在不断改进。其开发动向具有以下特点：由于脱硫工序的分离和脱磷工序的改善，精炼更高效；由于热裕度扩大，提高了多用废钢的潜能；由于预脱
硅彻底、反应高效化和渣的回收利用，渣发生量大幅下降。
　　在铁水脱硫方面，过去多在混铁车内合并脱磷，后改为用还原法单独脱硫。在20
世纪90年代采用的CaO－Mg系喷射脱硫法基础上，不少厂又增加了脱硫效率更高的机械搅拌式KR法，还有建议利用金属显热对MgO还原产生Mg气体的脱
硫法。
　　在铁水脱磷工序方面，针对过去低温冶炼下脱硫、磷而引起的废钢用量受限的缺点，近来采取强搅拌高速脱磷并可多用废钢的转炉脱磷
法的日多。加上过去的H炉（1989年）、SRP（1990年）、LD－ORP（1991年）等转炉脱磷法，现已成为脱磷法的主流。另在混铁车脱磷方面，
通过低碱性脱磷和分散供氧等改进，已建立了大量供应铁水下的脱磷体制。
　　由于填埋场地不足而要求外排渣减少。铁水预处理增多后一度曾对
此有所贡献，但近年伴随高级钢种的增加致精炼比加大，加上对脱磷用氟量的限制，均使渣量呈上升趋势。为了减少渣量，利用高效脱磷剂提高脱磷效率和再生利用
低温下具有脱磷能力的低碳渣至关重要。
　　无硅铁水全量脱磷处理和转炉脱碳无渣炼钢法（ZSP）亦于1998年开发成功。其流程和反应如
下：a．在铁水包采用搅拌以提高脱硅效率的同时，采取氧气、氧化铁以控制脱硅后的温度，使热损失极小，并能稳定得到≤0．01％的低硅铁水；b．用KR法
脱硫；c．由于使用低硅铁水，使和脱磷初期生成的SiO2反应生成2CaO·SiO2所需的生石灰减少并直接生成为3CaO·P2O5，提高了石灰的脱磷
效率，渣量大幅下降。由于脱硅、脱磷等分开处理，生成渣的成分变单纯而有利于利用，如脱硅渣可作为缓效肥料，脱磷渣以CaO为主，造成砼块后可用于海洋藻
类培植礁。
　　在脱碳渣再生利用方面，利用2台转炉进行精炼的SRP法最为明显，对H炉法亦有效；利用混铁车脱磷时，通过扩大设备以建立
全量预处理体制后，脱碳渣亦可全部再生利用。
　　另外，在同一转炉内连续进行脱硅、脱磷中间排渣和脱碳的多功能转炉法（MURC法）亦开
发成功。它充分利用了转炉的强搅拌性和高速功能，在高氧势下以低碱性渣高速脱磷，在脱硅、脱磷期有意提高渣中的FeO浓度并控制渣呈泡沫状，脱毕即倾动转
炉排渣，然后进行脱碳直至出钢，并将脱碳渣部分留在炉内，以供下炉脱磷之用。这样既利用了热量，又减少了渣量。
　　近10年来在提高转炉
生产效率的技术和快速测定技术方面亦有不少进步。如作为高速送氧下减少粉尘的技术，为防止多孔喷流互相干扰而采取了对喷嘴的交错配置和相邻喷嘴异径化的喷
头，以及减少对钢水液面冲击的喷流动压面设计的喷头等措施。通过集尘水透光度在线测定粉尘发生速度的技术亦开发成功。此外，缩短炼钢作业时间的技术亦在开
发中，如利用二次燃烧喷头防止金属粘附和检测出钢时渣流出的技术等。
　　为提高冶金反应特性，用高压底吹气提高搅拌强度而增大氧的脱碳效
率；改变CB风口的气体成分以控制冷却能力及使底吹气流量稳定、可调节的技术亦在开发中。同时，用电气脉冲法在线测定风口损耗量，以求切换气体工况的最佳
化试验亦在进行中。为进一步提高操作稳定性和精炼精度，利用微波对钢水液面检测、音响水平、喷头振动等预知泡沫渣形成因素的技术，以及利用消耗型光纤维和
可视光纤维连续测定转炉内钢水温度的技术正在实用化中。
五、二次精炼
1．二次精炼工
艺的进展
　　日本近10年来始终把提高钢材质量作为重点任务，如对延伸率、深冲性等加工性要求高的薄板采取低碳化处理，对在低温、耐酸腐
蚀环境下使用的中厚板在极低硫、磷、氢下冶炼，对为降低成本而提高成材率的要求则确保质量稳定以减少产品的缺陷等。这些均促进了二次精炼的发展。
2．RH
的多功能化
　　真空精炼处理的代表性设备
RH自应用以来新功能不断扩充。例如多功能燃烧器在处理时可向真空炉内供氧，非
处理时则进行燃烧以保护内衬温度而防止钢水附着于炉衬上，十分有利于超低碳钢的稳定生产。其次是脱硫处理的应用，过去是通过上升管下方的喷头和真空炉下部
埋在耐火衬中的风口向炉内喷入
CaO·CaF2粉，现改为采取从真空炉上喷头吹入粉料的方式以使喷嘴不直接和钢水接触，在稀释剂单耗
5kg／t下，脱硫率达80％，残留硫降到4ppm以下。另外，还开发成功真空脱气和渣改质同时进行的新工艺，即将
RH炉下部的真空盖改
造，使钢水包整体成为真空排气结构，一则可由钢水包底部以Ar气对钢水搅动并可加入钙，再则可防止渣被再氧化，使它同时完成过去LF炉、RH炉和钙处理的
3项功能，从而使工序集约化，热损失下降。
3．DH脱气处理工艺的发展
　　成功将DH脱气法改进成REOA法。由于塞孔
位置略偏于中心，使用少量的Ar气即可发挥较好的搅拌效果，和RH脱气炉具有同等的脱碳能力；另由于结构简单，耐火衬修补方便，适于不锈钢、低碳低氮钢的
生产。
　　另外，具有减压功能的减压CAS－OB法亦开发成功。这是和铁水预处理联动的技术，即转炉吹炼未期，为防止渣过氧化而在高碳期
停吹后送CAS－OB炉进行脱碳处理，6min内可将〔C〕由700ppm降到400ppm，成为低碳铝镇静钢的高效生产技术。确保极低硫化技术的LF亦
为了缩短处理时间而采取了控制渣成分、降低渣氧化度等技术以强化对钢、渣的搅拌而生产〔S〕＜5ppm的极低硫钢。
4．高纯度、高清净钢
　　在超低碳方面，考虑RH脱气处理中脱碳反应的重要性，对脱碳反应解析可计算出处理中的钢水〔C〕分布，进一步观测真空炉内气泡的行为
成为稳定生产的指针。在脱氢方面则进展不大，仍采取了在RH脱气炉安装用热传导法迅速测定钢水中氢分压的快速分析仪以确保质量。在脱氮方面，通过开发出粉
料上方吹投技术和防止吸氮的浸渍管以保证极低氮钢的生产。
5．二次精炼工艺的展望
　　随着国际竞争的激化，预计今后钢材
的用途将多样化，质量要求亦将提高。为兼保低成本和高质量，应将功能分化为铁水预处理、转炉、二次精炼，使炼钢工艺最佳化，以适应各种钢种生产的需要。
　
　为保证产品质量的管理技术亦应跟上，如成分极低且范围小的快速控制检测技术便很重要。如以多量钢水为对象，若能开发出快速、高精度的夹杂物在线测定法，
不仅有利于工艺的自动控制，对质量保证管理的作用亦大；在防止地球变暖而减排CO2方面，需扩大废钢的使用，Cu、Sn等杂质的增加将影响产品质量，希望
开发工业规模的去杂技术；少渣炼钢和渣再生利用关系到资源综合利用，应配套开发高效工艺、高精炼能的渣成分和易再生利用法等技术。
　　二
次精炼由过去的单功能向多功能工艺转换，如附加吹氧、喷粉等功能。今后为了适应各种新课题，将据钢厂的产量、现有设备、钢种构成等条件选取各自的最佳工
艺，并考虑上下工序衔接而发展相应的二次精炼工艺。
六、连续铸钢
　　日本的连铸比早
在20世纪80年代即达95％，近10年又新增连铸机15台和改造老机30台以上。
1．连铸高速化
　　日本
200～300mm大板坯连铸机的铸速10年来徘徊在2m／min左右的水平，这主要是难铸造钢种比上升之故。对比之下，欧美和中国推广的厚度为
40～120mm薄／中板坯连铸已达4～6m／min，个别40～50mm薄板坯连铸试验已达8～9m／min。日本现在以包晶钢、合金钢、汽车用钢板等
质量要求严格的品种为重点，从设计上提高铸速；方坯连铸机通过改进，最高铸速已达4m／min。
2．电磁制动和电磁搅拌
　
　众多高效板坯连铸机多装有电磁制动，分为全宽一段式、二段式和移动磁场式等。另原用于方坯连铸机的电磁搅拌近年来亦多在板坯连铸机上采用，主为了防止凝
固不均匀和表面气泡、夹杂的产生。
3．中间包技术
　　它的多次使用可降低耐火材料费用，利用氮加热装置以防止停铸期的氧
化。另为了生产洁净钢，采用离心分离中间包以提高其去除气泡和夹杂的能力，亦有采用感应加热器和等离子加热器等。
4．薄／中板坯连铸
　
　鉴于薄板坯连铸连轧在国际上推广的效果很好，日本将这一概念用于中厚板连铸连轧而开发成功厚90～120mm的高速连铸机，还应用未凝固压下技术，将
90mm厚板坯压薄至50mm，并试验压薄至20mm。
5．带钢连铸
　　日本最早开发成功带钢连铸技术，并用于新日铁光
厂的不锈钢生产，后由于效果不够理想已于2003年停产。
6．表面缺陷的改善技术
　　针对铸坯表面的纵裂、横裂和夹杂
物、气泡等缺陷，分别开发出结晶器斜度、结晶器内流动控制、加保护剂和凝固组织控制等技术，均有一定效果。特别是加入表面保护稀释剂的作用由保顺利浇铸改
为重点防止杂质卷入和缓冷，以保证铸坯的高质量。关于结晶器内的流动控制，除上述的电磁制动和电磁搅拌外，带回转叶片的浸入式水口已实用化。
7．
连铸方坯的质量
　　现已开发成功用220mm×220mm方坯连结生产条钢的工艺，有利于简化工序和节能。无缝钢管用管坯连铸机亦开发成
功，可生产包晶钢等全部钢种，拉坯速度达3m／min，且不需处理即直送轧机生产。为防止管坯产生轴心裂纹，还开发成功FCR法。
七、
电炉
1．电炉技术的变化
　　电炉于1916年传入日本，初期只限于生产特殊钢，60年代开始逐步用于
普碳钢生产，电炉钢比现已达30％左右。日本30年来电炉相关指标的变化见表1。过去10年的主要技术发展略述如下：
　　
（1）1975～1985年为生产效率和节能进展较快的阶段。主要应用技术有电炉大型化和UHP作业、炉壁炉盖水冷技术、氧燃助熔等。
　
　（2）1985～1995年为LF普及时期。由于采用了LF，电炉的还原精炼简化，生产效率大为提高，电炉钢的质量亦有改善。为简化作业而开发成功偏心
炉底出钢（EBT），避免了氧化渣和钢水一块流入钢水包。另外还开发成功直流电炉，解决了交流电炉大型化、UHP化后闪烁严重的问题。从1988年第一台
直流电炉投产，到1994年已达14台。
　　（3）1995～2004年可称之为环保时代，众多环保技术开发成功。首先是为适应电炉烟气
排放法规的强化，开发成功新的烟气处理技术；其次是渣和粉尘的再生利用技术进展很快，有的厂已向零废物进军。交流电炉亦为解决闪烁和扩大变压器而改造，每
吨废钢的KVA数已由1970年的500扩大到1000。另还开发成功促进废钢熔化的高效燃烧器，使一些优秀电炉厂的指标大为改善，电炉的生产效率由
85t／h提高到90t／h，冶炼周期由64min缩短到59min。
2．最近的技术
　　（1）废钢预热型电炉。70年
代开发成功的氧燃助熔技术的节电效果明显，但带来烟气余热上升的问题。已知烟气显热占全部出热15％左右，为解决老式废钢预热的污染问题，先后开发成功
“竖筒式”、“水平连续预热式”和“两炉体式”等高效清洁方式，现已实用化的共7台。
　　（2）助燃燃烧器。为解决电弧炉的冷区问题，采
取了在炉壁设燃烧器结合吹氧以促进废钢熔化的方式，燃料多采用煤油、重油和LNG。燃烧器的方式亦有多种，如一种将主氧气、燃料、二次氧气以同心圆套管供
入炉内并在管端出口处混合燃烧，对废钢的助熔效果最好。
3．电炉烟气及粉尘的处理
2000年1月起实施的“二恶英类对策
特别措置法”规定电炉的排放标准为老炉＜5mg－TEQ／Nm3、新建炉＜0．5mg－TEQ／Nm3。为此开发成功各种捕捉二恶英的方法，如“两袋式”
为在电炉除尘装置后再建一套捕捉二恶英的除尘装置，即经2次过滤和低温化使二恶英去除效率提高而达标。另还有在第二段喷入活性碳的方式使烟气中的二恶英可
达到＜0．1mg－TEQ／Nm3的先进水平。
　　关于电炉的粉尘处理可分为由电炉直接利用的在线处理和设专用设备的离线处理两大类。前
者为将粉尘直接喷入炉中或和石灰混合造球后加入炉中利用，现已实用化；后者则将粉尘熔融回收其中的有用金属后再作处理。
 
八、
环保及其它
　　根据政府颁发的多项环保法规，钢铁业于1996年制订了“关于环保的志愿行动计划”，规定2010年比
1990年耗能减少10％的目标。炼钢工序应采取的措施为：减少热损失、加强热回收的节能；推进渣和粉尘的3R以使填埋量最小化；利用其它产业的废物等。
现已据此开展了工作，重点简介如下：
1．炼钢工序节能
　　通过混铁车的大型化、推广钢水包加盖作业、改善钢水包物流以缩
短循环时间、应用钢水温度管理系统等在提高生产能力的同时并减少热损失。还利用低导热率的MgO－C砖、微孔绝热材料、使用中空骨料的低热容不定形耐火材
料等以减少散热损失。在钢水包烘烤方面采用了蓄热式燃烧器以大幅降低燃耗等。
　　同时还进行了有关的技术开发，如附有感应加热装置的混铁
炉，达到比电炉还高效的熔化废钢的水平；调整高炉、转炉、连铸间的能力差以提高炼钢工序的物流效率；在电炉工厂设钢水贮存装置，利用夜间低谷廉价电化钢，
以便白天炼钢节电和大幅降低成本。在热回收方面，利用转炉煤气导管冷却水的低温余热和氨水的非等温蒸发、凝缩特性进行发电，发电效率比常规低温发电高
40％以上，属世界首例。
2．钢渣利用
　　日本钢渣年发生量达1200万t，由于碱性高且成分不均匀，过去多作填埋处
理。20世纪90年代前期的发生量和排出量均呈上升趋向，近10年来由于铁水预处理和厂内利用量的加大开始趋于下降，见表2。铁水预处理的发展是钢渣发生
量下降的主要原因。钢渣的热利用除有效利用显热外，还可简化渣处理工序，如脱碳炉渣在不锈钢熔融还原炉的热利用。LF炉的还原渣在电炉热利用时，既可降低
石灰单耗，又可提高电炉脱磷效率。但从整个社会的环保观点看，还应大力开发钢渣在水泥原料和土木建筑方面的用途。
3．粉尘利用
　
　转炉首先应改进氧枪喷头和操作以减少粉尘的产生。在大规模再生利用技术方面，已开发成功环形炉和纵型炉。作为小规模利用法的DSM工艺系将电炉粉尘和还
原渣用重油、氧气燃烧加热熔化为渣块作路基材利用，粉尘中的Zn、Pb等金属则作为二次粉尘回收后作原料利用。电炉粉尘亦可在真空下加热还原以回收
ZnO，后将残渣氧化铁制成球团供电炉利用。在粉尘热利用方面，除横型热旋风炉可用于不锈钢熔融还原炉外，作为简易利用方法，可将电炉除尘器粉尘和铝渣、
废油混合造粒后返回电炉利用，还有将粉尘从水冷喷头吹入炉内利用的方式。
4．废耐火材料
　　除用于生产耐火原料外，还有
将MgO－C、MgO、白云石系的废耐火材料用于转炉、电炉、LF炉等代替生石灰、烧成白云石作造渣剂。此外，亦可作路基材利用。
5．其
它产业的废物利用
　　过去，纸浆废料和铝渣均作为炼钢工序的保温材料和造渣剂利用。近年，新日铁广厂转炉采用了部分废轮胎片代煤，连轮
胎中的子午线钢丝亦得到有效利用，年用量达6万t以上。
九、凝固现象与铸造工艺的学术发展
1．
组织形成模拟和凝固组织控制
　　与凝固研究兴盛的20世纪60～90年代相比，近10年的研究明显减少，取而代之的是组织形成模拟研究。
钢铁业迄今偏重防止大型偏析和除去非金属夹杂的凝固组织控制，但今后从提高质量和降低成本出发，重视为下道工序而控制好凝固组织。
2．初
期凝固及保护渣的作用
　　在方坯连铸机曾成功地试验了电磁力，使初期凝固形成的薄壳不和结晶器直接接触，从而产生表面无振动痕的优质铸
坯。进一步制造回转流使钢水流速和凝固减慢，产出了表面无缺陷而直送轧机的铸坯。保护渣的功能包括防止氧化、促进润滑、防止钢水和结晶器直接接触、为形成
最佳凝固层厚度所需的传热特性、防止吸入非金属夹杂物等，近来发现还有通过控制凝固层厚度以减少铸坯表面缺陷的作用。
3．钢水流动控制
　
　钢水流动速度直接关系大偏析的生成，近10年间对连铸时钢水流动的数值解析对改进操作起了积极作用。如160mm方坯连铸，直线型水口插入
150～180mm深，铸速为1．5～1．8m／min，按夹杂物流动轨迹算出的夹杂物除去率为10μm的为20％、50μm的为70％以上。另利用电磁
力促进等轴晶或利用电磁制动以控制钢水流的模式解析亦在进行中，并由此成功地生产出表面为不锈钢内部为碳素钢的连铸复合材料。
4．由薄板
坯向薄带发展
　　带钢连铸在欧美已经入实用化阶段，日本亦拟开发但发现些问题，即凝固区间和铸坯强度的不均匀性、废钢中的Zn、Cu杂质
引发的热裂缺陷等尚需进一步研究解决。
5．可视化的试验
　　早在30年前即利用环已醇等有机物对凝固现象进行了可视化试
验，现在则用共焦激光显微镜直接观察钢铁材料在高温下的相变。特别是对低碳钢δ／γ相变发生的核生成和晶界移动等研究成果有较大改进。但低温下的可视化试
验尚属模式试验阶段。
十、精炼工艺的学术发展
1．有关炼钢的物理化学基础研究概况
　
　近10年间对高纯度钢、高洁净钢的冶炼进行了大量基础性研究。同样，在有关精炼过程中如何有效去除废钢中有害成分以及实现预处理渣和转炉渣的最少化等方
面亦进行了很多学术研究，并取得了大量成果。
2．钢水和渣的物性
　　尽管研究内容不如以前丰富，但对过去的物性值进行了
再评价，将多元系金属和渣的物性值按物性工学的近似值推算，或按和热力学诸数值的关联推算的方法，使这方面的理论有了进一步的发展。
3．
钢水、渣和夹杂物的热力学
　　在此领域的研究项目数较前略有减少，但在为把钢水中夹杂物含量控制在百万分之一水平的目标而进行的基础研究
的质量却有明显提高。控制钢水中氧含量乃生产高纯度、高清净钢的关键技术。沿着这一思路，对普通钢中关于比Al更强的脱氧剂，即Ca脱氧、Mg脱氧的平衡
值的修正方面进行了重点研究，并取得了基本平衡值的重大收获，进一步引起人们对高合金钢脱氧平衡方法的关心。
近年，欧美和日本的研究者利
用计算机开发了Kapoor等模型，成功地以定式化表示多元系渣的成分活量，在炼钢现场控制夹杂物组成方面发挥了重大作用。另外在高纯度、高清净化精炼时
关于各种固溶体的热力学测定亦很重要，最近东北大学（日本）和日本冶金界的研究组据此开发成功的有关普通钢和不锈钢中正确控制非金属夹杂成分的成果，更具
有实用价值。此外，对高纯度钢等生产时，钢水和耐火材料的反应亦开展了研究，以利降低夹杂物含量。
表1 日本电炉30年来主要指标的变化
年 代
1971
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2003
冶炼周期，min
180
150
120
100
90
80
80
80
生产效率，t／h
10
15
20
35
45
55
55
55
电
耗，kWh／t
580
550
470
420
400
400
410
410
氧耗，Nm3／t
15
16
20
22
25
23
22
20
表2 历年转炉厂钢渣发生量和自利用量的变化
年
代
1971
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2003
发生量，kg／t
126
118
120
140
130
120
115
100
排出量，kg／t
113
107
110
123
111
98
92
76
自用率，％
10
9
8
12.2
14
18.5
20
24
 
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作者：缪乐德等 
来源：制钢参考网
摘要：经过650℃
到950℃的回火处理，双相不锈钢中铁素体在向奥氏体转变的过程中通常会形成σ相,χ相以及氮化物析出相等。这些析出相在合金中形成将导致不锈钢的脆化，
显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性。本实验首先研究了不同电解体系下双相不锈钢的极化曲线，在选择好合适的电解制度后，利用电解分离的方法将不同回火条件下
的析出相从基体中分离出来。通过SEM和XRD定性研究了析出相的形貌以及结构特性。利用氧氮仪分析了不同回火下氮化物析出相的含量，并利用激光粒度仪对
提取残渣的粒度做分析。此外，还讨论了不同温度和不同时间热处理对析出相的影响。本方法对考察改善双相不锈钢的性能，研究材料合金化
机理及析出相形成与生长机理，选择合适的热处理制度以及焊接热影响区性能的研究均有指导意义。
1. 前言
     
双相不锈钢以其良好的耐氯化物腐蚀和耐点蚀性能、较高的力学性能等特点，以及较低制造成本的优势，取代目前不耐腐蚀的构件和一些常用的高铬镍不锈钢结构件
是完全可能的，因而其会在海洋工程、海洋钻井平台、舰船及东南沿海地区武装装备方面具有重大的应用前景。双相不锈钢研究的难点之一在于一些有害析出相的含
量控制，如σ相、χ相等金属间相硬而脆在合金中形成将导致合金的脆化，显著降低钢的塑性、韧性和耐蚀性；不同粒径大小及数量的Cr2N析出影响不锈钢的耐
腐蚀性能和冲击韧性。此外，析出相大小也严重影响材料的力学性能，如对高温蠕变、疲劳性能以及其裂纹扩展速率等。因此，有效地定量分析双相不锈钢中的析出
相，对于改善双相不锈钢的性能，研究材料合金化机理，选择合适的热处理制度，高牌号双相不锈钢产品的研制与开发都有十分重要的意义。
当
前，双相不锈钢相分析的方法很多，这些分析技术各有特点和局限性。由于析出相的各个特征都很重要，所以各种相分析手段常常需要互相配合应用，才能得到较为
准确可靠的结果。析出相分析方法主要可分为以下几类：⑴物理定性定量分析，即利用探针、电镜等设备对固体试样直接进行分析。该法按照试样制备方法又可分
为：直接磨样、溶液浸蚀法以及电解蚀刻及萃取复形法。物理定性定量分析是比较传统也是相对方便的相分析方法，就双相不锈钢的相分析而言，通过不同制样条件
进行物理定量分析的例子也不少。C.M.
Garzon等[1]通过直接磨样，用电子背散射（EBSD）研究了双相不锈钢在不同渗氮处理后的不同相分布；Nelson
DE.等[2-4]通过化学试剂浸蚀，并结合物理仪器及图象处理软件分析了双相不锈钢中的金属间化合物σ相，Michal- ska
J.等[5]应用不同电解液进行电解蚀刻或萃取复形分离出双相不锈钢中的金属间化合物α相及χ相，并结合扫描、透射等物理手段对析出相进行定性定量分析，
从而研究起热处理性能。⑵物理化学定性定量分析，即利用分析对象的电化学和化学特性，将目的相从基体中提取出来，并通过对分离相的分析得到准确而全面的物
理化学信息，如析出相的数量、组成、结构等。
     
当然，物理化学相分析与探针，电镜等微区域分析结果相比，还具有以下特点：①所研究的相是从占一定宏观体积的样品中提取出来的，因此所得到相的结构、数
量、组成等数据均能代表整个试样的总体情况，同时可以得到重复的结果；②由于去除了大量的基体，使析出相得到了富集，从而可以检测到含量甚微的相，方法的
鉴定能力主要取决于相的电化学和化学稳定性；③提取的析出相还可以通过不同的分离过程得到不同的析出相，可以研究某一合金元素不同的组成相以及比例，从而
可以研究成分对钢性能的影响；④提取分离后破坏了析出相在样品中原始分布，这也是该方法最大的不足之处；且分离提取过程中的损失和脏污也是需要考虑的。利
用电化学原理和不同相的电化学性质的差别，从合金中提取第二相；需要首先弄清楚各相的稳定电位、极化特性和钝化行为等电化学性质，从而在电解过程中进行利
用和控制各种因素达到最佳分离效果。本研究通过极化曲线对不同的电解体系进行考查，选择了适用于双相不锈钢析出相提取的电解制度；而后通过恒电流电解及化
学溶剂法对回火不同温度和时间试样的析出相进行了提取与分离。SEM，TEM和
DLS-Sizer用于检测析出相的形貌和颗粒，XRD和化学湿法用于定性和定量分析析出相的组成和含量。从而研究不同回火温度、回火时间与析出相特性的
关系。
2. 实验方法
2.1 实验材料及热处理制度
     
实验所用的2205双相不锈钢的成分见表1所示，所有的实验试样均先在1050℃下固溶处理后进行不同的回火处理。其中1号样品为直接固溶处理后的试
样，2~6号分别为样品经850℃回火45min，2h，4h，6h，10h；7~10号分别为样品经750℃回火1h，2h，5h，7h；11~13号
分别为试样 在550℃，650℃，950℃下2h的回火处理。
表1 2205双相不锈钢的化学成分
Element
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
N
Content（Wt%）
0.024
0.62
1.4
0.023
0.001
21.07
3.01
5.36
0.155
2.2
仪器与试剂
     电化学综合分析仪：273A/10A，美国Princeton Applied
Research公司；激光粒度仪：Mastersizer 2000, 英国 Malvern公司；电感耦合等离子发射光谱仪：IRIS
Intrepid Ⅱ，美国Thermo公司；X射线衍射能谱仪：日本理学RINT2500/PC
X射线衍射能谱仪；金相显微镜：Axioplan2，德国蔡氏公司；扫描电镜：S-4200，日本HITACHI公司；氧氮分析仪：TC600,美国
Leco公司。所用试剂为分析纯，水为双蒸水。
2.3 实验过程
试样的制备：
进行物理化学相分析时，将试样精车成Φ10×100mm的圆棒，极化曲线绘制时，试样线切割成
Ф10×1mm的薄片并磨成镜面；金相以及扫描电镜分析时，将试样制成10×10×5mm的小块，将待观察面磨成镜面，用4%苦味酸乙醇溶液腐蚀后进行分
析。
极化曲线的绘制：所需的电解液加入烧瓶后，将试样固定在试样夹具上作为工作电极，带盐桥的氯化钾饱和甘汞电极为参比电
极，铂丝为对电极；待几个电极固定好后，将整套装置放入温度为-10℃的冷阱中。
析出相的提取与测定方法：带盐桥的氯化钾
饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，圆棒状试样为工作电极，分别与仪器上对应的导线相连；待几个电极固定好后，将整套装置放入温度为-10℃的冷阱中
进行恒电流电解；电流密度为25mA/cm2，电解时间为2h。电解结束后将试样棒取出放入装有乙醇的烧杯里超声后用0.02μm的亲油滤膜抽真空过滤，
并用乙醇洗净真空干燥。所得粉末用X-射线衍射仪进行结构分析，用氧氮分析仪做氮分析，用化学湿法做成分分析，重新超声稀释后可作微观观测与激光粒度分
析.
3 .结果与讨论
3.1 电解制度的选择
     
首先考查了回火后试样棒（850℃，45min）和原样棒在六种不同电解制度下（电解液不同，但均以甲醇为溶剂，实验具体过程见2.3）的极化曲线。即利
用析出相与基体在电解液中稳定电位的差别，外加电流使试样极化，当极化条件合适（即电极电位介于基体的稳定电位与析出相稳定电位之间），合金基体以一定的
速度电解，目的相则以不溶性残渣的形式被提取出来。通过极化曲线和电解效果的综合评定2205双相不锈钢在不同电解制度的电解效果以及极化曲线特性和溶剂
的配比，本实验主要采用电解制度其中一种电解液进行恒电流电解。
3.2 析出相型貌的微观观
     
为了考察电解前后析出相形貌的一致性，首先将不同回火处理的10×10×5mm的试样小块，将待观察面磨成镜面，用4%苦味酸乙醇溶液腐蚀后进行金相以及
扫描电镜分析。电解后的残渣在乙醇溶液中分散后，用吸管滴在光滑平面的铝膜上吹干。从实验的结果来看，没有回火处理的试样在晶间和晶内均无析出相存在，析
出相在回火开始时主要是在晶界分布，随着回火温度的升高及时间的延长，铁素体在向奥氏体转变的过程中在铁素体内部也有析出相的生成。图2-4显示的是回火
后试样（850℃，45min）电解前后的微观观测，从中可知，此条件下的析出相颗粒已经较大，大约在几个微米间，而电解后残渣颗粒的大小和形貌与未电解
前的基本吻合，通过超声震荡可以得到较好的分散性。
3.3 析出相的类型与结构分析
     
本实验对1-10号不同回火温度和回火时间的试样进行电解，所得的残渣采用X射线衍射仪进行结构分析，图5和6分别给出了其中试样No.2
和No.6电解残渣的XRD图。从实验的结果可知，双相不锈钢的析出相主要有金属间相，氮化物析出相和少量的碳化物析出相；根据回火温度及时间不同对应的
析出相也不同，通过化学湿法分析可知金属间相主要由Fe，Cr，Mo组成。在750℃ 和
850℃间，首先生成的是亚稳态的χ相，随着回火时间的延长，金属间相由开始的χ相（a=8.90Å,）逐渐向σ相转变；在850℃回火10h与950℃
回火2h的析出相结构基本相同，主要为σ相（a＝9.02Å,c=4.6904Å）。其中氮化物主要以Cr2N形式存在，主要在600-850℃间形成。
3.4 析出相氮化物的定量分析
表2 试样在不同回火温度和时间下的氮含量
回
火温度与时间(℃/h)
原样
650/2
750/1
850/4
850/10
950/2
N%（Wt%）
0.155
0.157
0.154
0.156
0.156
0.154
     
由于氮化物析出影响不锈钢的耐腐蚀性能和冲击韧性，因此氮化物析出相的含量测定对研究2205双相不锈钢的性能有着重要的作用。通过XRD结构分析知道，
析出相中的氮化物为Cr2N，通过测定析出相中氮总量除以电解量可以得到不同回火条件下析出相中氮的百分含量。为了避免回火过程中的增氮，实验考察了试样
在不同回火温度和时间下的氮含量，发现氮的含量并没有显著的变化，多次测量结果的平均在0.154-0.157%之间，因此可以证明试样在回火处理的过程
中没有出现增氮和逸氮的现象。通过氧氮分析仪对电解残渣含氮量的测定可以得到不同回火温度和时间下氮化物析出相的氮含量（见图7），氮化物的析出主要在
600-850℃之间，从2-10号样品的析出相氮含量分析可知，在750℃回火下氮化物析出明显，析出相中氮占电解失重的量为0.015% 至
0.025%，而且随着回火时间的增加，析出相总氮含量先增大后减小，而当温度在850℃时，随着回火时间的增加，氮化物析出相呈明显下降的趋势，特别是
到950℃回火，几乎没有氮化物析出相析出。
3.5 析出相总量测定与粒度分布
     
850℃不同回火时间电解失重和析出相百分含量（即电解残渣量占电解失重的百分比）变化见图9，从中可以看出，在电解条件一致的情况下，不同回火条件样品
的电解量变化不大，而回火时间在45min-10h区域内，析出相的含量随时间的延长呈明显上升的趋势。采用乙醇超声分散和激光粒度法得到850℃下不同
回火时间的颗粒粒度分布，颗粒分布成正态分布（图8为试样2电解残渣的粒度分布图）。体积分布D50粒径（即体积分布的中值粒径）从45min的6μm上
升到10h的18μm，而数量分布D50粒径（即数量分布的中值粒径）从0.3μm上升到1.2μm（见图10），该结果与电镜观测的结果相吻合，这也表
明了在研究的系列样品中，随着回火时间的延长在相转变的同时，析出相也在不断变大。
4.结论
4.1考察了在850℃下回火不同时间的析出相特征，随着回火时间的延长，
析出相的含量和尺寸都成明显上升趋势，XRD图谱也显示，金属间相由开始的χ相逐渐向σ相转变；
4.22205双相不锈钢的析出相主要是
在晶界分布，随着回火温度的升高及时间的延长，铁素体在向奥氏体转变的过程中在铁素体内部也有金属间相生成，而氮化物以Cr2N为主，主要在
600-850℃形成；
4.3采用乙醇超声分散和激光粒度法得到850℃下不同回火时间的颗粒粒度分布，颗粒分布成正态分布，体积粒径分
布D50从45min的6μm 上升到10h的18μm；数量粒径分布D50从0.3μm增大到1.2 μm
4.4双相不锈钢的析出相主
要有金属间相，氮化物析出相和少量的碳化物析出相；根据回火温度及时间不同对应的析出相也不同，其中金属间相主要由
Fe,Cr,Mo组成；χ相（a=8.90Å,），σ相（a＝9.02Å,c=4.6904Å）。
 
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主な材料
記号
主なねじ用材料の性質
と用途
鉄
鋼
材
普
通
鋼
一般構造用圧延鋼材
(SS材）
JIS
G 3101
SS400
SS素材と呼ばれるもので棒鋼、バーインコイル及び線材です。
棒鋼は熱間鍛造用のボルト、ナットとし
て、また冷間引抜によって丸または六角のみがき棒鋼として切削ボルト、ナットを製造します。
材質は
リムド鋼、セミキルド鋼、キルド鋼いずれでもよい。
硫黄快削鋼
JIS G 4804
SUM11～43
SUM22L～31L
被
削性を向上させるために炭素鋼に硫黄を添加して作られたものである。
快削鋼鋼材　SUM23～24が市場性ある。
溶接をすると粟が出るた
め、溶接には不向きである。
軟鋼線材
JIS G 3505
SWRM6～22
強度にばらつきがあるなど品質的に
高度を要求される冷間加工用には不向きとされる。
ＪＩＳ規格では 木ねじの場合のみで、それ例外は殆どＳC材かSWCH（JIS Ｇ
3539－1988、冷間圧造用炭素鋼線）の使用が推奨されています。
硬鋼線材
JIS G 3506
SWRH27～82B
炭
素含有量0.24～0.86％の炭素鋼線材。
硬鋼線、オイルテンパー線、PC硬鋼線、亜鉛めっき鋼より線、
ワイヤーロープなどの製造に用
いられる。
炭
素
鋼
冷間圧造用炭素鋼線材
JIS G 3507　
SWRCH6R～17R
規
定でリムド鋼6種類（SWRCH 6R～17R）、アルミキルド鋼
10種類（SWRCH 6A～22Ａ）、キル ド鋼21種類（SWRCH
10K～50K）について夫々の化学成分を規定しています。
冷間圧造用炭素鋼線 （JIS G
3539－1988）SWCHはJIS3507に規定した線材に基ずいてボルト、ナット、小ねじ用に造られた規格です。
冷間圧造用炭素鋼
線材
JIS G 3507　
SWRCH6A～22A
冷間圧造用炭素鋼線材
JIS G 3507
SWRCH10K～50K
冷間圧造用炭素鋼線
JIS G 3539
SWCH
線材を用い、通常、冷間引抜き又は伸線などの冷間加工
若
しくはこれらを熱処理との組合せによって仕上げられた鋼線。
冷間圧造用ボロン鋼線材
JIS G 3508
SWRSHB
各
種ボルト類をはじめとして自動車の足回り部品、建設機械部品、チェーン、工具等に使われている。従来鋼と同一強度を得る場合、ボロン(B)を添加すること
により、クロム（Cr)もリブデン（Mo）等の焼入れ性向上元素を節約することができる。
冷間圧造性を阻害するカーボン(C)量を低くすることが
できる。
ただし、強度的には熱処理条件をよく決めた上で使用しないと弱くなることがある。
強度区分、8.8相当以下が望ましい。
機
械構造用炭素鋼鋼材
(SC材）
JIS G 4051
S10～45C
SC材と呼ばれているもので、棒材は加熱鍛造ねじ用
に、棒鋼またはバーインコイルは冷間引抜によっ
て切削ねじ用に、線材は冷間圧造ねじに使われます。JIS規格ではキルド鋼塊から製造することが規定され材質は均一です。又原則として熱処理して使用され
ます。
（熱処理を要求されるねじに使用）
炭素工具鋼鋼材
JIS G 4401
SKS93
SK4
ド
リルロット材（丸棒）
SK4材を冷間引抜後切削仕上げしたもの。
軸・ピン等に使用されています。
合
金
鋼
クロムモリプテン鋼鋼材
JIS G 4105
SCM415～822
SCM材と呼ばれているもので、クロム鋼より
焼入性がよく、焼戻しに対する抵抗がすぐれ、かつ機械 的性質がさらにすぐれ靭性が高いので、自動車部品・六角穴付きボルト・六角ボルト・ナット等に使用
されています。
キルド鋼塊から製造されます。
ニッケルクロム
モリプテン鋼鋼材
JIS G 4103　
SNCM220～815
SNCM
材と呼ばれ、構造用鋼中最もすぐれた鋼材です。
ニッケル・クロム・モリブデンの添加によっ
て焼入硬化性が一層大きくなり、靭性が大きいのが特徴です。キルド鋼塊から製造されています。
六角穴付き
ボルト用にＪＩＳ規格ではSNCM240が規定されています。
クロム鋼
JIS G 4104　
SCr415～445
SCr
材と呼ばれ、機械構造用炭素鋼に0.90％～1.20％の
クロム0.6～0.85％のマンガン添加して焼入性
を改良したもので自動車部品等に使用されます。
キルド鋼です。
高温用合金鋼ボルト材
JIS G 4107
SNB5(1
種）
SNB7(2種）
SNB16(3種)
高温で使用される圧力容器、バルブ、フランジ、及び継手に用いる合金鋼ボルト材です。
靭
性 ： 粘り強く衝撃によく耐える性質をいい、弾性限界をこえても容易に破断しない性質を意味する。
 
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，
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Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
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No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com /
FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan
S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
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Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD .
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Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould
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うこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の
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（２）Carbide Cutting tools設計
（３）鎢鋼エンド・ミ
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ンド・ミル設計
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弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
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（４）オートメーション整備調達
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弊社
の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise
Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
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научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
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быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC
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для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
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BW is specialized in
R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech
coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space
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end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter,
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source from the internet.
熔射基本原理 熔射，又称热喷涂或喷焊，
其基本原理是将材料（粉末或线材）加热 熔化，在气体带送高速下 冲击附着于底材（或工件）表面
、堆积、凝固形成膜厚或涂层，达到防腐蚀、防锈、耐磨、润滑、表面粗糙化、吸附、绝缘、绝热....等目的。
　　熔射是表面处理中的一
项特殊处理技术，用途广泛。
热熔射材质形态和热熔射种类
　　热熔射材料种类分为粉末和线材两大类,
熔
射热喷涂种类
　　一．火焰线材熔射（Wire Flame Spray）
　　1.火焰熔射的热源来自氧气与燃
气混合燃烧的火焰，线材经火焰中心 熔化，再经高压空气雾化成细微颗粒及加速带送吹向底材表面，堆积、凝固形成涂层或膜厚。
　　2.火
焰燃气可使用以下几种：乙炔、丙烷、氢气等。
　　3.一般火焰线材熔射适用于：机械零件补修、耐磨、钢构桥梁的防腐蚀防锈、半导体、面
板、光电制程模具，金属艺术品制作。
　　二．火焰粉末熔射（Powder Flame Spray）
　　1.火焰粉
末熔射，其基本原理同火焰线材熔射，差异在于送料方式不同，火焰粉末熔射的材质型态是粉末，所以在材质选择方面火焰粉末熔射比较多，因为不是所有的材质都
可以做成线材。
　　2.其所熔射出来的涂层或膜厚的表面粗度、大小取决于粉末颗粒大小。
　　其涂层的硬度则取决于粉
末材质的选用。
　　三．电弧熔射（Electric ARC Spray）
　　1.电弧熔射，要将两条各自带有正电
负电的相同金属线接触产生电弧，瞬间产生高热将金属线材融化，再经高压空气吹细雾化，带送吹向底材（或工件），堆积、凝固成涂层或膜厚。
　
　2.一般适用于：防腐蚀防锈处理、机械加工修补、半导电、面板、光电制程的模具，表面粗化处理。
　　四．高速火焰熔射（HOVF）
　　1.高速火焰熔射，其基本原理类似火焰粉末熔射。差别在于受高速火焰熔射带送的粉末速度快很多，粉末以超音速（约600m/sec）
冲击堆积凝固于底材表面，其形成的涂层结构比较结实紧密，涂层的机械强度远大于火焰粉末熔射的涂层。
　　2.高速火焰熔射可使用于以下
几种燃气：丙烷、丙烯、氢气、天然气及煤油。
　　高速火焰熔射适用于：耐磨耗、耐冲蚀、耐高温、耐腐蚀...等环境，该熔射涂层可非常
有效地保护工件，不致受到立即性的破坏，进而延长使用寿命。
　　五．大气电浆熔射（APS）
　　1.电浆熔射原理，
系气体（氩、氢、氮、氦）离子化之后所产生的高热现象，换句话说也就是电能激发气体，转变为热能现象，当中所产生的电弧温度可能达12000°C。
电弧形成之后，再将粉末注入到火焰中心， 使其溶化并以约300米/每秒的高速撞击工件表面（母材）而形成涂层（Coatings）。
　
　六．真空电浆熔射（VPS，LVPS）
　　1.电浆熔射可分为两大类：
　　（一）、大气电浆熔射（简称APS）
　　（二）、低压或真空电浆熔射（简称为LVPS或VPS）真空电浆熔射原理和大气电浆熔射完全一样，唯一不同的是前者系在一个真空环境
的舱体内做熔射其最大的好处是：
　　A、涂层致密
　　B、氧物化极少
　　C、质量稳定结合力极佳
 
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【摘要】水和油的不互溶是日常生活中習見的現象，問起原因，也許大家都
會回答：「因為兩者的極性不同。」但是，水和油真的不互溶嗎？
事實上，溶解是一種「平衡」現象，溶解度相當於一種平衡常數，其數值隨溫
度而改變，而壓力也是影響溶解度的一個重要因子。這一切的一切，也都可以用熱力學來解釋。
所以囉！當您再聽說北極洋深處的冰中溶有大量
的甲烷時，可別以為自己聽錯了喔！
水和油不互溶是日常生活習見的現象，問起原因來，也許大多數人都會回答：「兩者極性不同」。一般英文
書常用「同（極性）者相溶」（Like dissolves
like）來說明。我國高中化學課本除用極性解釋外，也以氫鍵之形成與否為原因，例如說「乙醇因可生成氫鍵而溶於水」、「醚類……極性小，不易與水相混而
成二層」等〔註一〕。兩年前，美國的《化學教育學刊》（Journal of Chemical
Education）曾有人報告以小磁鐵棒和玻璃珠分別代表極性分子和非極性分子，設計了一個表現為何水與油不能混合的投影演示方法〔註二〕。簡單明瞭，
但原理上卻不太正確。最近在同一刊物中已有指出其錯誤的文章〔註三〕。本文將就此舖陳，並談一些一般常有的錯誤觀念。
溶解度是熱
力學問題
A、B兩種純物質均勻混合的現象稱為溶解，由於大多數的例子都是形成液體混合物，所以在中文稱之為「溶液」。如果A、
B能以任意比例均勻混合，則稱為完全互溶。但一般情形，在某溫度時，100g的A中只能溶解某一定量的B，例如20℃時100g水中只能溶解
0.00092g氧氣，或0.09g正庚醇，或
37g食鹽。此時，B之量常稱為溶解度，溶解度大的（如食鹽）稱為「可溶」，較小的（如正庚醇）稱為「微溶」，而極小的（如氧氣）稱為「難溶」或「不溶」
〔註四〕。實際上，幾乎沒有任何兩種物質是絕對「不」溶的。即以汽油為例，其中正庚烷15.5℃時在100g水裏可以溶解0.005g，即溶解度仍有
0.005g/100g水。
一般來說，氣體在水中的溶解度隨溫度升高而降低，固體和液體則有些隨著溫度升高而在水中的溶解度也增加，但
另有些物質在水中的溶解度卻隨溫度升高而減少。例如苯和乙醚就不同（表一）。
溶解是一種「平衡」現象，溶解度相當於一種平衡常數，其數
值隨溫度改變而異，但與時間無關。有些人常把溶解的「快慢」和溶解度的「大小」混為一談。「快慢」即是「速率」的問題，影響的因素相當複雜，例如攪拌混合
的效率、固體顆粒的大小或液體表面的特性等，也可以說是異相系統的「動力學」問題。然而，溶解度的大小卻是「熱力學」的問題。
以某液態
物質A溶解到水裡為例，可以假設某一部分A分子為溶質，其他為溶劑。這些A分子從A溶劑移轉到另一溶劑水中，此時自由能的變化
△G＝△H－T△S。其中G、H、S都是熱力學狀態函數（state function）：G為自由能（free energy或Gibb's free
energy）、H為焓（enthalpy）、S為熵（entropy），而T是絕對溫度。在定壓下所測定的熱量變化即是△H，故H又稱為熱含量
（heat
content）。由於△G、△H的單位都是仟卡／莫耳（kcal/mol）或仟焦／莫耳（kJ/mol），而△S的單位是卡／莫耳（cal/mol）或
焦耳／莫耳（J/mol）。平衡常數K與自由能變化△G間的關係是：△G＝－RT ln
K，其中R是氣體常數。一般人的多會覺得熵的變化值△S只有△G或△H的千分之一，可以忽略不計。所以常常在討論平衡常數K時，只以熱量變化△H代替△G
來考慮。也常常用分子間吸引力與△H的關係，解釋極性相同的物質相溶，或有氫鍵生成可相溶的現象。但是，這樣的解釋真的正確了嗎？
熵
是主要影響因素
假如仔細思考一下兩種分子因極性相同相互吸引，而△H為負值（放熱反應）之說法，則會發現不甚合理。例如正己烷
和正庚烷混合時，正己烷-正己烷間原有吸引力及正庚烷-正庚烷間原有吸引力應與正己烷-正庚烷間新產生的吸引力相差無幾，即△H將趨近於零！再看一些實驗
數據（表二），可知△H的數值很小，主要影響△G的不是焓而是熵的變化。這些數據還說明破壞了水-水之間氫鍵，生成較弱的水-非極性有機化合物之間偶極-
感應偶極互作用也不是重要的影響因素。
熵是熱量（Q）與溫度（T）的變率△Q/T。凡自發性變化，△S恆大於零，表示能量儲存方式的增
多，或在很多情況下也表示位置混亂程度變大〔註五〕。非極性化合物溶解在水的過程中，假如依照一般對亂度的認識，混合應使△S大於零，實際卻小於零。為什
麼會這樣呢？目前有兩種說法。
一種說法是當非極性有機化合物分子例如正己烷進入水分子群中時，一部分水分子構成類似冰但規則性不如冰的
網狀小簇，其中每個水分子和其他水分子間都有四個氫鍵。一方面補償了因破壞原有氫鍵損失的能量，一方面因在水籠子（water
cage）裡收容了正己烷，使溶液的亂度減小。這一說法可以解釋為何△H無論正、負，絕對值都很小，而△S是較大的負值。另一種解釋則是依據統計力學原
理，因水分子體積較小，故認為在一大群水分子中找到適當大小空洞以容納正己烷的機率不大，而無論溶劑（水）或溶質（正己烷）的轉動和振動自由度都會減少，
故得到負的△S。
1979年，98歲的老化學家希德布蘭特（J. H. Hildebrand,
1881～1983）〔註六〕以水與四氯化碳的黏滯性（viscocity）極相近，但甲烷在水中擴散係數為1.72×10^-5cm²/s
小於在四氯化碳中的2.89×10^-5cm²/s，證明非極性溶質（甲烷）在水裡擴散作用受到較大限制。
但他以為若按第一種說法，擴散係數的相差應大到幾十至幾百倍，而不是只差大約40％，所以第二種解釋也許較接近事實。
雖然，迄今尚無定
論，但「熵」是主要影響因素已為多數人所相信。這一觀念也可以用來說明為什麼在北極洋深處有大量烷類（主要是甲烷）溶解在「冰」中。依上文的熱力學關係
式，溫度愈低，T△S愈小，則△G愈大，溶解的愈多。另在深海中外界壓力很大，溶解度也會增加。其他一些重要化學現象，如清潔劑的除垢作用及生物透膜
（membranes）的形成等，都與水、油不互溶相關。
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覽原件】
水性難卜待深研
某物質在水中的溶解度，除了溫度和壓力外，還會受到其他因素的影響。
一般有機化合物會因水中有電解質存在，而溶解度降低。以四氯化碳為例，25℃時
100g水中可溶解0.077g，但若水中含有0.5M氯化鉀時，四氯化碳的溶解度就降為0.065g。含有0.5M硫酸鎂時，則降到0.048g。有機
化學實驗中，常利用這一原理，在水中加入食鹽，使有機化合物在水中溶解量減至最少，而可以充分分離，稱為鹽析法（salting-out）。
再
者，水的很多性質會隨溫度改變而異，例如25℃時介電常數為78.5，解離常數Kw=10^-14，但250℃時介電常數
26.8，Kw=10^-11。
因此，近年來在過熱水中的反應有不少研究，其中一些頗有工業利用的價值。以寶特瓶
的原料聚對苯二甲酸乙二酯為例，在200℃～300℃之間即可加水分解成為對苯二甲酸與乙二醇（式一）。但此反應在較低溫度時卻很難進行。
水
的分子結構雖不複雜，但其性質，其作用卻不簡單。並不是只用極性及氫鍵就可以解釋。換言之，「水性難卜」，切勿對之掉以輕心。然而水也是蘊藏量最廣的天然
資源，有待人類深入研究、開發、利用。
劉廣定任教於台灣大學化學系
註一：《高中化學》第四冊第8頁，及第41頁。
註二：Pravia, K and Maynard, D.F., J. Chem. Educ.,Vol.73, p.497,
1996.
註三：Silverstein, T.P., J. Chem. Educ., Vol.75,
p.116-118,1998.
註四：依照現行高中化學課本第一冊第94頁中的定義，體積莫耳濃度大於0.1M為可溶，在0.1M與
0.0001M之間為微溶，小於0.0001M為難溶或不溶。
註五：有關「熵」的意義，參閱：劉廣定、曹夢麟，〈談熵〉，《科學月刊》
22卷4期282-288頁，民國80年。
註六：希德布蘭特曾在美國柏克萊加州大學化學系任教多年，是著名的溶液理論化學家，他最後一
篇著作是1981年，一百歲時所寫〈溶液理論的歷史〉，載於《物理化學年度綜覽》（Annual Review of
PhysicalChemistry）32卷，1-23頁，1981年出版，是全世界最「老」化學家的記錄。
 
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1楼
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工
具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以"刀具"一
词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28～前20世
纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已
有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国
的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到 1864年才作为商品生产。
那时的刀具是用整体高碳工具钢制
造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒
特尔发明硬质合金。
在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/
分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
由于高速钢
和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。
1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀
具以更高的速度切削。
1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰
发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，
从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀
等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，
包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
按切削运
动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；
成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是
用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体
结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。
刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具
依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。 
带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄
三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产
生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部
分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；
有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削
的加工表面和引导刀具。
刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到
钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀
具都采用机械夹固结构。
在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理
选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，
但通常相差很校制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易
变形。
通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度
和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。
聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石
适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。
硬质合金可转位刀片现在都已用化
学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣
刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上
由于在高
温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，
刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强
度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。
转载自：汗珠数控论坛 http://www.hzskwh.com
 
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曲轴不仅几何尺寸复杂，而且工件刚性差，所以曲轴加工在金属
加工领域一直傲居
„王级“地位，世界上能够提供高效曲轴磨床的制造商也寥寥无几。正因为曲轴加工的复杂性，多年来曲轴磨削技术的研发举步维坚，几乎没有值得一提的重大发
展。曲轴磨削技术最后一次较大的突破已是15年前研发的连杆轴颈的CBN磨削技术。
如今埃马克公司为曲轴加工市场推出了全新的、甚至可以说是有革新意味的前卫性技术：这就是同步支撑磨削技术，采用这项技术能使曲轴的加工时间减少70％。
By: Oliver Hagenlocher
到底什么是同步支撑磨削技术呢？
同步
支撑磨削技术是采用对置的两个CBN砂轮同时加工工件某个位置的磨削技术。采用这项技术加工工件时，由于两个对置砂轮同步切削，所以一个砂轮在进给方向产
生的切削力和对置砂轮进给方向的切削力相互抵消。为了消除切线方向的力，磨床专家独具匠心地为磨床配置了一个数控支撑中心架。
原则上来讲，这是一个单侧中心架，它从床身一侧向上挤压工件。
这种设计保证了工件的刚性夹紧，工件各方向受力均匀，不会产生任何偏离。由于抵消了径向切削力和切向力，所以加工时允许有极高的进给速度，另外采用两个砂
轮加工也大幅度缩短了加工时间。通过两个砂轮的同向和反向磨削，不仅能消除加工时产生的扭矩，还能以简单的摩擦原理带动通过顶尖夹紧的曲轴。

以
增效为宗旨的机床方案
该机床的结构和目前大家所知的机床结构区别明显：工件头架和尾架上下布置，头架在上，尾架在下。机床配置
了两个十字滑台，左右各安装一个砂轮主轴。砂轮主轴的驱动功率为30kW，适合采用CBN砂轮，切削速度(线速度)可达150
m/s。另外机床配置了自动动平衡和无线电传感器功能，采用了全新的砂轮紧固方案。
新型磨床摒弃了传统磨床惯用的水平方向更换砂轮的方式，而是采用一个简单的辅具在竖值方向将砂轮放置到主轴上。这种简易换砂轮之所以能够实现应归功于采用
短锥和端面贴紧的紧固方式。
VTC 315
DS型磨床的另一特点是，在大多数应用中不需安装头架端的卡头，所以换装也更加简便。当然这也是切削力互相抵消的正面效应。下面尾架一端布置了一个旋转式
的套筒，它保证了最小的摩擦扭矩，所以曲轴在两个顶尖之间就能可靠夹紧。
VTC 315 DS磨床拥有两个测量传感器：
曲轴的轴向定位通过一个可摆出的测头完成，一个集成在机床内的测头以在线测量的方式测量直径。但在线测量通常情况下只用于换装过程。
生产时一般只采用离线测量，因为 VTC 315DS
磨床热稳定性出色，所以能够保证持续的加工精度。两个工作主轴都配置了固体声传感器，主轴转速最大可达15000
转/分钟，所以能够实现砂轮的同步修整，大大减少了非机加工时间。
出色的加工结果是最好的广告
由于曲
轴轴颈的加工精度要求极高，所以人们都想方设法，争取对主轴颈一次装夹进行加工，以消除装夹误差。也就是说，一次装夹后不仅要加工主轴颈、大头和小头等容
易加工的部位，也要加工难度大的连杆轴颈。实现这种加工一般有两种方法：随动磨削法或偏心磨削法。随动磨削的优点是柔性大，但随动磨削的进给速度和偏心磨
削法相比较小，所以加工效率较低。而偏心磨削法的缺点是换装复杂，因为每次换品种时都必须更换卡盘。埃马克公司磨削专家思路超前，将两种磨削方法的优点完
美地结合在了新研发的 VTC 315磨床上。
采用此磨床加工时，曲轴偏心装夹，并采用两个砂轮同步加工连杆轴颈，所以保证了高效加工。采用这种方法就可以采用圆磨方法加工连杆轴颈，可以使用最大的进
给速度。为了保证柔性，专门设计了新的偏心卡盘。偏心卡盘能自动调整连杆轴颈冲程和分度。这样就可以一次装夹曲轴后对曲轴进行全套加工。止推轴颈通过“靠
磨法”同步加工，工件垂直装夹后也能加工大头和小头。此磨床可以配置不同的工件自动输送系统，如配置一个或两个机械手，或配置来回穿梭的送料机构。VTC
315 DS 磨床和其它多砂轮磨床相比的另一优点是占地少，这台磨床包含电器柜的总占地面积只有20 m²。
总结
通
过同步支撑磨削技术首次将曲轴磨削的柔性和高效天衣无缝地结合在了一台磨床上 –
和传统的刚玉砂轮技术相比磨削时间能减少约70%，和CBN技术相比加工时间也能减少50%。
这个新颖的生产系统将为曲轴加工领域带来新的气象，并将持久的改变和影响传统的磨削世界。
技术优点综述：

两个砂轮同时加工同一个轴颈

工件加工时不产生挠曲，所以精加工时间和无火花磨削时间短

省却了在线
直径测量工序

没有因液压支撑流程而放缓进给速度

通过偏心夹紧曲轴而对连杆轴颈进行圆加工，所以工件转速高

同步磨削止推轴颈的端面

趣闻点滴
VTC 315
DS型磨床的基本床身由埃马克在策普斯特(萨安州)的生产基地制造。 这就降低了制造成本，为出色的性价比提供了有利条件。
 
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，
我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技
術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS
DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀
具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生
刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭
迎您親自體驗！！
BW
Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office
No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com /
FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan
S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan
Welcome to BW
tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting
tools. We focus on what you need and endeavor to research the best
cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve
wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic,
machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would
like to solve every problem from you. Please feel free to contact us,
its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS  DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace
cutting tool、hss
drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition
Diamond )’PCBN
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mills、CVD Diamond
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Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD .
POWDER FORMING MACHINE
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end mills、Специальные
режущие инструменты ‘Пустотелое сверло
‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’
PCD (Polycrystalline
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grooving floors’V-Cut
PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’
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Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould
cutter、Tool manufacturer.
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よ
うこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の
世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな
情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
弊社は各領域に供給
できる内容は：
（１）精密
ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
（２）Carbide Cutting tools設計
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ル設計
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ンド・ミル設計
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弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
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弊社
の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
Bewise
Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini
Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel
Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.
BW специализируется в
научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и
электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид /
быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC
картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы,
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для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для
получения большей информации.
BW is specialized in
R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech
coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space
and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS
end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter,
shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill,
involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter,
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sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com 
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source from the internet.
在上臘製程作業完成後，接下來的製程就是破壞力最高的「研磨製程」。
過
去最成熟的研磨製程就是Lapping，即是將晶片使用氧化鋁研磨粉作第一次研磨。其作業方式是使用千分錶量測與設定鐵盤外圍的鑽石點，再將其放置於磨盤
上，使用研磨粉作研磨。使用鑽石點的目的在於讓晶片研磨至設定厚度時，由於鑽石的硬度最高，所以晶片就不致於再被磨耗。
但是，由於藍光
LED基板為藍寶石，硬度高！所以使用Lapping的方式研磨時，會導致製程時間過長。因此，近幾年來以Grinding的方式進行藍光LED的晶片研
磨，降低製程工時。
然而，由於Grinding研磨方式的破壞力比Lapping更大，所以此製程並不適用於質地較脆的紅、黃光晶片。所
以，Lapping與Grinding的研磨製程，就有如所謂的：有一好，就沒有兩好.........
而紅、黃光與藍光的研磨製程，在
不同的條件之下，由此開始有了不同的製程作業路徑！
由於Lapping是成熟的研磨製程技術，重點在於研磨粉中的氧化鋁粒徑，通常有經驗
的工程師都會要求供應商作過篩的作業。所以只要此要點有做執行，一般遇到的問題大多在於磨盤的凹盤或凸盤控制。在此就不多作贅述...........
Grinding
製程設備可分成臥式與立式兩種，臥式研磨機所指的是研磨馬達與水平面平行，可適用於八片式以下的研磨設計。但是若為12片式研磨時，因陶瓷盤過大，則無法
使用此設計方式。立式研磨機所指的是研磨馬達與水平面垂直，而八片式以上的研磨機以此設計為主。
在Grinding的製程方式中，使用鑽
石砂輪搭配冷卻液(冷卻油+RO水或DI水)或鑽石切削液來研磨晶片。雖然冷卻方式會依原設計者的製程理念與經驗而有所不同，但是並不影響製程的結果。此
製程作業之中，最主要的在於工作軸與砂輪軸的調整必須呈平行。再來，就是砂輪的磨石結構。
砂輪的磨石除了鑽石粒徑之外，就是燒結的配方與
溫度，這會對研磨後的品質與砂輪壽命造成不同的結果。一般而言，砂輪的燒結都是供應商的機密，使用端無法得知。然而，砂輪上磨石的設計，也可產生不同的研
磨效果與使用壽命。而目前我所使用過的砂輪設計，以磨石呈長條塊狀的圓周排列方式最佳。而圈數約為三圈以上，可以讓砂輪的使用壽命較長。
因為砂輪的磨石結構與Dicing
Saw的鑽石刀相同，所以都必須作使用修整，目的在於讓鑽石顆粒的浮出狀況最佳化，提高製程的品質與砂輪及鑽石刀的壽命。Dicing
Saw在刀具第一次使用與切割的過程之中，都會以厚度500um以上的矽晶片作修刀。相同的，砂輪在初次使用與研磨過程之中，也必須使用油石作砂輪修整。
由於Grinding研磨製程的速度效率高，若可以在研磨時將晶片厚度儘可能的減薄，則拋光的工時與成本就能降低。但是，研磨是高破壞性
的製程作業，所以晶片減薄有一個極限值；另外，研磨製程中因鑽石所造成的刮痕約為15um，所以完工厚度值也影響著研磨減薄的厚度設定。
然
而，在個人使用過的Grinding研磨機裡，不論是T牌、W牌、SF牌等，最大的極限值都在95~105um。因為藍寶石基板的硬度與翹曲，而使得完工
後在100um以下的結果相當不穩定。
所以，LED的研磨製程主要在設備設計與使用者經驗的搭配。但是晶片的本質，仍是影響結果的主因，
這就看各路高手如何見招拆招了。
 
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