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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-09-30 14:19
要想提高低合金結構鋼質(zhì)量,降低氧含量、減少非金屬夾雜物的含量非常重要。通過不同的精煉工藝及合理的精煉操作及全程的保護處理,使夾雜物含量減少到最低程度,而對于不可完全去除的微觀夾雜物,則將其轉變?yōu)閿?shù)量少、尺寸小的塑性夾雜物來降低其危害。鋼水純凈度的常用分析方法有利用顯微鏡、掃描電鏡和大樣電解分析夾雜物的類型演變規(guī)律,很少有文獻對精煉爐渣與夾雜物的對應關系、氧含量與夾雜物數(shù)量的對應關系等進行研究。取樣進行金相試驗和電鏡試驗分析夾雜物試驗周期長,投入精力大,且需要專用儀器,為了更高效地指導生產(chǎn),需要找到一種更為簡潔、高效的評價夾雜物的試驗方法。
1、試驗材料與方法
1.1 生產(chǎn)工藝
某單位Q420鋼生產(chǎn)工藝流程為:轉爐→LF→連鑄。出鋼預脫氧采用Si、Mn 合金,LF加入電石及石灰造渣,吹氬攪拌,喂鋁和鈣處理,靜吹后澆鑄。
1.2 試驗方法
從冶煉工序中LF進站、合金化、喂鋁后、軟吹后、中間包、鑄坯取6個Q420低合金結構鋼試樣。用化學法分析精煉渣中FeO、CaO、SiO2、MgO、Al2O3等氧化物含量;對精煉工序樣品進行氧、氮含量及化學成分分析,研究各階段氧、氮含量及化學成分變化;統(tǒng)計夾雜物數(shù)量,找到夾雜物數(shù)量變化規(guī)律。結合成分與夾雜物數(shù)據(jù),分析精煉過程中精煉渣成分、鋼中鋁鈣成分、氧氮成分變化與夾雜物數(shù)量類型的對應規(guī)律。
1.3 精煉渣化學成分
對精煉LF進站、合金化、喂鋁、喂鈣分別取精煉渣渣樣進行主要化學成分分析,結果如表1所示。

1.4 精煉工序鋼樣化學成分
對LF進站、合金化、喂鋁、喂鈣、中包、鑄坯分別取鋼樣進行主要化學成分分析,各試樣化學成分如表2所示。

1.5 夾雜物數(shù)量統(tǒng)計
利用電鏡和顯微鏡對LF各階段以及中包和鑄坯試樣進行掃描,每個試樣掃描10mm2范圍統(tǒng)計夾雜物數(shù)量,結果如表3所示。

2、實驗結果分析與討論
2.1 精煉渣成分與鋼液中夾雜物數(shù)量變化規(guī)律
根據(jù)精煉工序各階段精煉爐渣中各成分可以看出,隨著精煉過程的進行,ω(TCa)上升,ω(FeO)降低,說明整個LF 精煉過程中通過加入石灰和螢石造高堿度還原渣,渣中ω(CaO)隨之增加,ω(FeO)隨之降低??梢娋珶捲衱(FeO)和ω(MnO)越低,鋼液中硫化物類夾雜物越少。
精煉造白渣操作使渣中ω(Al2O3)降低,加鋁脫氧和吹氬操作使渣中ω(Al2O3)升高,出站前的軟吹使Al2O3類夾雜上浮進入渣中,使渣中ω(Al2O3)進一步升高。可見精煉渣中ω(Al2O3)越高,鋼液中Al2O3類夾雜物數(shù)量越少。
渣中ω(MnO)和ω(MgO)從造白渣后一直在降低,說明精煉爐渣中的MnO和MgO不斷與鋼水中Al反應,被還原后進入鋼水??梢娋珶捲?omega;(MnO)和ω(MgO)越低,鋼液中MnO和MgO類夾雜物數(shù)量越多。
各工序Alt含量發(fā)生變化,合金化加入的金屬鋁與鋼液中的氧反應生成大量Al2O3,并有部分鋁與SiO2-MnO反應還原出Si、Mn,其余在鋼液中形成Alt;Ca 處理后,Ca與Al2O3類夾雜物聚集并上浮??梢?omega;(Alt)越高,鋼液中Al2O3類夾雜物數(shù)量越多,這也與精煉渣中Al 的變化成反比相對應。
喂鋁后鋼水中CaO產(chǎn)生脫S反應,消耗鋼水中的CaO造成鋼水ω(Ca)大幅下降;鈣處理過程Ca與Al2O3結合生成鈣鋁酸鹽;中包內(nèi)在鋼液流場作用下部分鈣鋁酸鹽夾雜物上浮,ω(Ca)小幅降低;鋼液凝固至鑄坯過程ω(Ca)基本不變??梢婁撍?omega;(Ca)越低,鋼中硫化物類夾雜物越少;鋼水ω(Ca)越低,鋼中Al2O3類夾雜物越少。
2.2 各工序夾雜物數(shù)量與鋼中T[O]含量關系
夾雜物多數(shù)為氧化物,可以用鋼中全氧質(zhì)量分數(shù)作為鋼水潔凈度水平的衡量指標。鋼的氮含量主要受轉爐冶煉過程控制,脫氧后的鋼液能夠迅速吸收空氣,過程的增氮量代表了鋼液的二次氧化程度,因此可用過程增氮量粗略表征鋼的潔凈度。
利用電鏡掃描統(tǒng)計夾雜物數(shù)量,發(fā)現(xiàn)進站夾雜物較少,造渣后升高,喂鋁導致夾雜物數(shù)量劇增,達到最多,隨后喂鈣后夾雜物又大幅減少,到連鑄后夾雜物繼續(xù)減少,至鑄坯階段趨于平穩(wěn)。夾雜物數(shù)量整體呈先上升后下降最后與進站時持平并趨于平穩(wěn)的變化過程。
精煉初期造渣合金化階段由于爐渣氧化性強造成鋼液中氧含量升高,加入的合金同時部分被氧化造成夾雜物數(shù)量升高;喂鋁后鋁與鋼中氧反應產(chǎn)生大量Al2O3夾雜物,造成夾雜物數(shù)量升高,同時氧含量下降;喂鈣后Al2O3夾雜物變性為鈣鋁酸鹽類復合夾雜物,伴隨吹氬攪拌,夾雜物聚集和上浮,夾雜物數(shù)量和氧含量同時降低;中包階段夾雜物數(shù)量和氧含量變化幅度較小,保護澆鑄差造成中包鋼水二次氧化,氧含量升高,而夾雜物數(shù)量下降說明中包內(nèi)流場上浮去除夾雜物效果好;鑄坯階段氧含量及夾雜物數(shù)量相比中包基本不變,呈平穩(wěn)趨勢。說明全氧質(zhì)量分數(shù)越高,夾雜物數(shù)量越多。
2.3 夾雜物類型變化與精煉渣成分變化規(guī)律、鋁鈣含量變換規(guī)律
在LF造渣合金化過程,CaO隨著吹氬攪拌進入鋼液,夾雜物中CaO含量增加,此時鋼液中夾雜物主要以MnO-SiO2- CaO為主。
喂鋁后,形成大量Al2O3夾雜物,并在還原氣氛下置換出夾雜物中的Mn 和部分Si,同時渣中MgO被鋼液中鋁還原生成[Mg]進入鋼液,[Mg]進一步和Al2O3夾雜反應生成MgO-Al2O3殘存在鋼液中。
鈣處理后,鋼液中溶解的[Ca]與Al2O3夾雜發(fā)生反應形成CaO-Al2O3夾雜,或與MgO- Al2O3夾雜發(fā)生反應,轉變?yōu)镃aO-MgO- Al2O3夾雜物。
中間包中的非金屬夾雜物基本保持為LF 出站后的夾雜物類型,主要為以球形鈣鋁酸鹽為主要成分的復合夾雜物,是Al2O3用鈣處理后的變性產(chǎn)物。
以上描述的夾雜物類型變化與精煉渣成分變化規(guī)律、鋁鈣含量變換規(guī)律相對應,可以通過精煉渣成分中FeO、CaO、SiO2、MgO、Al2O3等氧化物含量、鋼中鋁鈣含量多少判斷鋼中夾雜物類型。
3、結論
1)通過精煉渣中各成分質(zhì)量分數(shù)高低,可以判斷鋼中夾雜物數(shù)量多少,精煉渣中ω(FeO)和ω(MnO)越低,鋼液中硫化物類夾雜物越少,精煉渣中ω(Al2O3)越高,鋼液中Al2O3類夾雜物數(shù)量越少,精煉渣中ω(MnO)和ω(MgO)越低,鋼液中MnO和MgO類夾雜物數(shù)量越多。
2)通過各工序鋼中Alt、Ca的質(zhì)量分數(shù)可以判斷鋼中硫化物類和Al2O3類夾雜物數(shù)量多少,各工序ω(Alt)越高,鋼液中Al2O3類夾雜物數(shù)量越多,鋼水ω(Ca)越低,鋼中硫化物類和Al2O3類夾雜物越少。
3)鋼液氧含量與夾雜物數(shù)量基本呈對應關系,通過鋼中全氧質(zhì)量分數(shù)判斷總夾雜物數(shù)量多少,鋼中全氧質(zhì)量分數(shù)越高,夾雜物總數(shù)量越多。
4)夾雜物類型變化與精煉渣成分變化規(guī)律、鋁鈣含量變換規(guī)律相對應,可以通過精煉渣成分中FeO、CaO、SiO2、MgO、Al2O3等氧化物含量、鋼中鋁鈣含量多少判斷鋼中夾雜物類型。

來源:承德釩鈦新材料有限公司