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摘 要：对湖南华菱涟源钢铁集团有限公司新转炉炼钢厂RH-MFB冶炼超低碳IF钢生产进行了研究，分析转炉出钢中碳氧含量和温度、真空循环时间、冶炼渣成分等因素对钢液中夹杂物数量、粒径分布的影响。对RH精炼过程中工艺参数进行了优化。使该厂在生产IF超低碳钢时达到ω(C)≤30×10^-6、ω(N)≤30×10^-6、ω(O)≤20×10^-6的技术要求，钢液成分及质量稳定。

关 键 词：超低碳钢；RH-MFB；夹杂物

RH作为目前生产超纯净钢和超低碳钢等高附加值钢材的主要精炼手段，其工艺参数的设定对钢材中非金属夹杂物数量、尺寸及形貌分布有着重大的影响。通过控制转炉终点钢水碳氧含量、温度、RH脱碳结束后氧含量、合金化后循环时间及RH渣系氧化性等对提高成品质量性能有着具有重要的现实意义。湖南华菱涟源钢铁集团有限公司(以下简称涟钢)新转炉炼钢厂于2010年10月开始试生产IF钢(无间隙原子钢)，经过半年多的技术攻关，目前已形成了成熟的生产工艺。以涟钢生产IF钢为例，分析了RH-MFB(装备了多功能氧枪装置的RH设备)生产过程中工艺参数的控制对钢水中夹杂物的影响。

1  成分设计及工艺路线

1．1  成分设计及冶炼路线

IF级钢又称深冲压级冲压用冷轧钢板，其典型钢种成分见表1。它具有成形性好、无时效、无屈服平台等特点，对钢液要求碳、气体含量低，夹杂物含量少，成分均匀稳定，主要用于轿车车门和车顶面板。

冶炼IF钢生产工艺流程为：KR→BOF→RH→CC。高炉铁水先经过KR脱硫处理，使其硫含量达到转炉要求。然后经转炉吹炼，使钢液具备合适的终点碳、氧含量以及低磷、低硫含量和RH真空处理所需要的温度，转炉出钢过程中加适量渣料。然后进行RH脱碳、去夹杂及调整钢水成分、温度等，合格的钢水进行常规板坯连铸。

1．2  RH-MFB工艺设备

涟钢新转炉炼钢厂RH-MFB真空处理装置于2009年11月投入试生产，在2011年初已处理钢水10余万吨，其主要技术参数见表2。

2  试样检测分析

在RH-MFB精炼处理IF钢的过程中，分别在转炉出钢、氩站、RH精炼过程和中间包内取样。其中，在RH精炼过程中分别取RH进站、循环3～5 min、脱碳结束后、加铝合金化后0～15min和RH出站样，并且记录相关生产数据，进行全程跟踪。根据现场实际生产情况，累计取样4浇次，每个浇次从第2炉开始取样，经整理后有14炉试样完整。

2．1  钢中氧、氮变化情况

对所取14炉完整试样进行氧氮含量检测分析，其检测结果平均值如表3。

从表3可以看出，RH进站平均氮质量分数平均为12×10^-6，这表明炉前对氮的控制较好。RH真空脱氮主要靠脱碳期氩气泡及碳氧反应生成的CO气泡。处理后期氮含量相对较低，脱氮仅靠氩气泡，效果有限。真空处理过程中略有所增氮，但增氮幅度不大。连铸过程中氮质量分数比RH出站时平均高出19×10^-6，说明在浇铸过程中存在着较为严重的二次氧化情况，保护浇铸较差。在合金化后循环过程中，随着真空循环，钢液中氧含量随着循环时间的增长而减低。净循环9 min以后，钢液中氧含量不降反而有所上升，说明此时的循环对夹杂物去除的作用不大。RH处理结束至连铸过程中，平均增氧质量分数为13×10^-6，这主要是钢水与空气接触造成的。

2．2  显微夹杂物形貌及类型

通过对14炉完整试样进行金相制样，利用扫描电镜及能谱分析仪进行分析，发现其显微夹杂绝大部分为Al₂O₃，其中，精炼0～3 min时发现有少量的钙铝酸盐类夹杂物和Al₂O₃+MnO的复合夹杂，详见表4。

由表4可知，Al₂O₃存在于冶炼全程的钢液中，是钢液中夹杂物的主体部分，这些夹杂或呈簇状，或呈球状，以球状存在的Al₂O₃夹杂以弥散相存在于钢中。此外，还发现有少量的铝酸钙及硅铝酸钙的夹杂物，所占比率不到统计数量的5％。在中间包中，钢中夹杂仍以Al₂O₃为主，但总体数量较少。随着RH精炼过程的进行，钢中的显微夹杂物能够被有效地去除^[1-3]。

2．3  显微夹杂物变化情况

对RH精炼过程中钢液中显微夹杂物的粒径分布进行检测分析，检测结果如图1。可以看出，随着RH精炼过程的深入进行，钢中夹杂物数量基本呈现先增后降的趋势。进站时，钢中夹杂物数量波动较大，平均为11．6个／mm²。从合金化与精炼结束时钢中夹杂物的结果对比来看，规律不一，有的降低，有的则不降反升，这主要与RH的净循环时间、顶渣氧化性有较大的关系，夹杂物数量平均为15．94个／mm²。精炼结束至浇铸过程中，夹杂物借助自身的浮力开始不断的上浮至渣层中，因此，中包钢液内的夹杂物数量呈下降趋势。

2．4  大样电解结果

由于RH处理过程中钢水循环搅拌比较充分，大型夹杂物的去除效果好。因此，试验中仅取RH后循环过程中及出站时的大钢样进行大样电解。钢中夹杂物的数量如表5所示(因取样原因，第2炉缺少铸坯样)。

从表5可以看出，合金化后，随着钢液的循环流动，大型夹杂物数量也呈现下降趋势。且钢中存在的夹杂物主要在50μm以下。浇铸过程中，夹杂物在中包内的上浮去除，最终铸坯内大型夹杂物数量进一步降低。

对电解出来的大型夹杂进行扫描电镜与能谱分析，低倍下的形貌见图2。可以看出，合金化后3min，钢液中存在的大型夹杂物主要是Al₂O₃类夹杂物，另有少量的SiO₂类夹杂物，这类夹杂物主要源于被卷入的顶渣。合金化6～9 min时，钢中Al₂O₃夹杂物呈现球团及块状，另有少量的钙铝酸盐类夹杂物。铸坯中夹杂物除Al₂O₃类夹杂物外，另发现有SiO₂类及含钾等硅钙酸盐类夹杂物。

3  RH工艺参数对钢液中夹杂物的影响

3．1  转炉出钢时碳、氧含量及温度的控制

通过统计转炉出钢时副枪测定氧含量与碳含量的值及出站温度，分析转炉冶炼终点时C-O关系如图3；统计RH进站时碳氧含量与温度的数据，分析其关系如图4。

从图3可以看出，当ω(C)<0．035％时，钢中氧含量急剧增加。一方面，增加了脱碳结束后铝丸的消耗及Al₂O₃夹杂物的生成量；另一方面，RH在处理这种严重过氧化时，容易出现渣冒的现象，不但增加了处理难度，还有可能会烧坏氩管。ω(C)>0．05％时，脱碳所需要的氧含量偏低，因而增加了MFB枪吹氧的可能性，这对于降低钢中夹杂物含量也是不利的。因此，转炉出钢ω(C)应控制在0．035％～0．05％，ω(O)控制在(500～700)×10^-6，尽量减少因脱磷、拉碳等补吹炉次，保证转炉良好的底吹效果等，有利于提高后续RH工艺操作的稳定性。

从图4可以看出，随着RH进站碳含量的增加，其进站温度越低；随着RH进站氧含量的增加，其进站温度越高。这是因为在转炉出站时钢水过氧化越严重，钢水温度越高，在RH进站时氧含量也越高，否则反之。在图4中2条趋势线在ω(C)≈0．04％，ω(O)=450×10^-6时有个交集，此处温度约为1620℃。进站温度越高，钢水氧含量越高、碳含量越低，钢水过氧化越严重；进站温度过低，钢水在精炼过程中需要吹入更多的氧进行脱碳和升温，对后期钢中夹杂物控制不利。因此RH进站温度控制在1620℃左右，有利于后续RH工艺中夹杂物的控制。

3．2  脱碳结束后净循环时间的影响

3．2．1  净循环时间对炉渣氧化性的影响

分析了RH合金化后净循环时间与渣样中T．Fe含量，其结果如表6。可以看出，渣中T．Fe含量在进站后有较大幅度的降低，这是因为进站后加入了顶渣改质剂，降低了炉渣的氧化性。但仍有少数炉次渣中T．Fe含量下降并不明显或不降反升。

由于真空处理过程避开了顶渣，顶渣相对处于一种静止的状态，但渣钢界面间的传氧反应仍是在时刻不断的进行。渣中T．Fe含量越高，其氧活度越高，更容易在净循环阶段与钢液的Al元素发生二次氧化反应。渣中ω(T．Fe)>10％的炉次，随着合金化后循环过程的深入进行，渣中T．Fe含量下降较为明显。此外，脱碳结束后钢中氧含量越大、炉渣氧化性越强，对后期夹杂物的控制越不利，因此应该在保证脱碳效果的情况下尽量控制脱碳结束后钢中氧含量。

3．2．2  净循环时间对炉渣Al₂O₃含量影响

分析了RH合金化后净循环时间与渣样中Al₂O₃含量，其结果如表7。

加铝脱氧合金化及渣钢间发生的二次氧化反应后生成大量细小的Al₂O₃夹杂物，脱碳结束后氧含量越高，渣中FeO含量越高，生成的Al₂O₃夹杂物量也就随之增多。这些细小的Al₂O₃夹杂物在钢液循环、搅拌的作用下，经历着碰撞、聚集、长大等过程，最终上浮至顶渣层中。结合现场取到的净循环过程中渣样结果分析来看，顶渣中Al₂O₃含量也基本呈现上升趋势，在6～9 min时，顶渣中Al₂O₃含量基本达到饱和值。之后，随着净循环时间的延长，顶渣中Al₂O₃含量仍有增加的趋势，但效果并不明显。因此，建议净循环时间基本控制在6～9 min，循环效果差的炉次，可延长至12 min。

3．3  夹杂物对塞棒的影响

分析2个正常浇次中塞棒情况得出，中包内的夹杂物主要以小于10μm的显微夹杂物为主，所占比例基本都在80％以上。从塞棒的上涨情况来看，其中上涨幅度较大的炉次，其小于10μm的显微夹杂物所占比例相对较高。但从对应的金相样的显微夹杂物数量来看，并无一一对应的关系。也就是说，前后炉次塞棒的上涨幅度与中包内显微夹杂物个数并不完全成正比，这与中包内的流场、前一炉次已上涨的幅度有较大的关系^[4]。

4  工业试验

4．1  试验条件

选取经过RH处理的IF钢为试验目标，通过对精炼、连铸过程取样分析，对比分析试验前后精炼钢中氧氮含量与铸机塞棒变化情况。所选取浇次共连浇7炉，对现场过程控制情况记录如表8。可以看出，该浇次中7炉钢基本按试验方案进行了控制，其中第5炉在转炉出钢时未能控制得当，出现了过氧化现象。

4．2  钢中氧氮变化

对7炉钢所取钢样进行氧氮含量分析，其检测结果如表9。与表3对比可以看出，在对RH精炼过程参数进行优化后，RH结束时钢液中氧氮含量均比优化前有所降低。其中，RH出站时的平均氧质量分数由优化前的35×10^-6降到16×10^-6，降低幅度为54％，优化效果比较明显。连铸增氧质量分数则由优化前的13×10^-6降到10×10^-6。RH出站时的平均氮质量分数由优化前的16×10^-6降到13×10^-6，中包氮质量分数由35×10^-6降到18×10^-6，保护浇铸效果明显改善。

4．3  连铸塞棒变化情况

对该浇次7炉钢在浇钢过程中连铸情况进行统计，统计数据如表10。可以看出，连浇前5炉过程中塞棒变化幅度较小，拉速恒定，连铸状态良好，但第5炉与第6炉塞棒有明显的上涨现象，这主要是因为第5炉进站温度为1611℃，在RH精炼过程中温度过低，进行了吹氧加铝升温，导致后期塞棒上涨较严重。到第7炉时，由于水口被侵蚀严重，塞棒也出现了上涨现象，需更换水口。

5  小结

1)通过对小钢样进行金相制样，利用扫描电镜及能谱分析仪进行分析，发现其显微夹杂绝大部分为Al₂O₃，其中，在精炼0～3 min时发现有少量的钙铝酸盐类夹杂物和Al₂O₃+MnO的复合夹杂。合金化后3 min，钢液中存在的大型夹杂物主要是Al₂O₃类夹杂物，另有少量的SiO₂类夹杂物，合金化6～9 min时，钢中Al₂O₃夹杂物呈现球团及块状，另有少量的钙铝酸盐类夹杂物。铸坯中夹杂物除Al₂O₃类夹杂物外，另发现有SiO₂类及含K等硅钙酸盐类夹杂物。

2)转炉出钢碳质量分数控制在0．035％～0．050％，氧质量分数控制在(500～700)×10^-6，有利于提高后续RH工艺操作的稳定性；RH进站温度控制在1620℃左右，转炉出钢时温度应控制在1680℃左右，有利于后续RH工艺中夹杂物的控制。

3)脱碳结束后的净循环时间控制在6～9min，循环效果差的炉次，可延长至12 min。

参 考 文 献

[1]   叶仲超，王石扬，汪晓川．IF钢中的夹杂物[J]．金属学报，1999，35(10)：1057-1061．

[2]   李克厚．水岛钢厂优质IF钢的大规模生产[J]．钢铁研究，1998，18(2)：62-63．

[3]   朱国森，丁会香，王万军，等．IF钢冷轧板表面缺陷研究[J]．钢铁，2004，39(4)：54-56．

[4]   崔学正．连铸用浸入式水口内壁氧化铝的附着机理及防止方法[J]．国外耐火材料，        1995(1)：57-61．