前言
钢水中夹杂物对钢材的的加工性能、耐疲劳强度和表面质量等影响很大.有些钢种如汽车板等对钢中氧化物夹杂含量和粒度有严格的要求,必须限制在一定的范围内,为了提高产品质量,必须在炼钢及精炼工序对夹杂物进行有效地控制.现在,广州珠江钢铁有限责任公司(以下简称“珠钢”)为了挖掘内部利润和提高市场竞争力,加大了新产品的开发力度和提高产品质量的工作力度,这在一定程度上要求提高钢水的纯净度和利用钢水夹杂的能力.基于这一目的,我们对现阶段的钢水夹杂状况进行了调查.
2 夹杂物的分类
钢水中的夹杂物多种多样,可以按存在组成、来源和夹杂的形态进行分类.
(1)按存在形态分,可以分为金属元素夹杂和非金属夹杂.金属元素夹杂:Ｃｕ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ等有害元素;非金属元素夹杂:Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓ以及氧化物和硫化物等有害元素和化合物;
(2)按来源分类,可以分为内生夹杂和外来夹杂.内生夹杂:主要是指脱氧产物和钢液凝固时析出的硫化物等;外来夹杂:主要是指耐火材料及保护渣等外来物质.
(3)按夹杂的形态可分为硫化物类型、氧化铝类型、硅酸盐类型和球状氧化物类型,并分别用Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｄ来表示.
3 钢水夹杂在冶炼过程中的变化情况
由于钢中的非金属夹杂物破坏了钢基体的连续性,尺寸较大、集中分布的夹杂物在使用应力的作用下容易在夹杂与基体界面形成裂纹源,对钢的力学性能和使用性能产生强烈的影响.因此,在这里我们说的夹杂主要是非金属夹杂.
钢中的非金属夹杂主要是指Ｏ、Ｓ、Ｎ以及它们在钢中残留的化合物.大量大颗粒夹杂对钢材的力学性能和机械性能有非常大的损害,但细小的弥散状的颗粒则对成品的性能有很大的好处.
3 .1 钢中的Ｎ及其化合物
氮在钢中的存在形式有自由氮及化合氮,其中化合氮主要是指氮和钢水中Ｔｉ,Ｖ或Ｎｂ形成相应的化合物,也即是说,它们具有固氮的作用.研究表明,在[Ｎ]<50×10-6时,钢中自由氮可<10×10-6;当钢中氮含量较高、原材料不带入Ｔｉ,Ｖ或Ｎｂ时,钢中自由氮含量可能较高.钢中的氮含量有的是由原材料带入,有的是由于吸入空气而引起增氮.对于控制原材料带入的氮,主要靠采用优质材料和合理配料来实现;增氮主要在工艺各环节中采取必要的手段来控制.据调查珠钢各工序的增氮情况如图1(略)所示.
由图1可以看出:
(1)电炉钢水的氮含量比较高,这主要是由于原材料带入.
(2)出钢过程中氮的增量比较多,这主要是由于钢水裸露时间较长,发生吸气增氮.
(3)钢水在等待过程和精炼过程增氮比较少,在合理范围内.
(4)在连铸过程中增氮较为严重.应加强保护浇注.
3 .2 钢中的氧及氧化物
钢中的氧存在形式主要有自由氧及氧的化合物,一直以来,珠钢钢水的自由氧的含量比较低,通常只有5×10-6以下,因此,对钢材性能影响较大的是氧的化合物,包括Ａｌ2Ｏ3和ＳｉＯ2及它们形成的盐类.
钢液中的夹杂物对钢的质量有严重的影响,表现在两个方面,一是钢中夹杂含量,二是钢中非金属夹杂物组成、形态、尺寸及分布状态.因此,在降低钢中夹杂物总量基础上,优化夹杂物组成、形态、尺寸及分布,对钢质量提高至关重要.现阶段珠钢钢水氧化物夹杂在工艺过程中变化情况如图2（略）。
由图2可以看出:
(1)随着钢水处理不断的深入,钢水的[Ｓ]不断降低,至上台时,所取钢样已经看不到硫化物夹杂.
(2)在ＬＦ处理过程中,球形氧化物夹杂的尺寸和数量不断减少,但在钙处理后突然出现球形夹杂突然增多和长大的现象,这主要是钢中的Ａｌ2Ｏ3和钢中Ｃａ发生反应生成了大颗粒的铝酸钙,随着软搅拌的时间的延长,铝酸钙不断上浮,钢中含量减少,上台时已减到最小.
(3)在连铸过程中,随着时间的增加,钢水中的球形夹杂数量又出现增加的趋势,这可能是由于浇注过程中发生二次氧化和外来夹杂.
4 改善方法和建议
氧、氮在钢中含量较高时会造成钢的内部组织疏松,晶粒易长大;钢中夹杂物多且粗大,引起钢材的强度和塑性下降.为了提高产品质量,必须在炼钢工序和连铸工序对夹杂进行有效地控制,包括对夹杂组成、性质、形态、数量、尺寸及其分布的控制.就氧化物夹杂而言,其组成、性质、形态等决定于脱氧制度以及精炼渣组成和性质;而夹杂物的数量在很大程度上主要取决于钢水精炼和连铸过程中夹杂进一步聚集上浮以及对钢水二次氧化的控制,包括精炼渣系对夹杂物的吸附、吹氩制度和镇静时间,其中精炼是钢中夹杂物的有效控制和去除的重要环节.
(1)强化保护,防止钢水吸气形成二次污染.主要措施是电炉全程泡沫渣冶炼、无渣出钢、快速成渣、碱性白渣和保护浇注.
(2)采用复合脱氧,强化深脱氧工艺,降低钢水中的氧合量.使用复合脱氧,提高作为主脱氧剂铝的活性,降低钢中的活性氧;同时,其它脱氧产物是碱性氧化物,与Ａｌ2Ｏ3形成低熔点、大颗粒化合物,易于上浮,降低了钢水中的全氧.
(3)优化钙处理工艺,保证软搅拌时间,促使夹杂充分上浮和变性.根据钙处理后夹杂变化情况,可以提前进行钙处理,以保证软搅拌时间,必要时可以考虑进行二次钙处理.
(4)合理利用碱性白渣的吸附能力,去除钢水中的夹杂和气体含量.
(5)优化现有的ＳｉＡｌＢａＣａ脱氧工艺,充分利用ＳｉＡｌＢａＣａ的深脱力和其对氧化物夹杂形态良好的变性作用,实现对钢中夹杂有效控制.
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