基于非铝脱氧工艺的GCr15轴承钢中Ds类夹杂物控制

当前在轴承钢中氧含量已经能够控制在极低水平的情况下,Ds类夹杂物成为影响其质量稳定性的主要因素之一。为解决这一问题,本研究提出了利用非铝脱氧工艺,不使用铝作为脱氧剂,而采用硅锰预脱氧、渣面扩散脱氧、真空终脱氧、精炼过程造低碱度渣的方式生产GCr15轴承钢。与传统铝脱氧生产工艺相对比,非铝脱氧工艺轴承钢中主要夹杂物为硅酸盐,含有少量钙铝硅复合夹杂物,减少了形成Ds类夹杂物的镁铝尖晶石和钙铝酸盐,显著降低了Ds类夹杂物的含量,在轧材中能够将Ds类夹杂物稳定控制在0.5级以下,评级为0级的样品占比高达91.67%。该工艺能够获得稳定的生产效果和产品质量,并为高品质轴承钢生产提供理论及技术指导。     

15-5PH不锈钢大型锻件冶炼脱氧工艺研究

摘要：以实际工艺流程50t EBT-VOD-LF-VC冶炼15-5PH不锈钢为背景,通过FactSage 8.0和经典Wagner模型研究冶炼硅铝复合脱氧过程中钢液中的铝含量、炉渣组成以及冶炼温度等因素对钢液中氧含量的影响进行了热力学研究。结果表明：Al-Si复合脱氧为15-5PH不锈钢冶炼过程中的最佳脱氧工艺,为了保证脱氧的冶炼效果,应控制钢液中的酸溶铝的质量分数在0.015%左右;降低冶炼温度有利于降低钢液平衡氧含量;考虑炉渣的物理性能和钢渣界面平衡反应得出脱氧工艺的最优炉渣成分,碱度为2.5~3.0,w（(Cr2O3)）=0.5%,w（(Al2O3)）=20%,w（(MgO)）=5%,w（(CaF2)）=5%;经过工艺优化后生产的15.5PH不锈钢中氧含量明显降低,均满足产品要求,炉渣碱度对平衡氧含量和实际生产全氧含量的影响规律基本相同。     

Q235钢2步脱氧工艺的理论分析及生产试验

为实现Q235钢种节能降本的目的,分析了该钢种原工艺的冶炼特点,通过铝、硅、锰复合脱氧的热力学计算,提出了"转炉出钢加硅、锰和少量铝弱脱氧+LF补铝终脱氧"的2步脱氧工艺。经Thermo-Calc热力学软件计算整个体系的平衡状态,精炼结束钢水中的氧含量(w(O)=1×10-6)和硫含量(w(S)=1.5×10-6)均达到钢种要求,理论上验证了新工艺的可行。经180 t LF试生产,精炼结束钢水w(Alt)=0.004%~0.015%,w(T.O)=(20~35)×10-6,w(S)0.012%,满足工艺要求,钢水浇铸性能良好,脱氧成本可降低4.2元/t。     

脱氧方法对钢中氧含量的影响

在10Kg真空感应炉上,研究了脱氧方法对钢中氧含量的影响。真空碳脱氧时,氧含量下降很快;但当10分钟后,基本保持不变,其值均为18ppm。铝硅脱氧时,铝硅分开加入钢浓脱氧后,钢中含氧量(16—17ppm)比铝硅同时加入钢液脱氧时的氧含量(约20ppm)低,并用炉渣结构的共存理论对这种现象进行了分析。     

钛稳定超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧的试验研究

 为改进超纯铁素体不锈钢的脱氧工艺,提高夹杂物控制水平,在硅钼高温电阻炉内对钛稳定超纯铁素体不锈钢的精炼过程进行了试验研究。结合热力学计算,研究了不同Si、Al含量(质量分数,下同)比值的硅铝合金的脱氧效果,以及脱氧、钛合金化和钙处理后钢中典型夹杂物的组成和形貌及粒度分布。结果表明：钢中初始氧含量相近的条件下,硅铝合金复合脱氧的钢中酸溶铝、全氧量与纯铝脱氧结果相近。硅铝复合脱氧后钢中夹杂物主要为(MgO-)Al2O3-SiO2复合脱氧产物。钛合金化后夹杂物的类型主要为Al2O3-MgO-(SiO2)-TiOx复合夹杂物和TiN。钙处理后的夹杂物主要为球形的MgO-Al2O3-CaO-SiO2-TiOx类复合氧化物。采用硅铝合金复合脱氧比纯铝脱氧钢的夹杂物的总数量、总面积和平均粒径均要小。     

15-5PH不锈钢大型锻件冶炼脱氧工艺研究

以实际工艺流程50 t EBT-VOD-LF-VC冶炼15-5PH不锈钢为背景,通过FactSage 8.0和经典Wagner模型研究冶炼硅铝复合脱氧过程中钢液中的铝含量、炉渣组成以及冶炼温度等因素对钢液中氧含量的影响进行了热力学研究。结果表明:Al-Si复合脱氧为15-5PH不锈钢冶炼过程中的最佳脱氧工艺,为了保证脱氧的冶炼效果,应控制钢液中的酸溶铝的质量分数在0.015%左右;降低冶炼温度有利于降低钢液平衡氧含量;考虑炉渣的物理性能和钢渣界面平衡反应得出脱氧工艺的最优炉渣成分,碱度为2.5～3.0,w((Cr_2O_3))=0.5%,w((Al_2O_3))=20%,w((MgO))=5%,w((CaF_2))=5%;经过工艺优化后生产的15-5PH不锈钢中氧含量明显降低,均满足产品要求,炉渣碱度对平衡氧含量和实际生产全氧含量的影响规律基本相同。     

RH精炼脱氧方式对含铝无取向硅钢夹杂物的影响

氧元素是硅钢中的有害杂质,RH精炼脱氧方式对氧含量的控制有重要影响。结合大生产含铝无取向硅钢的实际情况,研究了RH精炼脱氧方式对无取向硅钢夹杂物的影响。结果表明,RH精炼采用"先硅后铝"脱氧方式对应的钢中氧含量高于"先铝后硅"脱氧方式。采用"先硅后铝"和"先铝后硅"脱氧方式时Si、Al元素平均收得率分别为90.7%、78.2%和97.5%、63.7%,前者的脱氧效果要优于后者。从磁性控制角度而言,采用"先硅后铝"脱氧方式对磁性更为有利。采用"先硅后铝"和"先铝后硅"脱氧方式,对应的夹杂物种类分别以Mn S+CuxS复合夹杂和以单个的Al N以及Mn S+Al N复合夹杂为主,两者平均尺寸分别为0.73μm和0.38μm。     

镁 提 高 钢 水 纯 净 度 的 研 究

 在真空感应炉内分别向42CrMo钢液单独加入铝进行脱氧、铝脱氧后加入钙进行钙处理、铝脱氧后加入镁进行镁处理三种不同的工艺条件,得出镁处理的铝脱氧钢总氧含量略低于钙处理的铝脱氧钢,并且明显低于单独用铝脱氧的钢。用镁处理铝脱氧钢中单位面积上夹杂的个数比钙处理铝脱氧钢降低了将近2/3,比单独用铝脱氧钢中单位面积上夹杂的个数降低了将近4/5。并且用镁处理的铝脱氧钢中绝大多数都是细小、尺寸小于2 μm的镁铝尖晶石类夹杂,它们对钢的性能几乎不会产生影响。     

无缝钢管钢采用复合脱氧的效率

本文总结了为提高钢管钢的质量，采用硅锰（铝）合金和硅锰（钛）合金对钢水进行复合脱氧所产生的效果及质量化检验结果。     

铁液中Al-C复合脱氧热力学

利用热力学方法,针对铁液中铁水深脱硫条件所需要的低氧含量,研究了Al-C-O平衡时铁溶液中氧含量的变化规律.通过对C、Al及Al-C复合脱氧反应脱氧常数的比较得出,在1573K温度下,铁液中用Al-C复合脱氧,其脱氧能力比单独使用C脱氧能力强.用热力学理论得出1573K温度下铁液中用Al-C复合脱氧的平衡曲线.研究表明:在温度一定时,随着C的活度a_C的增大,Al-C复合脱氧能力逐渐增强;在a_C一定的情况下,随着温度的升高,Al-C复合脱氧能力逐渐减弱.      

VOD炉冶炼20Cr13不锈钢硅脱氧工艺

 以实际工艺流程30 t EAF-VOD-LF-模铸冶炼20Cr13不锈钢为背景,通过热力学计算,对VOD精炼硅脱氧处理后,重新造渣过程中炉渣碱度、合金含量以及钢液温度对钢液中平衡氧含量的影响进行了研究。研究结果表明：钢液中的氧含量随炉渣碱度的增加呈现明显的减小趋势,实际生产中炉渣碱度一般应确保在2以上;为了保证添加合金进行脱氧的冶炼效果,应保证钢液中的硅的质量分数在0.3%以上;降低冶炼温度有利于降低钢液平衡氧含量;炉渣碱度对平衡溶解氧含量和实际生产全氧含量的影响规律基本相同,拟合出平衡溶解氧含量与实际全氧含量之间存在线性关系。     

SiAlBaCa合金对钢液脱氧的工业试验

在宝钢电炉分厂的150 t LF/VD精炼设备上进行了SiAlBaCa合金脱氧的工业试验.工业试验结果表明,采用SiAlBaCa脱氧时的全氧含量基本上在各个工位均与采用Al和FeSiAl脱氧相当,其脱氧产物上浮速度要快于用Al脱氧,能够较快地使夹杂物数量达到较低的水平,而且试验中夹杂物的球化作用比较明显.     

不同脱氧方式对钢中夹杂物的影响

为控制钢液中氮含量,实验了两种不同脱氧方式:(Ⅰ)出钢过程加Al进行强脱氧;(Ⅱ)出钢时不加Al,加入Si-Mn合金进行弱脱氧,在LF进站再喂入Al线进行强脱氧.借助气体分析仪和扫描电镜对不同脱氧方式下钢中氧氮含量和夹杂物进行了分析.两种不同脱氧方式得到最终产品的全氧含量几乎一致,但方式(Ⅱ)对控制氮含量更为有利,可以使氮的质量分数降低约5×10-6;两种不同脱氧方式对最终产品中夹杂物的类型和尺寸影响不大,均为球状的CaS和CaO-MgO-Al₂O₃夹杂物.文中还推断出了采用Si-Mn弱脱氧时钢中夹杂物的生成过程.      

300 kg真空感应炉熔炼08Cr9CoMo钢的氧含量研究

采用MgO坩埚真空感应熔炼08Cr9CoMo钢,纯铁经除锈与其他合金烘烤后按照0.06%C、1.3%Co、9.0%Cr、1.5%Mo、0.02%La-Ce,余量为铁配料,真空度≤10 Pa通电,熔化期控制真空度25~30 Pa,精炼期控制温度1600 ℃和真空度10 Pa,精炼20 min,出钢前添加0.02%稀土,最终分析结果为0.022%C,0.002 8%O。通过热力学计算了真空下碳脱氧能力,随着真空度的降低碳脱氧能力显著增强,热力学计算分析了MgO坩埚供氧与真空度的关系,真空度低于25 Pa后坩埚分解供氧更显著,当MgO坩埚分解供氧速率等于碳脱氧速率时钢液达到最低氧含量。     

AlSiBa 合 金 脱 氧 实 验

 为了研究AlSiBa合金的脱氧效果,在中频感应炉上应用高Ba和低Ba两种合金进行脱氧实验。实验表明Ba合金复合脱氧剂的效果要好于常用的脱氧剂,脱氧快、夹杂物聚集长大上浮容易。与传统脱氧剂相比,当采用低Ba合金脱氧时,效果不明显,起主导作用的还是铝。用高Ba的AlSiBa合金脱氧,钢中SiO2和Al2O3夹杂显著降低,脱氧产物为复合型夹杂,形状多为球状,表明其脱氧效果好。高Ba合金脱氧,当替代比为40%~60%时效果最好,氧达到最低值。     

150 t BOF-LF-VD-CC流程无铝脱氧工艺高速轨钢冶炼过程的夹杂物行为

时速350 km高速钢轨要求钢中全氧含量T[O]≤20×10^-6,非金属夹杂物B、C、D类≤1.0级。国内在重轨钢冶炼中,通常采用无铝脱氧工艺,即采用SiCaBa合金强化脱氧,形成了低熔点的Mn-Al-Si-Ba-Ca多元型氧化物夹杂,该类夹杂物在精炼中全部排出钢液。研究了铁水预处理脱硫-150 t顶底复吹转炉-LF-VD-280 mm ×380 mm连铸流程冶炼钢轨钢U71MnG时的夹杂物行为,包括无铝脱氧工艺钢轨钢中氧化物夹杂的组成及特征,转炉终点[C]对钢水氧活度的影响以及LF精炼渣碱度和VD后期软吹氩搅拌对钢氧含量和夹杂物的影响。结果得出,钢轨头部的≤20μm氧化物夹杂为精炼时二次脱氧产物,通过控制转炉终点[C]＞0.15%,控制精炼渣碱度(CaO)/(SiO₂)=2.5~3,∑(FeO+MnO)≤1.0%可有效降低钢轨钢中氧化物的数量和尺寸。     

低碳钢镁合金脱氧的研究

通过MgO质增垠的30 kg感应炉,研究了 AlMg、SiCaBaMg、SiCaBaAlMg等镁合金(含8% -15% Mg) 脱氧剂对0.05% ~0.07%C钢的脱氧行为。试验结果表明,用8% -10% Mg的AlMg合金脱氧时,钢中氧含量降低 到33. 77 x 10^-6,用15% Mg的SiCaBaAlMg包芯线脱氧,钢中氧含量降低到38.62 x 10 ^-6。镁合金在脱氧的同时具 有较强的脱硫作用,当钢中起始硫含量为0. 063%时,AlMg合金的脱磷率为46.03% ,SiCaBaAlMg包芯线的脱磷率为 49.21%。     

含Ca、Ba合金和Al基合金的复合脱氧实验研究

通过250kg底吹气非真空感应炉，对FeSiAl、SiAlBaCaSr和SiAlBaCa三种合金及SiCaBa、SiCa包芯线进行了组合对比脱氧实验，实验表明三种合金的脱氧效果相当，SiAlBaCa合金的脱氧产物具有明显的聚集长大上浮现象，处理结束时夹杂物的总面积和数量均为最低，脱氧产物为复合型夹杂，形状多为球状。通过与喂丝处理的比较，SiAlBaCa合金脱氧可以起到喂丝处理效果。     

On Physico‐Chemical and Technical Limits in Clean Steel Production

Great progresses in steel cleanliness have been attained during the last decades. In the measures of oxygen the lowest levels are approaching 5 ppm in O_tot i.e. close to the thermodynamic limit of Al deoxidation. As the thermodynamics of the reaction system is firmly anchored to the steel chemistry and thus to the properties of steel and the final product, it is useful to examine the thermodynamic constraints for selected steels in the refining and casting processes. In most steels Al‐O equilibrium determines the limit of deoxidation. Calculations by applying thermodynamic software showed that in selected “common” steels the equilibrium oxygen content varied from below 5 ppm up to 30 ppm or higher depending on the aluminium content, interaction effect of other alloying elements and temperature. For lower oxygen content there are several possibilities. The first one is to use stronger deoxidizing additions like Ca, Zr, Ce etc. However, they can be problematic as substitutes as they produce inclusions which influence steel properties. The second way is to intensify the deoxidizing power of certain elements e.g. Si by bringing the steel in intimate contact with a proper slag with low SiO₂ activity in ladle treatment with violent stirring. In the calculation example it was possible to decrease oxygen content from 30 ppm to the level below 10 ppm in C/Mn/Si steel at very low Al level. The third potential but unused process is vacuum deoxidation especially for medium and high carbon steels. Equilibrium oxygen contents below 1 ppm are thermodynamically easily attainable. But in practice the vacuum treatment should be designed to intensify the carbon‐oxygen reaction on the top surface of the stirred steel liquid. Also the eventual reactions with refractory materials should be suppressed.