X80管线钢精炼过程中夹杂物行为研究

研究了国内某厂生产X80管线钢精炼过程中夹杂物的转变.BOF出钢阶段加铝脱氧,钢中夹杂物以伴有极少量MgO的Al2O3为主;LF过程采用高碱度高还原性渣精炼,钢中Al2O3夹杂物向钙铝酸盐和CaO-MgO-Al2O3复合夹杂物转变,平均成分靠近低熔点区;RH真空处理后,夹杂物中Al2O3和MgO的含量减少,CaO含量增加,夹杂物成分分布较为分散;钙处理后,钢中CaO-MgO-Al2O3复合夹杂比例明显减少,CaO与CaS比例明显增加,夹杂物平均成分已经远离低熔点区,达到了高品质管线钢的冶炼效果.     

齿轮钢中非金属夹杂物控制技术研究

为了降低钢的T[O]含量和生成较低熔点的非金属夹杂物以改善合金结构钢的抗疲劳破坏性能,在炉外精炼中采用了高碱度和高Al2O3含量的渣系.研究发现LF和RH精炼结束时钢液T[O]含量均随炉渣碱度增加而降低,在炉渣Al2O3含量低于25%时,T[O]随炉渣Al2O3含量减少而降低,而当炉渣Al2O3超过25%后,T[O]则随炉渣Al2O3含量增加而降低.精炼过程钢液中夹杂物按"Al2O3系夹杂物→MgO-Al2O3系夹杂物→CaO-MgO-Al2O3系夹杂物"顺序发生转变,其中MgO-Al2O3系夹杂物向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物的转变是由外向内逐步进行的,转变速度相对较慢,因而致使LF结束时钢中仍存在许多尚未转变的Mgo-Al2O3系夹杂物.钢液T[O]对夹杂物转变有显著影响,降低T[O]含量有利于生成较低熔点的CaO-MgO-Al2O3系夹杂物.     

20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变

为了进一步研究20CrMo合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理,实现对钢中非金属夹杂物的合理控制,保证生产顺行,提高产品力学性能,针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CrMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进行了研究。在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的Al₂O₃。钙处理后,由于过量的钙加入到钢液中,夹杂物中CaS质量分数迅速增加至59%,Al₂O₃质量分数降低至21%。在连铸过程中由于二次氧化的发生,夹杂物转变为CaO?Al₂O₃,其中含有50%的Al₂O₃、39%的CaO和10%的CaS,并且夹杂物平均尺寸增加。在钢的冷却和凝固过程中,CaO质量分数降低至5%,CaS质量分数增加至57%,钢中夹杂物转变为Al₂O₃?CaO?CaS的复合夹杂物,同时含有少量大尺寸的CaO?Al₂O₃夹杂物。在钢的轧制过程中,夹杂物中CaO含量进一步降低,CaS含量增加,夹杂物平均尺寸增加,形成了CaO?Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物与Al₂O₃?CaS复合夹杂物。对CaO-Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论。      

钙处理时机对LF-RH精炼过程Al2O3基夹杂物的影响

为研究LF-RH精炼工艺生产Q690钢时不同钙处理时机下夹杂物特征的变化,开展工业试验对RH精炼前后钙处理炉次取样进行定量分析对比。钙处理后夹杂物中CaO质量分数持续增加,CaS质量分数瞬态增加,夹杂物熔点降低。RH精炼前钙处理炉次中,RH精炼过程夹杂物的成分接近低熔点区,结束时夹杂物数量密度和面积分数分别为15个/mm2和0.01%。RH精炼后钙处理炉次中,RH精炼过程夹杂物依旧为高熔点Al₂O₃-MgO类型,结束时夹杂物数量密度和面积分数分别降至1个/mm2和0.002 5%。RH精炼前钙处理会使RH精炼过程夹杂物熔点以及夹杂物与钢液间的接触角降低,导致夹杂物去除驱动力降低,从而抑制夹杂物的去除。因此LF-RH精炼工艺生产铝脱氧钢时,为提高精炼过程钢中非金属夹杂物的去除效率,应在RH精炼后进行钙处理操作。     

超低氧石油套管钢LF-VD过程非金属夹杂物的转变

系统分析和研究了采用“EAF→ LF→VD→CC”工艺流程生产试验钢时,各工序的全氧与氮含量的变化情况、钢液中非金属夹杂物的生成与变化以及精炼初渣对夹杂物去除的影响.结果表明:试验钢在LF精炼过程中w(T.O)平均下降42.83％,经VD真空处理后w(T.O)和w(N)平均下降48.77％和10.72％.在LF精炼过程中,钢液中非金属夹杂物按“Al2O3系夹杂物→MgO-Al2O3系夹杂物→CaO-MgO-Al2O3系夹杂物”顺序转变,其中MgO-Al2O3系夹杂物向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物转变是由外向内逐步进行,并且夹杂物中CaO与MgO互不相溶.精炼初渣碱度控制在2.5左右对于炉渣吸收夹杂较为有利.     

"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产管线钢过程夹杂物演变

对"BOF→LF→RH→钙处理→CC"工艺生产X70管线钢过程的夹杂物行为演变进行了研究。发现LF精炼过程夹杂物由多面体Al_2O_3转变为球形的MgO-Al_2O_3-CaO-CaS复合夹杂。RH精炼过程夹杂物成分变化不大,但是夹杂物数量和尺寸都减小。钙处理后,夹杂物中的CaO和CaS含量增加,w(CaO)/w(Al_2O_3)增大,平均成分偏离低熔点区。在连铸过程由于二次氧化导致钢中Al_s和T.Ca含量降低,同时中间包夹杂物中CaO和CaS含量有所降低,夹杂物数密度和最大尺寸都有所增加,应加强浇铸过程的保护浇铸,以更好地保证钙处理效果。由于降温过程钢-夹杂物之间平衡的移动,夹杂物由中间包中液态的CaO-Al_2O_3转变为铸坯中的以Al_2O_3-CaS和MgO-Al_2O_3类型为主的高熔点夹杂物。     

20CrMnTi冶炼过程形成CaO(CaS)-Al2O3-MgO夹杂的分析

 FactSage对钙处理前后钢液的平衡计算以及典型夹杂物在CaO-CaS-Al2O3三元相图中演变规律的研究结果表明：钢中硫含量大于0.01%(质量分数,下同)时,难以得到理想的钙处理效果,主要原因在于钙处理过程中钙主要与硫结合生成CaS夹杂,同时少部分钙将对Al2O3进行变性;钙处理过程中CaO(CaS)-Al2O3演变规律为Al2O3→Al2O3+CaO·6Al2O3+CaS→CaO·2Al2O3+CaS(CaO含量较少)→Al2O3·CaO+CaS(CaO含量较多)。通过对复合夹杂物电镜面分布扫描结果的描边处理能够有效辨别复合夹杂物的成分,发现典型CaO(CaS)-Al2O3-MgO夹杂物成分为xCaO·yAl2O3+xMgO·yAl2O3+Al2O3+CaS,并据此提出了一种新的评价钙处理效果的方法。     

低碳铝镇静钢LF精炼过程钢中非金属夹杂物的研究

对LF精炼过程低碳铝镇静钢水中非金属夹杂物的变化进行了研究,发现在采用高碱度、强还原性炉渣条件下,Al2O3类夹杂物先向MgO-Al2O3系夹杂物并进而向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物和CaO-CaS-Al2O3系夹杂物转变。在LF精炼结束时,钢中已基本没有对钢水可浇性影响最大的Al2O3系夹杂物,因此可以减少LF精炼后对钢水进行钙处理用的钙线量,以降低生产成本并减少由于钙处理而生成的大尺寸钙铝酸盐夹杂物的数量。     

CSP工艺含铝无取向电工钢中夹杂物的演变和控制

 为了更好地控制CSP工艺下电工钢中的夹杂物,研究了涟钢CSP工艺含铝电工钢夹杂物在精炼连铸热轧过程中的演变机理。RH合金化后钢中夹杂物有Al2O3,Al2O3 SiO2和Al2O3 CaO CaS 主要3种,RH出站和中包钢液中的夹杂物主要是Al2O3 CaO CaS和少量单独的Al2O3和CaS夹杂。减少钢液中夹杂物的主要措施是降低RH出站前的顶渣氧化性。热轧卷材样中夹杂物与钢液中夹杂物不同,主要是AlN和MnS,夹杂物总量与氮、硫质量分数呈正相关,氮元素的影响最显著。     

Q345D钢中含钙类夹杂物的演变和生成机理分析

 通过工业实践研究Q345D钢生产过程含钙类夹杂物的演变和生成机理,并结合热力学计算研究了夹杂物凝固过程的转变机理。结果表明,钢中钙主要来源于VD真空冶炼和钙处理;真空前夹杂物CaO含量很低,破空后夹杂物CaO含量开始升高;之后由于钙处理,夹杂物CaO含量进一步升高。钢液冷却凝固过程中夹杂物发生明显转变,铸坯夹杂物中CaO含量明显降低,CaS含量显著升高,其结果与FactSage热力学计算结果一致。铸坯大尺寸含钙夹杂物主要分为钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐、CaS包裹钙铝酸盐且中间析出尖晶石、CaS和Al₂O₃黏结型及CaS和尖晶石黏结型;统计表明,铸坯中夹杂物尺寸越大,夹杂物中CaO含量越高,大尺寸夹杂物中CaS含量极低。     

Q345D钢精炼过程夹杂物生成及演变行为

冶炼Q345D钢时由于夹杂物导致的探伤不合格情况时有发生,为了进一步去除和控制钢中非金属夹杂物,通过工业试验研究了"LF精炼→RH真空精炼→钙处理→软吹→连铸"工艺中的夹杂物生成及演变规律,并通过热力学计算优化钙处理工艺.结果 表明,转炉炉后及LF进站时采用铝强脱氧,夹杂物主要为Al2O3,LF精炼过程采用高碱度、强还...     

铝镇静钢中夹杂物钙处理改性及其影响因素

 钙处理广泛应用于铝镇静钢中非金属夹杂物的改性,但在工业实践中的改性效果差别很大。为了探究钙处理效果差异的原因,通过工业试验和热力学计算研究了铝镇静钢钙处理前后非金属夹杂物的演变,并讨论了钙处理改性夹杂物的影响因素。结果表明,浇铸末期钢液中的T[O]和T[N]质量分数分别为0.002 9%和0.003 9%。精炼前期钢中夹杂物Al₂O₃质量分数达90%以上,钙处理后,钢液中钙质量分数快速增加至0.002 5%,同时夹杂物中CaO质量分数由钙处理前的4%迅速增加到23%,Al₂O₃质量分数由钙处理前的82%降低至70%,夹杂物由团簇状Al₂O₃转变为球形的Al₂O₃-CaO复合夹杂物,夹杂物平均成分靠近液相区。由于二次氧化,浇铸时钢中的T[O]和T[N]含量升高,夹杂物的尺寸和数密度增加,因此,需要加强钢液的保护浇铸。在连铸与轧制过程中,夹杂物中CaO质量分数由中间包中的20%增加至轧材中的37%,Al₂O₃质量分数由中间包内的77%降低至56%,夹杂物的平均成分向液相区移动,但夹杂物类型不发生改变,仍为球形的钙铝酸盐。通过热力学计算得到本研究中试验钢种夹杂物“液态窗口”对应的钙质量分数为0.001 1%～0.002 8%,此外钢液成分对钙处理的“液态窗口”影响很大。随着钢液中T[O]含量升高,“液态窗口”变宽,但所需喂钙量增加;随着钢液中T[S]含量增加,“液态窗口”变窄;钢液中的T[Al]含量对“液态窗口”无明显影响。     

超低氧钢中硫化钙夹杂析出的热力学讨论及控制

 对超低氧试验钢中硫化钙夹杂析出的热力学分析表明,在本试验钢成分条件下,钢液在液相线温度以上不会自发生成硫化钙夹杂,硫化钙夹杂是钢液凝固过程中,随着钢液中［Al］、［S］溶解度的降低,［S］与钢液中较低熔点的CaO Al2O3类及CaO MgO Al2O3夹杂物表层的CaO反应析出形成;同时,通过计算得到,本试验钢在凝固过程中不析出硫化钙夹杂的条件为将硫的质量分数控制在0.0004%以下。     

超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的影响

 研究了采用LF精炼顶渣控制技术对钢液进行超低氧冶炼时,钙处理对钢中非金属夹杂物的影响。试验在转炉出钢时采用铝终脱氧,LF精炼过程采用强脱氧、高碱度、强还原性精炼顶渣对钢液进行超低氧冶炼,比较了钙处理和不钙处理的钢液中非金属夹杂物转变的情况。结果表明,采用精炼顶渣控制技术冶炼超低氧钢时,钢液不需要进行钙处理就能实现铝脱氧产物Al2O3→MgO·Al2O3尖晶石→CaO-MgO-Al2O3类复合夹杂物的转变,得到炼钢温度下呈液态的复合氧化物夹杂,这些液态的夹杂物容易通过碰撞长大上浮去除,得到高洁净度的钢液,且残留在钢液的氧化物夹杂为较低熔点的复合氧化物,在浇注过程中不会产生水口结瘤。     

Effect of Calcium Treatment on Non-Metallic Inclusions in Ultra-Low Oxygen Steel Refined by High Basicity High Al2O3 Slag

 The influence of calcium treatment on non-metallic inclusions had been studied when control technology of refining top slag in ladle furnace was used in ultra-low oxygen steelmaking. A sufficient amount aluminium was added to experimental heats for final deoxidizing during BOF tapping, and the refining top slag with strong reducibility, high basicity and high Al2O3 in ladle furnace was used to produce ultra-low oxygen steel and the transformation of non-metallic inclusions in molten steel was compared by calcium treatment and no calcium treatment. The results show that the transformation of Al2O3→MgO·Al2O3 spinel→CaO-MgO-Al2O3 complex inclusions has been completed for aluminum deoxidation products and calcium treatment to molten steel is unnecessary when using the control technology of ladle furnace refining top slag to produce ultra-low oxygen steel, and the complex inclusions are liquid at the temperature of steelmaking and easily removable to obtain very high cleanliness steel by flotation. Furthermore, the problems of nozzle clogging in casting operations do not happen and the remaining oxide inclusions in steel are the relatively lower melting point complex inclusions.     

Effect of Sulfur in Steel on Transient Evolution of Inclusions During Calcium Treatment

In the current study, the effect of S content in the molten steel on inclusions during calcium treatment was studied using an induction furnace. The calcium in steel decreased from 48 to 2 ppm, and the sulfur in steel changed a little with time. When sulfur content in steel was as low as 25 ppm during calcium treatment, inclusions shifted from CaO-Al₂O₃-CaS to Al₂O₃-CaO with about 35 pct CaO. When the sulfur increased over 90 ppm, more CaS-CaO formed just after the addition of calcium, and then the CaS content decreased from over 45 pct to lower than 15 pct and inclusions were mostly Al₂O₃-CaO-CaS and Al₂O₃-CaO with a high Al₂O₃ content. Thermodynamic calculation predicted the variation of the composition of inclusions, indicating good agreement with the measurement, while a certain deviation existed, especially for heats with 90 and 180 ppm sulfur. A reaction model was proposed for the formation of CaO and CaS, which considered the reaction between calcium vapor bubbles in the zone and the dissolved oxygen and sulfur in the molten steel, as described by a Langmuir-type adsorption isotherm with a reaction occurring on the remaining vacant sites. The variation of transient CaS inclusions was discussed based on the thermodynamic calculation and the morphology evolution of typical inclusions containing CaS.