Q345精炼过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

Q345钢采用铝硅锰复合脱氧,在LF精炼过程中,钢—渣—夹杂物—耐火材料—合金—空气多元体系下夹杂物成分会发生转变。由于纯铁液脱氧热力学不能指导工业生产实践,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究。结合Factsage7. 0热力学计算,分析了Q345钢LF精炼脱氧、耐材侵蚀、钙处理等引起的钢液[Al]、[Si]、[Mg]、[Ca]含量变化对夹杂物成分的影响。转炉出钢采用铝硅锰复合脱氧,脱氧产物主要为Al2O3,随着钢中[Mg]含量上升,夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3尖晶石。钙处理会将夹杂物由MgO·Al2O3尖晶石转变为液态Ca-Al-Mg氧化物,但当喂钙过量时,夹杂物中CaO含量偏高,会影响夹杂物改性效果。利用Factsage7. 0热力学软件分析出的夹杂物成分与直接检测结果一致。     

低碳铝脱氧20钢钢水洁净度控制研究

为了研究120 t BOF-LF-RH-160 mm×160 mm坯CC工艺生产的铝脱氧20钢（/%:0.13～0.23C,0.17～0.37Si,0.35～0.65Mn,≤0.035P,≤0.035S,0.020～0.050Al）中非金属夹杂物的控制技术,对LF精炼过程中脱氧剂加入时机进行调整,并对精炼过程中非金属夹杂物类型与夹杂物数量进行分析。结果表明,转炉出钢后采用铝块脱氧,LF精炼进站非金属夹杂物主要为Al₂O₃,精炼结束前部分夹杂物由Al₂O₃转变为Al₂O₃·CaO,RH结束后非金属夹杂物密度3～4个/mm²,铸坯氧含量（7.48～8.18）×10^-6;而转炉出钢后采用硅锰进行脱氧,精炼结束前采用铝线,精炼过程中夹杂物主要为MnO·SiO₂,CaO含量小于5%,精炼结束非金属夹杂物控制为Al₂O₃,RH真空处理后,非金属夹杂物密度小于1.5个/mm²,铸坯氧含量（4.94～5.53）×10^-6。因此,针对采用“BOF-LFRH-CC”工艺流程生产的含铝钢,提出精炼结束前将非金属夹杂物控制为Al₂O₃,同时运用RH真空高效去除夹杂物,以提高钢水的洁净度。     

精炼渣碱度对304不锈钢夹杂物的影响

结合生产实际,采用定量金相和SEM+EDS统计分析方法,研究了硅脱氧条件下,精炼渣碱度对304奥氏体不锈钢在LF精炼、连铸过程夹杂物变化规律的影响。结果表明:钢水中主要形成球状CaO-Al2O3-SiO2类复合夹杂,适当高的精炼渣碱度有利于钢中细小夹杂物的形成。随精炼渣碱度的提高,复合夹杂物中CaO含量增加,SiO2含量减小,Al2O3含量变化不大。现场条件下,由FeSi合金带入钢中的Al形成的Al2O3对复合夹杂物的塑性变形影响较大。在精炼渣碱度分别为1.0和1.5时,铸坯复合夹杂物中Al2O3质量分数为25%左右,夹杂物的变形能力稍弱。     

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。     

304系不锈钢冶金过程硬质夹杂物形成机理分析

304不锈钢由于具有优异的耐蚀性、加工性能被广泛应用，而钢中硬质夹杂物对冷板表面质量影响较大。为了明晰304不锈钢中硬质夹杂物的形成机理，通过工业生产取样，利用自动扫描电镜ASPEX及统计方法，研究了304不锈钢冶炼过程中全氧含量、各类夹杂物的变化规律。研究结果表明，从AOD出钢到铸坯过程中，随着底吹搅拌的进行，钢中T[O]含量不断降低，T[O]质量分数由0.008 8%降低至0.002 5%。AOD出钢和LF出站夹杂物主要类型为硅酸盐，并含由少量复合型硅酸盐和镁铝尖晶石夹杂物，LF出站至铸坯，夹杂物的成分发生了部分转变，夹杂物中SiO₂含量减少，Al₂O₃含量升高。从AOD出钢至中间包，钢液中硬质夹杂物镁铝尖晶石和Al₂O₃很少，但从中间包到铸坯其比例显著增加，镁铝尖晶石夹杂物的比例增加了28%,钢-渣反应脱氧产物中的复合型硅酸盐夹杂物的比例也明显增加，而脱氧剂脱氧产物SiO₂和钢-渣反应脱氧产物中SiO₂-Al₂     

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...     

开浇过程二次氧化对铝脱氧不锈钢中夹杂物的影响

为了研究铝脱氧不锈钢开浇过程中二次氧化对钢水洁净度和夹杂物演变的影响，实现钢中夹杂物的有效控制，分别在LF精炼出站、开浇过程中不同时刻取样，采用扫描电镜、ASPEX自动分析仪、热力学计算等不同方法研究了铝脱氧不锈钢中夹杂物的形貌、成分、数量和尺寸分布，确定了铝脱氧不锈钢开浇过程中夹杂物的演变行为和对应机理。研究结果表明，开浇过程钢中氧氮质量分数、夹杂物数密度变化规律类似，20 min时分别增加至7.4×10?5、0.0674%、17.1 mm?2，此后随着浇铸过程进行逐渐降低；LF精炼出站时钙处理改性夹杂物效果较好，其类型主要为CaO?Al₂O₃?SiO₂?MgO，开浇过程中二次氧化降低了钙处理操作的作用效果，20 min时夹杂物类型转变为MnO?Al₂O₃?SiO₂?CaO复合夹杂物，浇铸约60 min时，连铸过程中钢水的洁净度基本达到稳定，此时夹杂物类型重新转变为CaO?Al₂O₃?SiO₂?MgO；二次氧化使得钢液中氧质量分数较高，促进了MnO?Al₂O₃-SiO₂?CaO夹杂物的生成，而钢中大尺寸的CaO?Al₂O₃?SiO₂?MnO?(MgO)夹杂物主要通过夹杂物间的碰撞聚合形成；凝固过程中随着温度的降低，促进了MgO?Al₂O₃尖晶石相和CaO?2MgO?8Al₂O₃相的析出，提高了夹杂物中Al₂O₃组分的含量。      

硅锰脱氧55SiCr弹簧钢中镁铝尖晶石的形成及演变

 某钢厂生产的55SiCr弹簧钢采用硅锰脱氧工艺,但在其冶炼过程中存在大量尖晶石类夹杂物,对最终产品的性能十分不利。尖晶石等硬、脆性夹杂物是弹簧在服役过程中疲劳断裂的主要因素之一,因此为明确弹簧钢中该类夹杂物的来源,进而控制并去除钢中非金属夹杂物,通过夹杂物自动分析、扫描电镜和能谱分析等手段,结合FactSage热力学计算分析了55SiCr弹簧钢冶炼过程夹杂物的演变及主要夹杂物的形成机理。分析结果表明,LF精炼后钢中夹杂物数量大幅上升,且其平均成分偏向SiO₂-Al₂O₃-CaO三元相图中高熔点区域;夹杂物主要以SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO为主,多表现为钙铝酸盐包裹或半包裹尖晶石的复合夹杂物类形态,此外还有少量单独的尖晶石夹杂物存在于钢中。对于上述夹杂物的形成及演变进行热力学计算,结果表明,钢液中Mg、Al含量上升将导致钢中析出大量尖晶石夹杂物,并与液态夹杂结合形成含镁复相夹杂物;同时,钢液成分的变化也会导致精炼过程生成的SiO₂·Al₂O₃·CaO·MgO类夹杂物中MgO、Al₂O₃含量大幅增加,在复合夹杂物内部析出尖晶石相。因此,为减少硅锰脱氧弹簧钢中尖晶石类硬脆性夹杂物的生成,需要严格控制钢中Mg、Al含量,尽可能降低夹杂物中MgO、Al₂O₃含量,以实现对弹簧钢中非金属夹杂物的塑性化控制。     

Q235钢中夹杂物演变规律和生成机理分析

 为了更好地控制Q235钢中非金属夹杂物的种类和数量,提高钢的冲击韧性,采用自动扫描电镜分析了Q235钢中非金属夹杂物在LF精炼、中间包和连铸坯中成分和形貌的演变规律。采用FactSage热力学软件对钢中各类夹杂物的生成机理进行了分析。研究发现,钢中非金属夹杂物的演变规律为均相的SiO₂-MnO夹杂物→均相的SiO₂-Al₂O₃-MnO-TiO_x夹杂物→双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物→多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。样品冷却过程中均相的SiO₂-MnO夹杂物发生相变析出纯SiO₂导致在LF精炼初期钢中出现双相SiO₂-MnO类夹杂物。加入的硅钙钡合金中铝含量较高,导致液态夹杂物在钢液中析出MgO·Al₂O₃,以及在LF出站钢样品中出现双相的Al₂O₃-SiO₂-CaO包裹着MgO·Al₂O₃类夹杂物。含钛的夹杂物在连铸坯凝固冷却过程会析出纯的Ti₃O₅,并且钢中还会析出MnS析出相,因此连铸坯中存在多相的TiO_x-SiO₂-Al₂O₃-CaO-MnO-MnS夹杂物。     

LD-LF-CC流程冶炼87Si钢的非金属夹杂的演变规律研究

为了减少和控制87Si钢中的夹杂物,论文采用热力学计算和试样分析检测的方法,对LD-LF-CC工艺生产87Si钢的夹杂物在各工序的种类和数量进行了系统地研究,对减少和控制87Si钢中的夹杂物有指导意义。结果表明:夹杂物在LF进站时,Al2O3-SiO2-MnO系为主,随着LF精炼的进行,渣中大量的[Ca]进入钢液,夹杂物成分逐渐向Al2O3-CaO-SiO2夹杂物转变。轧材中夹杂物中Al2O3稳定在33%,CaO达到40%,CaO/Al2O3为1.2。对于87Si钢,Al含量在0.006%左右,需要0.0075%的Mg就会有镁铝尖晶石析出,Ca含量在0.077%~1.204%时,Al2O3会转化为液态。     

LF精炼渣碱度变化对304不锈钢夹杂物成分的影响

采用氧氮分析仪、扫描电镜、金相显微镜等分析手段,系统研究LF精炼渣系对304系不锈钢全氧质量分数wT[O]、夹杂物数量、尺寸及成分的影响。研究结果表明,当LF精炼渣碱度由1.5升高至2.6时,LF出站溶解氧质量分数w[O]由11.6×10~(-6)降低至4.8×10~(-6),铸坯wT[O]由47×10~(-6)降低至24×10~(-6),铸坯夹杂物总数量降低,但当量直径不大于10μm的夹杂物所占比率由77.7%增加至95.1%。热力学计算结果表明:在钢液中各元素达到平衡状态时,渣系碱度越高,低熔点夹杂物2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2生成区域越小,MgO·Al_2O_3尖晶石类夹杂物生成区域越大,与生产试验结果一致。随着LF炉渣碱度升高,铸坯夹杂物成分中MgO和Al_2O_3的质量分数分别升高了14.4%和9.1%,当碱度不大于1.9时,铸坯中不会存在镁铝尖晶石。     

100 t LD-LF-RH-CC流程冶炼60Si2Mn弹簧钢非金属夹杂研究

试验60Si2Mn弹簧钢（/%:0.58C,1.75Si,0.75Mn,0.012P,0.005S,0.006Als,0.008Alt）的工艺流程为100t转炉不加铝饼脱氧,采用硅铁脱氧,控制终点[C]≥0.08%,出钢温度1620～1660℃,LF到站温度≥1500℃,精炼时间不少于35min,RH真空度≤100 Pa并且保持时间≥20 min,软吹前喂入硅钙线100 m进行变性夹杂物处理,150 mm方坯采用全程保护浇铸。分析结果表明,钢中氧含量在RH精炼过程中到达最低,在中间包阶段又有所回升。在LF精炼中,钢液增氮明显。夹杂物成分以Al₂O₃、SiO₂、MgO和CaO为主,在LF精炼过程中,SiO₂含量下降了26.7%,MgO和CaO含量上升了36.7%,最终铸坯中夹杂物成分为33%Al₂O₃,20.7%SiO₂,45%MgO和CaO,减少了钢中高硬度夹杂物的含量。     

20Cr13不锈钢25 t VOD-LF硅脱氧精炼工艺的生产试验

试验20Cr13不锈钢（/%:0.20C, 0.37Si, 0.54Mn, 0.030P,0.002S, 12.22Cr, 0.007Al）的生产流程为25t EAF-VOD-LF-模铸。分析了[Si]和炉渣碱度对渣中(Cr₂O₃）含量的影响和用硅脱氧工艺炉渣的脱硫效率。结果表明,20Cr13不锈钢VOD-LF硅脱氧精炼工艺铬的回收率为99. 27%;LF精炼开始的[S]为0. 014%,精炼结束[S]为0.007%,能满足实际生产需求;并可节约铝锭和高碳铬铁,降低20Cr13不锈钢生产成本。     

石油钻杆钢冶炼过程中夹杂物的析出和衍变

系统分析了国内某钢厂复合脱氧工艺下Cr Mo石油钻杆钢夹杂物在EAF-LF-VD-CC流程中的析晶和衍变规律.由于铝酸盐的上浮,LF冶炼前钢中T[O]含量较低,冶炼过程中氮含量逐渐升高.电镜下钢中大尺寸夹杂物（50μm左右）只出现在LF-VD阶段,主要为低熔点的硅锰酸盐、包含Na₂O的混合物和含有少量CaO的镁铝尖晶石,中间包阶段大尺寸夹杂物完全消失.小尺寸夹杂物（<10μm）出现在精炼全过程中,主要成分是Mg、Al、Si和Ca的复合氧化物、CaS以及二者的复合物,LF冶炼前到中间包阶段小尺寸夹杂物粒径相似,铸坯中其粒径稍微增加.随着精炼过程的进行,钢中小尺寸夹杂物的成分逐渐向复合氧化物的低熔点区域转移,夹杂物中CaO和MgO含量存在竞争关系.铸坯中大型夹杂物（>100μm）包括卷渣引起的复合夹杂,耐材剥落产生的MgO-CaO夹杂和钢液内生的铝酸盐夹杂.内生铝酸盐与精炼过程中小尺寸夹杂物成分相似,外层包覆Ca S,轧制过程中容易破碎成链状引发钻杆钢裂纹.建议适当延长VD处理后钢液的镇静时间,以去除钢中大型铝酸盐夹杂,提高钻杆钢质量.      

120t LF精炼渣系对弹簧钢55SiCrA夹杂物塑性的影响

在分析"120 t LD→LF→RH→150 mm×150 mm连铸坯→线材轧制"工艺流程生产的弹簧钢55SiCrA的基础上,应用Factsage热力学计算软件进行热力学计算,对精炼工艺进行优化研究.结果 表明:精炼渣系中含SiO241％～ 46％、CaO 36％～41％、Al2O30％～3％、MgO 10％,渣碱度0...     

Cr5大型锻钢轧辊探伤缺陷的形成机理及控制

 以Cr5大型锻钢轧辊探伤缺陷为研究背景,通过对轧辊探伤不合缺陷部位进行解剖取样,利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)确定探伤缺陷类型,并对合金炉→LF→VD→VC冶金过程进行跟踪取样溯源,分析冶金过程中夹杂物成分、形貌以及尺寸的变化,并结合FactSgae 8.1软件对导致探伤不合缺陷的形成机理进行了理论计算。研究结果表明,Cr5锻钢轧辊探伤不合格的缺陷主要由呈线性聚集的SiO₂-MnO-Al₂O₃大尺寸夹杂物组成,单个夹杂物尺寸可达200 μm,缺陷夹杂物成分与浇注前SiO₂-MnO-Al₂O₃夹杂物的成分一致。在合金炉出钢前发现大量的SiO₂-MnO-Al₂O₃型夹杂物,在LF精炼过程中没有得到完全去除,而VD过程大搅拌条件下进一步使得SiO₂-MnO-Al₂O₃大颗粒夹杂物卷入钢液。因SiO₂-MnO-Al₂O₃夹杂物与钢液的接触角过小,与钢液具有良好的润湿性,精炼过程中不易上浮去除,凝固过程中聚集并残留于钢锭中形成聚集性的大颗粒夹杂物区域而导致锻钢轧辊探伤不合。热力学计算表明,在Cr5轧辊目标成分下,当钢液铝质量分数为0.003%以下且氧质量分数为0.015%以上时,SiO₂-MnO-Al₂O₃液态夹杂物稳定存在;随着铝含量不断上升,SiO₂-MnO-Al₂O₃液态夹杂物相区稳定存在所需的溶解氧含量不断升高;当钢液的铝质量分数达到0.023%以上,液态夹杂物完全消失。在实际生产过程中将合金炉出钢前及在后续工序中钢液的铝质量分数控制为0.023%以上可使SiO₂-MnO-Al₂O₃液态夹杂物改性为Al₂O₃或富含Al₂O₃的夹杂物,易于上浮、吸收并去除,有效减少了Cr5锻钢轧辊的废损率。     

钙处理对430不锈钢板坯夹杂物的影响

通过热力学计算分析了430铁素体不锈钢钙处理后在生成液态夹杂物区间内钢中钙质量分数和铝质量分数的关系,并对430铁素体不锈钢未采用钙处理和采用钙处理板坯中夹杂物类型、数量进行了对比,分析了钙处理夹杂物变性过程。结果表明,精炼过程喂入硅钙线可以得到理想的钙处理效果。钙处理后430钢水中高熔点的Al_2O_3和低变性的CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO夹杂物得到良好变性,夹杂物数量比未采用钙处理时明显减少,夹杂物尺寸都小于15μm。CaO和Al_2O_3两者通过发生化学反应变性为低熔点的液态夹杂物。     

控制高铝钢45CrAlMo中Al2O3夹杂的工艺实践

45CrAlMo钢（/%:0.40～0.50C,≤0.60Mn,0.15～0.45Si,1.30～1.70Cr,0.15～0.30Mo,0.85～1.20Al）的生产工艺流程为60 t EAF-LF-VD-氩气保护浇铸2.1 t锭-锻成120 mm×120 mm材。分析了电弧炉冶炼和LF精炼过程脱氧,VD脱气、浇铸过程的工艺参数对钢中氧含量和Al₂O₃夹杂的影响。通过将LF终点S含量从≤0.015%降至0.008%,喂铝线改成加铝锭、VD真空度从100 Pa降至67 Pa,加CaSi改成不进行Ca处理,浇铸温度从1 585～1 595℃降至1 570～1 580℃等工艺措施,消除了低倍点状夹杂,B类和D类夹杂分别从1.5级降至0.5级,探伤合格率从67%提高到98%,成材率由55%提高到68%。     

帘线钢中酸溶铝含量的变化及其对夹杂物的影响

 研究了采用LD－RH－LF－CC工艺流程生产帘线钢时,钢中酸溶铝含量的变化情况。研究发现,精炼过程中酸溶铝含量略有下降,但连铸过程中酸溶铝含量急剧下降。夹杂物中Al2O3含量随着酸溶铝含量的上升而逐渐增大。SiO2含量降低时夹杂物熔点提高。采用低碱度、低Al2O3含量的顶渣精炼工艺,严格控制钢中w(［Als］)在0.0005%～0.001%范围内,促进夹杂物上浮,有利于钢中氧化物夹杂的数量减少、尺寸细小和塑性化。