超低碳钢钢中夹杂物的研究

为控制超低碳钢中的簇状夹杂物,对超低碳钢中的夹杂物和与全氧含量的关系进行了研究.钢中的夹杂物主要是Al2O3夹杂和Al2O3-TiN复合夹杂,独立夹杂物尺寸大部分小于10 μm.铸坯中w(TO)小于0.003 0%时,钢中仍存在簇状Al2O3夹杂;Al2O3簇状夹杂物与铸坯中全氧含量没有直接关系,所以钢中的全氧含量不能完全代表钢中夹杂物的水平.钢中的簇状Al2O3夹杂物与RH脱碳结束活度氧有关,要控制超低碳钢中簇状Al2O3夹杂物必须稳定生产工艺,减少RH加铝升温,使RH脱碳结束活度氧保持在一定范围.     

板坯凝固过程夹杂物运动行为

 本文使用离散相模型,利用数值模拟的方法对结晶器中的钢液流动、传热、凝固以及夹杂物的运动进行了耦合计算。通过追踪夹杂物的运动轨迹,并在钢渣界面处对夹杂物进行采样分析,最终计算出夹杂物在结晶器中的上浮率。研究表明,夹杂物在结晶器中的上浮率与其尺寸及拉速的大小均有关系,但受夹杂物密度的影响很小。夹杂物越大、拉速越小,越有利于夹杂物上浮至自由液面。小颗粒夹杂在结晶器中并不能被有效去除。对于粒径为50μm的夹杂物,当拉速为1m/min时其上浮率仅为46%,有37%的夹杂物被凝固坯壳捕捉,主要分布在铸坯表皮下10~25mm处。夹杂物被宽面坯壳捕捉的位置多集中在宽面靠近窄面处,在水口下方被捕捉的夹杂物较少。以往的研究认为只要夹杂物上浮至钢渣界面就能够被保护渣吸收,J.Strandh等的研究表明,夹杂物能否被吸收还取决于保护渣的粘度和润湿性等因素。因此,对于粒径较小的夹杂物,必须在精炼后的软吹氩过程中适当增大钢液的静置时间,尽量减少钢液中小颗粒夹杂的数量。另外,结晶器保护渣的选用对钢液中夹杂物的去除也很重要,不仅要满足其对钢液的保温润滑作用,还要考虑其对夹杂物吸附的影响。     

Al2O3夹杂物在钢-渣界面处的运动特性及去除率

通过理论计算和分析,研究了夹杂物颗粒在钢-渣界面处夹杂物去除层内的运动特性及去除率。结果表明:在夹杂物去除层内,Al2O3夹杂物颗粒的布朗扩散上浮临界尺寸为1.33μm,直径小于临界尺寸的夹杂物颗粒很难上浮去除;布朗碰撞的优势区域主要是直径为2.5μm以下的夹杂物颗粒之间以及直径为2.5～5μm夹杂物颗粒与0.5μm以下的微小颗粒之间的碰撞;直径为20～150μm的夹杂物颗粒在钢-渣界面去除层中9min内很容易完全上浮去除,而直径小于10μm的夹杂物颗粒去除率很低且升高缓慢,是提高钢液洁净度的主要控制对象。     

钢液精炼和连铸过程中物理去除夹杂物现状及展望

在钢液精炼过程中,夹杂物的去除工作是至关重要的。现阶段,常用的夹杂物去除工艺主要为:磁搅拌和钢包氩气底吹;RH及RH侧底复吹;中包-流速控制装置、气幕挡墙和磁感加热;结晶磁搅拌与磁制动和水口氩气底吹。文章中笔者综述了钢液精炼过程中去除夹杂物的方法及其原理,并探讨了影响夹杂物去除的相关要素,旨在为创新钢液精炼过程中夹杂物的清除方法提供相关的理论依据以及参考。     

电磁制动对CSP结晶器内夹杂物行为的影响

利用数值模拟方法研究了电磁制动对涟钢CSP结晶器内钢水夹杂物行为的影响,并进行了现场验证.数值模拟表明,无电磁制动时,粒径在50 μm以下的夹杂物颗粒其上浮概率几乎为零,200μm夹杂物颗粒上浮概率为6%;有电磁制动时,粒径在50μm以下的夹杂物颗粒的上浮概率为25%,200 μm夹杂物颗粒上浮概率为38%,现场试验表明,采用电磁制动与没有电磁制动相比,铸坯中200～300 μm的大型夹杂物降低了15.9%,300～400μm的大型夹杂物降低了30.2%,大于400μm的夹杂物降低了39.1%.电磁制动数值模拟的结果与现场试验结果有一定的吻合性.     

减少冷轧IF钢表面夹杂物的生产实践

通过对鞍钢第二炼钢厂复吹转炉、RH精炼处理、中间包及铸坯取样分析,结果表明冷轧IF钢表面夹杂物主要来自中间包二次氧化产生的大于100μm的簇群状、块状的A12O3夹杂物,并且主要分布在铸坯表面层或上1／4层厚度。优化结晶器浸入式水口几何参数,加强保护浇铸措施,开发中间包湍流控制器新技术,可以有效地防止钢液的二次氧化。大批量生产IF钢板过程中,夹杂物废品率由10,37％降低到0．61％。     

应用格子 Boltzmann方法直接数值模拟研究钢中夹杂物上浮及碰撞行为

采用格子Boltzmann方法对钢液中夹杂物上浮及上浮过程中的碰撞行为进行直接数值模拟研究.结果表明,不同尺寸夹杂物颗粒上浮速度的模拟结果和理论值基本一致,表明本文所采用的数值算法能够精确有效地对钢液中固相夹杂物颗粒运动行为进行研究.当钢液中直径为80μm的夹杂物颗粒位于直径为40μm的下方并一起上浮时,直径为80μm的夹杂物颗粒会逐渐追赶上直径为40μm的夹杂物颗粒并发生碰撞形成大尺寸凝聚体,凝聚体的上浮速度显著大于二者单独上浮时的上浮速度.对于直径为40μm的夹杂物来说,形成凝聚体后的上浮速度比单独上浮时的上浮速度增加300%.实际炼钢过程中,采取必要的措施增加夹杂物颗粒之间上浮过程中的碰撞凝聚,对于提高夹杂物颗粒的上浮速度,尤其是小尺寸夹杂上浮去除速度,提高钢液的洁净度具有重要的意义.      

钢中不同形状夹杂物在超重力场中上浮模拟研究

超重力可促使夹杂物快速上浮,缩短其在钢液中的上浮时间.为研究夹杂物形状对其在钢液中的上浮行为的影响,本文使用流固耦合方法跟踪计算流体与固体界面状态,在二维纵切面中构建了三种具有不同形态比的夹杂物并在超重力场中进行上浮行为模拟研究.结果表明,夹杂物的上浮速度与自身形状和上浮角度有关,形态比越趋近1或上浮角度越接近垂直,上浮速度越快.在重力系数G=1000的超重力场中,长度为1μm的夹杂物未发生旋转.长度为10、20μm的夹杂物会自初始角度（45°、90°）旋转至水平后稳定上浮.超重力系数会影响夹杂物的旋转状态,随着重力系数的降低,夹杂物的旋转速度逐渐降低.当G=50时,长度为20μm的夹杂物（初始角度90°）未能完全旋转;同时也证明相较于垂直角度,初始即倾斜的夹杂物更易发生旋转.最后,指出通过模型预估离心处理时间应以水平状态下夹杂物的上浮速度为准,并基于该结论给出了夹杂物上浮去除的大致时间.     

住友金属低成本浇注板坯的技术措施

介绍了日本住友金属工业公司低成本浇注板坯的技术措施,包括保温性能优良的结晶器保护渣的开发,合理控制超低碳钢浇铸用保护渣的碱度和粘度以减少板坯表面夹杂物、提高铸坯的质量,中间包底部供气以促进夹杂物上浮去除.在浸入式水口的设计方面,指出了优化设计水口内部耐火材料成分能减少夹杂物Al2O3黏结堵塞水口内壁,重点叙述了新型涡流浸入式水口的开发及在和歌山厂和鹿岛厂的应用情况:涡流浸入式水口减缓了钢水对结晶器液面的冲击,液面波动减小,板坯表面针孔和条状缺陷减少,水口使用寿命延长.     

中间包通道式过滤器对硅钢W470中夹杂物的影响

利用小样电解+ASPEX扫描电镜等夹杂物检测方法,研究了使用中间包通道式过滤器前后的冲击区和浇注区的钢液以及铸坯中非金属夹杂物类型和尺寸的变化规律。结果表明,使用过滤器后,浸入式水口基本未 堵塞;过滤器对夹杂物尺寸大于30以上的夹杂物颗粒有良好的去除效果;从夹杂物总数来看,冲击区〉铸坯〉浇注区,这是因为浇注区钢水夹杂物有一部分上浮和被过滤器吸附,且浇注区的A1₂O₃单位面积数量较冲击区有显著减少,说明过滤器Al₂O₃对系列夹杂去除效果较好;绝大多数夹杂物尺寸分布在10um以下,使用过滤器后,浇注区钢水单位面积夹杂物数量较冲击区夹杂物数量减少23.3% 。中间包合理工艺参数为:通钢量5.38 t/min、过滤器与长水口距离为1200 mm。     

Cleanliness of GCr15 bearing steel refined by RH and VD vacuum processes

The cleanliness of GCr15 bearing steels produced by RH and VD vacuum refining processes was compared. Evolutions of total oxygen (TO), total nitrogen (TN), total sulfur (TS), and inclusions were investigated. Bearing steel has high requirements for cleanliness. RH refining has advantages in reducing TO and TN content, removing solid inclusion, and circulating efficiency. After RH refining, the TO content in molten steel decreased by 61%, the TN content decreased by 15%, and the number density of inclusions decreased by 75%. The stirring of slag and steel was strong during the VD refining, which was beneficial to the desulfurization, the TS content in liquid steel decreased by 50%. The circulation rate of the liquid steel in the VD refining was much lower than that in RH refining. The stronger stirring of slag and steel during VD refining resulted in the slag entrainment. The contact angle between inclusions with different liquid phase fractions and liquid steel is different. Inclusions with liquid phase fraction less than 27% are not wetted with liquid steel and are easy to collide, grow and float up for removal, while the adhesion work of liquid inclusions is greater and difficult to remove from liquid steel.     

300 t RH炉化学升温工艺对IF钢洁净度的影响

为了研究RH炉化学升温工艺对IF钢洁净度的影响, 针对RH不同阶段进行化学升温,通过取样分析对铸坯全氧、夹杂物数量密度分布、夹杂物尺寸三指标进行系统分析,定量评价RH化学升温节点及升温幅度对钢水洁净度的影响。结果表明,RH化学升温时,钢水洁净度恶化,铸坯全氧质量分数增加了0.000 8%～0.001 3%;在同一升温值、不同升温节点条件下,以RH升温32～36 ℃为例,方案4团簇状夹杂物尺寸达到20 μm,小于方案5团簇状夹杂物尺寸30 μm。因此,采用“脱碳中前期＋脱碳终点”升温工艺,夹杂物尺寸优于“脱碳终点”升温工艺。生产实践中,若钢水进RH炉温度低,在RH升温操作不可避免的条件下,应采用“脱碳中前期＋脱碳终点”升温工艺,以减少RH升温操作对钢水洁净度的影响。     

GCr15轴承钢RH和VD真空精炼过程钢洁净度对比

摘要：对比了RH和VD真空精炼工艺生产的GCr15轴承钢精炼过程的洁净度水平,研究了钢液中总氧（TO）、总氮（TN）、总硫（TS）以及夹杂物变化规律。轴承钢对洁净度要求较高,RH精炼工艺在降低钢中TO、TN含量,固相夹杂物去除,循环效率上均具有优势。经过RH精炼后,钢液中TO含量下降了61%,TN含量下降了15%,夹杂物数密度降低了75%;VD精炼过程中,钢渣反应剧烈,脱硫效果优异,VD精炼后钢液中TS含量下降了50%,但钢液循环速率远落后于RH精炼,且更容易发生卷渣。不同液相分数的夹杂物与钢液的接触角不同,液相分数小于27%的夹杂物与钢液不润湿,容易碰撞长大和上浮去除,而液态夹杂物黏附功更大,难以从钢液中去除。     

RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果分析

西昌钢钒厂由于转炉热量不足而以转炉—LF精炼—RH精炼—连铸工艺生产IF钢,为探究RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果,采用生产数据统计、氧氮分析、夹杂物自动扫描、扫描电镜和能谱分析等手段,对不同脱碳工艺对顶渣氧化性以及钢的洁净度影响进行了详细研究。结果表明:（1）与自然脱碳工艺炉次相比,采用强制脱碳工艺的炉次在转炉结束与RH进站钢中的平均[O]含量更低;（2）两种工艺脱碳结束钢中的[O]含量基本在同一水平;（3）强制脱碳工艺的炉次在RH结束时渣中平均T.Fe的质量分数降低了1.3%。在能满足RH脱碳效果的前提下,尽量提高转炉终点钢液碳含量、降低钢液氧含量,后续在RH精炼时采用强制吹氧脱碳工艺,适当增大吹氧量来弥补钢中氧,可显著降低IF钢顶渣氧化性。自然脱碳工艺与强制脱碳工艺控制热轧板T.O含量均比较理想;与自然脱碳工艺相比,强制脱碳工艺可有效降低IF钢[N]含量,这与强制脱碳工艺真空室内碳氧反应更剧烈所导致的CO气泡更多和气液反应面积更大有关。脱碳工艺对IF钢热轧板中夹杂物类型、尺寸及数量没有明显影响,夹杂物主要由Al₂O₃夹杂、Al₂O₃–TiO_x夹杂与其他类夹杂物组成,以夹杂物的等效圆直径表示夹杂物尺寸,以上三类夹杂物平均尺寸分别为4.5、4.4和6.5 μm,且钢中尺寸在8 μm以下的夹杂物数量占比高于75%。在RH精炼过程中,尽量降低RH脱碳结束钢中[O]含量,有利于提高钢液洁净度。      

42CrMo钢大尺寸夹杂物的来源与控制

针对42CrMo合结钢轧材超声波探伤合格率低的问题,利用扫描电镜等设备对探伤不合样品进行分析,发现探伤不合样品中有直径为100 μm左右的球形夹杂物或者尺寸为1 000 μm左右的长条形夹杂物。通过钢液内生夹杂和生产过程接触的原辅料的分析比对,认为大尺寸夹杂物主要由于外来夹杂进入钢液中,最终造成轧材探伤合格率低。通过增加硅钙线用量、钢包浇铸后期不下渣、浸入式水口侵蚀速率小于1.5 mm/h、结晶器液位波动不大于 ± 3 mm和恒定拉速浇铸等控制方式,减少了钢中外来大尺寸夹杂,提高了钢液洁净度,使探伤合格率提高到97.5%以上。     

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

 非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。     

中薄板坯流程生产IF钢中包水口结瘤控制

采用扫描电镜、能谱分析等方法,对BOF-RH-CC中薄板坯流程生产含钛IF钢浸入式水口结瘤的原因进行了分析。结果表明,含钛IF钢水口结瘤的原因为水口本体内部的C与SiO2发生反应产生氧化性气体,氧化性气体和钢水中的[Al]、[Ti]反应在水口内壁上形成反应层,反应层促进了钢水中原有的Al2O3和Al-Ti-O复合夹杂物快速向水口内壁沉积。Ti的存在加重了水口结瘤的发生。以全流程氧位控制为目标,通过转炉终点控制、RH精炼、顶渣改质、中薄板坯连铸等工艺优化,使RH出站钢水T[O]质量分数控制在35×10^-6以下,中包钢水T[O]质量分数控制在30×10^-6以下,水口结瘤现象得到明显改善,单支水口平均连浇炉数由1.2炉提高至3炉,单支水口连浇时间提高到177 min。     

增氮析氮法生成气泡去除钢液中显微非金属夹杂物

为了进一步完善增氮析氮法生成气泡去除钢液中显微非金属夹杂物技术,研究了真空处理时间、充氮压力、气体类型等因素对钢中全氧和显微非金属夹杂物的影响.结果表明:减压处理过程中,钢液中非金属夹杂物可为过饱和气体氮气形成气泡提供非均相形核核心;增氮析氮法可有效地降低钢中全氧,去除钢中显微非金属夹杂物;真空处理时间越长,钢中全氧和显微非金属夹杂物数量越低,当真空处理时间为30 min时钢中全氧去除率达到了81.6%,而且全氧质量分数最低达到7×10-6.      

RH加钛时机和纯循环时间对IF钢洁净度影响

为进一步提升RH精炼的冶炼效率,更好与高拉速连铸相匹配,对RH冶炼IF钢过程中加Ti时机和纯循环时间对夹杂物的影响开展了试验研究。结果表明,钢液中T.O质量分数在加Al 5 min后小于0.003 0%;夹杂物的数密度在合金化4~5 min后具有最小值,随后增加纯循环时间,夹杂物的数密度无明显变化。在300 t RH工业生产实践中,Al-Ti间隔时间为2 min、纯循环时间为5 min和Al-Ti间隔3 min、纯循环4 min的处理工艺可以保证钢液中的夹杂物充分上浮去除,夹杂物的数密度为0.7~0.8个/mm2,可以实现RH的高效化精炼。在Al-Ti间隔时间大于1 min、纯循环时间大于3 min的操作条件下钢液中未检测到尺寸大于50 μm的夹杂物。基于以上工艺优化,IF钢的RH真空处理时间已经降低至20 min。向钢液中加入Al后主要形成Al₂O₃夹杂物,加入钛铁合金化后钢液中会形成富[Ti]区域,[Ti]将Al₂O₃还原而生成Al-Ti氧化物。随着[Ti]在钢液内的扩散以及Al-Ti氧化物的生成,钢液中的[Al]将Al-Ti氧化物还原而生成Al₂O₃,最终生成以Al-Ti氧化物为核心、外层由Al₂O₃包裹的复合夹杂物。