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。     

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。     

脱氧方式对高铝钢中非金属夹杂物的影响

摘要：为了研究不同脱氧方式对高铝钢中非金属夹杂物的影响,采用高温试验和热力学计算相结合的方法,对比分析了先SiMn后Al和先Al后SiMn两种脱氧方式下高铝钢中夹杂物形貌、类型、数量和尺寸特征。结果显示：先加入SiMn后,生成大量液态球形的Mn-Si-Al-O系复合夹杂物,再加入Al后夹杂物演变为Al2O3,且夹杂物数量明显减少;采用先Al后SiMn脱氧方式时,高铝钢中夹杂物始终以Al2O3为主,夹杂物最终数量相对较低。2种脱氧方式钢中夹杂物平均等效圆直径和尺寸分布相差不大。此外,采用先SiMn后Al进行脱氧时,发现尺寸较小的AlN颗粒附着在Al2O3夹杂物表面形成Al2O3-AlN复合夹杂物。而采用先Al后SiMn脱氧方式时,高铝钢中发现单一AlN夹杂物和Al2O3-AlN复合夹杂物,AlN夹杂物的形成与钢水中的氧势和合金原料有关。     

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。     

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.     

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。     

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。     

RH脱硫对无取向电工钢中夹杂物的影响

研究了RH脱硫对常规工艺(连铸+热轧)和CSP工艺下的无取向电工钢热轧材样中夹杂物的影响。两种工艺下,当CaO-CaF_2脱硫剂加入量为1～4 kg/t时,RH脱硫率约为25%。终渣氧化性高、曼内斯曼指数(MI)低是影响脱硫效果的原因之一。CSP产线RH采用"先铝后硅"的脱氧方式,热轧材样中夹杂物主要是AlN、MnS、CaS和少量铝酸钙。此时,夹杂物总量主要受氮含量影响,硫含量只与硫化物夹杂密度呈正比关系。常规产线RH采用"先硅后铝"脱氧方式,热轧材样中氧化物夹杂和AlN夹杂含量相当,含钙夹杂物数量只占夹杂物总量的12%左右。脱硫剂中CaF_2对耐材的侵蚀导致RH脱硫时热轧材样中含Mg夹杂数量是不脱硫时的2倍。     

LF处理过程中钢水增铝问题的研究

硅镇静钢及少量铝脱氧的钢在LF处理过程中会发生钢水中铝含量增加以及夹杂物组成改变的现象.通过理论计算和工业生产实践研究了不同的渣系、钢水成分、处理时间等对LF精炼过程增铝的影响,不同精炼渣系下钢中夹杂的组成,结果表明采用CaO-SiO2渣系LF处理过程几乎不发生增铝现象,而采用CaO-Al2O3渣系随着处理时间的延长以及钢种成分的区别,钢中铝有不同程度的增加,生产实践结果与理论计算趋势基本一致.采用CaO-Al2O3渣系精炼与CaO-SiO2渣系相比,钢中Al2O3夹杂数增加4倍,氧化物复合夹杂中w(Al2O3)提高113%,w(CaO)提高24.5%.在帘线钢72A以及HRB400、SS400钢的生产实践中加以应用,使得LF处理后72A的w(Al)小于0.000 5%,HRB400、SS400的小于0.003%,避免了有害夹杂物的形成,消除了在小方坯连铸过程中的水口堵塞现象.     

低碱度低氧化铝精炼渣对帘线钢夹杂物控制

 研究了低碱度、低氧化铝精炼渣对帘线钢夹杂物控制情况。试验采用LD→LF精炼→软吹Ar→连铸工艺生产帘线钢,在碱度1.0、Al2O3质量分数为5%左右的精炼渣成分控制条件下,钢中酸溶铝AlS的质量分数控制在0.000 5%左右,进而控制夹杂物中Al2O3质量分数在22%以内,使得帘线钢中氧化物夹杂MnO-Al2O3-SiO2类、CaO-Al2O3-SiO2类复合夹杂物实现了良好的塑性化控制。根据分析,在帘线钢夹杂物去除方面,软吹氩处理对钢中CaO-Al2O3-SiO2系复合夹杂物去除效果比对MnO-Al2O3-SiO2类夹杂物更加明显;在成分控制方面,钢液中AlS含量随着炉渣碱度、炉渣Al2O3质量分数的升高而升高,而夹杂物中Al2O3质量分数会随着钢液中AlS含量升高而升高。     

精炼渣控制82B帘线钢中夹杂物形态的实验室研究

在实验室条件下,采用高温钼丝炉对用45钢和重轨钢熔炼成的帘线钢进行脱氧和渣钢平衡试验,研究了精炼渣组分对夹杂物形态的影响。结果表明:在精炼渣碱度为0.8～1.2时,夹杂物中Al2O3含量和钢中Als随精炼渣中Al2O3含量的增加而增加。把精炼渣Al2O3质量分数控制在10%以下时,能够使CaO-SiO2-Al2O3夹杂物处于塑性范围内。因此,在低碱度条件下,通过Si、Mn脱氧和调整精炼渣中Al2O3含量来控制夹杂物的形态是可行的。     

FeSi中铝对不锈钢连铸和热轧板表面缺陷影响

 针对硅脱氧条件下304不锈钢中出现的Al2O3夹杂物和热轧板表面存在分层缺陷的问题,通过对铸坯的大样电解、热轧板取样、扫描电镜检测分析以及FactSage软件计算等方法,主要研究了FeSi合金中残余铝质量分数对Al2O3夹杂物生成的影响,并分析了Al2O3夹杂物对不锈钢连铸和热轧板表面分层缺陷的影响。研究表明,硅脱氧条件下生产的304不锈钢整个冶炼过程中,产生Al2O3夹杂物的主要环节为GOR还原初期含有较高铝质量分数的FeSi合金的脱氧过程。通过FactSage软件计算得到了避免Al2O3生成时FeSi合金中所允许的最大铝质量分数。根据计算结果和现场试验得出以下结论：FeSi合金中的铝质量分数超过1.8%时,钢液中会产生Al2O3夹杂物,Al2O3进入具有较高碱度的结晶器保护渣熔渣层造成局部保护渣黏度和熔化温度快速增加形成块状的夹杂物,这些夹杂物被卷入钢液内部或者被新生铸坯表面捕捉,从而造成热轧过程中轧板的表面分层缺陷形成。当FeSi合金中的铝质量分数小于1.5%时,钢液中难以产生Al2O3类夹杂物,有效抑制了这类表面缺陷的产生。     

超低碳钢顶渣氧化性对钢液洁净度的影响

为探究降低顶渣氧化性对改善超低碳钢钢液洁净度的影响,在转炉终点至中间包过程中,在多位置取炉渣和钢水试样,分别进行炉渣氧化性、钢液成分和夹杂物分析.实验结果表明:转炉出钢后通过对顶渣改质,渣中T.Fe由转炉终点的19.18%降至RH进站时的4.68%,顶渣氧化性降低明显.渣中T.Fe降低导致钢中[O]的降低,T.Fe较低的炉次平均吹氧量较大,使得铝脱氧前钢中[O]较高.RH结束渣T.Fe与夹杂物数量呈线性关系,T.Fe越低夹杂物数量越少,同时RH结束后夹杂物数量与铝脱氧前钢中[O]无必然关系.顶渣(CaO)/(Al₂O₃)会影响其吸收Al₂O₃夹杂物的能力,(CaO)/(Al₂O₃)控制不合理的炉次,其夹杂物数量也较多.通过降低顶渣氧化性,热轧板卷缺陷率得到明显降低.      

CAS OB精炼和连铸过程钢中夹杂物来源示踪研究

通过添加示踪剂研究CAS OB的精炼过程和连铸过程以及板坯钢样夹杂物来源。结果表明,精炼过程和钙处理后的钢中显微夹杂物均含有钢包渣示踪元素镧;中间包钢样中的显微夹杂物同时含有镧和中间包示踪元素铈;板坯中的显微夹杂物含有镧、铈、钾、钠中的几种,说明钢液脱氧产物与钢包渣、中间包覆盖剂、结晶器保护渣均产生了反应。板坯中大型夹杂物主要源于结晶器保护渣,其次源于钢包渣,少部分源于中间包覆盖剂;大型夹杂物同时含有钾、钠、镧、铈中的几种元素,说明大型夹杂物是脱氧产物与卷入钢液中的钢包渣、中间包覆盖剂、保护渣或中间包内衬蚀损产物相互反应的复杂夹杂物。     

202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理

通过工业试验对202不锈钢进行系统取样，分析试样中夹杂物的变化特征，结合热力学计算，研究了202不锈钢中非金属夹杂物的形成机理。在进行硅锰脱氧后，LF精炼过程中钢液内以球型Ca?Si?Mn?O夹杂物为主。对于硅锰脱氧钢，钢液中残余铝质量分数为1×10?5时，可以扩大Mn?Si?O相图的液相区，但铝质量分数超过3×10?5会导致钢中容易形成氧化铝夹杂物并减小液相区。在连铸坯中以Mn?Al?O类夹杂物为主，相较于LF精炼过程试样，连铸坯试样中夹杂物的MnO和Al₂O₃含量明显增加，CaO和SiO₂含量明显减小，夹杂物个数则由LF出钢试样的5.5 mm?2增加到11.3 mm?2。结合热力学计算发现，凝固过程中会有Mn?Al?O夹杂物形成，这也使其成为连铸坯中主要的夹杂物类型。      

含钛焊丝钢冶炼工艺优化

本钢北营炼钢厂在开发高钛含量焊丝钢时,经常出现浸入水口结瘤、铸坯卷渣、钛收得率低等问题,特别是铸坯卷渣严重影响轧后盘条表面质量。分析认为,高熔点的Ti N、Ti O2及Al2O3非金属夹杂物是导致浸入水口结瘤的主要原因。通过控制钢中氮含量、强化精炼渣中脱氧、优化浇注过程工艺等有效手段,提高了高钛含量焊丝钢连浇炉数、盘条成材率等质量指标,优化效果显著。     

管线钢冶炼过程夹杂物行为研究

对管线钢从精炼开始到轧材整个生产过程中夹杂物的行为进行了研究。采用金相、化学等各种分析手段,分析了管线钢钢水、连铸坯及热轧卷的洁净度的变化。试验结果表明：现有的生产工艺在稳态浇注时钢水的洁净度满足产品质量要求,LF精炼后钢中夹杂物的含量明显降低。钢水和稳定态铸坯没有发现大于20μm的夹杂物和聚集的夹杂物。非稳态的头坯热轧卷2m长度内氧化铝夹杂超标,主要位于铸坯的内孤表面;头坯热轧卷的夹杂物检测中发现了K2O等成分,表明开浇过程由于拉速变化引起结晶器卷渣。     

CAS OB喷粉精炼粉剂配料计算模型

提出CAS OB喷粉精炼工艺,通过向钢液中喷吹铝、氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝等粉剂,在原有钢液升温、脱氧、合金化、吹气去除夹杂物等精炼功能的基础上,增加了钢液脱硫和夹杂物变性处理功能。作为此项工作的第1步,考虑了钢液带渣的改质、钢液脱硫、钢液升温等过程的影响,建立了精炼过程喷吹粉剂的配料计算模型。     

精炼渣对高锰钢中非金属夹杂物的影响

 为了研究精炼渣对高锰钢中非金属夹杂物的影响，采用渣/钢平衡的试验方法研究了MgO SiO2 Al2O3 CaO系精炼渣对Fe xMn高锰钢(x=10%, 20%)中非金属夹杂物的影响。结果表明，无顶渣情况下，高锰钢中夹杂物主要为MnO类和MnO Al2O3类2类。加入精炼渣后，夹杂物类型发生了变化，主要有 MnO类、MnO SiO2类和 MnO Al2O3 MgO类3类，其中MnO SiO2类数量最多。采用ASPEX扫描电镜对夹杂物的平均成分进行分析，无顶渣时高锰钢中夹杂物的成分主要是MnO，质量分数在95%以上，并含有质量分数为4%左右的Al2O3。加入精炼渣后，夹杂物中MnO质量分数降低，SiO2质量分数显著增加，MgO质量分数增加。热力学计算结果表明，加入精炼渣后，渣/钢间反应4［Al］+3(SiO2)=2(Al2O3)+3［Si］和2［Mn］+(SiO2)=2(MnO)+［Si］的吉布斯自由能均小于零，这说明在本试验条件下，钢液中的［Al］和［Mn］会还原渣中SiO2，生成的［Si］进入钢液，进而与钢液中的［O］结合，导致夹杂物中SiO2增加。