炼钢连铸钢中气体分析与控制

本文通过对钢中气体[N][H][O]的来源以及对钢材危害性的介绍．提出了控制和减少钢中气体的措施对策，简述了我公司对炼钢连铸钢中气体的分析和控制措施，以及通过实施一系列控制措施所取得的效果。     

中间包里钢水的净化技术

近年来，薄板和涂层钢对质量的要求日益严格，其中，减少钢中的非金属夹杂物是一个重要方面。     

合金钢连铸结晶器保护渣的基本功能

分析了合金钢连铸结晶器保护渣对钢水的保温和避免钢液氧化功能、吸收夹杂物的能力、以及润滑铸坯和控制传热的功能。改善保护渣的保温性能，有利于减轻振痕缺陷和铸坯皮下夹渣，提高保护渣吸收夹杂能力，防止高合金钢连铸时的漏钢和减少铸坯夹渣缺陷；而协调保护渣传热与润滑的功能对避免粘结漏钢和减少铸坯表面纵裂纹和微裂纹有着不可低估的作用。     

连铸板坯中钢的洁净度

在塞得勒钢厂对通过硫印证实存在夹杂物的板坯试样进行了系统分析，结果：钢厂采用新的生产工艺以减少钢中有害夹杂物的数量，这些生产工艺包括减少卷渣以及在钢包更换期间限制中间包液面的降低。     

钢包出钢阶段吹氩搅拌去除夹杂物的模拟研究

针对钢包出钢过程建立了钢液-渣相-气相-氩气泡-夹杂物的五相数学模型，探索了钢包出钢过程中吹氩搅拌去除夹杂物的可行性，以及吹氩流量对流场、渣眼、夹杂物去除效率的影响规律。结果表明：吹氩搅拌可强化浇钢过程中钢液的流动行为，显著提升夹杂物的去除率。相较于未采用吹氩搅拌，当吹氩流量为100 L/min、出钢750 s时，夹杂物的去除率由80.74%提升至96.69%，流入中间包夹杂物的数量减少67.4%；随吹氩流量增加，渣眼尺寸增大，夹杂物去除速率增加，但去除效率变化不大，推荐吹氩流量为100 L/min。     

在精炼处理和连铸阶段采集的低碳铝和硅镇静钢试样中非金属夹杂物的性质分析

非金属夹杂物的数量、分布、尺寸和化学成分对钢的性能有直接影响。通过控制这些夹杂物的尺寸和化学成分可以生产出优质产品。区分夹杂物的性质和控制夹杂物的形成对钢的清洁度十分重要。通过检验非金属夹杂物的化学成分可以预测夹杂物在钢中的性能。为了研究夹杂物的化学成分、尺寸和分布，某钢厂在二次精炼和连铸阶段采集了低碳铝和硅镇静钢的试样。试样用扫描电子显微镜（SEM）采用EDS系统进行分析。通过分析结果可以判定夹杂物的性质，分析精炼过程对减少夹杂数量和减小比表面积的效果。还可以确定处理后残留的夹杂对钢的性能和连铸过程（浸入式水口的堵塞）的影响大小。     

影响CSP钢质量的因素分析及防止措施

简述钢的洁净度对CSP钢生产的重要性，并对如何提高钢的洁净度及锊坯质量（缺陷为裂纹、夹渣、皮下气泡、凹坑、重皮等）的问题，提出了如下观点：应重视白渣精炼。使其星还原性，具有吸附夹杂物的能力并）减少带渣、保护浇铸、防止结晶器保护渣卷渣等。     

Mg处理对X65管线钢中夹杂物的影响

在实验室用真空感应炉冶炼3炉X65管线钢,其中2炉钢进行镁处理。分析非镁处理钢和镁处理钢中夹杂物的变化特征,研究镁处理对X65管线钢中夹杂物的影响。结果表明:1)非镁处理钢中的夹杂物主要是Al_2O_3系夹杂,镁处理钢中的夹杂物类型主要是MgO-Al_2O_3系夹杂;2)镁处理钢中粒径小(1~5μm)的夹杂物比例相对较高,大颗粒( 15μm)夹杂物明显减少;3)粒径较大的夹杂物主要是Al_2O_3夹杂和靠近低熔点区域的夹杂,靠近镁铝尖晶石成分的夹杂物粒径较小,说明镁处理可使钢中夹杂物变得细小而分散;4)镁处理钢中存在大量的尺寸细小的MgO·Al_2O_3系夹杂物,可以为硫化物的析出提供形核核心,从而减少硫化物在晶界的析出数量。     

连铸连轧弹簧扁钢侧面裂纹的原因分析

通过对弹簧扁钢侧面裂纹的分析，发现造成弹簧扁钢侧面裂纹的原因为：铸坯皮下气泡、皮下夹杂、轧制缺陷等因素，并提出了改进的措施，即通过减少钢中的气体含量、减少钢中大颗粒的夹杂物和加强轧制过程的质量控制等措施，可明显减少扁钢的侧面裂纹。     

碱土钡元素对重轨钢夹杂和性能影响的研究

用Fe-Ba-Al-Si合金处理U_(71)Mn钢液,可以减少钢中夹杂物总量。钡能改变夹杂物的形态,并能获得细小的、均匀分布的球状夹杂;夹杂物主要是Al_2O_3与变态的(Ca、Mn)S结合成的复相夹杂,减少了单相存在的Al_2O_3;钡能缩减或消失夹杂物的长度,特别是对Al_2O_3簇状夹杂物的长度;钡在钢中溶解度极小,对钢的机械性能未见不良影响而能改善钢的冲击韧性。     

含铈304不锈钢夹杂物改性及耐腐蚀性能优化

 通过在304不锈钢中加入不同含量的铈,研究了铈处理前后钢中夹杂物的变化,并借助于腐蚀失重试验及电化学试验,分析了不同含量的铈处理后钢中夹杂物性质变化对304不锈钢耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,未加铈的不锈钢中主要为MnS夹杂及复合氧化物夹杂,夹杂物的平均尺寸为8.6 μm,而钢的自腐蚀电位仅为-348.52 mV。加入稀土铈后,夹杂物逐渐改性成球状或椭球状的含铈夹杂物,平均尺寸有所降低,而不锈钢耐腐蚀性则有所提高。当铈质量分数达到0.012%时,钢中MnS夹杂全部改性成球状含铈夹杂,不锈钢自腐蚀电位高达-311.25 mV,耐腐蚀性能最好。继续增加稀土铈含量,钢中夹杂物的形状变得不规则,尺寸也有所增加,导致不锈钢耐腐蚀性能降低。     

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。     

钢中非金属夹杂物的相关基础研究(Ⅱ)——夹杂物检测方法及脱氧热力学基础

 从几个方面对多年来在钢中非金属夹杂物基础研究方面做的工作做简单介绍：钢中夹杂物和钢水洁净度的评估方法、稳态浇注和非稳态浇注的定义、非稳态浇注过程中形成的大颗粒夹杂物、总氧和大颗粒夹杂物的对应关系、脱氧过程夹杂物形成的热力学基础、钢水中夹杂物形核和长大的动力学研究和钢水中流体流动和夹杂物的运动、去除及被凝固前沿的捕捉。并讨论了钢中夹杂物研究下一步应该继续进行的工作,对洁净钢的生产提出了一些指导性意见。     

国内外油井管钢中非金属夹杂物的对比分析

 为了提高国内油井管钢质量,采用扫描电镜对比了日本和国内油井管钢中夹杂物成分和形貌,统计了夹杂物尺寸分布、夹杂物间距和夹杂物分布等参数,基于FactSage热力学软件平衡凝固模型分析了冷却过程中夹杂物的演变过程,基于夹杂物碰撞数量平衡模型,讨论了油井管钢中夹杂物碰撞率。结果表明,日本油井管钢中夹杂物主要为CaS包裹的镁铝尖晶石,国内油井管钢中夹杂物主要为钙铝酸盐包裹的镁铝尖晶石夹杂物和纯镁铝尖晶石夹杂物。日本油井管钢夹杂物比国内油井管钢夹杂物数量少、尺寸小、分布更均匀。日本油井管钢中夹杂物数量密度达到7.5个/mm2,国内油井管钢中夹杂物数量密度达到28.3个/mm2。日本油井管钢中夹杂物最大尺寸不超过5 μm,国内油井管钢中夹杂物最大尺寸达到20 μm。FactSage计算冷却过程中夹杂物演变结果与试验结果吻合。国内油井管钢中夹杂物碰撞率比日本油井管钢中夹杂物的碰撞率高2个数量级。     

含钇E36船板钢夹杂物改性

为了研究钇对E36船板钢中夹杂物成分和形貌的影响,对钇处理后E36船板钢中典型夹杂物进行热力学计算,并通过扫描电镜及能谱仪对钇处理前后E36船板钢中夹杂物进行检测分析,观察典型夹杂物形态和尺寸。结果表明,未添加稀土钇的E36船板钢主要为长条状MnS夹杂物;添加稀土钇后,钢中夹杂物主要为球状或类球状的含钇复合夹杂物。当钢中钇质量分数为0.007 8%时,夹杂物主要为球状或类球状的Y₂O₂S夹杂物和Y₂O₃夹杂物;当钢中钇质量分数增加至0.037 7%时,夹杂物改性为球状或类球状Y₂O₂S夹杂物、YS夹杂物和Y₂O₃夹杂物。     

硫含量对重轨钢中非金属夹杂物的影响

摘要：实际生产过程中由于原料和操作控制不精确,钢中硫含量和非金属夹杂物波动较大,严重影响钢的洁净度。为了准确控制重轨钢中硫化锰等非金属夹杂物的尺寸、形态和数量,在实验室开展了硫含量对重轨钢中非金属夹杂物的影响研究。钢中硫质量分数增至70×10-6、110×10-6、140×10-6后随炉冷却,采用全自动夹杂物分析仪对钢中非金属夹杂物进行统计,获得了硫含量与钢中非金属夹杂物成分、尺寸、形态和数量的关系。结果表明,钢中夹杂物大部分为以氧化物为形核核心的复合型MnS;随着硫含量的升高,复合型MnS、MnO-SiO2和MgO-Al2O3-SiO2-CaO型夹杂增多,CaO-SiO2和MgO-CaO-SiO2夹杂减少;夹杂物平均尺寸随硫含量的升高而增大,且不同尺寸的夹杂物均有所增加,尺寸为2~10μm增多最明显;硫质量分数为(70~140)×10-6的钢液凝固过程液相中都能单独析出MnS,且硫含量越高,MnS析出越早,含量越多。     

基于激光诱导击穿光谱技术的重轨钢中铝系夹杂物含量分析方法研究

钢中夹杂物对钢铁材料的性能存在着重要的影响,钢水中凝固的夹杂物会降低钢的物理性能。为排除钢中夹杂物的影响,需要建立检测夹杂物的方法。基于重轨钢样品中铝夹杂物的异常信号响应及阈值选择,实验研究了一种新的钢中铝系夹杂物含量的激光诱导击穿光谱分析(LIBS)检测方法。由于钢材中夹杂铝大多以酸不溶铝的形式存在,故研究中采取的计算模型中夹杂铝的含量默认与酸不溶铝含量相同。实验中由于检测的中低合金钢中夹杂铝含量过低,故随机选择9块重轨钢待测样中5块作为标准样品,通过结合LIBS结果中异常信号的筛选和已发表文献的模型进行计算,发现在置信区间阈值K=2.6时,激光诱导击穿光谱法得到的结果中夹杂物计算值与真实值基本符合,由此确立了激光诱导击穿光谱对铝夹杂分析的计算数学模型。将所建立的夹杂物检测方法模型实际应用于剩余4块重轨钢样品的检测,并将测定结果与化学湿法进行结果比对,结果显示二者基本一致。     

Effect of sulfur content on non metallic inclusions of heavy rail steel

Due to the inaccurate control of raw materials and operation in the actual production process, the sulfur content and non-metallic inclusions in the steel fluctuate greatly, which seriously affects the cleanliness of steel. To accurately control the size, shape and quantity of non-metallic inclusions such as manganese sulfide in heavy rail steel, the effect of sulfur content on non-metallic inclusions in heavy rail steel was studied in the laboratory. To investigate the changes of the number and morphology of non-metallic inclusions in steel under different sulfur contents, the sulfur content of test steel was increased to 70×10-6, 110×10-6 and 140×10-6, respectively. During the experiment, the test steel was heated and melted in a tubular furnace according to a certain heating rule, and then cooled naturally in the furnace. Subsequently, the non metallic inclusions in steel were scanned by automatic inclusions analyzer, and the relationship between sulfur content and the composition, size, form and quantity of non-metallic inclusions in steel was obtained. The results indicate that most of the inclusions in the steel are composite MnS with oxides as nucleating cores. With the increase of sulfur content, the quantity density of composite MnS, MnO-SiO2 and MgO-Al2O3-SiO2-CaO inclusions increase, while the CaO-SiO2 and MgO-CaO-SiO2 inclusions decrease. The average size of inclusions increases with the increase of sulfur content, and the number of inclusions with different sizes also increases, especially for inclusions with sizes of 2-10μm which increase obviously. During solidification, MnS can be separated from molten steel with sulfur content of (70-140)×10-6. In addition, the higher the sulfur content is, the earlier MnS inclusions precipitate and the more the MnS content is.     

RH真空处理对高碳铬轴承钢尖晶石夹杂物的影响

 钢中尖晶石夹杂物不仅会恶化钢的可浇性,还可能导致成品出现宏观夹杂物,RH真空处理是去除钢中夹杂物的重要环节。对RH真空处理过程高碳铬轴承钢夹杂物数量、成分和类型变化开展研究,通过热力学计算讨论了真空压力对高碳铬轴承钢尖晶石夹杂物稳定性的影响。试验结果表明,当真空压力为30 Pa时,真空处理10 min,钢液循环总量达200～400 t,尖晶石夹杂物全部消失。真空处理15 min,夹杂物总数大幅降低,由480个/(200 mm2)降至97个/(200 mm2),夹杂物总数减少80%。真空处理后,钢中液态夹杂物数量增加且夹杂物呈高度液态化,与真空处理前相比,液态夹杂物的数量由44个/(200 mm2)增至71个/(200 mm2),增加61%,液态夹杂物占比由9%增至73%。尖晶石夹杂物全程为单一颗粒状,未发现其碰撞、聚集现象。热力学计算表明,真空条件下,高碳铬轴承钢中尖晶石夹杂物可被钢中碳还原分解,温度为1 600 ℃时,临界分解压力为16 000～22 000 Pa,真空度越高,越有利于尖晶石夹杂物的还原分解。真空压力为4 900 Pa时,真空处理7～14 min,钢液循环总量达511～1 022 t,尖晶石夹杂物即完全消失;真空度为20 400 Pa时,即便延长处理时间至40 min,将钢液循环总量增至2 360 t,尖晶石夹杂物仍存在。与夹杂物被“物理去除”的观点相比,真空条件下,尖晶石夹杂物被钢中碳还原分解能更好地解释真空过程尖晶石夹杂物的变化特征。     

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The behaviors of inclusions in liquid bearing steel were in- situ observed with confocal laser scanning microscopy (CLSM). Samples from 4heats were reheated to steel making temperature, and after a period of holding the samples were rapidly cooled. Then the samples were observed under SEM with EDS to analyze inclusions. The results show that inclusions in original bearing steel samples are mostly MgO??Al2O3 with out- layer of CaS, while inclusions in liquid bearing steel after CLSM treatment are xAl2O3??yCaO. The inclusions with high liquid ratio spread on the interface between liquid steel and argon gas, as well as there are collision and combination of xAl2O3??yCaO and MgO??Al2O3. It can be concluded that the main formation cause of Ds inclusions is collision and combination between xAl2O3??yCaO inclusions with high liquid ratio or between these inclusions and MgO??Al2O3 inclusions. Reducing Ca content in liquid steel to decrease CaO content in inclusions and the liquidation of inclusions can decrease the formation of Ds inclusions.