铝脱氧钢中Al2O3夹杂物与Al2O3-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al₂O₃夹杂物的钢液,然后与Al₂O₃-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al₂O₃夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al₂O₃,第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO₂、Al₂O₃与C反应生成的SiO、Al₂O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO₂反应生成Al₂O₃;耐材棒表面的SiO_2<...     

低铝无取向硅钢结晶器液面波动及水口结瘤控制

通过能谱和物相分析对水口结瘤物和冶炼过程钢液夹杂物进行研究。结果表明W800低铝无取向硅钢结晶器液面波动幅度大主要是Al₂O₃类夹杂物在浸入式水口聚集造成的。从RH破空到钢液进入中间包的过程中,随着炉渣氧化性增加,Al₂O₃类夹杂物的密度逐渐增大。当炉渣w(CaO)/w(Al₂O₃)≤1.7时,随着w(CaO)/w(Al₂O₃)增加,FeO的活度逐渐降低,进而Al₂O₃类夹杂物的密度也逐渐减少。Al₂O₃类夹杂物的增加主要来自炉渣对钢液的二次氧化。塞棒吹氩流量小,夹杂物会在水口内壁聚集;吹氩流量过大,会引起结晶器液面波动幅度大,合适的塞棒氩气流量可以有效地控制结晶器液面波动幅度。通过炉渣成分控制和塞棒氩气流量调节,W800钢液的洁净度显著提高,中间包钢液的夹杂物数量密度从0.41个/mm²减少到0.35个...     

铝镇静钢SPHC浸入式水口结瘤成因和控制工艺

SPHC钢（/%:≤0.08C,≤0.05Si,0.10~0.30Mn,≤0.025P,≤0.025S,0.020~0.045Al）的工艺流程为铁水预处理-150 t顶底复吹转炉-LF-双流板坯连铸-1780 mm热连轧工艺。通过水口结瘤物分析得出,水口结瘤物主要成分为Al₂O₃和高熔点（1750℃）CaO·2Al₂O₃夹杂,结瘤物外层为结构疏松的堆积状氧化铝层,中间层为网状氧化铝层,内层为水口材料的脱碳层。通过控制转炉终点[C]>0.04%,调整喂钙铁线用量,使钢液中平均钙铝比由0.03提高至0.06,精炼时软吹氩搅拌由6~8 min提高到8~10 min,连铸过程防止钢液二次氧化等工艺措施,48炉SPHC钢生产结果表明,避免了水口结瘤事故的发生。     

CaO-SiO2-Al2O3-CaF2系精炼渣对钢绞线用 SWRH82B钢中D类夹杂物的控制研究

通过钢渣平衡实验研究,分析了精炼渣成分对82B钢液T.O和点状不变形夹杂物成分的影响;通过Fact-Sage热力学计算,得出硅锰脱氧82B钢中MgO·Al₂O₃尖晶石夹杂的生成条件.结果表明:降低精炼渣碱度、提高Al₂O₃含量均利于钢水全氧含量的降低;随着Al₂O₃含量的提高,复合氧化物夹杂的熔点升高.当熔渣碱度为0.93、Al₂O₃含量为5.1%时,夹杂物熔点最低;熔渣碱度为1.14、Al₂O₃含量为25.6%时,高Al₂O₃活度的熔渣导致MgO·Al₂O₃尖晶石夹杂生成;熔渣碱度为1.97、Al₂O₃含量为25.9%时,由于碱度升高,钢中无MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物生成;熔渣碱度为0.93、Al₂O₃含量为5.1%时,由于Al₂O₃含量降低,钢中无MgO·Al₂O₃尖晶石类夹杂物生成,且夹杂物熔点较低.      

E355S含硫钢水口堵塞分析和工艺改善

针对钢厂生产含硫钢（0.10%～0.21%C,0.010%～0.050%S）出现的水口堵塞问题,利用SEM和EDS对各关键工艺流程钢样和水口堵塞样进行全面分析,结果表明:各流程钢样中粒径小于10μm的夹杂物均占94%以上,单位面积夹杂物个数随工艺流程的进行呈先降低后增加的趋势。夹杂物类型主要有CaS、CaO-MgO、MnS、MgO-Al₂O₃、Al₂O₃、CaO-Al₂O₃、CaO、CaO-MgO-Al₂O₃复合夹杂物等;水口堵塞物主要由FeO、Al₂O₃、MgO·Al₂0₃、CaO·Al₂0₃、CaO·2Al₂0₃组成。通过电弧炉出钢前向钢液喷吹一定量的焦炭粉,控制精炼渣中（FeO）≤1.50%、碱度2.0～4.0以及采取合适的钙处理和分阶段吹氩操作,需控制喂硫线速度在50～150 m/min;清扫中间包以及使用含硫钢专用保护渣等措施,减少了水口堵塞,控制硫化物级别≤3,减少钢液二次氧化和避免连铸事故。     

硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响

大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物容易引起轴承钢疲劳失效,大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的控制是生产高端GCr15轴承钢的关键因素之一。精炼过程中合金引入杂质元素、渣精炼和精炼过程中卷渣是铝脱氧轴承钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的主要潜在来源。硅铁合金通常用来提高轴承钢的淬火和抗回火软化性。本文通过实验室实验、样品分析和热力学计算,研究了硅铁合金中金属钙元素对铝脱氧钢中夹杂物的影响。硅铁合金主要由深色的硅相和浅色的硅铁相组成,钙元素在硅相和硅铁相的界面处以金属化合物形式存在。研究发现,加入硅铁合金后,钢中总钙（T.Ca）含量增加,钢中的Al₂O₃和MgO·Al₂O₃夹杂物被改性为CaO?Al₂O₃类夹杂物,夹杂物尺寸随着夹杂物中CaO含量增加而减小,钢中并未生成大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物。随着钢中T.Ca含量增加,夹杂物平均尺寸降低,钢中T.O含量增加,表明硅铁合金中金属钙元素不会直接引起钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的生成。但是生成的小尺寸固相CaO?Al₂O₃类夹杂物在水口处粘附结瘤,结瘤物脱落后会成为钢中大尺寸CaO?Al₂O₃类夹杂物的来源之一。      

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。     

210 t BOF-RH-板坯CC流程钢包顶渣改质处理对超低碳钢夹杂物的影响

检测分析了加改质剂（/%:38~43Al,20~30Al₂O₃,27~31CaO,≤6SiO₂,≤6MgO）改质210 t钢包顶渣前后超低碳钢（≤0.01%C）连铸坯中的夹杂物数量和尺寸分布,通过热力学分析,研究了改质剂对钢渣间氧平衡以及连铸坯中夹杂物的影响。结果表明,钢包顶渣改质前的精炼渣样成分为（/%）25.55~39.68CaO,8.51~15.14SiO₂,6.34~27.09MgO,5.92~6.54Al₂O₃,17.32~22.24FeO,3.86~7.35MnO,改质后渣样成分为（/%）34.36~40.43CaO,7.69~11.47SiO₂,6.42~7.31MgO,8.31~25.54Al₂O₃,11.94~20.78FeO,2.17~2.63MnO;采用钢包顶渣改质处理,实际渣中a_(FeO)小于与钢液中氧相平衡的a_(FeO),引起了钢液中的氧通过渣金界面向渣中扩散,从而降低了钢液中氧活度,显著改善钢液的洁净度和降低连铸坯中的夹杂物数量和尺寸,水口结瘤得到明显改善;同时,虽然渣中的a_(FeO)下降较小,但钢液中氧活度得到了明显降低。     

含钛齿轮钢中CaO-Al2O3-TiOx+TiN系夹杂物形成机理

 为了研究20CrMnTi齿轮钢中特殊夹杂物(CaO-Al₂O₃-TiO_x包裹TiN的复合夹杂物)的形成机理,结合工业试验和实验室合金化试验,借助热力学计算推断了TiN直接生成的可能性。研究发现,钛铁合金的洁净度较差,合金中含有较多的Al₂O₃和TiN夹杂物。在炼钢温度条件下,钢中的溶解钛与氮反应生成TiN在热力学上是不可能的。复合夹杂物的TiN核不可能是由钢中的溶解钛和氮直接反应生成,而应该是由合金带入的。当CaO-Al₂O₃-TiO_x系夹杂物与未溶解完全的TiN碰撞到一起后,液态的夹杂物将TiN包裹,从而形成较大尺寸的CaO-Al₂O₃-TiO_x包裹TiN的夹杂物。要控制这类夹杂物,需采用氮质量分数更低的钛铁合金。     

120 t转炉生产42CrMoA合结钢水口结瘤分析及改善措施

分析了120 t转炉生产42CrMoA合结钢（/%:0.28～0.45C,0.17-0.37Si,0.50～0.80Mn,≤0.020P,≤0.020S,0.90～1.20Cr,0.15～0.25Mo,Cu≤0.20,Ni≤0.30,0.015～0.035Al）塞棒和浸入式水口结瘤原因。分析表明塞棒结瘤物的主要为Al₂O₃和高熔点的CaO·2Al₂O₃类钙铝酸盐,浸入式水口结瘤物主要为Al₂O₃夹杂物聚集。通过控制转炉终点碳在0.18%～0.28%、转炉出钢钢水溶解氧含量< 200×10^-6、调整精炼终点钙铝参数（0.020%～0.030%Al;0.001 5%～0.003 0%Ca）、连铸保护浇铸工艺实施等措施,解决了转炉生产42CrMoA合结钢塞棒和水口结瘤问题。     

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。     

40Cr钢浸入式水口结瘤分层结构的形成机理

  为明确转炉→LF精炼→连铸工艺条件下生产40Cr钢浸入式水口结瘤分层结构的形成机理,采用扫描电镜、阴极发光仪以及FactSage 7.1热力学软件,对40Cr钢水口结瘤形貌及分层结构进行了研究。结果表明,浸入式水口结瘤物分为水口脱碳层、凝钢层、夹杂物堆积层、凝钢层和表面疏松层。分析了40Cr钢在连铸过程中钢中Al2O3、Al2O3 CaO(SiO2)和Al2O3 MgO尖晶石在水口内壁上的分层沉积现象。结合现场工艺,研究了双凝钢层的形成机理,并通过热力学计算解释了结瘤物的形成机理。     

49MnVS非调质钢水口堵塞原因分析

 非调质钢中含有较多的铝和硫,常在连铸过程中因水口蓄积钙铝酸盐或硫化钙而发生堵塞,影响生产的顺利进行。为了探究非调质钢的水口堵塞原因并提出预防措施,采用X射线荧光分析、X射线衍射分析和热力学计算,分析了非调质钢49MnVS的水口堵塞结瘤物。结果表明,水口堵塞物主要由CaO·6Al2O3、CaO·Al2O3、MgO·Al2O3和金属铁相组成,生产中钙的收得率仅为预期的53.33%;热力学计算表明,水口堵塞的原因是钢液中的钙铝质量比较低,生成了大量高熔点的CaO·6Al2O3和CaO·Al2O3夹杂物,夹杂物在水口处黏附聚集;同时,由于MgO-C质水口耐火材料被侵蚀,MgO在絮流区与Al2O3碰撞生成MgO·Al2O3,铁液滴在夹杂物孔隙中凝固黏结,使堵塞物进一步长大,将水口完全堵塞。因此,可以通过优化喂线操作、控制钢中的钙铝比位于0.127～0.225、改进水口材质等措施来预防水口堵塞。     

20CrMnTiH齿轮钢可浇性研究与实践

在分析堵塞物的基础上,结合20CrMnTiH生产实际,重点研究了LF精炼渣系及钢水中Ca质量分数对水 口堵塞的影响。结果表明,通过优化调整精炼渣中Al ₂ O ₃ 和 MgO组分、控制钢水Ca质量分数为15×10 -6 ～25× 10 -6 ,可以有效避免水口堵塞,提高了钢水可浇性。     

生产轴承钢用浸入式水口的堵塞机理

 由于生产轴承钢水口的堵塞,严重影响生产的顺利进行。利用化学分析、相分析和岩相分析的方法对浸入式水口堵塞物及其耐火材料进行研究。结果表明,发生水口堵塞的位置主要在水口渣线部,堵塞物化学成分主要以金属Fe为主,其它含有Al、Cr、Si、C等物质。而水口内壁物质主要是Al2O3、SiO2、CaO、Cr2O3、FeO等氧化物。从X射线分析看,这些物质主要是熔点较高的CaO和Al2O3形成的CaO·2Al2O3和CaO·6Al2O3。由此分析得出,钢水金属冷凝、连铸保护浇铸不好和钢水不洁净是造成水口堵塞的主要原因。同时给出了防止水口堵塞的技术措施。     

含Ti铝镇静超低碳钢连铸过程水口堵塞控制实践

分析水口堵塞物组成及其堵塞发生的机理得出,含Ti铝镇静超低碳钢连铸过程水口堵塞物呈分层结构,由反应层和粘结层组成,其中反应层为耐材酸性物质与钢水中Al反应以及钢水因与堵塞壁面接触温度降低、夹杂物析出反应所致,粘结层由夹杂物伴随冷钢堆积所致,且粘结层中Al含量由内至外呈增加的趋势,Ti含量则呈减少的趋势。通过顶渣改质将(FeO+MnO)控制在8%以下、RH脱碳终点[O]控制在0.030%以内,以及采用开浇前中间包充氩置换工艺等优化措施,含Ti铝镇静超低碳钢连浇炉数由原来的3炉提升至5炉,水口堵塞率由原来的80%降低至30%。     

铝耗及终脱氧氧位对IF钢水口结瘤的影响

通过对IF钢水口结瘤物各层成分及形貌的分析,得出造成水口结瘤的主要原因是Al₂O₃夹杂物在水口内壁不断聚集和烧结.比较了不同铝耗对塞棒杆位的影响,铝耗较高时,塞棒杆位明显上涨,当铝耗超过3.5 kg·t-1时,可能导致钢水断浇等生产事故.对平均铝耗及平均终脱氧氧位作了定义,随着平均铝耗的增加,单支下水口浇铸时间呈下降趋势,当平均铝耗超过3.5 kg·t-1时,单支下水口浇铸时间低于50 min.铝耗随终脱氧氧位提高呈增加趋势,当终脱氧氧位在600×10-6以上时,铝耗可能超过3.0 kg·t-1;而平均终脱氧氧位超过600×10-6时,单支下水口浇铸时间可能低于50 min.      

含钛焊丝钢小方坯连铸水口的结瘤机制

 利用扫描电镜对含钛焊丝钢中夹杂物性质及连铸水口结瘤物的物相组成进行了分析,并结合热力学计算研究了水口结瘤的形成机制。结果表明,LF 精炼出站钢液中存在大量Al2O3、TiO2夹杂物,并不断附着沉积在水口内壁形成氧化铝型、氧化钛型或两者结合的结瘤物,连浇炉数仅为4次。通过优化钢中［Al］-［Ti］-［O］关系,控制铝质量分数在钛-铝竞争氧化平衡线之上,即w(［Ti］)/w(［Al］)4/3>84.49 且w(［Ti］)/w(［Al］)>7.46,当钢液中w(［Al］)<0.0068%时,能够降低Al2O3夹杂比例,有效减轻水口结瘤,连浇炉数提升至6炉次。     

SUS436L超纯铁素体不锈钢夹杂物的形成机理

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱面扫描等仪器设备研究了钛稳定化SUS436L超纯铁素体不锈钢板材的夹杂物类型,结合热力学计算分析各类夹杂物的生成机理。结果表明,SUS436L不锈钢的夹杂物主要包括纯TiN颗粒、TiN包裹MgO·Al_2O_3尖晶石的复合夹杂以及Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物;当w([N])为0.007 0%、钢液温度为1 600~1 650℃时,平衡钛质量分数为0.23%~0.38%;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,w([Mg])大于0.000 8%时生成MgO·Al_2O_3,w([Mg])大于0.004 4%则生成MgO;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,钙处理后w([Ca])为0.000 14%~0.000 36%、大于0.000 36%时分别生成低熔点的12CaO·7Al_2O_3及3CaO·Al_2O_3,且在钛合金化后易生成低熔点的Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物。     

超纯11%铬铁素体不锈钢水口结瘤的机理

通过对超纯11%铬铁素体不锈钢连铸水口结瘤物不同部位的金相观察、能谱分析以及其冶炼过程钛氧化物和铝氧化物形成的热力学分析,结合实际生产数据研究了超纯11%铬不锈钢连铸过程水口结瘤的机理。结果表明：超纯11%铬铁素体不锈钢水口结瘤主要是钢水中钛的氧化物质量分数较高,在浇铸过程中钛的氧化物和水口中的Al2O3反应生成复合氧化物黏附在水口壁,并不断地富集和黏附其他夹杂物和钢水增厚所致。通过钢液中O、Al、Ti等成分的控制、冶炼过程深脱氧、增加精炼弱吹时间、增加浇铸前镇静时间、防止钢水二次氧化和适当地提高浇铸过热度等可有效地防止超纯11%铬铁素体不锈钢水口结瘤产生。