RH精炼工艺对无取向硅钢MgO·Al2O3夹杂物演变影响及控制

 基于BOF→RH→CSP生产工艺,研究了RH精炼过程钢中夹杂物类型演变及MgO?Al2O3夹杂物形成规律,同时对MgO?Al2O3夹杂物的形成条件进行了热力学计算,借助CFD数值模拟软件研究了RH精炼过程卷渣行为。研究发现,RH精炼过程20和30 min时,[w([MgO])/w([Al2O3])]为0.005～0.020,未发现MgO?Al2O3夹杂物;RH出站后夹杂物[w([MgO])/w([Al2O3])]为0.3～0.5,且RH精炼结束后MgO?Al2O3夹杂物占夹杂物总量的58.4%;另外,RH精炼过程钢液表面速度CFD模拟结果为0.57 m/s,大于临界卷渣速度0.45 m/s,且顶渣成分与夹杂物成分相近,存在卷渣现象。热力学计算表明,钢液与炉渣平衡时钢中[w([Al])]为0.31%～0.37%,[w([Mg])]为0.000 24%～0.000 28%,在MgO?Al2O3生成区域之内。减少RH处理过程卷渣,浇铸过程下渣及控制顶渣和包衬相中MgO质量分数可抑制MgO?Al2O3夹杂物形成。     

帘线钢生产过程中氧化物夹杂的演变规律

 使用ASPEX PSEM explorer研究了帘线钢中氧化物夹杂的成分及形态在炼钢与轧制过程的变化。结果表明,连铸坯夹杂物中SiO2质量分数较中间包有增加趋势,并在铸坯中发现MnO-SiO2-Al2O3和SiO2构成的复合夹杂物,轧制盘条中出现未很好变形的SiO2夹杂物。热力学分析表明：由于连铸过程钢液和夹杂物间的传质作用,导致铸坯夹杂物中SiO2质量分数增加,MnO-SiO2-Al2O3系夹杂在浇铸过程较CaO-SiO2-MnO-Al2O3系夹杂物更易析出SiO2相,形成MnO-SiO2-Al2O3为基体的复合夹杂物。CaO-SiO2-Al2O3-MnO和MnO-SiO2-Al2O3夹杂物在盘条中呈长条状,MnO-SiO2-Al2O3和SiO2析出相构成的复合夹杂在轧制过程将发生相分离,形成“眼睛状”或单颗粒状夹杂。     

高碱度精炼渣对GCr15轴承钢洁净度的影响

 利用实验室渣-钢平衡试验研究了高碱度精炼渣对GCr15轴承钢中[w(T[O])]和夹杂物的影响。结合试验结果和热力学分析,探讨了钢中[w(T[O])、]夹杂物尺寸分布和粒径大小的变化规律,以及氧化物夹杂的转变过程。研究结果表明,碱度为6时,精炼渣(59.4%CaO-24.8%Al2O3-9.8%SiO2-6%MgO)可将钢中[w(T[O])]控制在0.000 6%以内,氧化物夹杂平均尺寸最小为2.26 μm。随着钢中[w([Ca])]和[w([Mg])]的增加,钢中氧化物夹杂转变过程为Al2O3→MgO·Al2O3→MgO→CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物(核心为MgO,外围包裹着CaO-Al2O3)。渣-钢反应前期钢中以MgO·Al2O3为主,后期以MgO和CaO-Al2O3-MgO复合夹杂物为主。氧化物夹杂转变的试验结果与热力学分析结果相一致,大多数氧化物夹杂尺寸小于5 μm。     

50Cr5MoV钢中非金属夹杂物及全氧

 对采用“EBT→LF→VD”工艺路线生产50Cr5MoV锻钢轧辊炼钢过程的全氧质量分数和夹杂物类型与数量进行了分析。结果表明：LF精炼后钢液中[w(T[O])]平均为0.004 7%,VD出站[w(T[O])]为0.001 4%,中间包[w(T[O])]为0.001 55%,铸坯[w(T[O])]为0.001 8%,轧材中[w(T[O])]降低至0.001 0%。LF精炼初期,钢中夹杂物主要是不规则的Al2O3夹杂,其中96.75%的夹杂物尺寸小于10 μm。LF精炼结束后,大量夹杂物转变成以CaO-Al2O3-SiO2为主要成分的0～1 0 μm复合氧化物夹杂。钢水从VD真空精炼炉向中间包转移过程中,由于保护性浇注效果差,二次氧化严重造成钢水夹杂逐渐增多,其中夹杂物主要为球形的[mCaO·nAl2O3]复合夹杂物。铸坯中99.65%的夹杂物尺寸小于10 μm,其中大部分为球形钙铝酸盐夹杂物,还有少量球状硅铝酸钙复合夹杂物。轧材中98.77%的夹杂物尺寸小于10 μm。通过对炼钢过程中各工序的工艺优化,可实现对夹杂物的有效控制, 从而确保50Cr5MoV合金铸钢的产品质量。     

钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了研究高碳含硫铝镇静钢中夹杂物的控制策略,利用ASPEX自动扫描电镜研究了钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物形貌、成分等特征的影响。结果表明,钙处理后夹杂物并未由LF精炼结束时的MgO·Al2O3转变为低熔点钙铝酸盐,而是转变为[x(MgO·Al2O3)·(1－x)CaS]复杂成分体系,夹杂物中MgO/Al2O3的质量比维持在1[∶]3不变。原因在于,钢液中[w([S])/w(T[O])]比较高,导致钙主要与硫结合生成CaS,而较少参与MgO·Al2O3的改性;精炼渣碱度低使得钙无法还原MgO。在此基础上对钙处理时夹杂物的生成与转变机理进行了讨论。     

55SiCr弹簧钢RH真空脱气过程中夹杂物的去除行为

利用Aspex Explorer夹杂物快速分析仪对55SiCr弹簧钢RH处理过程中T.O含量以及夹杂物的形貌、成分、数量、尺寸大小进行了系统研究。结果表明,钢水的T.O含量和夹杂物数量随RH真空处理时间的增加而降低,但降低速度越来越慢。RH真空处理过程中夹杂物主要为球状、含有少量MgO的SiO2-Al2O3-CaO系夹杂物,其成分向SiO2含量增加、Al2O3含量降低的方向移动,且逐渐转变为液相夹杂物。真空处理25min时,夹杂物的去除率分别达到86.24%和87.85%。1~9μm的小颗粒夹杂物数量随真空处理时间的增加而减少,而尺寸大于9μm的夹杂物数量则先增加后减少,RH真空处理时间为15min时达到最大值。     

硬线钢用盘条中夹杂物的调查

通过采用扫描电镜对国内外4个钢厂硬线钢用盘条中的非金属氧化物夹杂的类型、形貌、尺寸和数量以及成分分析可知,国内外各厂家的钢帘线盘条中夹杂物的类型主要是CaO- SiO2- Al2O3- MgO- MnO,国外厂家较国内厂家盘条中非金属夹杂物的Al2O3质量分数低,SiO2质量分数高。且国外两厂中的夹杂物变形性能好,呈长条状,长宽比都大于3。应尽量减少单位面积的非金属夹杂物数量和尺寸,如先进的国外甲、乙两厂夹杂物数量的控制水平为0.111~0.154个/mm2,尺寸较小的夹杂物（小于3μm）的夹杂物数量相对国内厂家偏少。国外厂家的wT［O］和wN都控制在0.0035%以内。国外厂家控制水平相对较高,wT［O］和wN分别为0.0021%左右和0.0025%左右。     

帘线钢中CaO-SiO2-Al2O3类夹杂物成分的控制

对帘线钢中CaO-SiO2-Al2O3类夹杂物CaO与SiO2的比值和Al2O3含量进行了研究,并且通过热力学计算对CaO-SiO2-Al2O3系塑性夹杂物的生成条件进行了讨论。结果表明：生产帘线钢时,为了得到塑性良好的夹杂物,钢液的氧活度应控制在0．0056～0．0113,而酸溶铝含量应控制在0．00010％～0．00025％范围内。     

GCr15轴承钢冶炼过程钢液洁净度变化

 研究了EAF→LF→VD→软搅→CC工艺生产GCr15轴承钢冶炼过程钢中T[O]及非金属夹杂物的变化情况。通过将电炉出钢碳质量分数控制为0.2%～0.4%、出钢加铝强脱氧及造预精炼渣、LF精炼过程造高碱度强还原性炉渣、VD真空强搅拌及防止中间包二次氧化,可以生产[w(T[O])]等于8×10－6的轴承钢。在炉外精炼过程中夹杂物经历了Al2O3→MgO·Al2O3→CaO-MgO-Al2O3演变。LF精炼过程夹杂物平均尺寸减小,经过VD真空处理后尺寸增加,接着在软搅和中间包过程继续减小。利用VD真空处理可以去除高达74%的夹杂物。     

精炼渣对SUS444铁素体不锈钢中夹杂物的影响

在1 873K,MgO坩埚内进行了VOD精炼渣与SUS444铁素体不锈钢之间的脱氧平衡试验,考察了精炼渣对不锈钢中T.O含量及夹杂物组成、数量和尺寸分布的影响。结果表明,脱氧终点钢中w(T.O)=0.006 3%~0.007 4%,提高精炼渣碱度,降低渣中Al2O3的活度,有利于降低钢中T.O含量。精炼渣碱度增加,试样中单位面积夹杂物的个数及夹杂物的平均面积分数都减小。降低渣中Al2O3含量,夹杂物平均粒径也降低。加入脱氧合金后,钢中夹杂物主要为Al2O3、MgO·Al2O3及含有少量SiO2、MnO的复合氧化物;钙处理后,钢中夹杂物主要为球形的MgO·Al2O3-CaO。随着精炼渣中a(MgO)/a(Al2O3)的增加,MgO·Al2O3夹杂物中xMgO/xAl2O3随之增加。根据试验,R=3.5、w(Al2O3)=10%、w(MgO)=10%、w(CaF2)=5%的精炼渣具有良好的精炼效果。     

耐火材料对95Cr切割丝用钢中夹杂物的影响

 为了开发更优质的耐火材料以提高切割丝用钢的洁净度,试验采用MoSi₂炉研究了MgO、MgO-CaO两种耐火材料对95Cr切割丝用钢中夹杂物的影响。结果表明,MgO、MgO-CaO两种坩埚冶炼均能使钢成分控制在目标范围内,夹杂物成分落点控制在目标低熔点区内。但与MgO坩埚相比,MgO-CaO坩埚净化钢液的效果更好,主要表现为两个方面。一方面,钢中P、S、Al_s、T[O]含量均更低。特别是w([S])可降低至0.000 6%,w([Al]_s)降低到0.000 3%,w(T[O]) 降低到0.000 5%。另一方面,钢中夹杂物数量更少、尺寸更小、复合夹杂物中Al₂O₃的含量更低。具体表现为,经MgO-CaO坩埚冶炼后,钢中等效直径小于2 μm的夹杂物所占比例为91%,而经MgO坩埚冶炼的钢,此项值仅为78%;经MgO-CaO坩埚冶炼后,钢中复合夹杂物中w([Al₂O₃])几乎都低于10.0%。这主要是因为MgO-CaO耐火材料中的MgO、CaO均能脱磷,同时CaO还有间接脱硫、去除钢中Al₂O₃夹杂物的作用。     

不同碱度低氧化铝精炼渣对弹簧钢夹杂物成分的影响

为了优化55SiCrA弹簧钢中夹杂物的组成和形态,采用热力学软件Factsage分别研究了CaO、SiO_2含量对CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO与CaO-SiO_2-Al_2O_3-MnO系相图低熔点区域面积的影响,研究结果表明:随着CaO和SiO_2含量的增加,CaO-SiO_2-Al_2O_3-MnO系相图低熔点区域面积分数逐步增大;在CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO系中,当CaO的质量分数为40%,SiO_2的质量分数为50%时,对应相图的低熔点区域面积最大。同时,研究了不同碱度的精炼渣对钢样中夹杂物的影响,结果表明:当精炼渣的Al_2O_3含量相同时,随着精炼渣碱度的增大,夹杂物中Al_2O_3的含量不断增加,其成分逐渐偏离低熔点区域。当精炼渣中Al_2O_3的质量分数为8%,碱度为1.2时,可得到低熔点的塑性夹杂物,形貌多为球形,尺寸在5μm以下。     

齿轮钢（8620H）精炼渣优化及工业试验

利用FactSage热力学软件计算了CaO-Al2O3-SiO2-5%MgO四元系的CaO、Al2O3等活度线,通过等活度线图着重探讨精炼渣碱度、w(CaO)/w（Al2O3）、MI指数（曼内斯曼指数）与Al2O3夹杂吸附能力的影响关系,最终得到适用于杭钢生产齿轮钢（8620H）的LF精炼渣系范围为：CaO质量分数为50%~55%,Al2O3质量分数为25%~30%,SiO2质量分数为10%~12%,MgO质量分数为5%~8%。并使用该渣系进行齿轮钢（8620H）工业试验,铸坯中全氧质量分数由0.001 5%降至0.001 0%,且铸坯中显微夹杂物尺寸也明显降低,由2.1降至1.5μm,每10kg铸坯中大型夹杂物质量分数由31.9下降到26.4mg,试验效果良好。     

高钛焊丝用钢的钢液可浇性改善

 用扫描电镜（SEM/EDS）分析了高钛焊丝钢连铸水口结瘤物和钢液中夹杂物的形貌和组成,结果表明：结瘤物的主要组成是[TiOx]和凝钢;精炼结束后钢液中的夹杂物主要是[MnO-Al2O3-SiO2-TiOx]、[MgO-Al2O3-TiOx]和[TiOx]类夹杂物;钢液中大量的高熔点含钛夹杂物是导致水口结瘤的主要原因。对钢液中的Al-Ti-O平衡和钢渣间的平衡进行了热力学计算,结果表明：当[w([Al])/w([Ti])＜0.15]时,氧优先与钛结合,反之优先与铝结合;当钢包渣中的[w((FeO))][＜]0.05%、[w((SiO2))][＜]15%时,可避免钛被炉渣氧化。通过对冶炼工艺参数和操作过程的优化,钢液中[TiOx]的质量分数从0.002 4%降低到0.001 0%以下,钢液的可浇性得到明显改善。     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO夹杂物控制影响因素的多尺度结构

 对CaO-SiO2-Al2O3-MgO夹杂物熔点的影响因素进行了多尺度分析,利用Factsage模拟了CaO质量分数对CaO-SiO2-Al2O3-MgO夹杂物熔点的影响规律。多尺度分析表明,工位操作（101 m）影响夹杂物成分（10-10 m）的最后可控因素为钙线喂入量。其通过影响局部钢液中钙质量分数（100 m）来改善熔池的动力学条件（10-3 m）,改变夹杂物中CaO质量分数（10-10 m）。模拟结果表明,当CaO质量分数为30%时,CaO-SiO2-Al2O3-MgO相图中低熔点区域的比例达到最大。通过实例分析得到了夹杂物控制的工位级效应,表明了对钢液洁净度进行多尺度深入研究的可行性。     

Study on Transformation of CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO System Inclusions in ZG06Cr13Ni4Mo Stainless Steel

This paper aims at generally studying on the inclusions of ZGG06Cr13Ni4Mo ultra-low carbon stainless steel used for large scale hydraulic turbine sets. On the basis of analysis the industrial test samples, thermodynamic software FactSage is used to study inclusions transformation process in CaO-SiO2-Al2O3-MgO system while stainless steel is been smelting. The results illustrate the inclusions melting points and plasticity variation law. The reasonable inclusions plasticity controlling area is found out in low melting point. The melting point is up to 1280℃ While MgO weight concentration is 10% in CaO-SiO2-Al2O3-MgO system, SiO2, Al2O3 and CaO in inclusions are in weight concentration range of 50-70%, 10-20% and 10-40%, respectively. For purpose of gaining low melting point inclusions, silicon alumina radio in deoxidant should be controlled between 2-5 for ultra-low carbon stainless steel refining in industry.