LD_LF_CC工艺生产的82B钢铸坯洁净度研究_汪庆国.pdf

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1、第 卷第 期 年 月 中国冶金 ，工艺生产的 钢铸坯洁净度研究汪庆国，李京社，唐海燕，王宏斌，宁晓钧（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 ；宣化钢铁集团有限责任公司，河北 张家口 ）摘要：采用加入示踪剂、对铸坯进行系统取样与实验室综合分析相结合的方法，对 工艺生产的 钢铸坯中、显微夹杂物和大型夹杂物数量和粒径分布以及成分类型进行了系统研究。结果表明：铸坯中 和显微夹杂物数量的平均值分别为 和 个，铸坯中 和 的夹杂物分别占显微夹杂物总数的 和 ，显微夹杂物的类型主要为复合氧化物类和由复合氧化物和硫化钙构成的复合夹杂物。铸坯中大型夹杂物含量差别很大，大于 的夹杂物占大多数，大型夹杂物的形成与钢

2、包耐火材料侵蚀和中间包卷渣有关。关键词：钢；洁净度；夹杂物；耐火材料侵蚀；卷渣中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；作者简介：汪庆国（），男，硕士；：；收稿日期：减少和控制钢中夹杂物的数量、大小、形态和分布是 钢生产过程中的关键技术之一，本课题组在宣钢第一炼钢厂以 工艺条件为基础，进行 钢铸坯洁净度的研究。通过对一个浇次中的炉钢的铸坯进行系统取样，分析铸坯中夹杂物的数量、大小、组成和类型以及来源和变化规律，对铸坯的洁净度进行了系统的研究。钢铸坯洁净度的研究方法 工艺流程 方坯生产的工艺流程是：铁水预脱硫 转炉 钢包炉精炼 八流连铸形中间包铸坯。转炉铁水装入量为平均每炉 ，每

3、炉平均加入 废钢，转炉的实际容量平均为 。钢包炉精炼周期平均为 ，每炉钢在软吹前喂入钙硅线 ，在喂线后立即进行软吹，软吹时间平均为 。中间包实际容量为 ，在浇注过程中中间包内只使用了形挡墙，未使用湍流控制器和挡坝挡墙。中间包 形挡墙一侧的个水口从中间流到边部流依次编号为、号水口。采用弧形连铸机浇铸，铸 坯断面为 ，平均拉坯速度为 。第 期汪庆国等：工艺生产的 钢铸坯洁净度研究在第炉钢铸坯凝固末端使用电磁搅拌。选取个浇次炉钢中的第、和第炉共炉钢作为研究对象，每炉钢方坯的化学成分见表。表各炉钢方坯的平均化学成分（质量分数）炉次 目标值 平均值 研究方法）加入示踪剂追踪夹杂物的来源。示踪剂的加入方法

4、是：在所选炉钢的钢包精炼渣和中间包覆盖剂中分别加入渣量的 和 ，在中间包涂料中配入的。）在五炉钢的流铸坯上进行取样。具体的取样方法是：第炉钢取头坯，在第和第流铸坯上取样，分别编号为和；第、炉钢取正常坯，其中第炉钢在第、和第流铸坯上取样，分别编号为、，第、炉钢都只在第和第流铸坯上取样，编号分别为、和、；第炉钢取尾坯，在第和第流铸坯上取样，分别编号为和。对每炉钢在 进站、喂线前和 出站时的精炼渣进行取样，对中间包覆盖剂和结晶器保护渣的原料进行取样。）多种分析方法结合分析铸坯中夹杂物数量、尺寸、形貌、成分和类型。用金相显微镜对金相样中显微夹杂物数量和尺寸分布进行统计；用大样电解法对铸坯样中大型夹杂物

5、含量和粒径分布进行分析；用扫描电镜和电子探针对显微夹杂和大型夹杂的形貌和成分进行分析；用化学分析方法对炉渣成分和钢样中氧氮质量分数进行分析。表是第和第炉钢在精炼阶段前中后期精炼渣的化学成分，表是中间包覆盖剂原料和结晶器保护渣原料的化学成分。表第和第炉钢钢包精炼渣成分变化 炉次取样位置化学成分（质量分数）进站 喂线前 出站 进站 喂线前 出站 表中间包覆盖剂和结晶器保护渣原料的化学成分 原料化学成分（质量分数）覆盖剂 保护渣 钢包精炼渣化学成分分析由表可见，第炉钢 进站、喂线前、出站时钢包精炼渣的二元碱度分别为 、和 ，第炉钢 进站、喂线前、出站时精炼渣的二元碱度分别为 、和 ，炉钢精炼过程中精

6、炼渣的碱度都大于且随着钢包精炼的进行精炼渣的碱度总体上增大。第炉钢 进站、喂线前、出站时精炼渣中 的质量分数分别为 、和 ，第炉钢 进站、喂线前、出站时精炼渣中 的质量分数分别为 、和 ，随着钢包精炼的进行精炼渣中 的质量分数总体升高且炉钢在精炼后期精炼渣中 的质量分数都大于。根据国内外实验室研究和理论计算分析，为使高碳钢 钢中夹杂物成分处于或中国冶金第 卷靠近塑性区域，精炼渣的碱度应保持在左右且精炼渣中 的质量分数一般要小于，并且这种低碱度精炼渣精炼技术在国外某些先进的钢厂已经有了成功的应用。中国高碳钢精炼的精炼渣碱度一般都控制在，目前尚没有这种采用低碱度精炼渣精炼方面的报道。在此背景下，控

7、制精炼渣中 的质量分数使精炼过程中 的质量分数小于 或者更小对减少和控制 钢中脆性夹杂物有一定的作用。铸坯的洁净度分析 铸坯中钢中的 包括自由氧和化合氧，自由氧是指溶解在钢中的氧，化合氧是指以氧化物夹杂物形式存在的氧。铸坯中自由氧的质量分数通常比较稳定，所以 可以间接反映钢中氧化物夹杂物的含量，其值常作为钢水洁净度非常有效的评价指标。图是各炉钢流铸坯钢中 及其平均值（列）的情况。图各炉钢流铸坯钢中 及其平均值 由图可知，第、和第炉钢流铸坯 的平均值分别 为 、和 。其中，第炉钢头坯的 远高于其他各炉钢正常坯和尾坯的 ，这主要是由钢包开浇时钢液二次氧化严重造成的。第、和第炉钢流铸坯 的波动不大，

8、这炉钢流铸坯 的平均值为 ，与国内外相同工艺的先进厂家生产的 钢相比略有偏高。铸坯中显微夹杂物 显微夹杂物的数量和尺寸分布对铸坯相同位置上（距内弧厚度处）所取的金相样在金相显微镜下进行人工观察分析，统计显微夹杂物数量和尺寸分布，图是各炉钢 流铸坯钢中显微夹杂物数量和尺寸分布情况，图中 列表明该炉钢铸坯中显微夹杂物数量和尺寸分布的平均值。图 各炉钢 流铸坯中显微夹杂物数量和尺寸分布 由图可知，第、和第炉钢各流铸坯中当量直径为的显微夹杂物数量的平均值分别为 、个和 个，其中的夹杂物占显微夹杂物总数的 比 例 分 别 为 、和 ，的夹杂物占显微夹杂物总数的比例分别为 、和 ，的夹杂物占显微夹杂物总数

9、的比例分别为 、和。由此可见，铸坯中显微夹杂物的粒径分布主要集中在和 个范围中，其中 的显微夹杂物占大多数，这部分夹杂物对钢的质量和性能影响不大。与其他各炉钢铸坯相比，第炉钢头坯中显微夹杂物数量较高，比全部铸坯中显微夹杂物数量的平均值高 ，而且头坯中 的显微夹杂物数量明显高于其他各炉钢各流铸坯，是其他各炉钢各流铸坯的 倍。显微夹杂物的成分和类型通过扫描电镜结合电子探针分析，铸坯中显微夹杂物的类型主要有：由复合氧化物和硫化钙构成 的 复 合 夹 杂 物 和 ，其典型形貌分别如图（）和（）所示。该类夹杂物 一般较第 期汪庆国等：工艺生产的 钢铸坯洁净度研究高，主要是由耐火材料侵蚀物和脱氧产物相互作

10、用生成的；由复合氧化物构成的夹杂物 ，其典型形貌如图（）所示；硫化物类夹杂物 和 ，在铸坯中数量很少；镁铝尖晶石类夹杂物 ，其典型形貌如图（）所示。该类夹杂物在铸坯中数量极少。铸坯中硫化锰类夹杂物和镁铝尖晶石类夹杂物数量极少表明钢包内钙处理作用充分。铸坯中大型夹杂物 大型夹杂物的含量和粒径分布用大样电解的方法分离得到铸坯中的大型夹杂物，表是炉钢各流铸坯钢样大样电解结果。图铸坯中典型显微夹杂物形貌 表各炉钢各流铸坯中大型夹杂物含量和尺寸分布情况 铸坯电解样重 大型夹杂物总量（）大型夹杂物粒径分级（质量分数）从表可知，炉钢各炉钢之间以及同一炉钢各流铸坯之间大型夹杂物的含量差别很大，这表明钢水的浇注

11、过程很不稳定。其中，第炉钢第流（）和第流（）、第炉钢第流（）、第炉钢第流（）和第流（）铸坯钢中大型夹杂物含量较低，而其他铸坯样中大型夹杂物含量较高。第炉钢第、流（、）铸坯样中大型夹杂物 含 量 分 别 为 、中国冶金第 卷（），与其他各流铸坯中大型夹杂物含量相比，处于异常水平，图是这流铸坯大样电解后分离出的尺寸大于的大型夹杂物，这些大型夹杂物大多为渣片状，尺寸在 之间。对图中所示的大型夹杂物进行化学成分分析的结果见表。通过与表和表中精炼渣、覆盖剂和保护渣的成分进行对比，发现这些渣块的二元碱度介于覆盖剂和保护渣的碱度之间但远小于精炼渣的碱度，且渣块中含有 和，其中 的含量略小于覆盖剂中 的含量并

12、与其接近，的含量高于覆 盖 剂 中 的 含 量 但 远 低 于 保 护 渣 中 的含量。由此推断，这些大型夹杂物主要来源于中间包内钢液卷渣并且带有少量的结晶器卷渣。这说明中间包浇注过程不稳定。另外，从大型夹 杂 物 粒 径 分 级 结 果 可 以 看 出 铸 坯 中 大 于 的夹杂物占大型夹杂物总量的质量分数一般都大于 ，这将对钢的质量产生严重的危害。图第炉钢第、流铸坯中尺寸大于的大型夹杂物 ，表第炉钢第、流铸坯样电解出的渣块的化学成分 ，分析方法化学成分（质量分数）射线荧光光谱 化学分析 大型夹杂物的成分和类型使用扫描电镜结合电子探针对铸坯大样电解得到的大型夹杂物进行分析。结果表明铸坯中大型

13、夹杂物的类型主要有以下几类：由复合氧化物和硫化钙 构 成 的 复 合 夹 杂 物 和 ，其典型形貌分别如图（）和（）所示，该类夹杂物 含量一般都大于，但不含，是由钢包耐火材料侵蚀物、复合脱氧产物、脱硫产物和钢液凝固析出相相互作用生成的成分复杂的大型夹杂物；少数含 的复合夹杂物，其质量分数在 左右，其典型形貌如图（）所示，由于渣样化学分析的结果表明在中间包覆盖剂原料中存在 左右的，因此认为该类夹杂物的产生与中间包卷渣作用有关；极少数含 的复合夹杂物，其典型形貌如图（）所示，该类夹杂物的生成与结晶器卷渣作用有关。在铸坯大型夹杂物中尚没有检测到含有、和 元素的大型夹杂物。结论）钢包精炼后期精炼渣中

14、偏高，这对减少钢中脆性夹杂物数量和控制夹杂物成分在塑性区域内产生不利影响。）钢包开浇时钢液二次氧化严重，第炉钢头坯的 平均值高达 ；第、和第炉钢正常坯和尾坯的 平均值为 ，与国内外先进厂家用相同工艺生产的 钢相比略有偏高。）铸坯中显微夹杂物数量的平均值为 个，夹杂物粒径分布主要集中在 和 个范围内，分别占显微夹杂物总数的 和 ，的夹杂物占大多数；铸坯中显微夹杂物的类型主要有复合氧化物类夹杂物和由复合氧化物和硫化钙构成的复合夹杂物。钢包炉精炼工序中钙处理作用充分，铸坯中硫化锰类夹杂物和镁铝尖晶石类夹杂物数量极少。）钢水浇注过程很不稳定，炉钢铸坯间大型第 期汪庆国等：工艺生产的 钢铸坯洁净度研究图

15、铸坯中典型大型夹杂物形貌 夹杂物含量差别很大，第炉钢第、流（、）铸坯样中大型夹杂物含量处于异常水平，铸坯中大于 的夹杂物含量占大型夹杂物总量的大多数，对钢的质量产生严重的危害；铸坯中大型夹杂物的类型主要有由钢包耐火材料侵蚀物、复合脱氧产物、脱硫产物和钢液凝固析出相相互作用生成的大型复合夹杂物和中间包钢液卷渣为主要成分的大型夹杂物。参考文献：赵烁，曾建华，古隆建，等精炼渣控制 帘线钢中夹杂物形态的实验室研究 中国冶金，（）：张国兴，何生平，王谦，等高碳帘线钢精炼渣组成探讨 第届中国金属学会青年学术年会论文集北京：中国金属学会，（）：王立峰，张炯明，王新华，等 低碱度顶渣控制帘线钢中 类夹杂物成分的实验研究北京科技大学学报，（）：王立峰，张炯明，王新华，等低碱度顶渣控制帘线钢中 类夹杂物成分的实验研究北京科技大学学报，（）：冯军，陈伟庆国内外高级硬线钢实物质量对比中国冶金，（）：董屡仁，刘新华，韦远，等钢中大型非金属夹杂物北京：冶金工业出版社，