電渣重熔過程中夾雜物的控制

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電渣重熔過程中夾雜物的控制 摘要：非金屬夾雜物在鋼的性能中起著重要的作用。它在鋼中的分布不僅破壞了基體的連續(xù)性，而且導(dǎo)致材料的塑性、韌性和疲勞性能降低，并且微孔和裂紋容易在夾雜物和鋼的界面形成疲勞斷裂或者引起其他缺陷，因此，在煉鋼過程中，必須要正確控制夾雜物。電渣重熔（ESR）技術(shù)能有效的去除鋼中的非金屬夾雜物，并能對(duì)鋼中夾雜物的分布進(jìn)行改善，隨著鋼的質(zhì)量要求的不斷提高，一般重熔技術(shù)已不能滿足潔凈鋼的生產(chǎn)要求。        關(guān)鍵詞：電渣重熔；夾雜物；控制   

2、0;                  前言        隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展，對(duì)各種鋼材純度的要求日趨嚴(yán)格，勢(shì)必對(duì)鋼材的強(qiáng)度、塑性及疲勞等性能指標(biāo)提出更高的要求。非金屬夾雜物作為獨(dú)立相存在于鋼中，將導(dǎo)致應(yīng)力集中，引起疲勞斷裂，嚴(yán)重影響了鋼的使用性能。同時(shí)，非金屬夾雜物的尺寸、形態(tài)及在鋼中的數(shù)量和分布，嚴(yán)重破壞了鋼基體的連續(xù)性，加大了鋼中組織的不均勻

3、性，必然造成鋼的使用壽命降低等系列問題。因此，非金屬夾雜物在鋼中的尺寸、形態(tài)、數(shù)量及分布是評(píng)定鋼材質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。鑒于此，提高合金母材的質(zhì)量和純度，生產(chǎn)出潔凈鋼，或有效控制非金屬夾雜物性質(zhì)、形態(tài)及分布，是冶煉和鑄錠過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電渣重熔的顯著優(yōu)點(diǎn)之一就是可以顯著降低電渣鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量，并改變其在鋼中的分布。但電渣重熔在去除原生夾雜物的同時(shí)將產(chǎn)生新的夾雜物，這些夾雜物會(huì)對(duì)鋼材質(zhì)量產(chǎn)生影響。        1實(shí)驗(yàn)材料與方法        將

4、電渣重熔后的1Cr13鋼鍛件（鍛壓工藝參數(shù)為鐓粗比4，拔長(zhǎng)比1.7，始鍛溫度1180）升溫到650保溫6h，升溫到960保溫5h后霧冷到室溫，再升溫到770保溫8h后空冷到室溫，試樣取自鋼錠熱處理后鍛坯，制成尺寸為30mm×30mm×50mm的長(zhǎng)方形試樣，經(jīng)磨制、拋光、浸蝕（4%硝酸酒精）后，進(jìn)行金相顯微組織觀察。采用蔡司Zeiss金相顯微鏡觀察夾雜物形態(tài)，利用日立公司的S-3000N電鏡進(jìn)行顯微組織觀察和能譜分析，確定夾雜物的元素組成。        2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析   

5、     2.1顯微組織分析        1Cr13鋼電渣重熔顯微組織中夾雜物的形貌。黑褐色粒狀物經(jīng)鍛壓后無變形只是破碎，初步確定為脆性?shī)A雜。中淺灰色似紡錘體的物質(zhì)經(jīng)鍛壓后沿變形方向延伸成帶狀，具有良好的塑性，初步確定為塑性?shī)A雜。        2.2掃描電鏡及能譜分析        本實(shí)驗(yàn)采用金相法與微觀區(qū)域成分分析相結(jié)合，用金相顯微鏡和能譜分

6、析測(cè)試儀對(duì)1Cr13鋼鍛件成分進(jìn)行分析，測(cè)定尺寸大于1m夾雜物的元素組成，并對(duì)個(gè)別元素進(jìn)行面掃描分析，通過能譜儀對(duì)其進(jìn)行成分分析，得出各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)譜線。在本測(cè)試中Fe、Cr是1Cr13鋼的主要成分，在進(jìn)行夾雜物成分分析時(shí)不予考慮。夾雜物中的Fe、Cr、F、O、Si和Ca元素進(jìn)行能譜分析可以看出，F(xiàn)（wt%）=14.68%、Si（wt%）=3.3%、O（wt%）=11.61%、Ca（wt%）=0.33%，對(duì)比1Cr13鍛件用鋼的化學(xué)成分，O、F、Si和Ca都超出標(biāo)準(zhǔn)。1Cr13鋼夾雜物中塊狀的脆性?shī)A雜物中含有的主要元素有O和Si，且分布較為集中，而F元素含量居高，由此可以推斷1Cr13鋼鍛件

7、中的塊狀脆性?shī)A雜物為SiO2，但只占小部分，而CaF2夾渣占大部分。夾雜物中進(jìn)行Mn元素和Mn、S元素的面掃分析可以看出，淺灰色似紡錘體的夾雜物主要以MnS形式存在，并對(duì)夾雜物中的Mn元素進(jìn)行能譜分析得出，Mn（wt%）=0.23%，Mn（wt%）=0.18%，對(duì)比1Cr13鍛件用鋼的化學(xué)成分，均未超出標(biāo)準(zhǔn)。        2.3夾雜物的形成機(jī)制        結(jié)合電渣錠夾渣的形式和所采用的電渣重熔的渣系組成（CaF2和Al2O3）可知，1Cr13鋼中的夾

8、渣主要產(chǎn)生在距離鋼錠大頭300mm范圍內(nèi)，是亞表層夾渣。在電渣重熔過程中，由于工藝參數(shù)設(shè)定不合理（電壓和電流值設(shè)定過低），導(dǎo)致渣池的過熱度不足，熔池溫度偏低，勢(shì)必造成鋼液和熔渣粘度大、流動(dòng)性變差，嚴(yán)重影響鋼液中的夾雜物及固體渣塊的上浮，這是電渣重熔鋼錠形成夾雜物和夾渣的主要原因。重熔過程中的固態(tài)渣塊進(jìn)入渣池后，未熔化的固體渣塊易隨金屬液滴的流動(dòng)被帶進(jìn)熔池，由于鋼液的流動(dòng)性差，造成固體渣塊未能及時(shí)上浮，與純凈的鋼液一起凝固在鑄錠中，形成亞表層夾渣。且這種夾雜在后續(xù)冷熱加工過程中不易被發(fā)現(xiàn)，在成品鋼材中形成鑄造缺陷，危害很大。因此，煉鋼生產(chǎn)中必須嚴(yán)格注意電渣重熔工藝參數(shù)的選擇，防止亞表層夾渣的出現(xiàn)

9、，從根本上減少夾渣錠的產(chǎn)生。        3夾雜物運(yùn)動(dòng)方程        為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)夾雜物為密度為2850kg的惰性球狀固體，分別選取直徑為1、3、5、8、10的夾雜物顆粒進(jìn)行模擬。采用歐拉拉格朗日方法模擬鋼液中夾雜物的運(yùn)動(dòng)行為，此外，同時(shí)考慮重力、浮力、曳力、升力、附加質(zhì)量力以及電磁壓力的作用。曳力是由于夾雜物和熔體存在相對(duì)速度而引起的力，其方向與夾雜物運(yùn)動(dòng)方向相反；升力是由于夾雜物旋轉(zhuǎn)引起；附加質(zhì)量力是由于夾雜物與熔體存在加速度之差而引起的力

10、，其中，電磁壓力的產(chǎn)生。外加電流感應(yīng)生出垂直紙面向外的磁場(chǎng)，在該磁場(chǎng)與電流作用下，將使鋼液產(chǎn)生指向結(jié)晶器中心的洛倫茲力；對(duì)于非金屬夾雜物是不導(dǎo)電的，本身不受到洛倫茲力的作用，而是受到一個(gè)相對(duì)于洛倫茲力方向相反的電磁壓力的作用。在電磁壓力的作用下，非金屬夾雜物向結(jié)晶器壁面產(chǎn)生定向遷移，加快了非金屬夾雜物與鋼液之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，促進(jìn)了非金屬夾雜物的去除。        4結(jié)論        （）電極中的非金屬夾雜物受到浮力、重力、曳力、升力以及附加質(zhì)量力作用

11、，隨熔渣運(yùn)動(dòng)，最終大部分的夾雜物分別在渣池與空氣接觸面和渣池與結(jié)晶器側(cè)壁接觸面被捕獲，小部分夾雜物仍在渣中隨熔渣運(yùn)動(dòng)，極少數(shù)夾雜物會(huì)穿過凝固界面，進(jìn)入鋼錠中。        （）重熔過程中直徑大的夾雜物的去除率大于直徑小的夾雜物。夾雜物粒徑從增加到10時(shí)：在電流為1200A時(shí)，夾雜物去除率從90.49增加到99.28；在電流為1500A時(shí)，夾雜物去除率從91.40增加到99.80；在電流為1800A時(shí)，夾雜物去除率從84.55增加到99.99。       

12、; （）當(dāng)電流從1200A增加到1800A時(shí)，5種粒徑的夾雜物去除率均有增加。渣池與空氣接觸面捕獲顆粒比例隨電流強(qiáng)度增大的趨勢(shì)與總?cè)コ氏嗤鴳腋≡谌墼袏A雜物比例卻隨電流強(qiáng)度增加而減小，被渣與結(jié)晶器側(cè)壁接觸面捕獲到的夾雜物比例受電流強(qiáng)度與夾雜物粒徑大小不同的共同影響。        結(jié)束語        由于鋼液與熔渣接觸的比表面積很大，鋼液與熔渣反應(yīng)充分，同時(shí)在洛倫茲力的作用下熔渣得到充分?jǐn)嚢?，鋼渣界面得以不斷更新，有利于熔渣?duì)非金屬夾雜物的吸附。此外，重熔過程中熔渣和鋼液具有較高的過熱度，高溫的熔池促進(jìn)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，提高鋼液的純凈度。               參考文獻(xiàn)&#