脫氧對lf精煉過程中氧含量和硫含量的影響

脫氧對lf精煉過程中氧含量和硫含量的影響

脫氧產(chǎn)物是鋼中非線性混合材料的主要來源。脫氧劑的選用直接影響鋼中夾雜物的數(shù)量、組成及形貌。天津鋼管公司采用鋁脫氧生產(chǎn)氣瓶鋼,鑄坯中經(jīng)常出現(xiàn)B類夾雜(Al2O3)超標現(xiàn)象,導致在軋制過程中出現(xiàn)大量的裂紋廢品。其它鋼廠也有曾有類似的問題,如武鋼采用鋁脫氧工藝生產(chǎn)高壓氣瓶用鋼,在鑄坯中發(fā)現(xiàn)塊狀和簇群狀Al2O3夾雜,有些廠家開始使用SiCaBa無鋁脫氧取代鋁脫氧生產(chǎn)高壓氣瓶鋼,取得了良好的效果。為了減少鑄坯中經(jīng)常出現(xiàn)B類夾雜,天津鋼管公司第二煉鋼廠使用SiCaBa合金在出鋼過程進行預脫氧,使用含有硅鈣鋇鍶鎂的新型無鋁脫氧劑在LF精煉過程中進行終脫氧。本次實驗比較了在LF精煉過程中兩種脫氧劑(鋁合金與硅鈣鋇鍶鎂新型無鋁脫氧劑)對氣瓶鋼潔凈度的影響,以此來確定生產(chǎn)氣瓶鋼的合適脫氧劑。1試驗與研究方法1.1出鋼、規(guī)劃出鋼本實驗的鋼種是37Mn,天津鋼管第二煉鋼廠生產(chǎn)氣瓶鋼的工藝流程為:廢鋼+海綿鐵+鐵水→100tEAF→LF-VD→CaSi線→CC。在電爐出鋼過程中加入350kgSiCaBa合金進行預脫氧,同時加入1100kg高錳合金、600kg硅錳合金、500kg碳錳球、110kg碳粉和84kg碳球進行粗調成分。在LF就位后加入350kg碳絲同時加入約60kg脫氧劑進行終脫氧,LF處理30min后加入100kg高錳合金和20kg硅鐵合金進行精調成分,在VD精煉結束后喂入200m硅鈣絲。1.2劑的成分分析對兩個澆次的8爐鋼進行工業(yè)實驗,第一個澆次采用鋁進行終脫氧,第二個澆次采用新型的無鋁脫氧劑進行終脫氧,新型無鋁脫氧劑的成分見表1。通過系統(tǒng)取樣分析不同終脫氧劑對非金屬夾雜物在氣瓶鋼37Mn中生成的影響。試驗時在LF精煉處理前后、VD處理結束和中間包澆注一半時分別取金相樣、氣體樣。在鑄坯內弧1/4位置取大樣、金相樣和氣體樣,在LF處理前后,分別定活度氧,取樣避開了每個澆次的首坯和尾坯,在每個澆次的第2～5爐進行。鋼中全氧含量測量方法及夾雜物分析方法如文獻。2結果與討論2.1兩種脫氧劑的脫氧效果各工序鋼中氧含量如表2所示,平均總氧含量如圖1所示,由圖1可知使用鋁脫氧在每個工序中可以得到較低的總氧含量,在LF處理后鋁脫氧鋼的總氧含量分別比硅鈣鋇鍶鎂脫氧鋼中的總氧低12×10-6,但是在經(jīng)過VD真空處理、中間包內夾雜物上浮后鑄坯中的總氧只相差1×10-6。使用兩種脫氧劑對鑄坯中的總氧影響不大,都能將鑄坯中的總氧控制在12×10-6以內。由表2可知用無鋁劑LF處理后的鋼液溶解氧明顯較高,這表明該脫氧劑的脫氧效果不如鋁。理論上,由于硅鈣鋇鍶鎂合金中的鈣、鋇、鍶和鎂與氧結合的能力均顯著強于鋁,其脫氧效果應該強于鋁鐵合金。造成硅鈣鋇鍶鎂合金脫氧效果不理想的原因如下:脫氧劑中硅的質量分數(shù)為38.5%,硅的脫氧能力不如鋁;硅鈣鋇鍶鎂合金脫氧劑的密度小于鋁鐵合金,因此收得率較低,使得脫氧不充分。本研究建議,降低目前硅鈣鋇鍶鎂合金脫氧劑中的硅含量,增加鐵的含量,使得其密度增大,有利于提高收得率,使脫氧更充分。表3為兩種脫氧劑下出鋼及精煉過程中硫的平均含量,可以看到在LF精煉過程中使用無鋁的鋼水脫硫效果明顯不如使用鋁脫氧鋼水的脫硫效果,從而導致在VD精煉結束后硫含量較高。原因可能是使用無鋁脫氧劑鋼液中的活度氧較高造成的。2.2硅鋁酸鈣復合混雜物及工藝成分配規(guī)律表4顯示了部分典型顯微夾雜物形貌和組成。用鋁脫氧時鑄坯中的非金屬夾雜物主要有鑄坯中主要非金屬夾雜物的主要組成為:塊狀的Al2O3夾雜;球形鈣鋁酸鹽,尺寸在5μm左右,是Al2O3用鈣處理后的變性產(chǎn)物;硅鋁酸鈣球狀復合夾雜。除來源于脫氧產(chǎn)物外,還可能來源于鋼液二次氧化或鋼水凝固過程形成的氧化物;含MgO的復合夾雜物,來源于耐材侵蝕。用硅鈣鋇鍶鎂合金脫氧鑄坯中非金屬夾雜物主要有:硫化物夾雜;硅鋁酸鈣復合夾雜物;鈣鋁酸鹽夾雜物;氧化物外裹硫化物,尺寸小于10μm鈣鋁酸鹽。使用無鋁脫氧后,鑄坯中沒發(fā)現(xiàn)Al2O3夾雜,但硫化物夾雜則增多。硫化物夾雜來源于脫氧劑中的硫(表1)。另外鑄坯仍含有鈣鋁酸鹽夾雜和硅鋁酸鈣夾雜,主要因為精煉渣中仍含有Al2O3成分。夾雜物中的Al2O3成分也可能來自于耐火材料。由于使用無鋁脫氧劑,鋼液中鋁的含量明顯降低,使Al2O3在這兩類夾雜物中的含量明顯降低。3顯微殘余物(1)在LF爐精煉過程中用硅鈣鋇鍶鎂合金脫氧,鋼液中活度氧和硫含量較高,但使用兩種脫氧劑對總氧含量影響較小,都能將鑄坯中的總氧(質量分數(shù))控制在12×10-6以下。(2)在LF爐精煉過程中使用兩種不同脫氧劑,鑄坯中的顯微夾雜有較大區(qū)別,使用鋁脫氧時鋼中微觀夾雜物以鈣鋁酸鹽和氧化鋁為主;使用硅鈣鋇鍶鎂合金脫氧時,鋼中微觀夾雜物中含