低酸溶鋁控制下的St14控氧解析

張 穎

(鞍鋼集團科技發展部,遼寧鞍山114009)

低酸溶鋁控制下的St14控氧解析

張 穎

(鞍鋼集團科技發展部,遼寧鞍山114009)

應用化學、金相、低倍及小樣電解等檢驗分析手段,研究澆鑄過程較低酸溶鋁條件下,LDRH-CC工藝路線生產含Nb的ST14夾雜物控制狀態,研究結果表明:較低酸溶鋁條件下夾雜物尺寸普遍在20μm～40μm之間,且出現50μm大聚集;全氧TO中80%為SiO2和Al2O3(SiO2∶Al2O3=1∶2),未發現微米級硅酸鹽或SiO2,推測SiO2在鋼中以很小的彌散態存在;當鋼包頂渣中全鐵由17%降至7%,鑄坯中的全氧由38×10-6降至17×10-6,夾雜物總量由121×10-6降至56×10-6。

酸溶鋁;夾雜物;全氧;IF鋼

1　引言

一般認為,鋼中的氧以溶質及其氧化物形式存在,因其對鋼材性能的影響不可忽略,所以常把全氧作為成品鋼潔凈度的重要評判標準。如高級別簾線鋼[1-2]不僅對氧化物夾雜顆粒大小、多少及其分布有不同程度的限制,且要求鋼中全氧含量必須低于20× 10-6,而軸承鋼甚至要求全氧含量低于10× 10-6。隨著用鋼行業的技術升級,對鋼中全氧的要求逐年提高[3],使得精煉脫氧始終是煉鋼領域的焦點課題之一[4-7]。因此,深入分析精煉過程脫氧行為,在當下以至未來對鋼鐵品質控制依然具有實用價值。本文將對降低鋼水中酸溶鋁含量對鋼中全氧的影響進行探討,以期為脫氧工藝研究提供理論支撐。

2　工藝路線及試驗

以含Nb的IF鋼ST14為試驗鋼,走 LD-RH-CC工藝路線,在精煉進行低酸溶鋁控氧試驗,酸溶鋁控制目標為正常值的50%～60%,連續生產3罐,分別在RH搬入、搬出取鋼、渣樣及在澆鑄過程中連續取中間包鋼樣,各樣成分見表1-3所示。開澆前在中間包中投入2kg金屬Al粒,RH搬出鋼樣中酸溶鋁波動范圍Als=70× 10-6～140×10-6,TO=32×10-6～69× 10-6,RH搬出頂渣全鐵波動范圍TFe為7.6%～16.38%。

3　鑄坯檢驗方法及結果

3.1取樣方法

對連鑄坯的頭坯、中間坯和尾坯進行取樣分析,觀察夾雜物在鑄坯中的分布規律。沿鑄坯內弧到外弧平均5個位置加工5個TO、N試樣,金相樣,小樣電解樣,并對1#鑄坯的1-1#、1-2#,2#鑄坯的2-1#、2-2#進行低倍檢驗,取樣方法見圖1所示。

表1　各工序鋼液成分變化(%)

表2　各工序爐渣成分變化(%)

表3　中間包酸溶鋁及活度氧變化(×10-6)

圖1　鑄坯加工示意圖

3.2氧、氮樣化學檢驗結果

鑄坯中全氧及氮含量的檢驗結果見表4所示。第一塊鑄坯尾部所取的試樣中,全氧含量波動范圍TO=31×10-6～42×10-6,平均為38×10-6;第二罐連鑄坯的全氧含量波動范圍TO=23×10-6～30×10-6,平均為26×10-6;第三罐連鑄坯的全氧含量波動范圍TO=15×10-6～19×10-6,平均為17 ×10-6?？傮w變化趨勢是隨著連澆罐次的增加,全氧值逐步降低,而氮含量沒有明顯的變化,但在鑄坯橫截面方向上夾雜物含量分布未呈規律性變化。

表4　鑄坯化學檢測結果(×10-6)

3.3鑄坯低倍檢驗結果

對1#鑄坯的1-1#、1-2#,2#鑄坯的2 -1#、2-2#進行低倍檢驗,厚度為30mm,結果見圖2所示,評級結果見表5所示?？梢?因酸溶鋁含量的降低,對鑄坯宏觀組織未有明顯的影響。

3.4鑄坯金相檢驗結果

采用光學顯微鏡法,分析2#鑄坯4個樣,1#和3#鑄坯的內弧表面及內弧1/4處。鑄坯中夾雜物主要為氧化鋁夾雜,獨立或聚集分布,具體見圖3～5。1#鑄坯聚集分布夾雜較多,聚集范圍20μm～40μm;2#鑄坯夾雜物以2μm～8μm獨立分布氧化鋁為主,最大聚集小于20μm;3#鑄坯夾雜物以獨立分布氧化鋁為主,顆粒粒度較大8μm～15μm,內弧表面有一處50μm較大聚集。

3.5鑄坯小樣電解檢驗結果

對三塊鑄坯的上、下面及中心部位取小樣電解試樣,檢測結果見表6所示。檢測結果顯示SiO2+Al2O3占夾雜總量約80%,其中SiO2∶Al2O3約為1∶2,可見SiO2在夾雜中占有很大的比重,第一塊鑄坯中的夾雜總量明顯高于后兩塊鑄坯。

圖2　鑄坯低倍圖

表5　低倍評級結果

圖3　1#鑄坯金相圖

4　試驗結果分析

4.1澆鑄過程Als、O、N變化

在中間包中連續取樣,因開澆前在中間包長水口處加入2kg金屬鋁,導致在頭罐澆鑄中,實際酸溶鋁含量較高。根據氧活度aO的數據進行理論酸溶鋁Als計算,與實際酸溶鋁進行對比,結果見圖6～8所示。可見,與試驗中實際控制的氧活度aO相平衡的理論計算值仍低于實際酸溶鋁含量,根據理論計算,只要將中間包酸溶鋁Als控制在≥20ppm,即可控制鋼液中氧活度aO≤10ppm。

圖4　2#鑄坯金相圖

圖5　3#鑄坯金相圖

在穩態過程中全氧波動范圍TO=28× 10-6～55×10-6。頭罐鋼液開澆前16min全氧值偏高TO=67×10-6～101×10-6,而23min后全氧值已經降到TO=48×10-6。而在正常連續澆灌時,開澆前12min全氧值也偏高TO=52×10-6～55×10-6。由此推定,在開始澆鑄約20min后,全氧值TO趨于穩定。

氮含量波動范圍w[N]=10×10-6～20 ×10-6,頭罐鋼液開澆w[N]=20×10-6,16min后已經降到w[N]=11×10-6。后續罐澆鑄全程的氮含量分別為w[N]=11× 10-6和16×10-6。w[N]在開澆20min后,鋼液在中間包中的狀態已趨于穩定,即澆鑄狀態趨于穩定。

表6　鑄坯小樣電解結果(×10-6)

圖6　1#中間包酸溶鋁及氧活度變化

圖7　2#中間包酸溶鋁及氧活度變化

4.2全鐵含量與氧化物夾雜變化

試驗過程中間包連續取樣檢測結果表明:采用新的脫氧方法生產St14,活度氧平均控制在aO=6.4×10-6～10.3×10-6(平均7.88×10-6),酸溶鋁Als=32×10-6～110× 10-6(平均57×10-6),全氧TO=28×10-6～101×10-6(平均54.2×10-6)?？梢?在較低酸溶鋁條件下,鋼液中的活度氧可控制在目標范圍,但全氧值TO已高出預期(TO＜30ppm)。

圖8　3#中間包酸溶鋁及氧活度變化

各罐次的頂渣全鐵含量與中間包的酸溶鋁、活度氧、全氧、夾雜總量的關系見圖9所示,從圖中可以看出,頂渣全鐵含量在7%～17%范圍波動,雖然中間包的活度氧略有升高,由7.2×10-6升至8.9×10-6,但鑄坯的全氧含量增加非常明顯,由17×10-6升至38×10-6,而且對鑄坯小樣電解的夾雜總量增加更為明顯,由56×10-6升至121×10-6。因此,在較低酸溶鋁條件下必須對頂渣進行改質以進一步降低其氧化性,此舉對控制夾雜物總量是非常必要的。

圖9　鋼包頂渣TFe與Als、TO、夾雜物總量的關系

5　結論

(1)金相檢驗結果表明,夾雜物尺寸偏大,普遍在20μm～40μm之間,且出現50μm大聚集,可見低酸溶鋁增加了夾雜的數量及尺寸。

(2)小樣電解顯示全氧TO中以SiO2和Al2O3為主(SiO2∶Al2O3=1∶2),而在金相檢驗中,并沒有發現微米級的硅酸鹽或SiO2,說明SiO2不與Al2O3相聚集,而且在鋼坯中以很小的彌散態存在。

(3)在較低酸溶鋁條件下,必須對鋼包頂渣進行改質以進一步降低其氧化性,頂渣中的全鐵由17%降至7%,鑄坯中的全氧含量由38×10-6降至17×10-6,夾雜物總量由121×10-6降至56×10-6,全氧和夾雜物總量分別降低約50%。

[1] 薛正良.簾線鋼82B精煉過程中的酸熔鋁控制[J].煉鋼,2003,19(1):22-25.

[2] 胡文豪.酸溶鋁在鋼中行為的探討[J].鋼鐵, 2003,38(7):42-44.

[3] 李太全.高級別管線鋼酸溶鋁的控制[J].煉鋼,2009,25(6):9-11.

[4] 李德剛.大罐頂渣向鋼液增氧因素分析[J].鋼鐵,2009,44(3):28-32.

[5] 栗紅.鋼包水口絮流分析[J].鞍鋼技術,2008, 6:44-47.

[6] 周宏.低碳低硅鋼中氧化物夾雜的控制[J].煉鋼,2012,28(2):29-31.

[7] 李振興.低碳低硅鋼連鑄過程的非金屬夾雜物研究[J].煉鋼,2008,18(6):30-33.

Analysis of Control Oxygen to St14 by Controlling of Low Soluble Aluminum

ZHANG Ying

(Science and Technology Development Department of Ansteel Group,Anshan 114009,Liaoning,China)

In this paper,applying chemical,metallurgical,macroscopic and small sample electrolysis and testing means,control state of inclusions in ST14 containing Nb produced by LD-RH-CC process was reaearched with low soluble aluminum in the casting process,the results showed that:with low soluble aluminum condition,the size of inclusion was widespread in between 20μm～40μm,and the large inclusion 50μm emerged;the 80%of total oxygen was SiO2and Al2O3(SiO2∶Al2O3=1∶2),and the silicate or SiO2which size was about some microns was not discovered,so it could be confered that SiO2in steel existed with a small dispersion state;when the total iron in the top slag in steel ladle was droped from 17%to 7%,the total oxygen in slab was droped from 38×10-6to 17×10-6,and the total amount of inclusions was droped from 121 ×10-6to 56×10-6.

Als;inclusion;total oxygen;IF steel

1001-5108(2016)02-0009-07

TF777

A

張穎,高級工程師,主要從事煉鋼工藝科研管理工作。