RH操作對高級別IF鋼中夾雜物的影響

張 博，康 旭，董 偉，王志剛

（首鋼京唐鋼鐵有限公司煉鋼作業部，河北 唐山 063200）

近年來，隨著汽車制造業高速發展，車用鋼需求增長迅速。IF鋼具有優良的超深沖性能，冷軋板汽車板的典型代表，僅要求超低碳、硫，還要保證鋼液高潔凈度，液潔凈度水平的高低直接影響在冷軋板表面質量[1-5]。由于汽車鋼板表面缺陷很大部分是由煉鋼生產原因（如鋼中非金屬夾雜物）所造成的，汽車鋼板冶金工藝一直是國內外高水平鋼廠汽車鋼板生產的科研重點。研究表明，造成IF鋼冷軋板缺陷的夾雜物主要有脫氧產物Al2O3夾雜、結晶器保護渣卷入SiO2類夾雜，在控制Al2O3類夾雜方面，要是通過減少其生成量和在RH及中間包過程促進熔渣對夾雜物的吸附[6-10]。如何在有限的時間內實現高效脫碳和成分準確控制是RH精煉超低碳鋼技術的必須解決的課題。

本文以用于汽車外板的高級IF鋼為研究對象，首先分析了冶煉全流程中夾雜物的變化，然后重點分析了RH關鍵操作對鋼水潔凈度的影響，對現場生產有一定的指導意義。

1 冶煉過程夾雜物

取3爐鋼水試樣和渣樣，分析冶煉過程中夾雜物的變化以及部分工藝參數對鋼水潔凈度的影響。

1.1 氮含量

分別利用提桶試樣沖顆粒和球拍試樣鉆屑測得了鋼液中氮含量，如圖1所示。提桶試樣氮含量略高于鉆屑試樣，但是趨勢基本一致。加Ti前鋼液中氮含量（質量分數）最低，約為14×10-6；加Ti以后，氮含量（質量分數）約為19×10-6；隨后鋼液中氮含量基本穩定。說明，鈦鐵會增加大約5×10-6的氮（質量分數），DR07中間包鋼液中氮含量（質量分數）基本在20×10-6以下。

圖1 DR07鋼液氮含量（質量分數）

1.2 鋼液夾雜物

1.2.1 夾雜物組成

DR07鋼液中夾雜物組成如下頁圖2所示。加Ti前鋼液中夾雜物是Al2O3，加Ti后鋼液中夾雜物主要是Al2O3和Al-Ti-O的復合夾雜。從加Ti后到中間包塞棒區，鋼液中Al-O-Ti復合夾雜的成分基本不變。加Ti后的鋼液試樣中發現較多的TiN夾雜或含TiN的復合夾雜，理論上鋼液中不會析出TiN夾雜，以往水冷的球拍試樣中也沒有發現TiN夾雜，此處鋼液中的TiN夾雜是鋼水試樣空冷過程中緩慢析出的。分析鋼水潔凈度時應該將TiN的影響剔除。

圖2 DR07鋼液中夾雜物組成

鋼液中較大尺寸的夾雜物形貌與成分如圖3所示。加Ti前鋼液中存在群簇狀的Al2O3夾雜，群簇狀夾雜物存在大尺寸的Al2O3-CaO夾雜物。加Ti后和RH出站時鋼液中大尺寸夾雜物是低熔點的Al2O3-CaO夾雜。此類夾雜物是頂渣與鋼液反應的產物，通過RH出站以后的鎮靜可以上浮。中間包鋼液試樣中發現的夾雜物最大尺寸為11μm，成分主要是Al2O3或Al-Ti-O復合夾雜物。

圖3 鋼液中大尺寸夾雜物

1.2.2 夾雜物數量

鋼液中夾雜物總量和較大尺寸夾雜物（＞5μm）含量如圖4所示，沒有明顯規律，原因是可能提桶試樣中含有TiN夾雜，影響了夾雜物的總量。

圖4 鋼液中夾雜物含量

鋼液中夾雜物總量和10μm以上的夾雜物數量如圖5所示，RH階段夾雜物數量變化規律不明顯。中間包沖擊區位置10μm以上夾雜物數量最少，塞棒位置高于沖擊區位置，說明中間包鋼液中夾雜物是在碰撞長大。加Ti以后的氧化物夾雜數量明顯減少，原因是加Ti前鋼液中群簇狀Al2O3夾雜增加了氧化物夾雜的總量。除此，不同爐次鋼液中氧化物夾雜數量變化規律并不明顯。

圖5 鋼液中較大尺寸夾雜物數量

2 RH操作的影響

2.1 Al-Ti間隔時間

選取高級別IF鋼澆次的2爐鋼，在加鋁完成后，每間隔1 min取樣檢測夾雜物。DR07鋁脫氧后鋼液中的夾雜物組成如下頁圖6所示，全是Al2O3夾雜（群簇狀為主）。夾雜物含量變化如圖7所示，其中大尺寸夾雜物含量變化規律與總量變化規律相同。首先此時的夾雜物總量遠遠高于純循環3 min以后的夾雜物含量（5～10倍）。其次兩爐鋼的夾雜物含量差別較大，1 min時2號爐鋼液夾雜物含量（6000）遠高于1號爐（1400），可能的原因是2號爐脫碳終點氧410×10-6高于1號爐的300×10-6，脫氧加鋁后生成的Al2O3夾雜較多。雖然2號爐初始夾雜物含量較高，但是隨時間變化，夾雜物含量明顯減少，3min以后夾雜物總量為1000μm2/mm2左右，與1號爐鋼液中夾雜物含量相當。2號爐夾雜物含量變化更符合常識，4 min左右時鋼液中夾雜物含量最低，1號爐夾雜物5 min時含量最低。

圖6 鋁合金化以后鋼液中的夾雜物

圖7 夾雜物總量變化

2.2 RH純循環時間

取3爐高級別IF鋼的鋼水試樣，方法為加Ti后每間隔1 min取1個鋼水餅狀試樣，水冷。使用電火花光譜儀檢測鋼水成分，分析Als與全TAl質量比值，使用電鏡能譜儀統計夾雜物含量，分析夾雜物組成和總量變化。

鋼液中全鋁是由酸溶鋁（Als）和酸不溶鋁組成的，理論上酸不溶鋁主要是鋁的氧化物夾雜，因此m（Als）/m（TAl）的值可以從側面反饋鋼水的潔凈度，部分廠家要求m（Als）/m（TAl）值要大于90%。圖8顯示試驗爐次m（Als）/m（TAl）值都在93%以上，其中2爐純循環6 min時m（Als）/m（TAl）值存在明顯升高的趨勢，說明此時鋼水潔凈度相對較好。

圖8 純循環時間對鋼水成分和Als的影響

電鏡分析結果顯示，RH純循環時鋼液中夾雜物主要是Al2O3，部分夾雜物中含有少量的Ti元素。鋼液中夾雜物含量變化如圖9所示，純循環1～3 min之間，夾雜物含量顯著降低，3 min后夾雜物總量基本穩定。其中2爐鋼的5μm以下的夾雜物總量，在RH純循環6 min時有一個降低趨勢，這與m（Als）/m（TAl）值變化結果吻合。

圖9 鋼液中夾雜物含量變化

2.3 渣中TFe的影響

選取RH出站時鋼包渣中TFe含量不同的爐次，分析夾雜物含量的變化。所選爐次RH出站的夾雜物總量基本相當，但是中間包鋼液中夾雜物總量相差較大。因為RH出站到中間包階段的夾雜物增量不同，如下頁圖10所示。夾雜物增量和渣中TFe含量存在正的線性關系。渣中w（TFe）≤5%時，夾雜物總量基本不變。但是此時鋼液中小尺寸夾雜物同樣存在逐漸變成大尺寸夾雜物的趨勢。

圖10 渣中w（TFe）對夾雜物增量的影響

3 結論

1）IF鋼在RH工序加Ti合金會增加約5×10-6氮，此后鋼液中氮含量基本不變，中包鋼液氮含量都在20×10-6以下。

2）加Ti前鋼液中夾雜物是Al2O3，加Ti后鋼液中夾雜物是Al-Ti-O復合夾雜，RH冶煉和連鑄過程中夾雜物成分基本不變。RH冶煉時大尺寸夾雜物是低熔點鈣鋁酸鹽，中間包大尺寸夾雜物顯著變小，主要是Al2O3和Al-Ti-O復合夾雜。

3）鋁-鈦間隔時間試驗部分結果顯示4 min時鋼液潔凈度較好。RH純循環3 min后夾雜物總量基本沒有變化，5μm以下的小夾雜總量在純循環6 min時有所降低，這與Als/Alt比值變化結果吻合。

4）脫碳終點氧影響RH出站夾雜物，渣中TFe含量影響RH出站到中間包階段的夾雜物增量，建議控制w（TFe）≤5%。