影响钢水中氢含量的因素及控制

影响钢水中氢含量的因素及控制

如图5所示，在vd处理后，中包内钢液的平均[h]为1.7210-4%，在过程优化后，通过vd处理后，中包内钢液的平均[h]为1.5810-4%，比优化前相比下降了8.14%。6结语(1)季节、钢液温度、真空度、保真空时间、钢包顶渣对钢中氢含量均有影响。(2)对氢含量要求严格的钢种要选择在干燥季节冶炼,VD处理温度<1635℃,真空度67Pa以下,顶渣碱度为4.0~4.8,渣厚<80mm,适当延长真空保持时间,VD脱氢率较高,钢液[H]较低。0氢或恶氢氢以离子或原子形式溶入液态或固态钢中。氢是钢中的有害元素,表现在两个方面:一是溶入钢中使钢的塑性和韧性降低,引起所谓氢裂;二是当氢从钢中析出(变成分子的氢)时,造成内部裂纹性质的缺陷,白点是这类缺陷中最突出的一种。白点是由于钢中氢含量过多和内应力共同作用造成的,钢中氢是产生白点的必要条件。白点的存在对钢的性能有极为不利的影响。它使钢的力学性能降低,热处理淬火时使零件开裂,使用时造成零件的断裂。为了控制白点产生,一方面做好铸坯和钢材的保温,减少钢材应力并使氢进行扩散。另一方面要设法减少钢中的氢含量。本文对影响钢水中氢含量的各种因素进行系统的研究分析,根据分析结果,提出减少钢中氢含量的技术措施并加以实施。1水蒸汽的进入途径氢在炉气中的分压力很低,大气中氢的分压力为0.053Pa,因此钢中氢主要由炉气中水蒸汽的分压力决定。氢进入钢液的主要途径:通过废钢表面的铁锈(xFeO.rFe3O4.2H2O);铁合金中的氢;增碳剂、脱氧剂、覆盖剂、保温剂、造渣剂中水分;未烘烤干的钢包、中间包及中注管中的水分;结晶器渗水及大气中的水分与钢液和炉渣作用而进入钢液中。2钢液中氢分子的扩散(1)通过扩散或对流,钢液中溶解的氢原子迁移到气液相界面上。(2)氢原子由溶解状态变化为吸附状态。(3)表面吸附的氢原子相互作用生成氢分子。(4)氢分子从钢液表面脱离。(5)气体分子扩散进入气相后,被真空泵吸走。在炼钢温度下,步骤(2)、(3)、(4)、(5)进行速度是相当快的,在气相压力小于0.08MPa的真空中,氢分子的扩散速度也是相当迅速的。因此,钢液真空脱氢的限制性环节是步骤(1),溶解在钢中的氢原子向气—液界面的迁移。3影响因素分析：中氢含量3.1不同季节vd炉真空破空软吹前后钢液平均[h]在相同工艺条件下,分别选取潮湿和干燥季节生产的钢种,在VD炉真空处理前和破空软吹后,进行定[H]试验,不同季节VD炉真空处理前和破空软吹后钢液平均[H]见表1。由表1看出,因雨季空气湿度大、原料水分偏高,VD真空处理前钢液[H]潮湿季高于干燥季2.19×10-4%,同时由于潮湿季与干燥季节空气的湿度和钢包覆盖剂水分含量的差异,造成VD破空软吹期间增氢量提高33.3%。3.2vd包钢水平其他条件相同,分别在VD处理温度小于1615℃、1615~1635℃、大于1635℃的情况下,选取多炉钢液。经VD处理后,统计中包钢水平均[H],结果如图1所示。由图1可知,VD钢中的[H]随钢液温度的升高而增加,特别是当钢液温度大于1635℃时,钢液中的[H]显著升高。3.3真空度对中包钢水[h其他条件相同,选取多炉钢液,在不同真空度下,进行VD脱氢处理,统计中包钢水平均[H],结果如图2所示。由图2可知,真空度由50Pa到67Pa条件下,中包钢水[H]变化不明显;而当真空度到80Pa时,中包钢水[H]比真空度50Pa时增加了0.39×10-4%;当真空度继续到100Pa时,中包钢水[H]比真空度50Pa时增加了0.85×10-4%。说明提高真空度,有利于溶解在钢液中的自由氢原子从钢液中排除,当真空度小于67Pa时,脱氢效果不明显,考虑成本问题,真空度为67Pa合适。3.4求取图件的图统计保持不同真空时间VD处理后钢液中[H],可得到图3。由图3看出,在相同的冶炼条件下,适当延长真空保持时间,会显著提高VD的脱氢率,当真空时间大于25min时,VD脱氢率趋于平缓。3.5剩余渣对钢中氢的影响(1)包钢液ph值统计结果其他条件相同,经VD处理后,分别统计了多炉渣厚h>80mm、60mm<h<80mm及h<60mm的中包钢液[H],统计结果见表2。由表2可以看出,随着渣厚的降低,钢液[H]逐渐降低。(2)vd处理后中包钢液[h]其他条件相同,分别统计了多炉碱度R≥4.8、R=4.0~4.8、R≤4.0的钢液,经VD处理后中包钢液[H]见表3。由表3看出,顶渣碱度R=4.0~4.8时,VD脱氢效率最高,中包钢液[H]最低,当碱度>4.8时,顶渣返干,VD脱氢率下降,中包内钢液[H]显著增加。当碱度≤4.0,顶渣变稀,软吹钢液容易裸露,造成钢水增[H]。4烘烤时间及温度(1)在潮湿季节对物料定期抽查水分含量。(2)LF炉使用的SiC等物料进行烘烤,时间≥10min。(3)严格控制软吹氩时氩气流量,以不裸露钢水为宜。(4)适当延长真空保持时间5~10min。4.2保证vd钢液温度(1)优化精炼后期配电、氩气搅拌和SiC加入制度。适当延长精炼终点小电流时间,氩气中等偏低控制,严格控制精炼终点渣为玻璃渣,保证VD渣厚小于80mm,避免VD炉顶渣返干。(2)加强过程渣控制,避免VD炉顶渣返干。(3)优化温度控制制度,保证VD钢液温度低于1635℃,如钢种需要VD钢液温度高于1635℃,可适当延长真空保持时间。(4)VD处理前顶渣厚度h控制在<80mm。4.3控制钢中[h]>2.010-4%时真空保持时间本着节能降耗的原则,根据不同钢种气体含量的要求,合理选择VD真空保持时间。当控制钢中[H]<2.0×10-4%时,真空保持时间>8min;当控制钢中[H]<1.5×10-4%时,真空保持时间>15min;当控制钢中[H]<1.2×10-4%时,真空保持时间为>18min。5效果5.1优化前后精制渣的率经过对精炼后期配电、氩气搅拌和SiC加入制度的优化,VD脱氢率显著提高。图4为工艺优化前后精炼终点渣的形貌。由图4可知,工艺优化前,顶