冶炼16mnrar钢液氢含量测定

冶炼16mnrar钢液氢含量测定

在精炼过程中，由于氢剩余对钢的质量和性能的严重影响，。钢中氢的存在会引起白点、层状断裂等缺陷,对钢铁的力学特性产生非常不好的影响,特别是它可形成孔隙,使裂缝更加敏感,严重降低钢的强度、塑性、疲劳寿命和冲击韧性等力学性能。研究表明,只要钢中氢含量低于2.0×10-6就不出现白点,但是随着钢中硫含量的急剧降低钢材产生白点的敏感性急剧升高。为了降低钢中氢的残留,对炼钢过程氢含量进行准确测定,并分析氢含量变化的原因,进而严格控制钢液氢含量,保证探伤合格率。1hydris方法为了测定某钢厂在冶炼低合金钢16MnR(AR)过程中氢的变化规律利用上海贺利氏定氢仪HYDRIS直接测定钢包、中间包中钢液的氢含量。它以氮气作为载气通过探头进入钢液并吸收钢液中的氢,当载气与钢液中氢含量达到平衡时,利用钢液中的氢和载气中气泡氢分压的关系,采用热导率检测器(TCD)监控载气氮的热传导速率,通过内置微处理器完成数据计算,确定钢液中的氢含量。HYDRIS系统测量范围是(0.5～14)×10-6,测量时间为30～120s,测量误差小于0.15×10-6。对于铸坯中的氢采用德国G8GALILEO-ON/H分析仪,对铸坯及时线切割并用液氮保存,样品在惰性气流下加热熔融,用热导检测器对H2进行检测。2废钢氢含量测定冶炼16MnR(AR)钢的原料为高炉铁水,加入量为50t,铁水的原始氢含量平均为2.0×10-6。废钢比为10%,废钢氢含量用G8分析仪进行测定,分析最大氢含量为3.60×10-6,最小为1.80×10-6,平均3.05×10-6。利用贺氏定氢仪对转炉复吹、LF精炼、浇注过程进行氢含量的测定,其中转炉复吹、LF精炼和浇注过程分别随炉测定50炉、68炉和75炉。2.1转炉复吹系统水质的指标在实际样品中的含量所指表1是转炉连续出钢10炉的钢液氢含量和转炉辅料加入量的关系,表2是转炉辅料含水量。由表1可知复吹和出钢过程实际增氢量平均为1.73×10-6。假设转炉复吹和出钢过程辅料10%的水分进入钢液中,钢水为50t,计算得到转炉复吹过程增氢量为7.50×10-6,出钢过程增氢0.45×10-6,另外废钢增氢量为0.30×10-6。因此,理论上转炉复吹和出钢过程总的增氢量为8.25×10-6,这个值明显高于实际测得的增氢量1.73×10-6。这是由于转炉复吹过程碳氧反应期,氢向CO气泡扩散,气泡上浮过程体积不断增大,使氢分压不断降低,气泡中氢分压几乎为零。西华特定律表达式为:式中w[H]为钢液中氢的质量分数;pH2为炉内氢气分压。由式(1)可知,钢液中氢的质量分数和氢气分压的平方根成正比,因此吹氧有利于氢的析出。另外,在实际冶炼中,随着脱碳速度的增大,排氢速度加快,脱碳速度和排氢速度的关系如下:式中VH为排氢速度;VC为脱碳速度;PCO为CO分压;KH为氢溶解平衡常数。由式(2)可知,PCO和KH在实际冶炼过程中变化不大,因此钢水的沸腾排氢速度和钢水的脱碳速度成正比,所以转炉复吹冶炼工艺本质上是一种低氢冶炼的方法。由表1和表2可知,转炉辅料水分是转炉复吹过程氢含量增加的主要原因,其中水含量为4.52%的化渣剂的加入直接影响出钢后的氢含量,最高达到5.6×10-6。在出钢过程中由于铁合金经过烘烤,含水量非常少,故忽略不计,出钢过程中增氢主要是合成渣水分带入钢液所致因此转炉复吹过程是增氢主要环节,增氢主要是化渣剂水分带入钢液所致,同时废钢表面的铁锈(xFeO·rFe3O4·2H2O)也是增氢的原因。在转炉吹炼过程应该严格控制合成渣、化渣剂等辅料的水分,必要时对其进行烘烤,尽量使用新鲜石灰,对废钢进行除锈除湿作业。2.2确定正确的吹强度表3是LF精炼过程各个时期钢水氢含量的变化。由表3可知,在精炼过程中不同阶段钢水氢含量都有不同程度的增加。精炼过程总的增氢量平均为1.32×10-6,与转炉复吹过程增氢量相当。其中LF升温过程平均增氢量为0.64×10-6,LF深脱硫期及合金化阶段钢水的增氢量平均为0.22×10-6,钙处理和软吹氩阶段增氢量平均为0.46×10-6。因此,LF升温阶段和钙处理阶段是精炼的主要增氢过程。LF精炼升温阶段埋弧渣和精炼渣水的质量分数分别为1.2%和1.0%,加入量分别为600kg和140kg,尤其是精炼渣加入量较多,是引起氢含量增加的主要原因。同时由于弧流不稳定导致炉气中的氢气被电离后直接进入钢水是氢含量增加的另外一个原因。所以应严格控制埋弧渣和精炼渣的水分,避免增氢。图1是大吹氩时间与增氢量的关系,图2是SiCa线喂线长度与增氢量的关系。由图1可知,随着大吹氩时间增大增氢量有所上升,因此选择适当的大吹氩强度,保证大吹氩时间在2～4min,是避免增氢的重要方法。虽然和碳氧反应期排氢原理相似,吹氩是有利于排氢。但是由于大吹氩过程中,随着氩气压力的增大,易于造成钢液表面裸露与空气接触,导致氢含量的上升。由图2可知,钙处理阶段增氢量和喂线量有关。钙处理阶段采用水的质量分数为0.133%左右的SiCa线,喂SiCa线前后增氢量随着喂线量的增加有上升趋势。若SiCa线中的水分全部溶于钢水中,根据:式中LSiCa为SiCa线长度;AH2O为水的分子量;AH为氢的原子量;ρSiCa为SiCa线密度;χH2O为SiCa线中水的质量分数;wsteel为钢液的质量。可计算出最大喂289m的SiCa线,钢水的增氢量仅为0.1×10-6,因此,喂线过程中增氢主要是喂线速度过快造成钢液大面积裸露,高温钢水同空气中的水分接触发生吸氢反应。为降低钙处理过程中钢水增氢量,必须选择适当的喂线速度,防止喂线速度过快使钢水翻卷。2.3钢水氢含量变化表4是浇注过程中间包钢水氢含量的统计数据,图3是不同中间包炉次增氢量的统计数据。由表4可知,对浇注过程氢含量进行连续测定,前18炉从大包到中间包氢含量变化不大;中间30炉氢含量明显增加,经过检查发现大包长水口套管密封不好,钢液流入长水口时同空气接触发生吸氢反应导致增氢,于是重新更换长水口;最后27炉氢含量无明显增加,基本保持不变。随炉测定的75炉中间包钢水氢含量大包到中间包平均增氢-6因此要确保长水口套管密封良好,避免增氢。由图3可知,中间包第1～3炉钢液增氢量最大,达1.86×10-6,以后的炉次增氢量相对稳定,这是由于浇注过程前3炉的炉衬中含水量较多,即使中间包进行烘烤,炉衬仍含一定水分。所以对于新包,应保证足够的烘烤时间和烘烤温度,尤其是新砌的钢包。2.4内部偏析和转炉复吹的影响由表5可知,在钢水条件和其它工艺相同的情况下,铸坯中氢含量小于(2～3)×10-6时钢板探伤合格率为100%,随着铸坯氢含量的增大,探伤合格率逐渐降低,铸坯中氢含量大于(4～5)×10-6时钢板探伤合格率急剧下降。这是由于氢在固态钢中溶解度很小,在钢水凝固和冷却过程中,氢会和CO、N2等气体一起析出,板坯中心偏析产生马氏体或粒状贝氏体时,在中心偏析区的非金属夹杂物等处析出H2,并且与该区域中形成的马氏体或粒状贝氏体内的组织应力共同作用,导致钢板中心偏析部位产生发纹,最终造成钢板在探伤时无法通过检验。可见,为了保证铸坯氢含量小于3×10-6,保证探伤合格率,一方面,转炉复吹和LF精炼过程应该严格控制原、辅料和渣料的水分,中间包要保证足够的烘烤时间和烘烤温度;另一方面,LF精炼过程要选择适当的吹氩强度、合适的喂线速度以及确保长水口套管密封良好防止钢水裸露;对于难以达到要求的炉次可考虑RH或VD真空处理。3增氢因素的影响1)转炉复吹和LF精炼是增氢的主要环节,分别增氢1.73×10-6和1.32×10-6。转炉复吹过程辅料水分和废钢铁锈是导致氢含量增加的主要因素,LF精炼增氢