精炼高级别管线钢超低硫控制的工艺条件

精炼高级别管线钢超低硫控制的工艺条件

姆斯将i级硝酸盐分为三种类型：i级硝酸盐，球形，无规则分布，通常与氧化物结合。这类夹杂物存在于只用硅脱氧或者是铝不完全脱氧的钢中,对钢的力学性能没有多大影响;Ⅱ类硫化物,细小球状,呈小链状分布在钢的晶界上,称为晶界硫化物。这种夹杂存在于用铝完全脱氧而无残铝的钢中,对钢的力学性能产生有害的影响;Ⅲ类硫化物,形状不规则、带角的大型夹杂物,在钢中分布也不规则,存在于有残铝的脱氧钢中,其对钢的有害影响比Ⅱ类硫化物要小些,但仍比I类硫化物大。管线钢中硫对钢板的横向冲击韧性影响显著,而且硫化物是裂纹源,易导致氢致裂纹(HIC),高级别管线钢不仅要求硫的质量分数小于50×10-6、20×10-6甚至10×10-6,而且在精炼过程对夹杂物进行变性,使线性硫化锰夹杂为球形CaS或CaO-Al2O3-CaS复合夹杂,提高管线钢的抗HIC性能。1熔渣与金属间硫的关系硫容量(CS)是温度和渣成分的函数,反映液态炉渣潜在的脱硫能力,可用来比较不同炉渣的脱硫能力的大小。Fineham和Riehardson通过气渣间硫的反应平衡用式(1)定义了硫容量(CS)的概念:CS=Κ1aΟ2-fS2-=w((S))√pΟ2pS2(1)CS=K1aO2−fS2−=w((S))pO2pS2−−−√(1)式中,K1是气渣反应平衡常数;pO2和pS2是O2(g)和S2(g)的分压;fS2-是渣相中硫的活度系数;w((S))是渣中硫含量。后来为了运用和计算方便,又根据渣与钢液的平衡定义出另一种硫容量,即:CS′=w((S))aΟaS(2)aS和aO是钢渣平衡时钢液中S和O的活度,CS′与CS的关系如式(3)所示:lgCS′=lgCS-935Τ+1.375(3)RWYoung等对渣与金属间硫分配平衡时的大量实验数据进行了统计处理,得出硫容量与熔渣光学碱度的关系式为:当Λ<0.8时lgCS=-13.913+42.84Λ-23.82Λ2-11710Τ-0.02223w(SiΟ2)-0.02275w(Al2Ο3)(4)式中,Λ为熔渣的光学碱度。利用式(4)和式(2)就可以计算渣系的硫容量CS′。利用硫容量的计算公式,计算了1873K时CaO-SiO2-Al2O3-MgO(10%)渣系的等硫容量如图1和等曼内斯曼指数如图2所示。管线钢精炼过程精炼渣应该控制在硫容量与曼内斯曼指数高的区域,有利于进行硫的去除与控制。从图中可以看出当精炼渣的Al2O3相同时,碱度越大(此时曼内斯曼指数也越大),精炼渣的硫容量越大。碱度相同时,随着渣中Al2O3减少(此时曼内斯曼指数也相应增大),精炼渣的硫容量增大。在曼内斯曼指数相等时,硫容量随着CaO增大而增大。根据高级别管线钢的成分计算出fO=0.41,fS=0.92,利用式(2)可以得出硫容量、渣中硫及钢中溶解氧与钢中硫的关系,如图3、4所示。图3中可以看出当钢中溶解氧一定时精炼渣硫容量越高,钢中硫越低。钢中的溶解氧控制在5×10-6时,渣的硫容量大于0.018,钢中硫的质量分数小于20×10-6,渣的硫容量大于0.036,钢中硫的质量分数小于10×10-6;钢中的溶解氧控制在3×10-6时,渣的硫容量大于0.011,钢中硫的质量分数小于20×10-6,渣的硫容量大于0.02,钢中硫的质量分数小于10×10-6。因此钢中溶解氧为(3～5)×10-6时,硫容量为0.011～0.018,钢中硫的质量分数小于20×10-6,硫容量为0.020～0.036,钢中硫的质量分数小于10×10-6。从图4看出,钢中溶解氧一定时渣中硫越高与之平衡的钢中硫也越高。当炉渣硫容量为0.022且钢中溶解氧为(3～5)×10-6时,渣中w((S))为0.2%～0.34%,钢中w([S])小于20×10-6,渣中w((S))为0.1%～0.15%,钢中w([S])小于10×10-6。2顶渣对钢中硫的控制某钢厂应用LF-VD工艺生产管线钢,精炼各工序顶渣成分见表1。此工艺下钢中酸溶铝在精炼过程维持在0.035%左右,由高级别管线钢成分计算fO=0.41,fAl=0.98,由式(5)铝氧平衡可得钢中w([O])=1.76×10-6。由图3可知,在本工艺下钢中硫的质量分数很容易控制在20×10-6甚至10×10-6以下。在此工艺下,钢中硫的质量分数从LF1的80×10-6,降低到LF2的(20～30)×10-6,并稳定在VD未期的20×10-6以下,与理论计算相符。2[Al]+3[Ο]=Al2Ο3(S)ΔGΘ=-1202000+386.3Τ(5)根据表1做出精炼过程顶渣对钢中硫的影响如图5,可看出LF1、LF2、VD精炼渣的w((MnO+FeO))分别为11.92%、2.00%和1.10%,满足管线钢超低硫、超低氧的控制要求,精炼渣的碱度分别为3.195、6.250和7.600,LF精炼渣的碱度一般在5～7之间,此碱度符合高级别管线钢所要求的碱度范围,M值分别为0.09、0.17和0.18,管线钢中M值一般为0.25～0.35,M值低的原因是渣中Al2O3控制偏高,炉渣CS′分别为0.010、0.022和0.023,此精炼工艺深脱硫的特点是利用钢中高的酸溶铝含量充分脱去钢中的氧,使精炼渣不需要很高的硫容量就可以得到较低的硫,这种方法虽然可以得到较低的溶解氧和钢中硫,但没有充分发挥顶渣的脱硫能力,同时钢中较高的酸溶铝给连铸保护浇铸提出了较高要求。改进的方法就是在保持现有碱度大体不变的情况下,适当减少精炼渣中的Al2O3含量,如使其质量分数控制在28%～33%,则M值在0.18～0.25,硫容量在0.04～0.07,由图3可知,当溶解氧为(3～5)×10-6,硫的质量分数可控制在8×10-6以下;如使其控制在15%～28%,则M值为0.21～0.35,硫容量为0.07～0.19,由图3可知,当溶解氧为(3～5)×10-6,硫的质量分数可控制在5×10-6以下。3渣中硫和铁中硫(1)钢中溶解氧一定时精炼渣硫容量越高,钢中硫越低。当钢中溶解氧为(3～5)×10-6时,硫容量在0.011～0.018,钢中硫的质量分数小于20×10-6,硫容量在0.02～0.036,钢中硫的质量分数小于10×10-6。(2)钢中溶解氧一定时渣中硫越高钢中硫也越高。当钢中溶解氧为(3～5)×10-6时,渣中硫的质量分数为0.2%～0.34%,钢中硫小于20×10-6,渣中硫为0.10%～0.15%,钢中硫的质量分数小于10×10-6。(3)某厂应用LF-VD工艺生产高级别管线钢,LF1、LF2、VD精炼渣中w((MnO+FeO))分别为11.92%、2.00%和1.10%,精炼渣碱度分别为3.195、6.25和7.6,M值分别为0.09、0.17和0.18,炉渣