脱氧对lf精炼过程中氧含量和硫含量的影响

脱氧对lf精炼过程中氧含量和硫含量的影响

脱氧产物是钢中非线性混合材料的主要来源。脱氧剂的选用直接影响钢中夹杂物的数量、组成及形貌。天津钢管公司采用铝脱氧生产气瓶钢,铸坯中经常出现B类夹杂(Al2O3)超标现象,导致在轧制过程中出现大量的裂纹废品。其它钢厂也有曾有类似的问题,如武钢采用铝脱氧工艺生产高压气瓶用钢,在铸坯中发现块状和簇群状Al2O3夹杂,有些厂家开始使用SiCaBa无铝脱氧取代铝脱氧生产高压气瓶钢,取得了良好的效果。为了减少铸坯中经常出现B类夹杂,天津钢管公司第二炼钢厂使用SiCaBa合金在出钢过程进行预脱氧,使用含有硅钙钡锶镁的新型无铝脱氧剂在LF精炼过程中进行终脱氧。本次实验比较了在LF精炼过程中两种脱氧剂(铝合金与硅钙钡锶镁新型无铝脱氧剂)对气瓶钢洁净度的影响,以此来确定生产气瓶钢的合适脱氧剂。1试验与研究方法1.1出钢、规划出钢本实验的钢种是37Mn,天津钢管第二炼钢厂生产气瓶钢的工艺流程为:废钢+海绵铁+铁水→100tEAF→LF-VD→CaSi线→CC。在电炉出钢过程中加入350kgSiCaBa合金进行预脱氧,同时加入1100kg高锰合金、600kg硅锰合金、500kg碳锰球、110kg碳粉和84kg碳球进行粗调成分。在LF就位后加入350kg碳丝同时加入约60kg脱氧剂进行终脱氧,LF处理30min后加入100kg高锰合金和20kg硅铁合金进行精调成分,在VD精炼结束后喂入200m硅钙丝。1.2剂的成分分析对两个浇次的8炉钢进行工业实验,第一个浇次采用铝进行终脱氧,第二个浇次采用新型的无铝脱氧剂进行终脱氧,新型无铝脱氧剂的成分见表1。通过系统取样分析不同终脱氧剂对非金属夹杂物在气瓶钢37Mn中生成的影响。试验时在LF精炼处理前后、VD处理结束和中间包浇注一半时分别取金相样、气体样。在铸坯内弧1/4位置取大样、金相样和气体样,在LF处理前后,分别定活度氧,取样避开了每个浇次的首坯和尾坯,在每个浇次的第2～5炉进行。钢中全氧含量测量方法及夹杂物分析方法如文献。2结果与讨论2.1两种脱氧剂的脱氧效果各工序钢中氧含量如表2所示,平均总氧含量如图1所示,由图1可知使用铝脱氧在每个工序中可以得到较低的总氧含量,在LF处理后铝脱氧钢的总氧含量分别比硅钙钡锶镁脱氧钢中的总氧低12×10-6,但是在经过VD真空处理、中间包内夹杂物上浮后铸坯中的总氧只相差1×10-6。使用两种脱氧剂对铸坯中的总氧影响不大,都能将铸坯中的总氧控制在12×10-6以内。由表2可知用无铝剂LF处理后的钢液溶解氧明显较高,这表明该脱氧剂的脱氧效果不如铝。理论上,由于硅钙钡锶镁合金中的钙、钡、锶和镁与氧结合的能力均显著强于铝,其脱氧效果应该强于铝铁合金。造成硅钙钡锶镁合金脱氧效果不理想的原因如下:脱氧剂中硅的质量分数为38.5%,硅的脱氧能力不如铝;硅钙钡锶镁合金脱氧剂的密度小于铝铁合金,因此收得率较低,使得脱氧不充分。本研究建议,降低目前硅钙钡锶镁合金脱氧剂中的硅含量,增加铁的含量,使得其密度增大,有利于提高收得率,使脱氧更充分。表3为两种脱氧剂下出钢及精炼过程中硫的平均含量,可以看到在LF精炼过程中使用无铝的钢水脱硫效果明显不如使用铝脱氧钢水的脱硫效果,从而导致在VD精炼结束后硫含量较高。原因可能是使用无铝脱氧剂钢液中的活度氧较高造成的。2.2硅铝酸钙复合混杂物及工艺成分配规律表4显示了部分典型显微夹杂物形貌和组成。用铝脱氧时铸坯中的非金属夹杂物主要有铸坯中主要非金属夹杂物的主要组成为:块状的Al2O3夹杂;球形钙铝酸盐,尺寸在5μm左右,是Al2O3用钙处理后的变性产物;硅铝酸钙球状复合夹杂。除来源于脱氧产物外,还可能来源于钢液二次氧化或钢水凝固过程形成的氧化物;含MgO的复合夹杂物,来源于耐材侵蚀。用硅钙钡锶镁合金脱氧铸坯中非金属夹杂物主要有:硫化物夹杂;硅铝酸钙复合夹杂物;钙铝酸盐夹杂物;氧化物外裹硫化物,尺寸小于10μm钙铝酸盐。使用无铝脱氧后,铸坯中没发现Al2O3夹杂,但硫化物夹杂则增多。硫化物夹杂来源于脱氧剂中的硫(表1)。另外铸坯仍含有钙铝酸盐夹杂和硅铝酸钙夹杂,主要因为精炼渣中仍含有Al2O3成分。夹杂物中的Al2O3成分也可能来自于耐火材料。由于使用无铝脱氧剂,钢液中铝的含量明显降低,使Al2O3在这两类夹杂物中的含量明显降低。3显微残余物(1)在LF炉精炼过程中用硅钙钡锶镁合金脱氧,钢液中活度氧和硫含量较高,但使用两种脱氧剂对总氧含量影响较小,都能将铸坯中的总氧(质量分数)控制在12×10-6以下。(2)在LF炉精炼过程中使用两种不同脱氧剂,铸坯中的显微夹杂有较大区别,使用铝脱氧时钢中微观夹杂物以钙铝酸盐和氧化铝为主;使用硅钙钡锶镁合金脱氧时,钢中微观夹杂物中含