LF精煉過(guò)程鋼中顯微夾雜物及工藝優(yōu)化

于恒,劉占玲,王碩明

(1.河北聯(lián)合大學(xué),冶金與能源學(xué)院,河北唐山 063009;2.河北宣化鋼鐵公司,河北 宣化075100)

0 引 言

某鋼廠為適應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)展的需要,拓展企業(yè)生存發(fā)展空間,為轉(zhuǎn)爐冶煉配備了LF精煉,以達(dá)到脫氧、脫硫、去除夾雜、生產(chǎn)潔凈鋼的目的。本文通過(guò)對(duì)某鋼廠20g鋼精煉過(guò)程中顯微夾雜物的類型、數(shù)量以及影響夾雜物去除的因素進(jìn)行探討,為L(zhǎng)F精煉過(guò)程顯微夾雜的控制提供理論依據(jù),并對(duì)現(xiàn)有LF精煉工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 LF精煉工藝

LF精煉前后的工藝流程是:

轉(zhuǎn)爐出鋼→鋼包底吹氬→LF吹氬攪拌→通電升溫→造渣脫氧、脫硫→喂絲→軟吹→連鑄。轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程進(jìn)行脫氧合金化。

2 實(shí)驗(yàn)方案

對(duì)某鋼廠生產(chǎn)的20g鋼分別在LF精煉前、中、后進(jìn)行取樣,對(duì)LF精煉鋼樣進(jìn)行試驗(yàn)分析。分析主要采用金相顯微鏡觀察,掃描電鏡分析以及面積法對(duì)夾雜物數(shù)量和粒度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 氧氮分析

LF精煉過(guò)程鋼液中氧氮含量變化如圖1所示。

由圖1可知20g鋼在精煉過(guò)程中的氧氮含量變化,結(jié)果表明:

1)LF精煉前T[O]為52.362ppm,LF精煉中T[O]為56.866ppm,上升了 8.6%,LF精煉后 T[O]為42.345ppm,比LF精煉中降低了25.54%。

2)LF精煉前[N]含量為20.994ppm,LF精煉中[N]含量為26.522ppm,上升了26.33%,LF精煉后[N]含量為21.7875ppm,比LF精煉中降低了17.85%。

圖1 20g鋼LF精煉過(guò)程平均氧氮含量變化

3)在LF精煉造渣過(guò)程中吹氬攪拌,鋼液面波動(dòng)較大,發(fā)生二次氧化,致使LF精煉中期鋼液中氧氮含量升高,LF精煉末期,鋼水通過(guò)弱氬氣底吹,使鋼水中氧氮含量降低。

3.2 顯微夾雜形貌與能譜分析

掃描電鏡分析鋼中顯微夾雜物知,LF精煉中期鋼液中沿晶硫化物較多,且有三處聚集狀鋁氧化物,夾雜物形貌及能譜分析如圖2、圖3和表1、表2所示。

表1 LF處理后硫化錳夾雜物成分表

表2 LF處理后氧化鋁夾雜物成分表

LF精煉后期經(jīng)過(guò)喂絲,鋼水中主要是球形氧化物夾雜,其它氧化物和硫化物夾雜尺寸較小,其中鈣鋁酸鹽和鈣硅酸鹽較多。其形貌和能譜分析如圖4和表3所示。

表3 LF處理中鈣鋁酸鹽夾雜物成分表

3.3 顯微夾雜數(shù)量和粒徑分析

用面積法對(duì)20g鋼中顯微夾雜物進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如圖5所示,由圖可知:LF處理前顯微夾雜數(shù)量為55.4個(gè)/mm2,LF處理中顯微夾雜物數(shù)量為 43.4個(gè)/ mm2,減少了12個(gè)/mm2,去除率達(dá)21.7%。LF處理后顯微夾雜物數(shù)量為75.2個(gè)/mm2,比LF處理中多31.8個(gè)/mm 2,升高了73.3%。

用體積率法對(duì)20g鋼中顯微夾雜物粒度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如圖6所示。由圖可知,LF精煉過(guò)程鋼液中顯微夾雜粒徑＜10μm占大多數(shù),隨著精煉過(guò)程進(jìn)行,鋼液中粒徑＞10μm的夾雜比例不斷下降,精煉末期鋼液中粒徑＞10μm夾雜比例不到1%。

4 LF精煉工藝優(yōu)化

LF精煉在鋼包內(nèi)保持非氧化性氣氛,從鋼包底部進(jìn)行吹氬攪拌,使鋼液連續(xù)循環(huán)流動(dòng),鋼包內(nèi)鋼液成分偏差極小,可達(dá)到精確控制成分的目的,使連鑄相鄰爐間存在元素濃度差極小,有效控制產(chǎn)品質(zhì)量特性的波動(dòng);LF爐可以埋弧加熱,是一個(gè)很好的升溫手段,對(duì)于處理低溫鋼非常有效,柔性地銜接了轉(zhuǎn)爐與連鑄[1-2]。

LF精煉中期,鋼液中硫化錳夾雜和氧化鋁夾雜較多,因此LF精煉工序應(yīng)保證白渣冶煉時(shí)間和靜吹時(shí)間,完成脫硫和去除夾雜物的任務(wù)。渣系采用CaO-SiO2-A l2O3-M gO-CaF2渣系,要求15分鐘內(nèi)造出白渣并保持15分鐘以上?？刂圃?TFe)＜0.8%,以保證脫硫率＞60%。爐渣堿度控制在3.0～3.3,堿度低則影響脫硫率,堿度高則渣中CaO高,使渣粘度高,影響脫硫和夾雜物去除。渣中(CaO+M gO)控制在61%脫硫效果較好。為避免爐襯過(guò)于侵蝕,螢石加入量不要過(guò)多,渣中氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.5%～4.0%。

控制氬氣流量是較為重要的環(huán)節(jié),對(duì)脫硫和鋼水純凈度有很大的影響,造渣脫硫期應(yīng)采用大氣量底吹,穩(wěn)定升溫期應(yīng)采用中等氣量或小氣量。鋼水的弱攪拌凈化處理技術(shù)是通過(guò)弱的氬氣攪拌促使夾雜物上浮。由于鋼包熔池深,強(qiáng)攪拌作用下,鋼液循環(huán)帶入鋼包底部的夾雜和卷入鋼液的渣需要一定時(shí)間上浮。這時(shí)如果弱氬氣攪拌,吹入的氬氣泡可為10μm或更小的不易排除的夾雜顆粒提供黏附基體,使之黏附在氣泡表面排入渣中,從而減少夾雜的上浮時(shí)間,另外變性的夾雜物也需要一定的時(shí)間上浮。因此對(duì)于LF精煉末期鋼液中仍有大量粒徑＜10μm的夾雜這種情況,必須保證軟吹時(shí)間不少于7min。

5 結(jié) 論

1)LF精煉前T[O]為52.362ppm,LF精煉中T[O]為56.866ppm,上升了8.6%,LF精煉后T[O]為42.345ppm,比LF精煉中降低了25.54%。

2)LF精煉中鋼液中顯微夾雜主要是硫化錳和氧化鋁夾雜,LF精煉后經(jīng)過(guò)喂絲,鋼液中主要是球形氧化物夾雜。

3)LF處理過(guò)程鋼液中顯微夾雜物粒徑以＜10μm為主,LF處理前顯微夾雜數(shù)量為55.4個(gè)/mm2,LF處理中顯微夾雜物數(shù)量為43.4個(gè)/mm2,顯微夾雜去除21.7%。LF處理后顯微夾雜物數(shù)量為75.2個(gè)/ mm2,比LF處理中升高了73.3%。

4)LF精煉末期鋼液中仍有大量粒徑＜10μm的夾雜,因此需要通過(guò)弱氬氣攪拌吹入氬氣泡,為10μm或更小的不易排除的夾雜顆粒提供黏附基體,使之黏附在氣泡表面排入渣中,以達(dá)到去除夾雜物的目的。軟吹時(shí)間不少于7min。

[1] 馮聚和,艾立群,劉建華等.鐵水預(yù)處理與鋼水爐外精煉[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006:177～189.

[2] 龔堅(jiān),靳偉,張濤等.轉(zhuǎn)爐-連鑄生產(chǎn)20C rMoA的工藝及質(zhì)量控制[J].鋼鐵,2005,40(1):35～38.