降低400系不銹鋼中夾雜物級別的優(yōu)化改進措施

殷齊敏，趙 剛，李江江，尚偉平，汪麗麗

（山東泰山鋼鐵集團有限公司 不銹鋼煉鋼廠，山東 萊蕪271100）

1 前言

400系不銹鋼，如410、430等鋼種，常規(guī)生產(chǎn)主要采用硅脫氧而不是鋁脫氧，這有效地降低了鋼種脫氧成本，同時結(jié)合TSR不銹鋼精煉爐頂?shù)讖?fù)吹和先進的一、二級自動化控制程序，可以在不采用鋁脫氧的情況下，保證鋼水潔凈度滿足鋼種要求，在一定程度上也改善了連鑄鋼水的可澆性。然而由于冶煉過程加入的硅鐵、高碳鉻鐵等合金以及各類耐火材料中均含有一定量的Al元素，即使不采用鋁脫氧工藝，成品檢驗也存在B類即Al2O3類夾雜物。該類夾雜物在鋼水中充分地去除一般采用鈣處理、調(diào)整精煉渣系的途徑。本研究通過探討合理的鈣處理量及調(diào)整精煉渣系堿度，有效地去除鋼液中的B類夾雜物，效果明顯。

2 B類夾雜物的成因及特性

幾乎所有鋼材的機械性能很大程度上都取決于能產(chǎn)生應(yīng)力集中的夾雜物和沉淀析出物的體積、尺寸、分布、化學(xué)成分以及形態(tài)，其中夾雜物尺寸和形態(tài)的影響尤為明顯。B類夾雜物主要為采用鋁脫氧工藝產(chǎn)生的氧化鋁夾雜。大部分脫氧產(chǎn)物Al2O3可以在吹氬和鎮(zhèn)靜過程中上浮去除，但在鋼中過剩［Als］存在的情況下，仍極易在連鑄過程中再氧化重新生成B類夾雜。在400系不銹鋼中，在采用硅脫氧的情況下，很難會因為脫氧產(chǎn)物導(dǎo)致B類夾雜物的產(chǎn)生，也是由于加入鋼水的硅鐵、高碳鉻鐵等合金含有一定量的Al，導(dǎo)致B類夾雜物的產(chǎn)生。

B類熔點高、硬度高，呈團狀或簇狀聚集于鋼水中，軋制后夾雜物顆粒本身幾乎不變形，但整體排列呈長條狀或串鏈狀，未經(jīng)改質(zhì)處理的該類夾雜，是形成軋材脆性集中、疲勞強度降低、導(dǎo)致鋼基體內(nèi)微裂紋的主要因素［1］。在400系不銹鋼軋制過程中B類夾雜物突出表現(xiàn)為表面起皮缺陷，缺陷電鏡形貌見圖1。該類夾雜物在鋼水中充分的去除一般采用鈣處理、調(diào)整精煉渣系的途徑。

圖1 400系不銹鋼表面起皮缺陷電鏡分析

3 降低鋼中B類夾雜物的措施

3.1 鋼水鈣處理工藝

3.1.1 鈣處理機理

非金屬夾雜物的處理方式有多種，其中研究最成熟、最有效且應(yīng)用廣泛的是鈣改質(zhì)處理方式。鈣處理基本化學(xué)反應(yīng)如下：

由于鈣具有較強的活性，通常鈣以噴粉或喂線形式加入鋼水與Al2O3反應(yīng)獲得較好的變性，氧化物夾雜變?yōu)樾∏驙?。夾雜物球化率的提高，有利于連鑄坯中大顆粒夾雜物的去除。鈣除了自身具備脫氧、脫硫能力外，還可以以形成鈣氣泡的形式促進夾雜物的上浮去除，同時適當(dāng)?shù)拟}處理量可以使得復(fù)合氧化物的熔點降到最低，便于夾雜物被渣充分吸附。而鈣處理環(huán)節(jié)關(guān)鍵為鈣處理量的確定。

3.1.2 鈣處理量的確定

以往的鈣處理工藝存在處理量越多鋼水潔凈程度越高的誤區(qū)，過度處理的鋼水反而會因為生成物質(zhì)熔點高、在鋼水中上浮困難等問題，導(dǎo)致鋼水潔凈程度隨處理量的增大而下降。圖2為相關(guān)文獻在與400系不銹鋼相似的鋼水條件下，進行鈣處理過程中物質(zhì)濃度的變化曲線，可以看出，在采用硅脫氧的不銹鋼精煉環(huán)節(jié)，應(yīng)選擇液態(tài)夾雜物中SiO2最大值處作為合適的鈣加入量點。因為鈣的加入是為了降低Al2O3在夾雜物中的含量，如果SiO2降低了，就表明鈣與Al2O3的反應(yīng)完畢，而開始和SiO2反應(yīng)，所以在鈣與SiO2開始反應(yīng)的臨界時刻為最優(yōu)加入量［2-3］。

圖2 不同鈣加入量物質(zhì)濃度的變化曲線［2］

參考圖2，可確定400系不銹鋼精煉鈣處理環(huán)節(jié)最佳鈣處理量為75 g/t，根據(jù)鋼水量等可計算出每爐的喂鈣線量（見表1）。

表1 400系不銹鋼控制參數(shù)及物料指標(biāo)

3.2 精煉渣系優(yōu)化

3.2.1 精煉渣系分析

精煉渣是吸附、去除鋼液中夾雜物的重要反應(yīng)介質(zhì)，渣系組成決定了其理化性能。因此，優(yōu)化渣系組成是去除B類夾雜物的關(guān)鍵。

在三元渣系相圖中CaO含量為55%～65%的區(qū)間內(nèi)（二元堿度1.0～2.3），組分熔點是先降后升，尤其是在形成更為穩(wěn)定的硅酸鹽相后，熔點可高達2 100℃以上［3］。這種渣黏稠度高、流動性差，導(dǎo)致鋼渣界面對夾雜物的吸附極為不利。因此應(yīng)選擇低二元堿度的渣系。熔點最低的區(qū)間約分布于CaO含量55%左右，即堿度1.2，但過低的渣堿度同樣會導(dǎo)致渣吸附氧化物的能力下降。綜合考慮，精煉渣系既要有較好的流動性和較低的熔點，又要保證堿度。在生產(chǎn)實踐中，一般使用螢石來平衡渣系中熔點與堿度的關(guān)系。

3.2.2 螢石的作用

螢石的主要成分為CaF2，所起的作用是解體硅酸鹽離子，使硅酸鹽高分子團的形成受到阻礙，高熔點化合物的結(jié)構(gòu)鏈被打斷，所形成的化合物則為熔點較低的CA相，而在該相區(qū)內(nèi)，渣系熔點是隨堿度降低而降低的。

3.2.3 渣系優(yōu)化對比

針對以上分析，在410S不銹鋼實際生產(chǎn)中進行了試驗驗證。LF工序喂純鈣線300 m，LF精煉渣系二元堿度由2.3降低至2.1，同時配以約25%的螢石，共計進行261爐對比試驗。LF精煉渣系堿度調(diào)整前后對比見圖3。表2為試驗爐次取樣進行的夾雜物檢驗評級。

圖3 LF精煉渣系堿度調(diào)整前后對比

表2 精煉渣系優(yōu)化前后參數(shù)及夾雜物評級

由表2可知，渣系優(yōu)化后，即在保證300 m純鈣線喂入量的前提下，在渣系二元堿度降低，同時配加螢石化渣的爐次，B類夾雜物級別明顯降低。

4 結(jié)語

圍繞LF鈣處理質(zhì)量和LF渣系調(diào)整兩個主要方向進行了降低400系不銹鋼B類夾雜物的優(yōu)化實踐，結(jié)果表明，在維持300 m純鈣線喂入量，保證鋼水充分鈣處理量的前提下，渣系二元堿度由2.3降低至2.1，同時配以25%左右的螢石化渣，可以有效降低400系不銹鋼中B類夾雜物缺陷，B類夾雜物≤0.5級合格率達到95%，效果明顯。