高牌號硅鋼硅含量分析的影響因素研究

潘曉亮，舒宏富，霍 俊

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍 243000）

生產(chǎn)過程中為了檢測鋼液中的成分含量會(huì)在現(xiàn)場采集部分圓樣和吊桶樣，但是采集的生產(chǎn)試樣往往會(huì)有一定元素偏析現(xiàn)象，偏析有多種分類方法，按偏析帶形態(tài)可分為帶狀偏析和通道偏析，如V形，倒V形偏析等，通常試樣的偏析是按照區(qū)域的不同而不同的，縱斷面和橫斷面上的化學(xué)成分分布也是不均勻的[1-3]。

目前，鋼中硅含量分析檢測方法為光譜法。高牌號硅鋼的生產(chǎn)實(shí)踐存在如下現(xiàn)象，RH終點(diǎn)的硅含量滿足控制要求，但是中包成分卻不合格。因此，可以認(rèn)為是試樣磨制、分析過程帶來的影響，即硅元素在試樣中會(huì)有一定量的偏析。硅元素在生產(chǎn)試樣上的偏析給RH操作帶來不便，影響了硅含量精確控制，甚至導(dǎo)致硅含量超內(nèi)控而改判。

本文通過采用光譜分析儀和濕法ICP分析儀對生產(chǎn)過程試樣中的圓樣和吊桶樣進(jìn)行不同深度和不同面區(qū)域的硅含量偏析規(guī)律研究，為更準(zhǔn)確的檢測生產(chǎn)過程試樣中的Si元素提供理論依據(jù)。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

以某高牌號硅鋼生產(chǎn)過程樣為研究對象，該鋼的化學(xué)成分見表1。

表1 研究對象的化學(xué)成分

取該硅鋼生產(chǎn)過程中一個(gè)澆次4爐的RH過程樣、RH終點(diǎn)樣和中包樣，試樣的基本信息如表2。

表2 試樣基本信息

圖1 圓樣（左）和吊桶樣（右）形貌

試驗(yàn)樣品通過火花發(fā)射光譜儀和濕法ICP分析儀完成試樣中硅元素的檢測。

1.2 研究方法

（1）中包-0號吊桶樣進(jìn)行中心縱剖，將吊桶樣一分為二，分為A和B兩部分，如圖2左所示。對A部分截面進(jìn)行光譜打點(diǎn)分析，對B部分截面進(jìn)行濕法ICP分析，如圖2右所示。

圖2 吊桶樣縱剖示意（左切割示意，右檢測示意）

圖3 吊桶樣加工示意

（2）吊桶樣根據(jù)現(xiàn)場制備試樣的要求，按照圖3所示方法加工成等長的三段。取其②段上下表面進(jìn)行光譜分析。吊桶樣②段的上下表面分別由表層向下使用光譜磨樣機(jī)磨制三層，每層的磨制厚度為1mm左右，如圖4左所示，在每個(gè)磨制表面進(jìn)行光譜分析，每個(gè)磨制面采集10個(gè)光譜分析點(diǎn)，光譜分析點(diǎn)的打點(diǎn)順序如圖5所示。

（3）圓樣從表層向下由光譜磨樣機(jī)磨六層，每一層的厚度為1mm左右，磨制情況如圖4右所示，在每個(gè)磨制表面進(jìn)行光譜分析，每個(gè)磨制面采集10個(gè)光譜分析點(diǎn)，光譜分析點(diǎn)的打點(diǎn)順序如圖5所示。

圖4 光譜分析面示意（左吊桶樣，右圓樣）

圖5 分析面上的光譜分析打點(diǎn)示意

2 結(jié)果與討論

2.1 吊桶樣硅含量分布規(guī)律

2.1.1 吊桶樣磨樣深度與硅含量的關(guān)系

吊桶樣②段，分別由表層向下使用光譜磨樣機(jī)磨制三層，每層的磨制厚度為1mm左右，每個(gè)磨制面采集10個(gè)光譜分析點(diǎn)。將每一層的10個(gè)光譜點(diǎn)取平均值，對其進(jìn)行作圖，如圖6所示。

圖6 吊桶樣②段上下表面檢測值

由圖可知，同一試樣的上下表面硅含量是有差異的。上下表面硅含量隨著磨制深度的改變，硅含量的數(shù)值也出現(xiàn)波動(dòng)，但是上表面的硅含量值波動(dòng)大于下表面，原因是因?yàn)榈跬皹英诙蔚纳媳砻婢嚯x吊桶樣頂部縮孔距離較近，光譜分析硅元素的結(jié)果波動(dòng)較大，所以現(xiàn)場光譜分析時(shí)，應(yīng)該確保每一個(gè)吊桶樣的分析面是一致的，切勿混淆，否則就會(huì)出現(xiàn)硅含量值檢測波動(dòng)較大的現(xiàn)象。

2.1.2 吊桶樣中心縱剖面的硅含量分布規(guī)律

對爐號為中包-0號的吊桶樣進(jìn)行中心縱剖，得A和B兩部分，A部分截面進(jìn)行光譜打點(diǎn)分析。B部分截面進(jìn)行濕法ICP分析，所得結(jié)果如圖7所示。

圖7 吊桶樣縱剖檢測值（左A部分光譜分析值，右B部分濕法分析值）

由吊桶樣A部分的光譜分析結(jié)果可知，吊桶樣頂部存在疏松孔洞，故吊桶樣頂部區(qū)域光譜分析的硅含量結(jié)果偏差較大，故吊桶樣頂部區(qū)域?yàn)闊o效光譜分析段。由吊桶樣中部區(qū)域和下部區(qū)域數(shù)據(jù)分析可知，吊桶樣的中部區(qū)域硅含量存在著V型偏析，吊桶樣的下部區(qū)域硅含量存在著錐面負(fù)偏析。形成的原因?yàn)樵诘跬皹又袖撘耗痰倪^程中，靠近取樣器邊緣的部分先冷卻下來，取樣器中心部分鋼液凝固過程慢，故在吊桶樣中硅元素的分布存在偏析。

吊桶樣B部分的濕法分析結(jié)果進(jìn)一步的證明吊桶樣的中部區(qū)域和下部區(qū)域分別存在著V型偏析和錐面負(fù)偏析。

2.2 圓樣硅含量分布規(guī)律

2.2.1 RH圓樣硅含量與磨制面區(qū)域的關(guān)系

以RH2-1號圓樣為例，做出每個(gè)磨面上光譜點(diǎn)的分布情況，如圖8所示。

由圖8可知，不同磨制深度，同一區(qū)域的硅含量有一定的波動(dòng)。同一磨制深度，不同區(qū)域的硅含量變化有明顯的分布現(xiàn)象，即4點(diǎn)～8點(diǎn)的硅含量值明顯比其它點(diǎn)的值更加穩(wěn)定。

圖8 RH2-1號圓樣不同磨制深度、不同區(qū)域光譜分析結(jié)果示意

現(xiàn)場的生產(chǎn)檢測值是以不同的三點(diǎn)平均值作為該樣的成分值，如果選擇光譜分析的區(qū)域不合理，對檢測的結(jié)果影響較大。由圖知，整體看4點(diǎn)～8點(diǎn)的區(qū)域成分值波動(dòng)較小，且值也較穩(wěn)定。

原因可能是，圓樣的樣柄對面區(qū)域易產(chǎn)生孔洞。

2.2.2 圓樣孔洞分布情況

在磨制過程中發(fā)現(xiàn)圓樣隨著磨制深度的增加逐漸出現(xiàn)孔洞，磨制到6mm時(shí)得到的圓樣形貌如圖9所示。

圖9 圓樣孔洞分布

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)圓樣孔洞出現(xiàn)的位置是固定的，均出現(xiàn)在圓樣樣柄對面的部位，如圖10所示。

圖10 圓樣孔洞出現(xiàn)的位置

孔洞出現(xiàn)的大小情況和鋼液的成分，取樣情況有一定的關(guān)聯(lián)性。孔洞出現(xiàn)的原因是取樣器在取樣的過程中存在氣泡，且氣泡不易排出，引起的圓樣孔洞。

3 結(jié)語

（1）圓樣存在明顯的硅含量偏析現(xiàn)象，偏析主要集中在同一面上的不同區(qū)域的硅含量變化，偏析主要是由于檢測試樣內(nèi)部的孔洞引起的。

（2）圓樣在取樣的過程中極易在試樣內(nèi)部出現(xiàn)孔洞，且出現(xiàn)孔洞的位置是固定的，均在圓樣樣柄的對面區(qū)域，建議避開孔洞的位置，進(jìn)行光譜分析，即選擇靠近圓樣把柄處進(jìn)行光譜檢測。

（3）吊桶樣同樣存在硅含量的偏析現(xiàn)象，偏析主要集中在不同深度上，吊桶樣出現(xiàn)不同的偏析規(guī)律，上部和中部區(qū)域出現(xiàn)硅含量的V型偏析，底部區(qū)域出現(xiàn)硅含量的錐面負(fù)偏析。