汽車大梁鋼(B510L)精煉過程鋼中全氧含量研究

李立民，劉軍威

(新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠)

引言

汽車大梁鋼通常被用于各種汽車車架的橫梁、縱梁以及其它結構件，材質厚度一般為3.0 mm～8.0 mm，主要起到承載作用，因此對大梁鋼材質的內在質量和性能指標要求很高。 汽車大梁鋼生產工藝過程通常經過LF精煉爐處理，LF精煉爐的功能是在還原氣氛下通過鋼包底吹氬達到調整鋼水溫度、調整鋼水成分和去除夾雜物。文章主要探討八鋼生產汽車大梁鋼(B510L)在LF精煉過程鋼液中全氧含量變化規(guī)律，通過工藝優(yōu)化，改善鋼液的潔凈度，提高八鋼生產汽車大梁鋼產品質量。

1 LF精煉爐鋼中全氧控制工藝

1.1 鋼液中氧的來源

鋼中全氧指鋼液中游離氧和各類氧化物夾雜，主要來源：(1)鐵水轉變?yōu)殇撍^程中吹氧脫碳，產生的大量游離氧；(2)各類鋼生產過程，去除鋼中游離氧產生的大量氧化物(包括穩(wěn)定氧化物和不穩(wěn)定氧化物)；(3)鋼液的二次氧化；(4)各類耐材侵蝕進入到鋼液中。

1.2 鋼中酸溶鋁對鋼液中全氧的影響

對于采用鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼來說，由于鋁的脫氧能力遠大于C、Si、Mn，目前精煉環(huán)節(jié)采用鋁質脫氧劑較多。冶煉低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼采用鋁脫氧，在1600℃時，鋼液中酸溶鋁[Al]s含量為0.02%～0.05%，熱力學平衡狀態(tài)下溶解氧≤5×10-6，因此鋼液中全氧含量的多少直接與氧化物夾雜物含量相關。

圖1為單一用鋁脫氧，實測鋼中鋁含量與鋼水中游離氧趨勢圖。

由圖1可知，鋼水中酸溶鋁含量在0.020%～0.030%時，鋼水中游離氧含量基本在4×10-6。

圖1 鋼中鋁含量與游離氧含量趨勢圖

1.3 鋼包頂渣對去除鋼液中氧化物的影響

鋼包頂渣吸附鋼中夾雜物的主要途徑[1]：

(1)鋼中原有的夾雜通過與渣滴或渣面的接觸、碰撞被渣吸收，隨渣滴上浮而去除。在精煉過程中乳化的渣與鋼液的強烈的攪拌，使渣滴與鋼中夾雜(特別是大顆粒夾雜)接觸機會急劇增加，渣和夾雜物界面張力遠小于鋼液于夾雜間的界面張力，所以鋼中夾雜很容易被與它接觸的渣滴所吸收。

(2)采用CaO-A1203-SiO2-MgO-CaF2渣系均為氧化物熔體，而夾雜物大多數(shù)也是氧化物，所以被渣吸附的夾雜比較容易溶解于渣中，并使乳化渣表面可以作為二次脫氧反應新相形成晶核，從而加速脫氧反應進行，使脫氧產物比較容易被渣滴同化并隨渣滴一起上浮排除。

良好的精煉渣粘度下，隨著精煉渣堿度的升高，鋼液中全氧含量隨之減少。對于冶煉鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼，鋼液全氧含量與精煉渣中A1203含量有一定關系。精煉渣系中隨著渣中CaO/A1203比值升高，精煉渣的粘度隨CaO/A1203比值升高由降低逐步變?yōu)樵黾樱珶捲紸1203夾雜的能力由增強轉變?yōu)闇p弱；故精煉渣中合適的A1203含量或者一定量的螢石含量，可減少精煉渣與A1203夾雜之間的界面張力，改善精煉渣吸收A1203夾雜的能力。

1.4 鈣處理對去除鋼液中氧化物的影響

鋼水鈣處理主要是將鋼水中的較小的夾雜物(固態(tài))變性成液態(tài)夾雜物，有利于夾雜物聚合長大被氣泡捕捉上浮。通常12CaO·7A1203和3CaO·A1203在鋼液溫度下是液態(tài)。影響鈣處理效果主要因素有鋼水中氧含量的多少、鋼中硫含量及鋼水中夾雜物的多少。查閱相關文獻資料，普遍認為鋼中[Ca]/[Al]≥0.08較合適。

1.5 攪拌對去除鋼液中氧化物的影響

鋼水夾雜物去除的方式有兩種[2]：

(1)大顆粒夾雜物通過自身上浮；

(2)較小尺寸夾雜物借助氣泡捕捉上浮。

兩種方式最終通過鋼包頂渣吸附去除。精煉前期由于加入大量的合金及脫氧劑，鋼液中會產生大量的夾雜物，較強的攪拌強度有利于夾雜物快速上浮；精煉中、后期，鋼液中較多的是較小的夾雜物，較弱的攪拌強度有利于夾雜物聚合和快速上浮。

2 LF精煉過程全氧控制措施

2.1 鋼中全鋁控制

精煉前期將鋼水中的鋁含量控制在0.035%～0.045%，鋼包頂渣脫氧使用低鋁渣球(鋁含量≥20%)，前期渣料完全熔化后，采用大氬氣量攪拌方式快速脫氧。

圖2為生產大梁鋼時，鋼中鋁含量控制情況。由圖2可知鋼中鋁含量在0.019%～0.040%，一定的鋁含量確保鋼水中游離氧較低。

圖2 鋼中鋁含量

2.2 鋼包頂渣的控制

鋼包頂渣采用CaO-A1203-SiO2-MgO-CaF2五元渣系(見表1)。渣系中不同的組分對鋼水中夾雜物的去除效果也有差異。

表1 鋼包頂渣組分 %

由圖3可知：隨著精煉頂渣堿度的升高和精煉頂渣中CaO/A1203比值降低，鋼液中全氧含量從精煉初期到精煉結束的脫氧率從7%升至40%；精煉頂渣堿度為11，精煉頂渣中CaO/A1203約為1.5時，鋼液中全氧含量脫氧率達到40%。

圖3 堿度、CaO/A1203比值與脫氧率趨勢圖

2.3 軟吹的效果

結合生產節(jié)奏，通過鋼水 LF精煉喂絲后，軟吹8min和11min后鋼水中全氧含量進行比較(見圖4)，軟吹11min鋼水中全氧含量≤25×10-6。如果鋼水軟吹時，鋼包頂渣吹氬位置鋼液有輕微裸露現(xiàn)象，鋼水中全氧含量會有所升高。

圖4 軟吹時間與全氧含量趨勢圖

2.4 鈣處理效果

從鋼中[Ca]/[Al]比值與鋼中全氧含量趨勢圖對比看(見圖5)：鋼中[Ca]/[Al]≥0.1時，鋼中全氧含量有下降趨勢。

圖5 [Ca]/[Al]與全氧含量趨勢圖

3 結論

通過工藝優(yōu)化，汽車大梁鋼(B510L)精煉過程的生產實踐表明：

(1)LF精煉結束鋼中全氧含量≤25×10-6；

(2)精煉頂渣渣系中[CaO]/[Al2O3]比值為1.5～2.0吸附夾雜物能力較強；

(3) 軟吹時間延長對夾雜物去除有利，但保證鋼水不裸露，結合生產實踐軟吹時間控制在14～20min為宜；

(4)鋼中[Ca]/[Al]比值≥0.1對去除夾雜物效果較好。