RH操作對(duì)高級(jí)別IF鋼中夾雜物的影響

張 博，康 旭，董 偉，王志剛

（首鋼京唐鋼鐵有限公司煉鋼作業(yè)部，河北 唐山 063200）

近年來(lái)，隨著汽車制造業(yè)高速發(fā)展，車用鋼需求增長(zhǎng)迅速。IF鋼具有優(yōu)良的超深沖性能，冷軋板汽車板的典型代表，僅要求超低碳、硫，還要保證鋼液高潔凈度，液潔凈度水平的高低直接影響在冷軋板表面質(zhì)量[1-5]。由于汽車鋼板表面缺陷很大部分是由煉鋼生產(chǎn)原因（如鋼中非金屬夾雜物）所造成的，汽車鋼板冶金工藝一直是國(guó)內(nèi)外高水平鋼廠汽車鋼板生產(chǎn)的科研重點(diǎn)。研究表明，造成IF鋼冷軋板缺陷的夾雜物主要有脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜、結(jié)晶器保護(hù)渣卷入SiO2類夾雜，在控制Al2O3類夾雜方面，要是通過(guò)減少其生成量和在RH及中間包過(guò)程促進(jìn)熔渣對(duì)夾雜物的吸附[6-10]。如何在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效脫碳和成分準(zhǔn)確控制是RH精煉超低碳鋼技術(shù)的必須解決的課題。

本文以用于汽車外板的高級(jí)IF鋼為研究對(duì)象，首先分析了冶煉全流程中夾雜物的變化，然后重點(diǎn)分析了RH關(guān)鍵操作對(duì)鋼水潔凈度的影響，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。

1 冶煉過(guò)程夾雜物

取3爐鋼水試樣和渣樣，分析冶煉過(guò)程中夾雜物的變化以及部分工藝參數(shù)對(duì)鋼水潔凈度的影響。

1.1 氮含量

分別利用提桶試樣沖顆粒和球拍試樣鉆屑測(cè)得了鋼液中氮含量，如圖1所示。提桶試樣氮含量略高于鉆屑試樣，但是趨勢(shì)基本一致。加Ti前鋼液中氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）最低，約為14×10-6；加Ti以后，氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約為19×10-6；隨后鋼液中氮含量基本穩(wěn)定。說(shuō)明，鈦鐵會(huì)增加大約5×10-6的氮（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），DR07中間包鋼液中氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）基本在20×10-6以下。

圖1 DR07鋼液氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

1.2 鋼液夾雜物

1.2.1 夾雜物組成

DR07鋼液中夾雜物組成如下頁(yè)圖2所示。加Ti前鋼液中夾雜物是Al2O3，加Ti后鋼液中夾雜物主要是Al2O3和Al-Ti-O的復(fù)合夾雜。從加Ti后到中間包塞棒區(qū)，鋼液中Al-O-Ti復(fù)合夾雜的成分基本不變。加Ti后的鋼液試樣中發(fā)現(xiàn)較多的TiN夾雜或含TiN的復(fù)合夾雜，理論上鋼液中不會(huì)析出TiN夾雜，以往水冷的球拍試樣中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)TiN夾雜，此處鋼液中的TiN夾雜是鋼水試樣空冷過(guò)程中緩慢析出的。分析鋼水潔凈度時(shí)應(yīng)該將TiN的影響剔除。

圖2 DR07鋼液中夾雜物組成

鋼液中較大尺寸的夾雜物形貌與成分如圖3所示。加Ti前鋼液中存在群簇狀的Al2O3夾雜，群簇狀?yuàn)A雜物存在大尺寸的Al2O3-CaO夾雜物。加Ti后和RH出站時(shí)鋼液中大尺寸夾雜物是低熔點(diǎn)的Al2O3-CaO夾雜。此類夾雜物是頂渣與鋼液反應(yīng)的產(chǎn)物，通過(guò)RH出站以后的鎮(zhèn)靜可以上浮。中間包鋼液試樣中發(fā)現(xiàn)的夾雜物最大尺寸為11μm，成分主要是Al2O3或Al-Ti-O復(fù)合夾雜物。

圖3 鋼液中大尺寸夾雜物

1.2.2 夾雜物數(shù)量

鋼液中夾雜物總量和較大尺寸夾雜物（＞5μm）含量如圖4所示，沒(méi)有明顯規(guī)律，原因是可能提桶試樣中含有TiN夾雜，影響了夾雜物的總量。

圖4 鋼液中夾雜物含量

鋼液中夾雜物總量和10μm以上的夾雜物數(shù)量如圖5所示，RH階段夾雜物數(shù)量變化規(guī)律不明顯。中間包沖擊區(qū)位置10μm以上夾雜物數(shù)量最少，塞棒位置高于沖擊區(qū)位置，說(shuō)明中間包鋼液中夾雜物是在碰撞長(zhǎng)大。加Ti以后的氧化物夾雜數(shù)量明顯減少，原因是加Ti前鋼液中群簇狀A(yù)l2O3夾雜增加了氧化物夾雜的總量。除此，不同爐次鋼液中氧化物夾雜數(shù)量變化規(guī)律并不明顯。

圖5 鋼液中較大尺寸夾雜物數(shù)量

2 RH操作的影響

2.1 Al-Ti間隔時(shí)間

選取高級(jí)別IF鋼澆次的2爐鋼，在加鋁完成后，每間隔1 min取樣檢測(cè)夾雜物。DR07鋁脫氧后鋼液中的夾雜物組成如下頁(yè)圖6所示，全是Al2O3夾雜（群簇狀為主）。夾雜物含量變化如圖7所示，其中大尺寸夾雜物含量變化規(guī)律與總量變化規(guī)律相同。首先此時(shí)的夾雜物總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純循環(huán)3 min以后的夾雜物含量（5～10倍）。其次兩爐鋼的夾雜物含量差別較大，1 min時(shí)2號(hào)爐鋼液夾雜物含量（6000）遠(yuǎn)高于1號(hào)爐（1400），可能的原因是2號(hào)爐脫碳終點(diǎn)氧410×10-6高于1號(hào)爐的300×10-6，脫氧加鋁后生成的Al2O3夾雜較多。雖然2號(hào)爐初始夾雜物含量較高，但是隨時(shí)間變化，夾雜物含量明顯減少，3min以后夾雜物總量為1000μm2/mm2左右，與1號(hào)爐鋼液中夾雜物含量相當(dāng)。2號(hào)爐夾雜物含量變化更符合常識(shí)，4 min左右時(shí)鋼液中夾雜物含量最低，1號(hào)爐夾雜物5 min時(shí)含量最低。

圖6 鋁合金化以后鋼液中的夾雜物

圖7 夾雜物總量變化

2.2 RH純循環(huán)時(shí)間

取3爐高級(jí)別IF鋼的鋼水試樣，方法為加Ti后每間隔1 min取1個(gè)鋼水餅狀試樣，水冷。使用電火花光譜儀檢測(cè)鋼水成分，分析Als與全TAl質(zhì)量比值，使用電鏡能譜儀統(tǒng)計(jì)夾雜物含量，分析夾雜物組成和總量變化。

鋼液中全鋁是由酸溶鋁（Als）和酸不溶鋁組成的，理論上酸不溶鋁主要是鋁的氧化物夾雜，因此m（Als）/m（TAl）的值可以從側(cè)面反饋鋼水的潔凈度，部分廠家要求m（Als）/m（TAl）值要大于90%。圖8顯示試驗(yàn)爐次m（Als）/m（TAl）值都在93%以上，其中2爐純循環(huán)6 min時(shí)m（Als）/m（TAl）值存在明顯升高的趨勢(shì)，說(shuō)明此時(shí)鋼水潔凈度相對(duì)較好。

圖8 純循環(huán)時(shí)間對(duì)鋼水成分和Als的影響

電鏡分析結(jié)果顯示，RH純循環(huán)時(shí)鋼液中夾雜物主要是Al2O3，部分夾雜物中含有少量的Ti元素。鋼液中夾雜物含量變化如圖9所示，純循環(huán)1～3 min之間，夾雜物含量顯著降低，3 min后夾雜物總量基本穩(wěn)定。其中2爐鋼的5μm以下的夾雜物總量，在RH純循環(huán)6 min時(shí)有一個(gè)降低趨勢(shì)，這與m（Als）/m（TAl）值變化結(jié)果吻合。

圖9 鋼液中夾雜物含量變化

2.3 渣中TFe的影響

選取RH出站時(shí)鋼包渣中TFe含量不同的爐次，分析夾雜物含量的變化。所選爐次RH出站的夾雜物總量基本相當(dāng)，但是中間包鋼液中夾雜物總量相差較大。因?yàn)镽H出站到中間包階段的夾雜物增量不同，如下頁(yè)圖10所示。夾雜物增量和渣中TFe含量存在正的線性關(guān)系。渣中w（TFe）≤5%時(shí)，夾雜物總量基本不變。但是此時(shí)鋼液中小尺寸夾雜物同樣存在逐漸變成大尺寸夾雜物的趨勢(shì)。

圖10 渣中w（TFe）對(duì)夾雜物增量的影響

3 結(jié)論

1）IF鋼在RH工序加Ti合金會(huì)增加約5×10-6氮，此后鋼液中氮含量基本不變，中包鋼液氮含量都在20×10-6以下。

2）加Ti前鋼液中夾雜物是Al2O3，加Ti后鋼液中夾雜物是Al-Ti-O復(fù)合夾雜，RH冶煉和連鑄過(guò)程中夾雜物成分基本不變。RH冶煉時(shí)大尺寸夾雜物是低熔點(diǎn)鈣鋁酸鹽，中間包大尺寸夾雜物顯著變小，主要是Al2O3和Al-Ti-O復(fù)合夾雜。

3）鋁-鈦間隔時(shí)間試驗(yàn)部分結(jié)果顯示4 min時(shí)鋼液潔凈度較好。RH純循環(huán)3 min后夾雜物總量基本沒(méi)有變化，5μm以下的小夾雜總量在純循環(huán)6 min時(shí)有所降低，這與Als/Alt比值變化結(jié)果吻合。

4）脫碳終點(diǎn)氧影響RH出站夾雜物，渣中TFe含量影響RH出站到中間包階段的夾雜物增量，建議控制w（TFe）≤5%。