敬業(yè)煉鋼廠連鑄板坯夾雜物

劉玉生，么洪勇，張彩軍

（1.河北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院，河北 唐山063009；2.唐山鋼鐵股份有限公司 第一鋼軋廠，河北 唐山063016）

0 引 言

河北敬業(yè)集團(tuán)煉鋼廠（北區(qū)）于2008年3月份建成投產(chǎn)，主要設(shè)備為1座1300t高爐、1套鐵水預(yù)處理、1座150t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、1套LF鋼包精煉爐、一臺(tái)兩機(jī)兩流板坯連鑄機(jī)，主要為中厚板廠提供合格板坯，年產(chǎn)板坯160萬(wàn)噸。連鑄機(jī)鑄坯產(chǎn)品規(guī)格厚度：180 mm、200 mm、220 mm、250 mm四種厚度，寬度：1050～1600 mm，定尺長(zhǎng)度1800～2800 mm，主要生產(chǎn)的鋼種為碳素結(jié)構(gòu)鋼。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，市場(chǎng)對(duì)鋼材的需求量也越來(lái)越大，對(duì)鋼材質(zhì)量的要求也越來(lái)越來(lái)高。減少并控制夾雜物數(shù)量，尤其是鋼水的脫氧產(chǎn)物的控制成為減少鋼中非金屬夾雜的關(guān)鍵[1]。針對(duì)這一現(xiàn)象，敬業(yè)煉鋼廠與河北理工大學(xué)合作開(kāi)展了敬業(yè)鋼廠鑄坯夾雜物的研究。

1 研究方法與試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)選取Q235B鋼種，化學(xué)成分如表1所示：

表1 Q235B鋼種成分／%

本次試驗(yàn)進(jìn)行了1個(gè)澆次，連續(xù)3爐的取樣，即進(jìn)行轉(zhuǎn)爐出鋼后，喂絲，精煉，中間包前期、中期、后期，共18個(gè)鋼水試樣。

通過(guò)采用金相實(shí)驗(yàn)、掃描電鏡、氮氧分析等研究手段對(duì)Q235B鋼中的夾雜物形貌、類型、數(shù)量及來(lái)源等方面進(jìn)行研究分析。

2 鋼水試樣的氮氧分析

鑄坯的潔凈度指鋼種夾雜物的含量水平，通常情況下用 T[O]表示。鋼種的 T[O]越高，表明鋼中的夾雜物的含量越高[2]。鑄坯中的氮含量表明出鋼后在精煉和澆注過(guò)程中二次氧化的程度，[N]含量上升表明二次氧化的程度越嚴(yán)重。

對(duì)鋼水試樣的[N]、T[O]分析，如表2所示。

表2 試樣氮氧分析表

2.1 出鋼后各爐次的T[O]、[N]的變化

由圖1可以看出，由于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制不好造成多次補(bǔ)吹，致使出鋼時(shí)T[O]含量不穩(wěn)定，這樣會(huì)引起鋼中 C、Al、其他合金及夾雜物含量的上升，給精煉操作帶來(lái)不便[3]。使得精煉過(guò)程中使用脫氧劑的數(shù)量經(jīng)常變化，精煉后的鋼水成分不穩(wěn)定，鋼水中的含鋁夾雜物較多。因此煉鋼制度有待改善，特別注意要減少補(bǔ)吹，降低出鋼的T[O]。

圖1 各爐次出鋼后T[O]、[N]的含量

圖2 中間包T[O]、[N]的含量變化

2.2 各爐中間包T[O]、[N]的變化

圖2是中間包鋼水的T[O]、[N]的變化曲線，圖中1-3代表第1爐中間包前中后期，4-6代表第2爐中間包前中后期，7-9代表第3爐中間包前中后期。試驗(yàn)過(guò)程中T[O]的平均含量65ppm，夾雜物含量總體不是很高。總的來(lái)看，實(shí)驗(yàn)的各澆次中 T[O]波動(dòng)較大，并且波峰多出現(xiàn)在中期，且[N]在中期時(shí)達(dá)到波峰，說(shuō)明在澆注過(guò)程中期時(shí)出現(xiàn)了二次氧化現(xiàn)象[4]，[N]平均含量為41ppm，最高時(shí)達(dá)到了56ppm，，二次氧化比較嚴(yán)重，應(yīng)做好中間包的保護(hù)澆注工作。

2.3 整個(gè)過(guò)程的T[O]、[N]的變化

圖3中1～6代表取樣位置：1-出鋼喂絲前，2-喂絲后，3-精煉后，4-中間包前期，5-中間包中期，6-中間包后期。從圖中可以看出，出鋼后在經(jīng)過(guò)喂絲、鋼包精煉后，其鋼水 T[O]、[N]有了明顯的下降，平均降幅為 83%，夾雜物含量明顯下降。說(shuō)明精煉后對(duì)夾雜物的去除效果明顯。但各爐次[N]含量的上升比較明顯，在中間包時(shí)期尤為突出。第二爐由37ppm上升到56ppm，升幅高達(dá)51%。這說(shuō)明，在精煉后到達(dá)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)鋼水二次氧化嚴(yán)重，這與夾雜物的統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本一致。所以，應(yīng)注意精煉后鋼水的保護(hù)工作，避免鋼水吸氣現(xiàn)象。

圖3 整個(gè)過(guò)程的T[O]、[N]的變化

3 非金屬夾雜物的形貌及數(shù)量

3.1 夾雜物的形貌

通過(guò)金相觀察法對(duì)鋼水中的顯微夾雜物進(jìn)行研究：利用明視場(chǎng)觀察非金屬夾雜物的顏色、形態(tài)、大小和分布。

試樣在金相顯微鏡下的夾雜物形貌及大小，如圖4～5所示：

圖4 試樣夾雜物的顯微照片（500×）

圖5 試樣夾雜物的顯微照片（500×）

從圖 4、5可以看出，球形夾雜物居多，在每一爐的各個(gè)試樣中夾雜物的大小不一樣，分布不均勻，大部分為分散的小型夾雜物，大型的夾雜物含量較少。從形貌上來(lái)看大多分為兩種：一種是黑色球形，一種是外帶光環(huán)的褐色球形，從夾雜物的大小上來(lái)說(shuō)，多為尺寸＜13μm的夾雜，＞50μm的夾雜物幾乎沒(méi)有[5]。從透明度來(lái)看，多數(shù)具有一定的透明度。就分布而言，大部分夾雜物的分布都比較分散。

通過(guò)KYKY-2800掃描電鏡及電子探針?lè)治龇▽?duì)夾雜物的類型及成分進(jìn)行深入研究，夾雜物在電鏡下的照片及成分能譜分析見(jiàn)圖6、7。

圖6 典型Al2O3夾雜電鏡照片及能譜分析

圖7 xCaO·ySiO2類夾雜能譜及成分分析圖

由圖6、7可知，三角形夾雜的主要成分是氧化鋁，不規(guī)則形的夾雜為Al2O3和xCaO·ySiO2的復(fù)合物；個(gè)別夾雜中含有一些磷，說(shuō)明出鋼過(guò)程有鋼水卷渣現(xiàn)象。

3.2 夾雜物的數(shù)量

本次試驗(yàn)在500×顯微鏡下觀察，檢查視場(chǎng)數(shù)50個(gè)，夾雜物按尺寸分0～2.7μm、2.7～7.5μm、7.5～12.8μm、＞12.8μm四級(jí)分別統(tǒng)計(jì)。利用夾雜物的面積率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析夾雜物數(shù)量在各個(gè)位置的變化。夾雜物的數(shù)量統(tǒng)計(jì)方法：

面積統(tǒng)計(jì)公式：

式中：Q—顯微夾雜面積率，%。

Si—不同級(jí)別夾雜的平均面積mm2；

ni—各級(jí)夾雜個(gè)數(shù)；

F—視域面積，500倍時(shí)F=270×200μm2；

N—視場(chǎng)數(shù)，計(jì)算中為50。

在煉鋼基本工序：轉(zhuǎn)爐-LF精煉-連鑄過(guò)程中，對(duì)夾雜物的面積率變化的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示：

表3 各爐次夾雜物的面積率統(tǒng)計(jì)/%

由表3可以看出，從出鋼經(jīng)精煉到連鑄的過(guò)程中夾雜物的含量呈總體下降趨勢(shì)。尤其在精煉前后，面積率下降比較明顯，分別下降約74%、51%、71%，這與試樣的氮氧分析是基本一致的。而在中間包澆注后期，面積率都有不同程度的上升，夾雜物的數(shù)量不多但顆粒尺寸較大。說(shuō)明在后期換包過(guò)程中可能出現(xiàn)了卷渣現(xiàn)象，或者保護(hù)澆注措施不好，使得鋼水中的夾雜增多。

4 結(jié) 論

1）煉鋼工序中的T[O]為下降趨勢(shì)，平均降幅為83%，最低時(shí)為35ppm，尤其在精煉后下降明顯；而鋼中[N]有所上升，精煉后二次氧化嚴(yán)重，尤其在中間包過(guò)程中[N]上升顯著，升幅最高達(dá) 51%，達(dá)到了56ppm。

2）敬業(yè)煉鋼廠鋼水中多數(shù)的夾雜物直徑＜13μm，主要的來(lái)源是鋼水的脫氧過(guò)程，夾雜物多為球形的硅酸鹽，其次為三角形氧化鋁類夾雜；＞50夾雜物較少多為氧化鈣類夾雜和少量硅酸鹽類夾雜，多來(lái)源于爐渣。

3）總體上來(lái)說(shuō)，從出鋼經(jīng)精煉到連鑄的過(guò)程中夾雜物的含量呈總體下降趨勢(shì)。在精煉前后，夾雜物的面積率下降比較明顯，分別下降約74%、51%、71%，這與試樣的氮氧分析結(jié)論是基本一致的。

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[2] 卓曉軍，楊成威. 汽車(chē)用高品質(zhì)非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)過(guò)程中的非金屬夾雜物研究[J]. 鋼鐵，2008，43（6）：30-34.

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