FeSi合金残余元素及对钢清洁度的影响解析.doc

FeSi合金残余元素及对钢清洁度的影响 FeSi Residuals and Their Effects on Steel Cleanliness 硅在钢包中脱氧作用，特殊要求的钢种加入硅来提高所的性能。钢中加入的硅合金有几种块状材料，主要是两种，一是硅锰合金，其中的Mn含量约为65%，硅含量约为20%，钢板都需要这类合金。另一种是硅铁FeSi，其中的硅含量为55-75%。Nucor Steel Tuscaloosa 钢厂高位料仓的限制，只能储存一种铁合金，所以本文是讨论使用75%FeSi作为合金块料加入到钢包中的。硅钙线在精炼后期的钙处理喂入，导致一小部分的硅元素进入到钢中。块状的FeSi合金含有一些残余元素，包括：Ca，Al，Ti，Mn和O。这些残余元素的含量取决于铁合金的制造方法，而不同的供应商提供的合金，残余元素含量的不同造成波动大，另外用户对这些残余元素的要求也不同，变化范围大。FeSi合金里面的Ca含量范围为0.15-1.8%按照性能要求来决定硅在钢中的含量，计算出来需要FeSi合金量。Ca的波动范围也是非常大的。Tuscaloosa钢厂生产的成品钢板其硅含量范围为0.03-0.40wt.%，钢包内加入的FeSi含量，相当于0.2-20磅（0.23-9kg）的Ca进入钢中。加上钙处理的Ca含量，总共加入Ca的重量为30-40磅（14-18kg），FeSi合金的Ca含量就达到了需要量的50%。 Nucor Steel Tuscaloosa工艺——图1是该工厂的精炼流程图，第一步是出钢，电炉出钢期间加入石灰、Al和Mn，Al用于钢水脱氧，出钢后钢包吊至精炼工位时候，完成钢的“镇静”（沉淀脱氧）。Al，CaO，造渣材料和钙铝酸盐（CaAl）加入到钢包中，形成所需要的精炼渣层，开始对钢水脱硫。 图1 精炼工艺流程图 氩气搅拌使得钢包内的钢水得到很好的混合，特别是在钢渣界面上。理想的精炼渣用B3参数控制，即检测渣的碱度，B3的计算见公式1其它参数，FeO，MnO也需检测，目的是减少FeO和MnO在渣中的含量（即给精炼渣脱氧）精炼渣的FeO和MnO总量希望低于2%。FeO和MnO的影响，Mendez团队有较为详细的阐述。 B3 = %CaO/( %CaO + %Al2O3 ) 公式1 精炼渣是整个精炼过程极为重要部分，液态渣的形成隔绝了大气（避免氧氮的吸入）形成泡沫渣包裹了精炼电极的电弧保护了钢包的耐材不受弧光的侵蚀吸收非金属夹杂和脱硫到精炼工位时，钢包内钢水的硫含量在0.040-0.090%范围内，必须脱硫，控制硫含量低于0.010%，在某些订单中，产品要求硫含量低于0.005%。有效地脱硫条件是：钢水中的含氧量低具有足够的渣来容纳硫化物高的钢水温度良好的钢渣混合。脱硫反应式见公式2. 3（CaO）+2[ Al]+3[ S ] —（Al2O3）+3（CaS） 公式2 精炼渣建立后和完成脱硫后，LMF开始净化钢水，去除钢中的非金属夹杂铝加入钢包中用于脱氧，Al2O3是主要的氧化物，氧化铝夹杂的存在恶化了连铸浇铸条件，引起钢材内部和表面缺陷。为了帮助消除钢水中的氧化物，也就是沉淀脱氧形成的Al2O3，由底吹氩形成的氩气泡将携带上浮进入渣中（氧化物/硫化物），由精炼渣来吸附这些夹杂物。假如精炼渣成分和渣量都是正确的话，精炼净化钢水过程就能够将大型夹杂物从钢水熔池中上浮，这个过程有Pretorius和Dannert团队进一步讨论钙处理喂入的钙线进一步处理仍然保留在钢中的夹杂，钙和钢水中的氧化铝为主的夹杂组合成为钙铝酸盐（铝酸钙）。粗略地说，形成50/50的CaO/ Al2O3的铝酸钙，这就是液态的铝酸钙夹杂，连铸中间包水口发生聚集成团现象，因而不堵塞水口。钙处理希望得到的是液态的铝酸钙夹杂，减少连铸中的二次氧化的发生（译注：这里说的一旦发生水口堵塞就必须更换浸入式水口，烧氧捅开中间包水口，这样造成了钢水的二次氧化。），因此，稳定连续的LMF操作对连铸工序正常生产极为重要洁净钢水，提高清洁度对性能也是至关重要的图2是钙处理前后夹杂的照片。喂入钙线处理之后，需要一定时间的弱吹氩搅拌来保证均匀地变性处理和均匀钢包内钢水温度和成分。 洁净钢的特征 钢水冶炼过程还没有钢清洁度的工业标准，许多公司致力于开发定量分析夹杂的方法，这些方法通常采用一些参数来描述夹杂特征这些参数是：夹杂的大小尺寸，夹杂的体积分数，夹杂的类型，连铸过程中固态夹杂和液态夹杂的比例，以及夹杂的分布情况。Nucor Steel Tuscaloosa钢厂使用的方法称为特征分析仪（AFA），使用扫描电镜分析出钢试样、精炼炉试样和连铸机结晶器内取的试样，用三元相图来表达夹杂的分布和尺寸。图3是钙处理后夹杂分布和大小的例子，图中黄色框内是所希望得到区域，即使并不是所有的夹