帘线钢非金属夹杂物控制技术研究.docx

帘线钢非金属夹杂物控制技术研究 帘线钢非金属夹杂物控制技术研究 本文主要对影响帘线钢质量的各种因素进行了分析，对帘线钢夹杂物大小、数量及形态控制技术等方面进行了研究。 帘线钢生产工艺 国外帘线钢生产的典型工艺路线为： 铁水预处理（脱硫，脱磷）→转炉（脱碳）→出钢合金化 FeMn FeSi→排渣→钢包精炼→大方坯连铸武钢一炼钢帘线钢生产的工艺路线为： 铁水预处理（脱硫）→转炉（脱碳、脱磷）→出钢合金化 FeMn FeSi→吹氩→钢包精炼→真空处理→软吹→方坯连铸 与国外帘线钢生产工艺相比，武钢一炼钢仍采用了真空处理工艺，主要目的是为了进一步降低钢中的氧、氮含量和夹杂物数量， 日本神户制钢最初生产帘线钢时也采用了 RH 真空处理工艺，后来经过生产工艺的优化改进，取消了 RH 真空处理环节。国外入炉铁水均进行了脱硫、脱磷处理，这为转炉的低硫、低磷、高 C 出钢创造了有利条件，可进一步降低钢中的氧、氮含量和夹杂物数量。 非金属夹杂物控制 造成帘线钢在拉拔或合股过程中断裂的最重要因素之一就是钢中非金属夹杂物，特别是硬质、不变形夹杂物，如 Al2O3 和（Mg、Mn）O·Al2O3，对高强度帘线钢的影响更为突出，因此在生产高强度帘线钢时，采用洁净钢、超洁净钢冶炼技术就显得十分必要。帘线 钢炉外精炼的目的就是合理控制顶渣成分，通过钢渣界面反应来最大限度地减少有害夹杂物的影响，并对钢中夹杂物的形态、数量和大小进行有效控制是帘线钢生产的关键性环节。 夹杂物目标化学成分 帘线钢中的夹杂物主要有两种类型，一种是来自于炉渣的 CaO–SiO2–Al2O3 系夹杂物，另一种是来自于脱氧产物的SiO–2MnO–Al2O3 系夹杂物。其中锰铝榴石（3MnO–Al2O3–3SiO2）和位于钙斜长石（CaO–Al2O3–2SiO2）和假硅灰石（CaO–SiO2） 共晶线周边区域的夹杂物属玻璃态塑性夹杂（图 1），具有熔点低（1000～1400℃），变形性好，吸附夹杂能力强，凝固过程中无外来相析出等特点，是帘线钢夹杂物控制的理想区域。 图 1 帘线钢夹杂物控制的目标化学成分 国外学者研究发现，在上述两个区域内，当 Al2O3 的质量分数为 15%～25%时，夹杂物的不可变形指数最低（图 2），如果 Al2O3 含量太高，凝固过程中Al2O3 夹杂易析出，如果Al2O3 含量太低，则凝固过程中SiO2 夹杂易析出。因此，帘线钢中理想夹杂物成分为： w（CaO）/ w（SiO2）≤1.08，w（Al2O3）= 15%～25%。 图 2 夹杂物中 Al2O3 含量对夹杂物塑性的影响 Al2O3 夹杂物控制 夹杂物中 Al2O3 含量主要由钢中 Als 含量所决定，图 3 表示了钢中 Als 含量与夹杂物 Al2O3 含量的关系，从图中可看出夹杂物中Al2O3 含量随钢中 Als 含量的增加而增加，钢中 Als 含量越高，夹杂物中 Al2O3 含量就越高。当钢中 Als 的质量分数控制在（3～6）×10-6时，便可得到理想的Al2O3 含量。即使用 w（Al）≤0.05%的 FeSi 和金属锰进行脱氧合金化处理，钢中 Als 的质量分数也远高于（3～6） ×10-6，平均达到了（20～30）×10-6。所以仅使用低铝含量的合金很难稳定得到如此微量的 Als 含量，只有通过渣 2 钢界面反应的二次精炼技术来进一步控制钢中的 Als 含量。钢中微量 Als 含量主要受精炼渣中 Al2O3 含量、渣的碱度和精炼温度所控制。图 4 表示了在 1550℃ 时，通过热力学计算得出的钢中 Als 含量与精炼渣的碱度和温度的关系，从图中可看出，钢中 Als 含量随精炼渣碱度、渣中 Al2O3 含量和精炼温度的升高而升高，当精炼渣的碱度比较高时，渣中 Al2O3 含量和精炼温度对钢中 Als 含量的影响更大。所以精炼过程中选择低碱度的酸性渣和低 Al2O3 含量的精炼渣系，同时有效杜绝精炼温度的大幅波动，可进一步降低钢中 Als 含量。 图 3 钢中 Als 对夹杂物中 Al2O3 含量的影响 图 4 酸溶铝与渣的碱度（R=CaO/SiO2）、精炼温度的关系 图 5 表示了帘线钢精炼过程中[Al]和[O]的变化趋势，传统理论认为钢水经过真空度小于 67Pa 的真空处理后，钢中的Als 会显著增加。实践表明在温度低于 1600℃时采用 MgO–CaO 衬砖钢包对帘线钢进行 VD 处理后钢中 Als 并不会增加，相反钢中的氧、氮含量会降低，进一步提高了钢水的洁净度。 图 5 钢中酸溶铝及氧含量的变化 出钢及脱氧合金化 减少帘线钢中非金属夹杂物的方法之一就是降低钢中的全氧含量。钢中内生夹杂物，即钢的脱氧产物的数量和大小很大程度上取决于转炉冶炼终点氧含量的高低。转炉吹炼采用变枪位