LF精煉過程鋼中顯微夾雜物及工藝優(yōu)化

于恒,劉占玲,王碩明

(1.河北聯(lián)合大學,冶金與能源學院,河北唐山 063009;2.河北宣化鋼鐵公司,河北 宣化075100)

0 引 言

某鋼廠為適應市場形勢發(fā)展的需要,拓展企業(yè)生存發(fā)展空間,為轉爐冶煉配備了LF精煉,以達到脫氧、脫硫、去除夾雜、生產潔凈鋼的目的。本文通過對某鋼廠20g鋼精煉過程中顯微夾雜物的類型、數(shù)量以及影響夾雜物去除的因素進行探討,為LF精煉過程顯微夾雜的控制提供理論依據(jù),并對現(xiàn)有LF精煉工藝進行優(yōu)化。

1 LF精煉工藝

LF精煉前后的工藝流程是:

轉爐出鋼→鋼包底吹氬→LF吹氬攪拌→通電升溫→造渣脫氧、脫硫→喂絲→軟吹→連鑄。轉爐出鋼過程進行脫氧合金化。

2 實驗方案

對某鋼廠生產的20g鋼分別在LF精煉前、中、后進行取樣,對LF精煉鋼樣進行試驗分析。分析主要采用金相顯微鏡觀察,掃描電鏡分析以及面積法對夾雜物數(shù)量和粒度進行統(tǒng)計。

3 試驗結果分析

3.1 氧氮分析

LF精煉過程鋼液中氧氮含量變化如圖1所示。

由圖1可知20g鋼在精煉過程中的氧氮含量變化,結果表明:

1)LF精煉前T[O]為52.362ppm,LF精煉中T[O]為56.866ppm,上升了 8.6%,LF精煉后 T[O]為42.345ppm,比LF精煉中降低了25.54%。

2)LF精煉前[N]含量為20.994ppm,LF精煉中[N]含量為26.522ppm,上升了26.33%,LF精煉后[N]含量為21.7875ppm,比LF精煉中降低了17.85%。

圖1 20g鋼LF精煉過程平均氧氮含量變化

3)在LF精煉造渣過程中吹氬攪拌,鋼液面波動較大,發(fā)生二次氧化,致使LF精煉中期鋼液中氧氮含量升高,LF精煉末期,鋼水通過弱氬氣底吹,使鋼水中氧氮含量降低。

3.2 顯微夾雜形貌與能譜分析

掃描電鏡分析鋼中顯微夾雜物知,LF精煉中期鋼液中沿晶硫化物較多,且有三處聚集狀鋁氧化物,夾雜物形貌及能譜分析如圖2、圖3和表1、表2所示。

表1 LF處理后硫化錳夾雜物成分表

表2 LF處理后氧化鋁夾雜物成分表

LF精煉后期經過喂絲,鋼水中主要是球形氧化物夾雜,其它氧化物和硫化物夾雜尺寸較小,其中鈣鋁酸鹽和鈣硅酸鹽較多。其形貌和能譜分析如圖4和表3所示。

表3 LF處理中鈣鋁酸鹽夾雜物成分表

3.3 顯微夾雜數(shù)量和粒徑分析

用面積法對20g鋼中顯微夾雜物進行統(tǒng)計,如圖5所示,由圖可知:LF處理前顯微夾雜數(shù)量為55.4個/mm2,LF處理中顯微夾雜物數(shù)量為 43.4個/ mm2,減少了12個/mm2,去除率達21.7%。LF處理后顯微夾雜物數(shù)量為75.2個/mm2,比LF處理中多31.8個/mm 2,升高了73.3%。

用體積率法對20g鋼中顯微夾雜物粒度進行統(tǒng)計,如圖6所示。由圖可知,LF精煉過程鋼液中顯微夾雜粒徑＜10μm占大多數(shù),隨著精煉過程進行,鋼液中粒徑＞10μm的夾雜比例不斷下降,精煉末期鋼液中粒徑＞10μm夾雜比例不到1%。

4 LF精煉工藝優(yōu)化

LF精煉在鋼包內保持非氧化性氣氛,從鋼包底部進行吹氬攪拌,使鋼液連續(xù)循環(huán)流動,鋼包內鋼液成分偏差極小,可達到精確控制成分的目的,使連鑄相鄰爐間存在元素濃度差極小,有效控制產品質量特性的波動;LF爐可以埋弧加熱,是一個很好的升溫手段,對于處理低溫鋼非常有效,柔性地銜接了轉爐與連鑄[1-2]。

LF精煉中期,鋼液中硫化錳夾雜和氧化鋁夾雜較多,因此LF精煉工序應保證白渣冶煉時間和靜吹時間,完成脫硫和去除夾雜物的任務。渣系采用CaO-SiO2-A l2O3-M gO-CaF2渣系,要求15分鐘內造出白渣并保持15分鐘以上?？刂圃?TFe)＜0.8%,以保證脫硫率＞60%。爐渣堿度控制在3.0～3.3,堿度低則影響脫硫率,堿度高則渣中CaO高,使渣粘度高,影響脫硫和夾雜物去除。渣中(CaO+M gO)控制在61%脫硫效果較好。為避免爐襯過于侵蝕,螢石加入量不要過多,渣中氟的質量分數(shù)控制在2.5%～4.0%。

控制氬氣流量是較為重要的環(huán)節(jié),對脫硫和鋼水純凈度有很大的影響,造渣脫硫期應采用大氣量底吹,穩(wěn)定升溫期應采用中等氣量或小氣量。鋼水的弱攪拌凈化處理技術是通過弱的氬氣攪拌促使夾雜物上浮。由于鋼包熔池深,強攪拌作用下,鋼液循環(huán)帶入鋼包底部的夾雜和卷入鋼液的渣需要一定時間上浮。這時如果弱氬氣攪拌,吹入的氬氣泡可為10μm或更小的不易排除的夾雜顆粒提供黏附基體,使之黏附在氣泡表面排入渣中,從而減少夾雜的上浮時間,另外變性的夾雜物也需要一定的時間上浮。因此對于LF精煉末期鋼液中仍有大量粒徑＜10μm的夾雜這種情況,必須保證軟吹時間不少于7min。

5 結 論

1)LF精煉前T[O]為52.362ppm,LF精煉中T[O]為56.866ppm,上升了8.6%,LF精煉后T[O]為42.345ppm,比LF精煉中降低了25.54%。

2)LF精煉中鋼液中顯微夾雜主要是硫化錳和氧化鋁夾雜,LF精煉后經過喂絲,鋼液中主要是球形氧化物夾雜。

3)LF處理過程鋼液中顯微夾雜物粒徑以＜10μm為主,LF處理前顯微夾雜數(shù)量為55.4個/mm2,LF處理中顯微夾雜物數(shù)量為43.4個/mm2,顯微夾雜去除21.7%。LF處理后顯微夾雜物數(shù)量為75.2個/ mm2,比LF處理中升高了73.3%。

4)LF精煉末期鋼液中仍有大量粒徑＜10μm的夾雜,因此需要通過弱氬氣攪拌吹入氬氣泡,為10μm或更小的不易排除的夾雜顆粒提供黏附基體,使之黏附在氣泡表面排入渣中,以達到去除夾雜物的目的。軟吹時間不少于7min。

[1] 馮聚和,艾立群,劉建華等.鐵水預處理與鋼水爐外精煉[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006:177～189.

[2] 龔堅,靳偉,張濤等.轉爐-連鑄生產20C rMoA的工藝及質量控制[J].鋼鐵,2005,40(1):35～38.