精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物的影響分析

黃鼎欽

（廣西 玉林 537726）

鋼中夾雜物的組成、大小、數量、形態和分布對鋼性能的影響起了決定性作用，精煉渣是影響304不銹鋼夾雜物類型的關鍵因素，我國已經對此進行了眾多研究，但是因為多為實驗室研究，對實際工業大規模生產還存在一定差異。想要進一步提高304不銹鋼產品質量，就需要在原有的研究基礎上，針對精煉渣影響304不銹鋼夾雜物的各項因素進行深入研究，例如基于目前不銹鋼工業冶煉中AOD工位進行模擬分析，選擇常規硅為終脫氧劑，應用CaO-SiO2-Al3O2-MgO-CaF2五元渣系，確定堿度變化對304奧氏體不銹鋼內夾雜物含量的影響，進而掌握精煉過程中渣系堿度變化對304不銹鋼連鑄坯中夾雜物成分的影響規律，提出相應的解決措施，進一步提高304不銹鋼產品質量。

1 304不銹鋼生產工藝

工業生產304不銹鋼時部分情況下鋼水是通過鋼渣混出的方式得到，決定了出鋼后存在較大量的鋼包渣，精煉前還需要做更進一步的扒渣處理，即將多余的鋼包頂渣全部扒掉，確保LF調渣環節石灰與螢石加入量在標準范圍內。然后由LF繼續造精煉渣來對鋼水進行精煉和提純處理，其中要控制連鑄坯寬度在（1100～2050）mm×200mm范圍，并控制拉速為在0.85～1.35m/t左右，連鑄中包溫度在1480～1510℃之間[1]。

生產工藝結束后得到304不銹鋼，還需要對其進行專業試驗，確定其性能參數是否達標設計標準。一般多采用夾雜物自動圖像分析、TC600氧氮分析儀以及掃描電鏡等儀器進行檢測確定。其中，TC600氧氮分析儀可以準確檢測鋼產品中全氧質量分數，而鋼液中的溶解氧質量分數則需要利用賀利氏Multi-lab Celex鋼水定氧儀在線檢測[2]。另外，還可以通過X射線熒光光譜分析儀檢測確定爐渣成分，通過夾雜物自動圖像分析系統統計確定夾雜物的數量、粒徑以及成分。在此基礎上搭配應用掃描電鏡，還能夠對個別典型夾雜物的形貌以及形譜成分做更為詳細的研究。通過多項專業試驗后，可以掌握304不銹鋼加工參數，并確定夾雜物成分，對做304不銹鋼生產工藝的研究具有非常積極的意義。

2 精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物影響分析

304不銹鋼液中溶解氧質量分數高低主要受硅脫氧影響，通過FeSi與SiMn脫氧處理后，首先會形成含有Si和Cr的夾雜物，然后會組成產生SiO2與Cr2O3。在此基礎上進行精煉，控制堿度較低條件，不銹鋼液中存在的夾雜物主要為硅酸鹽系，但是相應的S質量分數會有一定程度上增加，這樣就決定了AOD還原期與脫硫期階段精煉渣的最佳組成成分存在差異。

304不銹鋼在還原期階段，利用Al脫氧，得到的為最常見的Al2O3夾雜物，屬于脆性不變形氧化物夾雜，將會對鋼材質量和性能產生嚴重不良影響，如果不銹鋼液內含有的Al2O3夾雜物量過多，便會造成澆注水口堵塞。就工業生產實踐經驗所得，鋼中夾雜物種類以及數量是影響鋼產品最終質量的關鍵因素。而Al脫氧不銹鋼過程中還會生成MgO·Al2O3尖晶石夾雜物，是影響鋼材表面質量的重要因素。

為了解精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物的影響，本文對304不銹鋼還原期以及脫硫期進行了熱模擬試驗，通過試驗過程來判斷不同精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物形貌、種類、尺寸以及分布等情況產生的不同影響，爭取能夠為工業生產提供技術指導[3]。

3 試驗過程與結果分析

3.1 試驗過程

3.1.1 試驗材料準備

選擇工業生產條件下的304不銹鋼材料，渣料則選擇應用CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2五元渣系，并通過化學純試劑進行標準配置后得到產物用于試驗。所用材料前后共進行了多爐模擬試驗，且每次試驗所用渣系分為兩批加入，用于還原期和脫硫期的渣系成分模擬。7爐試驗還原后期渣系成分（質量分數，%）結 果 為 ：CaO 40～60，SiO230～40，Al2O37～9，MgO 8～14。吹氧前鋼液成分（質量分數，%）結果為：Mn 0.88，SiO 0.47，Cr 18.3[4]。吹氧后鋼液成分（質量分數，%）結果為：Mn 0.2～0.5，SiO 0.25～0.42，Cr 2～5。

3.1.2 試驗步驟

綜合工業生產條件與所選原料的差異，應選擇與之相應的供氧方法，本次試驗分別采用了高供氧條件與低供氧條件下還原，搭配脫硫操作進行模擬實驗。通過模擬試驗后，確定不同精煉渣堿度對鋼液內全氧質量分數以及夾雜物的形成產生的不同影響。

圖1 不同精煉渣堿度下小于5μm的夾雜物分布圖

最終確定于電阻爐內進行實驗，利用φ65mm×80mm電熔鎂坩堝盛裝鋼料，并應用雙鉑銠熱電偶測溫。整個試驗步驟為：選擇1kg的304不銹鋼材料放入到MgO坩堝內，并在外側套裝石墨坩堝，并將兩者一同放入到MgSi2爐內，應用600℃以上條件通入氬氣保護，調整流量為1NL/min，另外達到1400℃后，調整流量為3～5NL/min[5]。通電持續升溫達到1600℃，恒溫保持10min，然后從中取出鋼樣#0。高供氧條件下對鋼樣持續吹氧20s，低供氧條件則持續吹氧15s。調整流量為2NL/min后，選取鋼樣#1，并加#1渣料，溶清后加入10g硅鐵，然后計時5～10min后取鋼樣#2、#3，并加入#2渣料。20、30、40min后分別取鋼樣#4、#5、#6。于低供氧條件下繼續在60、90、120min時取鋼樣#7、#8、#9鋼樣，研究分析試驗平衡條件。

試驗結束后，應用氧氮聯合分析儀對全氧和氮的質量分數進行測定，并對試樣進行金相定量以及掃描電鏡分析，對比精煉過程中以及不同精煉渣堿度條件下所產生的夾雜物種類和形態。

3.2 結果分析

3.2.1 高供氧條件下精煉全氧質量分數

所有爐中第3爐所應用渣系堿度最大，精煉10min后鋼液內全氧質量分數逐漸下降到較低水平，然后降低速度逐漸減慢。相比較而言1爐與2爐內的鋼液全氧質量分數于精煉20min后才陸續降低到一個較低水平。通過不同爐試驗結果對比可知，精煉渣堿度越高對鋼液內的全氧越有利。同時，分析試驗過程與終點全氧質量分數，可確定鋼液內全氧質量分數基本上均會隨著精煉渣堿度的增加而有所降低。當試驗進行到10min后進入到脫硫階段，1爐與2爐相比鋼液內全氧質量分數始終前者小于后者。產生此種情況的原因為加入了#2渣料，使得脫硫階段1爐精煉渣堿度更大。

3.2.2 低供氧條件下精煉全氧質量分數

低供氧條件下試驗結果與高供氧試驗結果相似，試驗前20min內全氧質量分數急速降低，然后降低速度逐漸減緩，而試驗進行到120min左右時，鋼液內全氧質量分數基本上不在發生變化，脫氧反應達到了平衡狀態。

3.2.3 精煉過程夾雜物成分與形貌變化

選擇掃描電鏡與能譜儀對低供氧條件下試樣的夾雜物形貌以及成分進行檢測分析，結果可知第4爐低供氧條件下終點試樣夾雜物類型基本相同，為Al2O3-SiO2-CaO-MgO復合夾雜，但是夾雜物成分存在一定差異。可判斷精煉終鋼中主要夾雜物種類為球狀硅酸鹽夾雜物，同時還伴隨有少量的Al2O3夾雜物。由專業研究文獻可知，硅酸鹽夾雜物形態與含量在一定程度上會對304不銹鋼橫向冷彎性能產生影響，尤其是內部含有較大含量的CaO夾雜物為脆性夾雜，會直接影響到304不銹鋼熱加工效果[6]。

3.2.4 精煉過程終點夾雜物尺寸變化

對低供氧條件下的第4爐試樣進行打磨以及拋光處理，選取大約8mm2的面積應用光學顯微鏡進行觀察，確定每個試樣于放大200倍條件下的結果，并搭配圖像處理系統，完成夾雜物視場的自動以及半自動處理。精煉渣堿度不同，以及不同精煉時間下夾雜物個數與尺寸也會產生變化。在還原階段各爐試驗過程中尺寸不足5μm的夾雜物所占比例逐漸增加，判斷精煉渣對夾雜物具有一定吸附作用，使得夾雜物的尺寸越來越小。試驗結果如圖1所示，在精煉渣堿度逐漸增大的情況下，還原期相同時間下尺寸不足5μm的夾雜物所占比例會逐漸增大，根據此可判斷精煉渣堿度越大對于小尺寸夾雜物的生成有一定推動作用。當堿度大于2時，終點試樣中夾雜物小于5μm的分數較大，且明顯大于堿度為1.5的實驗。可見堿度大于2是有利于細小夾雜物生成的，生產中建議采用堿度大于2的精煉渣系對鋼液進行處理。

4 結束語

304不銹鋼因為其性能的優越性被廣泛的應用到各個領域中，而為了保證其加工質量達標，還需要基于試驗研究和實際生產進行綜合分析，確定不同條件下夾雜物的生成特點。本次試驗將不同精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物形貌與成分的影響進行了討論分析，發現隨著精煉渣堿度不斷增加，對于小尺寸夾雜物的形成更為有利，這可以作為對304不銹鋼產品生產工藝進行調整優化的依據，進一步提高304不銹鋼產品質量。