27SiMn钢夹杂物特征及控制工艺优化_吕明.pdf
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1、 第5 8卷 第6期 2 0 2 3年6月钢 铁I r o na n dS t e e lV o l.5 8,N o.6,p 6 1-7 1 J u n e2 0 2 3 D O I:1 0.1 3 2 2 8/j.b o y u a n.i s s n 0 4 4 9-7 4 9 x.2 0 2 2 0 6 7 62 7 S i M n钢夹杂物特征及控制工艺优化吕 明1,刘坤龙1,高郅喆1,宋保民2,张朝晖1(1.西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西 西安7 1 0 0 5 5;2.沙钢集团安阳永兴特钢有限公司,河南 安阳4 5 5 1 1 3)摘 要:2 7 S i M n钢中高熔点夹杂物是
2、引起探伤缺陷的主要原因。为了进一步控制2 7 S i M n钢中夹杂物,对国内某钢铁企业“B O FL FC C”工艺流程生产的2 7 S i M n钢进行研究。采用分阶段取样方式分别在L F进站、钙处理前、软吹后、中间包及铸坯中提取试样,探究2 7 S i M n钢中各工序夹杂物的特征。结果表明,L F精炼过程中,夹杂物主要以M g O-A l2O3、硅酸盐及A l2O3-C a O-M g O夹杂物为主;在软吹及浇注阶段,主要以(C a S)-A l2O3-M g O-S i O2-C a O系为主,同时钢液内存在大量C a S颗粒,表明钙处理后钢液内仍存在高熔点夹杂物。在此基础上,研究了
3、2 7 S i M n钢液内C a S及钙铝酸盐类夹杂物的热力学形成机理。发现钢液中w(A l)为0.0 2 2%时,钢液w(C a)控制在0.0 0 13%0.0 0 35%有利于1 2 C a O7 A l2O3生成;同时,为防止在钢液内大量生成C a S,阻碍A l2O3夹杂物转变为1 2 C a O7 A l2O3,w(S)应控制在0.0 0 15%0.0 0 39%。基于夹杂物特征研究和热力学计算,提出工艺优化方案,调整精炼渣碱度至3.2以上,增加渣系硫容量,同时将渣中w(A l2O3)由1 0%1 1%提高至1 3%以上,促进炉渣流动性;减少铝块脱氧剂的加入,由1 3 0k g/炉
4、降至1 2 0k g/炉;进行轻钙处理操作,硅钙线喂入量由4 0 0m/炉减少至2 0 0m/炉。并进行了工业优化试验,发现软吹后钢液内w(C a)约为0.0 0 24%,连铸阶段进一步降至0.0 0 18%左右,w(S)控制在0.0 0 2%左右;在A l2O3-S i O2-C a O-(8%)M g O体系中,夹杂物平均成分由16 0 018 0 0高熔点区进入到14 0 015 0 0液相区,钙处理效果显著改善,提高了钢材质量。关键词:2 7 S i M n;钙处理;非金属夹杂物;L F精炼;热力学文献标志码:A 文章编号:0 4 4 9-7 4 9 X(2 0 2 3)0 6-0 0
5、 6 1-1 1I n c l u s i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n t r o l p r o c e s so p t i m i z a t i o no f2 7 S i M ns t e e lL M i n g1,L I U K u n l o n g1,GAOZ h i z h e1,S ONGB a o m i n2,Z HANGZ h a o h u i1(1.S c h o o l o fM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g,X ia nU n i v e r
6、 s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y,X ia n7 1 0 0 5 5,S h a a n x i,C h i n a;2.A n y a n gY o n g x i n gS p e c i a l S t e e lC o.,L t d.,S h a g a n gG r o u p,A n y a n g4 5 5 1 1 3,H e n a n,C h i n a)基金项目:陕西省自然科学基础研究计划联合基金资助项目(2 0 2 1 J LM-3 2);陕西省教育厅服务地方专项计划资助项目(2 2 J
7、C 0 4 4)作者简介:吕 明(1 9 8 6),男,博士,副教授;E-m a i l:l v m i n g s t e e l 1 6 3.c o m;收稿日期:2 0 2 2-1 0-3 1通信作者:张朝晖(1 9 6 7),男,博士,教授;E-m a i l:z h z h h u i 6 71 2 6.c o mA b s t r a c t:H i g hm e l t i n gp o i n t i n c l u s i o n s i n2 7 S i M ns t e e l a r e t h em a i nc a u s eo f f l a wd e t e c
8、 t i o nd e f e c t s.I no r d e r t o f u r-t h e r c o n t r o l t h e i n c l u s i o n s i n2 7 S i M ns t e e l,as t u d yw a sc o n d u c t e do n2 7 S i M ns t e e lp r o d u c e db yt h e B O FL FC C p r o c e s s i nad o m e s t i cs t e e l c o m p a n y.L i q u i ds t e e lw e r es a m p
9、l e da t t h e i n i t i a l s t a g e,b e f o r ec a l c i u mt r e a t m e n t,a f t e rs o f tb l o w i n g i nL Fr e f i n i n gp r o c e s s,i n t u n d i s ha n dc a s t i n gb i l l e t.T h e s a m p l e sw e r e a n a l y z e d t o i n v e s t i g a t e t h e c h a r-a c t e r i s t i c so f
10、 i n c l u s i o n s i n2 7 S i M ns t e e l.T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n c l u s i o n sa r em a i n l y M g O-A l2O3,M g O-S i O2a n dA l2O3-C a O-M g Oi n c l u s i o n si nL Fr e f i n i n gp r o c e s s.I nt h es o f t-b l o w i n ga n dc a s t i n gs t a g e,t h e r ei se x i s t i
11、 n g(C a S)-A l2O3-M g O-S i O2-C a Oi n c l u s i o n,w h i l ea l a r g en u m b e ro fC a Sp a r t i c l e se x i s t i nt h em o l t e ns t e e l,w h i c h i n d i-c a t e s t h a t t h e r ea r es t i l lh i g hm e l t i n gp o i n t i n c l u s i o n si n2 7 S i M ns t e e la f t e rc a l c i
12、u mt r e a t m e n t.O nt h i sb a s i s,t h et h e r m o d y n a m i c a l f o r m a t i o nm e c h a n i s mo fC a Sa n dc a l c i u ma l u m i n a t e i n c l u s i o n sw i t h i nt h e2 7 S i M ns t e e l l i q u i dw e r ei n v e s t i g a t e d.I t i s f o u n dt h a tw(A l)i s0.0 2 2%w h e n
13、w(C a)i s c o n t r o l l e db e t w e e n0.0 0 13%a n d0.0 0 35%i nl i q u i ds t e e l,w h i c h i s c o n d u c i v e t o t h eg e n e r a t i o no f 1 2 C a O7 A l2O3.A t t h e s a m e t i m e,i no r d e r t op r e v e n t t h eg e n-e r a t i o no fC a S i nm o l t e ns t e e la n dh i n d e rt
14、 h et r a n s f o r m a t i o no fA l2O3i n c l u s i o n si n t o1 2 C a O7 A l2O3,w(S)s h o u l db ec o n t r o l l e d i nt h er a n g eo f 0.0 0 15%-0.0 0 39%.B a s e do nt h es t u d yo f i n c l u s i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e r-m o d y n a m i c c a l c u l a t i o n s,t h ep
15、 r o c e s s o p t i m i z a t i o ns c h e m ew a sp r o p o s e d.T h eb a s i c i t yo f r e f i n i n gs l a gw a s a d j u s t e d t oa b o v e3.2t o i n c r e a s e t h es u l f u rc a p a c i t y,a n dw(A l2O3)i ns l a gw a s i n c r e a s e df r o m1 0%-1 1%t oa b o v e1 3%t o钢 铁第5 8卷p r o m
16、 o t e t h e f l u i d i t y.T h ea d d i t i o no f a l u m i n u md e o x i d i z e rw a sr e d u c e df r o m1 3 0k gt o1 2 0k g.s i l i c a-c a l c i u m w i r ew a sd e c r e a s e df r o m4 0 0mt o2 0 0mt oc a r r yo u t l i g h t c a l c i u mt r e a t m e n t.T h e i n d u s t r i a lo p t i
17、 m i z a t i o nt e s tw a sc o n-d u c t e d,a n d i tw a s f o u n dt h a tw(C a)i nm o l t e ns t e e lw a sa b o u t 0.0 0 24%a f t e rs o f tb l o w i n g,w h i c hw a s f u r t h e rr e d u c e dt oa b o u t 0.0 0 1 8%a tt h ec o n t i n u o u sc a s t i n gs t a g e,a n dw(S)w a sc o n t r o
18、l l e da ta b o u t0.0 0 2%.I nt h eA l2O3-S i O2-C a O-(8%)M g Os y s t e m,t h ea v e r a g e c o m p o s i t i o no f i n c l u s i o n sc h a n g e s f r o mt h eh i g hm e l t i n gp o i n t r e-g i o no f 16 0 0-18 0 0t o t h e 14 0 0-15 0 0i n t h e l i q u i dp h a s e z o n e.T h e e f f e
19、c t o f c a l c i u mt r e a t m e n t i s s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e da n dt h eq u a l i t yo f s t e e l i s i m p r o v e d.K e yw o r d s:2 7 S i M n;c a l c i u mt r e a t m e n t;i n c l u s i o ne v o l u t i o n;L Fr e f i n i n g;t h e r m o d y n a m i c s 2 7 S i M n钢作为一种低合金低
20、碳调质钢,具有高强韧性、耐磨性以及高强度等特点,广泛应用于煤矿液压 支 架、油 缸、立 柱 等 关 键 零 部 件 制 造1-4。2 7 S i M n钢通常采用“B O FL FC C”的生产工艺,转炉出钢过程采用铝脱氧,产生了高熔点的氧化铝夹杂物,易造成水口结瘤,影响连铸可浇性;此外,由于氧化铝夹杂物可塑性差,严重影响钢材质量5-8。目前通常采用钙处理对氧化铝夹杂物及其衍生物镁铝 尖 晶 石 进 行 改 性9-1 2,将 夹 杂 物 变 性 为1 2 C a O7 A l2O3、3 C a OA l2O3等低熔点钙铝酸盐。钢液内存在的高熔点夹杂物是引起成材缺陷的重要原因1 3-1 7。李金
21、展等1 8对2 7 S i M n热轧无缝钢管内壁毛刺进行分析,发现与不易变形的夹杂物偏聚行为有关;何建中等1 9分析了2 7 S i M n无缝钢管轧制开裂原因,认为氧化铝及钙铝酸盐等高熔点夹杂物是管体开裂的主要原因;边锋等2 0对2 7 S i M n钢坯进行探伤缺陷研究,也发现与钢液内存在的非金属夹杂物有关。研究表明,夹杂物对2 7 S i M n无缝钢管质量影响显著。但目前关于2 7 S i M n钢中夹杂物种类变化及行为机理研究较少,孙丽媛等2 1对2 7 S i M n钢洁净度控制进行研究,通过系统分析,统计了各阶段夹杂物成分变化,然而未深入研究夹杂物演变机理。因此,有必要明确2
22、7 S i M n钢中非金属夹杂物的演变及去除机理,研究精确控制夹杂物改性的手段,以便最大程度地去除钢中非金属夹杂物,提高钢材质量。本文以国内某钢铁企业生产的2 7 S i M n钢为研究对象,通过热力学计算深入研究钙处理过程中夹杂物演变规律,并通过工业试验进行验证,最终获得钢中高熔点夹杂物的控制方法,为钙处理2 7 S i M n钢中夹杂物控制提供理论指导。1 取样分析方法转炉出钢时按照铝块、硅铁、锰硅合金的顺序加入,进行强脱氧及合金化操作;L F精炼造白渣,白渣保持期间进行成分微调,白渣精炼中期将钢液化学成分调至内控范围;精炼结束喂4 0 0m/炉硅钙线,喂线结束钢包及时加入覆盖剂保温和隔
23、绝空气,同时吹氩软搅拌,调整氩气压力保持钢液面蠕动且不裸 露,软 搅 拌 时 间 不 少 于1 5 m i n。本 试 验2 7 S i M n钢化学成分见表1。试验中L F精炼渣成分见表2。表1 2 7 S i M n钢的化学成分(质量分数)T a b l e1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o no f 2 7 S i M ns t e e l%CS iM nPSA lC a0.2 40.3 21.1 01.4 01.1 01.4 00.0 2 50.0 1 00.0 0 50.0 2 00.0 0 4表2 L F精炼终渣主要成分T a b l e2
24、M a i nc o m p o n e n t so fL Fr e f i n i n g f i n a l s l a g炉次w(S i O2)/%w(A l2O3)/%w(M g O)/%w(C a O)/%w(M n O)/%w(F e O)/%w(T F e)/%R11 9.3 11 1.0 26.6 25 5.6 60.0 30.9 40.7 32.8 821 7.4 71 0.3 85.9 45 6.5 80.1 51.9 41.5 13.2 432 0.9 51 0.6 86.2 95 6.1 40.0 61.0 20.7 92.6 8 通过提桶取样器分别在L F进站、钙处
25、理前、软吹后及中间包各环节提取钢液试样,后进行水冷。在连铸阶段截取2 0 0 mm厚度的1 5 0mm断面试样,并在L F精炼过程蘸取渣样。所取提桶样及铸坯样内 加 工 出5 mm5 0 mm棒 状 样 和1 0 mm2 0mm 2 0mm的金相样,取样及尺寸如图1所示。26第6期吕 明,等:2 7 S i M n钢夹杂物特征及控制工艺优化(a)提桶样;(b)铸坯样图1 取样及尺寸示意F i g.1 S a m p l i n ga n ds i z ed i a g r a m2 结果与讨论2.1 钢液主要化学成分及洁净度试样钢液化学成分分析见表3。L F精炼阶段,w(N)、w(O)持续降低
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- 27 SiMn 夹杂 特征 控制 工艺 优化 吕明
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