敬业炼钢厂连铸板坯夹杂物

2011-03-21刘玉生么洪勇张彩军

华北理工大学学报(自然科学版) 2011年1期

刘玉生，么洪勇，张彩军

（1.河北理工大学冶金与能源学院，河北唐山063009；2.唐山钢铁股份有限公司第一钢轧厂，河北唐山063016）

0 引言

河北敬业集团炼钢厂（北区）于2008年3月份建成投产，主要设备为1座1300t高炉、1套铁水预处理、1座150t复吹转炉、1套LF钢包精炼炉、一台两机两流板坯连铸机，主要为中厚板厂提供合格板坯，年产板坯160万吨。连铸机铸坯产品规格厚度：180 mm、200 mm、220 mm、250 mm四种厚度，宽度：1050～1600 mm，定尺长度1800～2800 mm，主要生产的钢种为碳素结构钢。

随着我国经济发展的需要，市场对钢材的需求量也越来越大，对钢材质量的要求也越来越来高。减少并控制夹杂物数量，尤其是钢水的脱氧产物的控制成为减少钢中非金属夹杂的关键[1]。针对这一现象，敬业炼钢厂与河北理工大学合作开展了敬业钢厂铸坯夹杂物的研究。

1 研究方法与试验方案

本次试验选取Q235B钢种，化学成分如表1所示：

表1 Q235B钢种成分／%

本次试验进行了1个浇次，连续3炉的取样，即进行转炉出钢后，喂丝，精炼，中间包前期、中期、后期，共18个钢水试样。

通过采用金相实验、扫描电镜、氮氧分析等研究手段对Q235B钢中的夹杂物形貌、类型、数量及来源等方面进行研究分析。

2 钢水试样的氮氧分析

铸坯的洁净度指钢种夹杂物的含量水平，通常情况下用 T[O]表示。钢种的 T[O]越高，表明钢中的夹杂物的含量越高[2]。铸坯中的氮含量表明出钢后在精炼和浇注过程中二次氧化的程度，[N]含量上升表明二次氧化的程度越严重。

对钢水试样的[N]、T[O]分析，如表2所示。

表2 试样氮氧分析表

2.1 出钢后各炉次的T[O]、[N]的变化

由图1可以看出，由于转炉终点控制不好造成多次补吹，致使出钢时T[O]含量不稳定，这样会引起钢中 C、Al、其他合金及夹杂物含量的上升，给精炼操作带来不便[3]。使得精炼过程中使用脱氧剂的数量经常变化，精炼后的钢水成分不稳定，钢水中的含铝夹杂物较多。因此炼钢制度有待改善，特别注意要减少补吹，降低出钢的T[O]。

图1 各炉次出钢后T[O]、[N]的含量

图2 中间包T[O]、[N]的含量变化

2.2 各炉中间包T[O]、[N]的变化

图2是中间包钢水的T[O]、[N]的变化曲线，图中1-3代表第1炉中间包前中后期，4-6代表第2炉中间包前中后期，7-9代表第3炉中间包前中后期。试验过程中T[O]的平均含量65ppm，夹杂物含量总体不是很高。总的来看，实验的各浇次中 T[O]波动较大，并且波峰多出现在中期，且[N]在中期时达到波峰，说明在浇注过程中期时出现了二次氧化现象[4]，[N]平均含量为41ppm，最高时达到了56ppm，，二次氧化比较严重，应做好中间包的保护浇注工作。

2.3 整个过程的T[O]、[N]的变化

图3中1～6代表取样位置：1-出钢喂丝前，2-喂丝后，3-精炼后，4-中间包前期，5-中间包中期，6-中间包后期。从图中可以看出，出钢后在经过喂丝、钢包精炼后，其钢水 T[O]、[N]有了明显的下降，平均降幅为 83%，夹杂物含量明显下降。说明精炼后对夹杂物的去除效果明显。但各炉次[N]含量的上升比较明显，在中间包时期尤为突出。第二炉由37ppm上升到56ppm，升幅高达51%。这说明，在精炼后到达钢包回转台时钢水二次氧化严重，这与夹杂物的统计结果基本一致。所以，应注意精炼后钢水的保护工作，避免钢水吸气现象。

图3 整个过程的T[O]、[N]的变化

3 非金属夹杂物的形貌及数量

3.1 夹杂物的形貌

通过金相观察法对钢水中的显微夹杂物进行研究：利用明视场观察非金属夹杂物的颜色、形态、大小和分布。

试样在金相显微镜下的夹杂物形貌及大小，如图4～5所示：

图4 试样夹杂物的显微照片（500×）

图5 试样夹杂物的显微照片（500×）

从图 4、5可以看出，球形夹杂物居多，在每一炉的各个试样中夹杂物的大小不一样，分布不均匀，大部分为分散的小型夹杂物，大型的夹杂物含量较少。从形貌上来看大多分为两种：一种是黑色球形，一种是外带光环的褐色球形，从夹杂物的大小上来说，多为尺寸＜13μm的夹杂，＞50μm的夹杂物几乎没有[5]。从透明度来看，多数具有一定的透明度。就分布而言，大部分夹杂物的分布都比较分散。

通过KYKY-2800扫描电镜及电子探针分析法对夹杂物的类型及成分进行深入研究，夹杂物在电镜下的照片及成分能谱分析见图6、7。

图6 典型Al2O3夹杂电镜照片及能谱分析

图7 xCaO·ySiO2类夹杂能谱及成分分析图

由图6、7可知，三角形夹杂的主要成分是氧化铝，不规则形的夹杂为Al2O3和xCaO·ySiO2的复合物；个别夹杂中含有一些磷，说明出钢过程有钢水卷渣现象。

3.2 夹杂物的数量

本次试验在500×显微镜下观察，检查视场数50个，夹杂物按尺寸分0～2.7μm、2.7～7.5μm、7.5～12.8μm、＞12.8μm四级分别统计。利用夹杂物的面积率进行统计，分析夹杂物数量在各个位置的变化。夹杂物的数量统计方法：

面积统计公式：

式中：Q—显微夹杂面积率，%。

Si—不同级别夹杂的平均面积mm2；

ni—各级夹杂个数；

F—视域面积，500倍时F=270×200μm2；

N—视场数，计算中为50。

在炼钢基本工序：转炉-LF精炼-连铸过程中，对夹杂物的面积率变化的统计结果如表3所示：

表3 各炉次夹杂物的面积率统计/%

由表3可以看出，从出钢经精炼到连铸的过程中夹杂物的含量呈总体下降趋势。尤其在精炼前后，面积率下降比较明显，分别下降约74%、51%、71%，这与试样的氮氧分析是基本一致的。而在中间包浇注后期，面积率都有不同程度的上升，夹杂物的数量不多但颗粒尺寸较大。说明在后期换包过程中可能出现了卷渣现象，或者保护浇注措施不好，使得钢水中的夹杂增多。