低倍夹杂来源及控制
2014-09-13付宪强马忠存谢奎龙
付宪强，马忠存，谢奎龙
(北满特殊钢有限责任公司， 黑龙江 齐齐哈尔 1610411)
我公司生产的锻件材，在超声检测时出现了批量不合，约占3.8%，主要是中碳CrMo钢，经超声检测定位后切取低倍试片，酸浸后评定为低倍夹杂，使锻件材报废，严重影响了合同交付并造成了很大的经济损失。因此我们开始研究低倍夹杂。
1 低倍夹杂缺陷研究
1.1 夹杂低倍形貌(42CrMo钢)
图1 夹杂低倍形貌
1.2 夹杂高倍形貌
图2 夹杂高倍形貌(100×)
1.3 低倍试片缺陷处成分
图3 夹杂物能谱图
经电流扫描，由图3可以看出，主要含Al、Ca、Mg的氧化铝类复合夹杂物。
1.4 低倍夹杂缺陷形成机理
查阅相关资料得知，低倍夹杂是由冶炼或浇注系统的耐火材料或异物进入并留在钢液中所致。
大颗粒的夹杂物主要为氧化物，来源复杂，多数情况下为外来夹杂物和高温钢水沉淀的内生夹杂物。受耐材、炉渣、空气氧化等影响越大，颗粒尺寸越大。大颗粒夹杂在很多情况下都含有氧化钙，钢渣是大颗粒夹杂的重要来源之一。其次如耐材熔损脱落、脱氧产物、二次氧化等也是大颗粒夹杂的主要来源。[1]
1.5 低倍夹杂缺陷位置
由图4可以看出，低倍夹杂缺陷72.6%发生在钢锭尾部。
根据矩阵图，得出冶炼工序控制低倍夹杂的措施：
(1)提高电炉出钢C的质量分数，避免或杜绝过氧化出钢，中碳钢目标≥0.12%；
(2)电炉出严禁下渣，如下渣则倒渣处理；
(3)钢水到LF工位喂Al线100～150m(电炉公称30t，出钢量35的t；铝线0.20kg/m)；
图4 低倍夹杂缺陷位置图
(4)LF精炼脱氧要充分，白渣精炼时间≥30min；
(5)VD后氩气软吹要禁止钢液面裸露和剧烈搅动翻腾，时间≥25min；
(6)成品铝控制在规格下限，目标不超过0.025%。
2 生产过程分析及措施
2.1 通过Minitab软件进行逻辑回归，冶炼工序的冶炼过程的电炉出钢碳，出钢是否下渣，到LF位沉淀脱氧用铝量，LF精炼白渣时间，VD后软吹时间，成品铝含量对低倍夹杂影响较大。
(事件概率1即为产生低倍夹杂的概率)
图5 低倍夹杂缺陷预测概率矩阵图
2.2 钢渣成分的控制
为提高钢渣吸附Al2O3夹杂物的能力，我们将钢渣中Al2O3由15%～20%提高至25%～30%，采用含有Al2O3的造渣材料材增加其在渣中的质量分数，在电炉出钢后加在渣面及LF精炼过程加入，同时控制渣碱度(R=CaO/SiO2)在3～5，渣料成分如下：
表1 渣料成分(%)
2.3 LF精炼结束后对钢液进行钙处理
保证钙处理效果，它对钢锭纯净度有很大的影响。华中理工大学乔学亮等人的研究表明：在长条的硫化物夹杂中几乎没有钙的存在；当硫化物中钙质量分数逐渐增加时，其形状向纺锤形靠近，说明钙可以使硫化物得到改善。钙使钢中Al2O3夹杂物尽可能的转化为低熔点的12G.7A，或使圆球状铝酸钙外层包覆(Ca、Mn)S,促使其长大上浮，提高钢液的纯净度。[1]
2.4 对铸锭工序的耐材进行清理
(1)滑动水口系统引流砂、安装料造成非金属夹杂。
预防措施：
a安装好上下滑盒后必须清理干净附着在上下水口内的残料，上水口残渣、残钢，组装好在调试前必须再次用压缩空气吹扫干净水口内的各种料和残渣。
b开浇前在中注管外引流大于400kg。
c不开浇烧氧时，应多准备烧氧管，烧氧管折成85～105℃角，长度不得超过550mm，伸入水口内部分不得有弯头；见流必须立即关闭氧气阀门。
(2)中注管填料造成填料非金属夹杂。
预防措施：
中注管填砂必须干燥，填料时用铁棍敲打中注管铁壳，同时转动漏斗砖使砂子填实。填砂量高于铁壳上平面。
(3)流钢砖带来的非金属夹杂。
预防措施：在砌筑前必须认真选择，有裂纹、掉牙和不规则的不能用，并清刷干净内孔的飞边、毛刺及异物。
(4)保护渣造成的非金属夹杂。
预防措施：
a浇注开浇不能过猛，严禁有反射水口喷射现象。
b坐模水口必须对正，不得有偏眼，坐完模后用手电照射检查是否存在眼不正的情况，如不正重坐。
c过程需补加保护渣，应将袋撕开撒入，严禁成袋扔入，严禁在调流时加保护渣。
(5)流钢砖与砖的接口抹泥造成的非金属夹杂。
预防措施：
a砌砖过程中，砖牙、砖孔内不得进入泥砂，抹泥时，泥料应低于公牙平面5mm。
b砌砖完毕要用手电和镜片观察流钢砖内的情况，使用钢丝绳缠胶布进行清理。
(6)其它异物造成的夹杂。
预防措施：
a镶砖后，汤道、锭盘吹干净后用塞子将尾砖眼及中心砖孔塞严。
b坐好中注管，帽口后，将中注管、模口盖严。
(7)浇注过程裹入的夹杂。
预防措施：
开浇前，先在注余引流大于400kg，引流后到中注管开浇，如不开浇需二次烧氧，将纸板折成的“尖帽”扣在漏斗砖上，将漏斗扣严，以便将烧氧的杂质排到中注管外。
(8)浇注下渣造成非金属夹杂。
预防措施：
a VD前根据称显示的钢水重量，确定可浇注的锭型及支数。
b 每包钢水的注毕，余钢量大于2块注余。
(9)二次氧化造成的非金属夹杂
预防措施：
浇注时使用改进后双氩气导管的保护罩；氩气罩下沿与喇叭砖上沿垂直距离≤1cm；氩气压力控制在0.02～0.03MPa。
3 结语
夹杂物是炼钢过程的必然产物，在现有的技术条件下不可能做到完全消除，因此我们采取措施后，低倍夹杂不合格率为0.2%是能够接受，但是我们还要做到减少夹杂物的数量，改善夹杂物的形态和分布。
在冶炼过程要做好精炼脱氧，夹杂物的变性处理及上浮去除。同时要杜绝二次氧化，做好浇注系统的清洁，减少外来夹杂，如炉渣、浇注系统耐材、炉衬耐材的卷入和脱落。
[1]张玉亭. 大型船用碳锰钢轴类锻件夹杂物来源及控制[J].大型铸锻件，2013(03)：14-15.
