降低400系不锈钢中夹杂物级别的优化改进措施

殷齐敏，赵 刚，李江江，尚伟平，汪丽丽

（山东泰山钢铁集团有限公司 不锈钢炼钢厂，山东 莱芜271100）

1 前言

400系不锈钢，如410、430等钢种，常规生产主要采用硅脱氧而不是铝脱氧，这有效地降低了钢种脱氧成本，同时结合TSR不锈钢精炼炉顶底复吹和先进的一、二级自动化控制程序，可以在不采用铝脱氧的情况下，保证钢水洁净度满足钢种要求，在一定程度上也改善了连铸钢水的可浇性。然而由于冶炼过程加入的硅铁、高碳铬铁等合金以及各类耐火材料中均含有一定量的Al元素，即使不采用铝脱氧工艺，成品检验也存在B类即Al2O3类夹杂物。该类夹杂物在钢水中充分地去除一般采用钙处理、调整精炼渣系的途径。本研究通过探讨合理的钙处理量及调整精炼渣系碱度，有效地去除钢液中的B类夹杂物，效果明显。

2 B类夹杂物的成因及特性

几乎所有钢材的机械性能很大程度上都取决于能产生应力集中的夹杂物和沉淀析出物的体积、尺寸、分布、化学成分以及形态，其中夹杂物尺寸和形态的影响尤为明显。B类夹杂物主要为采用铝脱氧工艺产生的氧化铝夹杂。大部分脱氧产物Al2O3可以在吹氩和镇静过程中上浮去除，但在钢中过剩［Als］存在的情况下，仍极易在连铸过程中再氧化重新生成B类夹杂。在400系不锈钢中，在采用硅脱氧的情况下，很难会因为脱氧产物导致B类夹杂物的产生，也是由于加入钢水的硅铁、高碳铬铁等合金含有一定量的Al，导致B类夹杂物的产生。

B类熔点高、硬度高，呈团状或簇状聚集于钢水中，轧制后夹杂物颗粒本身几乎不变形，但整体排列呈长条状或串链状，未经改质处理的该类夹杂，是形成轧材脆性集中、疲劳强度降低、导致钢基体内微裂纹的主要因素［1］。在400系不锈钢轧制过程中B类夹杂物突出表现为表面起皮缺陷，缺陷电镜形貌见图1。该类夹杂物在钢水中充分的去除一般采用钙处理、调整精炼渣系的途径。

图1 400系不锈钢表面起皮缺陷电镜分析

3 降低钢中B类夹杂物的措施

3.1 钢水钙处理工艺

3.1.1 钙处理机理

非金属夹杂物的处理方式有多种，其中研究最成熟、最有效且应用广泛的是钙改质处理方式。钙处理基本化学反应如下：

由于钙具有较强的活性，通常钙以喷粉或喂线形式加入钢水与Al2O3反应获得较好的变性，氧化物夹杂变为小球状。夹杂物球化率的提高，有利于连铸坯中大颗粒夹杂物的去除。钙除了自身具备脱氧、脱硫能力外，还可以以形成钙气泡的形式促进夹杂物的上浮去除，同时适当的钙处理量可以使得复合氧化物的熔点降到最低，便于夹杂物被渣充分吸附。而钙处理环节关键为钙处理量的确定。

3.1.2 钙处理量的确定

以往的钙处理工艺存在处理量越多钢水洁净程度越高的误区，过度处理的钢水反而会因为生成物质熔点高、在钢水中上浮困难等问题，导致钢水洁净程度随处理量的增大而下降。图2为相关文献在与400系不锈钢相似的钢水条件下，进行钙处理过程中物质浓度的变化曲线，可以看出，在采用硅脱氧的不锈钢精炼环节，应选择液态夹杂物中SiO2最大值处作为合适的钙加入量点。因为钙的加入是为了降低Al2O3在夹杂物中的含量，如果SiO2降低了，就表明钙与Al2O3的反应完毕，而开始和SiO2反应，所以在钙与SiO2开始反应的临界时刻为最优加入量［2-3］。

图2 不同钙加入量物质浓度的变化曲线［2］

参考图2，可确定400系不锈钢精炼钙处理环节最佳钙处理量为75 g/t，根据钢水量等可计算出每炉的喂钙线量（见表1）。

表1 400系不锈钢控制参数及物料指标

3.2 精炼渣系优化

3.2.1 精炼渣系分析

精炼渣是吸附、去除钢液中夹杂物的重要反应介质，渣系组成决定了其理化性能。因此，优化渣系组成是去除B类夹杂物的关键。

在三元渣系相图中CaO含量为55%～65%的区间内（二元碱度1.0～2.3），组分熔点是先降后升，尤其是在形成更为稳定的硅酸盐相后，熔点可高达2 100℃以上［3］。这种渣黏稠度高、流动性差，导致钢渣界面对夹杂物的吸附极为不利。因此应选择低二元碱度的渣系。熔点最低的区间约分布于CaO含量55%左右，即碱度1.2，但过低的渣碱度同样会导致渣吸附氧化物的能力下降。综合考虑，精炼渣系既要有较好的流动性和较低的熔点，又要保证碱度。在生产实践中，一般使用萤石来平衡渣系中熔点与碱度的关系。

3.2.2 萤石的作用

萤石的主要成分为CaF2，所起的作用是解体硅酸盐离子，使硅酸盐高分子团的形成受到阻碍，高熔点化合物的结构链被打断，所形成的化合物则为熔点较低的CA相，而在该相区内，渣系熔点是随碱度降低而降低的。

3.2.3 渣系优化对比

针对以上分析，在410S不锈钢实际生产中进行了试验验证。LF工序喂纯钙线300 m，LF精炼渣系二元碱度由2.3降低至2.1，同时配以约25%的萤石，共计进行261炉对比试验。LF精炼渣系碱度调整前后对比见图3。表2为试验炉次取样进行的夹杂物检验评级。

图3 LF精炼渣系碱度调整前后对比

表2 精炼渣系优化前后参数及夹杂物评级

由表2可知，渣系优化后，即在保证300 m纯钙线喂入量的前提下，在渣系二元碱度降低，同时配加萤石化渣的炉次，B类夹杂物级别明显降低。

4 结语

围绕LF钙处理质量和LF渣系调整两个主要方向进行了降低400系不锈钢B类夹杂物的优化实践，结果表明，在维持300 m纯钙线喂入量，保证钢水充分钙处理量的前提下，渣系二元碱度由2.3降低至2.1，同时配以25%左右的萤石化渣，可以有效降低400系不锈钢中B类夹杂物缺陷，B类夹杂物≤0.5级合格率达到95%，效果明显。