1、http:/RH-MFB 生产过程对夹杂物的影响分析周剑丰 1，张波 2(1湖南华菱涟源钢铁集团有限公司技术中心，湖南娄底 417009；2武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，湖北武汉 430081)摘 要：对湖南华菱涟源钢铁集团有限公司新转炉炼钢厂 RH-MFB 冶炼超低碳 IF 钢生产进行了研究，分析转炉出钢中碳氧含量和温度、真空循环时间、冶炼渣成分等因素对钢液中夹杂物数量、粒径分布的影响。对 RH 精炼过程中工艺参数进行了优化。使该厂在生产 IF超低碳钢时达到 (C)3010-6、(N)3010 -6、(O)2010 -6 的技术要求，钢液成分及质量稳定。关 键 词：
2、超低碳钢；RH-MFB；夹杂物RH 作为目前生产超纯净钢和超低碳钢等高附加值钢材的主要精炼手段，其工艺参数的设定对钢材中非金属夹杂物数量、尺寸及形貌分布有着重大的影响。通过控制转炉终点钢水碳氧含量、温度、RH 脱碳结束后氧含量、合金化后循环时间及 RH 渣系氧化性等对提高成品质量性能有着具有重要的现实意义。湖南华菱涟源钢铁集团有限公司(以下简称涟钢) 新转炉炼钢厂于 2010 年 10 月开始试生产 IF 钢(无间隙原子钢 )，经过半年多的技术攻关，目前已形成了成熟的生产工艺。以涟钢生产 IF 钢为例，分析了 RH-MFB(装备了多功能氧枪装置的 RH 设备)生产过程中工艺参数的控制对钢水中夹
3、杂物的影响。1 成分设计及工艺路线11 成分设计及冶炼路线IF 级钢又称深冲压级冲压用冷轧钢板，其典型钢种成分见表 1。它具有成形性好、无时效、无屈服平台等特点，对钢液要求碳、气体含量低，夹杂物含量少，成分均匀稳定，主要用于轿车车门和车顶面板。冶炼 IF 钢生产工艺流程为：KRBOFRHCC 。高炉铁水先经过 KR 脱硫处理，使其硫含量达到转炉要求。然后经转炉吹炼，使钢液具备合适的终点碳、氧含量以及低磷、低硫含量和 RH 真空处理所需要的温度，转炉出钢过程中加适量渣料。然后进行 RH 脱碳、去夹杂及调整钢水成分、温度等，合格的钢水进行常规板坯连铸。12 RH-MFB 工艺设备涟钢新转炉炼钢厂
4、RH-MFB 真空处理装置于 2009 年 11 月投入试生产，在 2011 年初已处理钢水 10 余万吨，其主要技术参数见表 2。2 试样检测分析在 RH-MFB 精炼处理 IF 钢的过程中，分别在转炉出钢、氩站、RH 精炼过程和中间包内取样。其中，在 RH 精炼过程中分别取 RH 进站、循环 35 min、脱碳结束后、加铝合金化后 015min 和 RH 出站样，并且记录相关生产数据，进行全程跟踪。根据现场实际生产情况，累计取样 4 浇次，每个浇次从第 2 炉开始取样，经整理后有 14 炉试样完整。21 钢中氧、氮变化情况对所取 14 炉完整试样进行氧氮含量检测分析，其检测结果平均值如表
5、3。http:/从表 3 可以看出，RH 进站平均氮质量分数平均为 1210-6，这表明炉前对氮的控制较好。RH 真空脱氮主要靠脱碳期氩气泡及碳氧反应生成的 CO 气泡。处理后期氮含量相对较低，脱氮仅靠氩气泡，效果有限。真空处理过程中略有所增氮，但增氮幅度不大。连铸过程中氮质量分数比 RH 出站时平均高出 1910-6，说明在浇铸过程中存在着较为严重的二次氧化情况，保护浇铸较差。在合金化后循环过程中，随着真空循环，钢液中氧含量随着循环时间的增长而减低。净循环 9 min 以后，钢液中氧含量不降反而有所上升，说明此时的循环对夹杂物去除的作用不大。RH 处理结束至连铸过程中，平均增氧质量分数为 1
6、310-6，这主要是钢水与空气接触造成的。22 显微夹杂物形貌及类型通过对 14 炉完整试样进行金相制样，利用扫描电镜及能谱分析仪进行分析，发现其显微夹杂绝大部分为 Al2O3，其中，精炼 03 min 时发现有少量的钙铝酸盐类夹杂物和Al2O3+MnO 的复合夹杂，详见表 4。由表 4 可知，Al 2O3 存在于冶炼全程的钢液中，是钢液中夹杂物的主体部分，这些夹杂或呈簇状，或呈球状，以球状存在的 Al2O3 夹杂以弥散相存在于钢中。此外，还发现有少量的铝酸钙及硅铝酸钙的夹杂物，所占比率不到统计数量的 5。在中间包中，钢中夹杂仍以 Al2O3 为主，但总体数量较少。随着 RH 精炼过程的进行，
7、钢中的显微夹杂物能够被有效地去除 1-3。23 显微夹杂物变化情况对 RH 精炼过程中钢液中显微夹杂物的粒径分布进行检测分析，检测结果如图 1。可以看出，随着 RH 精炼过程的深入进行，钢中夹杂物数量基本呈现先增后降的趋势。进站时，钢中夹杂物数量波动较大，平均为 116 个mm 2。从合金化与精炼结束时钢中夹杂物的结果对比来看，规律不一，有的降低，有的则不降反升，这主要与 RH 的净循环时间、顶渣氧化性有较大的关系，夹杂物数量平均为 1594 个mm 2。精炼结束至浇铸过程中，夹杂物借助自身的浮力开始不断的上浮至渣层中，因此，中包钢液内的夹杂物数量呈下降http:/趋势。24 大样电解结果由于
8、 RH 处理过程中钢水循环搅拌比较充分，大型夹杂物的去除效果好。因此，试验中仅取 RH 后循环过程中及出站时的大钢样进行大样电解。钢中夹杂物的数量如表 5 所示(因取样原因，第 2 炉缺少铸坯样 )。从表 5 可以看出，合金化后，随着钢液的循环流动，大型夹杂物数量也呈现下降趋势。且钢中存在的夹杂物主要在 50m 以下。浇铸过程中，夹杂物在中包内的上浮去除，最终铸坯内大型夹杂物数量进一步降低。对电解出来的大型夹杂进行扫描电镜与能谱分析，低倍下的形貌见图 2。可以看出，合金化后 3min，钢液中存在的大型夹杂物主要是 Al2O3 类夹杂物，另有少量的 SiO2 类夹杂物，这类夹杂物主要源于被卷入的
9、顶渣。合金化 69 min 时，钢中 Al2O3 夹杂物呈现球团及块状，另有少量的钙铝酸盐类夹杂物。铸坯中夹杂物除 Al2O3 类夹杂物外，另发现有SiO2 类及含钾等硅钙酸盐类夹杂物。http:/3 RH 工艺参数对钢液中夹杂物的影响31 转炉出钢时碳、氧含量及温度的控制通过统计转炉出钢时副枪测定氧含量与碳含量的值及出站温度，分析转炉冶炼终点时C-O 关系如图 3；统计 RH 进站时碳氧含量与温度的数据，分析其关系如图 4。从图 3 可以看出，当 (C)005时，脱碳所需要的氧含量偏低，因而增加了 MFB 枪吹氧的可能性，这对于降低钢中夹杂物含量也是不利的。因此，转炉出钢 (C)应控制在 0
10、0350 05，(O)控制在(500700)http:/10-6，尽量减少因脱磷、拉碳等补吹炉次，保证转炉良好的底吹效果等，有利于提高后续RH 工艺操作的稳定性。从图 4 可以看出，随着 RH 进站碳含量的增加，其进站温度越低；随着 RH 进站氧含量的增加，其进站温度越高。这是因为在转炉出站时钢水过氧化越严重，钢水温度越高，在 RH 进站时氧含量也越高，否则反之。在图 4 中 2 条趋势线在 (C)004，(O)=45010-6 时有个交集，此处温度约为 1620。进站温度越高，钢水氧含量越高、碳含量越低，钢水过氧化越严重；进站温度过低，钢水在精炼过程中需要吹入更多的氧进行脱碳和升温，对后期钢
11、中夹杂物控制不利。因此 RH 进站温度控制在 1620左右，有利于后续RH 工艺中夹杂物的控制。32 脱碳结束后净循环时间的影响321 净循环时间对炉渣氧化性的影响分析了 RH 合金化后净循环时间与渣样中 TFe 含量，其结果如表 6。可以看出，渣中 TFe 含量在进站后有较大幅度的降低，这是因为进站后加入了顶渣改质剂，降低了炉渣的氧化性。但仍有少数炉次渣中 TFe 含量下降并不明显或不降反升。由于真空处理过程避开了顶渣，顶渣相对处于一种静止的状态，但渣钢界面间的传氧反应仍是在时刻不断的进行。渣中 TFe 含量越高，其氧活度越高，更容易在净循环阶段与钢液的 Al 元素发生二次氧化反应。渣中 (
12、TFe)10的炉次，随着合金化后循环过程的深入进行，渣中 TFe 含量下降较为明显。此外，脱碳结束后钢中氧含量越大、炉渣氧化性越强，对后期夹杂物的控制越不利，因此应该在保证脱碳效果的情况下尽量控制脱碳结束后钢中氧含量。322 净循环时间对炉渣 Al2O3 含量影响分析了 RH 合金化后净循环时间与渣样中 Al2O3 含量，其结果如表 7。加铝脱氧合金化及渣钢间发生的二次氧化反应后生成大量细小的 Al2O3 夹杂物，脱碳结束后氧含量越高，渣中 FeO 含量越高，生成的 Al2O3 夹杂物量也就随之增多。这些细小的 Al2O3 夹杂物在钢液循环、搅拌的作用下，经历着碰撞、聚集、长大等过程，最终上浮
13、至顶渣层中。结合现场取到的净循环过程中渣样结果分析来看，顶渣中 Al2O3 含量也基本呈现上升趋势，在 69 min 时，顶渣中 Al2O3 含量基本达到饱和值。之后，随着净循环时间的延长，顶渣中 Al2O3 含量仍有增加的趋势，但效果并不明显。因此，建议净循环时间基本控制在 69 min，循环效果差的炉次，可延长至 12 min。33 夹杂物对塞棒的影响http:/分析 2 个正常浇次中塞棒情况得出，中包内的夹杂物主要以小于 10m 的显微夹杂物为主，所占比例基本都在 80以上。从塞棒的上涨情况来看，其中上涨幅度较大的炉次，其小于 10m 的显微夹杂物所占比例相对较高。但从对应的金相样的显微
14、夹杂物数量来看，并无一一对应的关系。也就是说，前后炉次塞棒的上涨幅度与中包内显微夹杂物个数并不完全成正比，这与中包内的流场、前一炉次已上涨的幅度有较大的关系 4。4 工业试验41 试验条件选取经过 RH 处理的 IF 钢为试验目标，通过对精炼、连铸过程取样分析，对比分析试验前后精炼钢中氧氮含量与铸机塞棒变化情况。所选取浇次共连浇 7 炉，对现场过程控制情况记录如表 8。可以看出，该浇次中 7 炉钢基本按试验方案进行了控制，其中第 5 炉在转炉出钢时未能控制得当，出现了过氧化现象。42 钢中氧氮变化对 7 炉钢所取钢样进行氧氮含量分析，其检测结果如表 9。与表 3 对比可以看出，在对 RH 精炼
15、过程参数进行优化后，RH 结束时钢液中氧氮含量均比优化前有所降低。其中，RH 出站时的平均氧质量分数由优化前的 3510-6 降到 1610-6，降低幅度为 54，优化效果比较明显。连铸增氧质量分数则由优化前的 1310-6 降到 1010-6。RH 出站时的平均氮质量分数由优化前的 1610-6 降到 1310-6，中包氮质量分数由 3510-6 降到 1810-6，保护浇铸效果明显改善。43 连铸塞棒变化情况对该浇次 7 炉钢在浇钢过程中连铸情况进行统计，统计数据如表 10。可以看出，连浇前 5 炉过程中塞棒变化幅度较小，拉速恒定，连铸状态良好，但第 5 炉与第 6 炉塞棒有明显的上涨现象
16、，这主要是因为第 5 炉进站温度为 1611，在 RH 精炼过程中温度过低，进行了吹氧加铝升温，导致后期塞棒上涨较严重。到第 7 炉时，由于水口被侵蚀严重，塞棒也出现了上涨现象，需更换水口。http:/5 小结1)通过对小钢样进行金相制样，利用扫描电镜及能谱分析仪进行分析，发现其显微夹杂绝大部分为 Al2O3，其中，在精炼 03 min 时发现有少量的钙铝酸盐类夹杂物和Al2O3+MnO 的复合夹杂。合金化后 3 min，钢液中存在的大型夹杂物主要是 Al2O3 类夹杂物，另有少量的 SiO2 类夹杂物，合金化 69 min 时，钢中 Al2O3 夹杂物呈现球团及块状，另有少量的钙铝酸盐类夹杂
17、物。铸坯中夹杂物除 Al2O3 类夹杂物外，另发现有 SiO2 类及含K 等硅钙酸盐类夹杂物。2)转炉出钢碳质量分数控制在 00350050，氧质量分数控制在(500 700)10 -6，有利于提高后续 RH 工艺操作的稳定性；RH 进站温度控制在 1620左右，转炉出钢时温度应控制在 1680左右，有利于后续 RH 工艺中夹杂物的控制。3)脱碳结束后的净循环时间控制在 69min，循环效果差的炉次，可延长至 12 min。参 考 文 献1 叶仲超，王石扬，汪晓川IF 钢中的夹杂物J金属学报，1999，35(10) ：1057-10612 李克厚水岛钢厂优质 IF 钢的大规模生产J 钢铁研究， 1998，18(2)：62-633 朱国森，丁会香，王万军，等 IF 钢冷轧板表面缺陷研究J钢铁，2004，39(4)：54-564 崔学正连铸用浸入式水口内壁氧化铝的附着机理及防止方法J国外耐火材料， 1995(1)：57-61
