2205雙相不銹鋼冶煉過(guò)程全氧及夾雜物分析
2205雙相不銹鋼約占雙相鋼總產(chǎn)量的80%左右,由于其雙相組織的特點(diǎn)而具有較高的強(qiáng)度、較好的焊接性能和抗腐蝕性能,廣泛應(yīng)用于船舶、石油、化工和建筑等領(lǐng)域。2205雙相不銹鋼好的冶金質(zhì)量是保證其力學(xué)性能和表面質(zhì)量的前提。據(jù)報(bào)道,夾雜物是2205熱軋生產(chǎn)過(guò)程中邊裂缺陷產(chǎn)生的一個(gè)重要的影響因素,因此通過(guò)分析研究2205雙相不銹鋼冶煉過(guò)程全氧含量和夾雜物,找出鋼水中全氧含量的變化規(guī)律及夾雜物的產(chǎn)生原因,對(duì)于合理控制鋼中的全氧含量和夾雜物、提高2205雙相不銹鋼的冶金質(zhì)量及使用性能,具有十分重要的意義。
1、冶煉條件和研究方法
2205雙相不銹鋼冶煉以合金和廢鋼為原料,在電爐經(jīng)過(guò)熔化處理后,直接兌入AOD爐進(jìn)行冶煉。AOD轉(zhuǎn)爐采用FeSi合金進(jìn)行還原操作,AOD脫硫階段加入鋁塊和石灰來(lái)脫硫。AOD工序處理完畢后,到LF爐進(jìn)行精煉。由于2205雙相不銹鋼合金量大,鋼水中溶解氧含量高,因此在LF精煉過(guò)程中喂鋁線進(jìn)行深脫氧,然后加入硅鈣線進(jìn)行鈣處理。LF精煉過(guò)程加入一定量的CaO和CaF2造渣,精煉渣二元堿度控制在2.3-2.5左右;底吹氬氣量控制在0.15-0.20m3/min之間,當(dāng)成分和溫度達(dá)到要求后,將鋼液運(yùn)至連鑄平臺(tái)進(jìn)行澆鑄。本次試驗(yàn),2205雙相不銹鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1所示。
表1:2205雙相不銹鋼化學(xué)成分% C Si Mn P S Ni Cr Mo N ≤0.02 0.4-0.5 1.1-1.3 ≤0.03 ≤0.001 5.1-5.3 22.2-22.4 3.0-3.1 0.16-0.17
對(duì)1個(gè)澆次的連續(xù)2爐鋼進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn),本次試驗(yàn)在AOD還原后、AOD脫硫后、LF精煉末期以及中包澆鑄末期進(jìn)行取樣,在每個(gè)工位取球拍樣。所取球拍樣用來(lái)進(jìn)行夾雜物觀察和全氧含量檢測(cè),用掃描電鏡觀察夾雜物形貌,用電子探針確定夾雜物成分。同時(shí)在AOD還原后、AOD脫硫后、LF精煉末期取渣樣,通過(guò)渣樣結(jié)果分析各個(gè)工序夾雜物的成因。
2、結(jié)果及分析
2.1、冶煉過(guò)程全氧含量的變化
通常,鋼的總氧含量反映了鋼中總體氧化物潔凈度水平??傃鹾康?,表明鋼中氧化物夾雜較少,潔凈度較高。在AOD-LF-CCM過(guò)程,全氧含量的變化如圖1所示。從圖1中可以看出,隨著AOD冶煉、LF精煉和連鑄過(guò)程的進(jìn)行,鋼水中全氧含量呈逐漸減小的趨勢(shì)。2205雙相不銹鋼在AOD的冶煉過(guò)程中有相當(dāng)數(shù)量的鉻被氧化進(jìn)入爐渣。因此AOD還原階段采用硅鐵進(jìn)行還原操作,目的是還原渣中被氧化的鉻以及降低鋼水中的氧含量,還原后鋼水中的全氧含量降低到182ppm;AOD脫硫階段通過(guò)加入鋁塊和石灰來(lái)脫硫。鋁塊的加入使鋼水中全氧含量又有所降低,為97ppm;LF精煉過(guò)程中喂鋁線進(jìn)行深脫氧,然后加入硅鈣線進(jìn)行鈣處理;隨著吹氬攪拌的進(jìn)行,鋼水中的大型夾雜物不斷上浮被爐渣吸附,小型夾雜物不斷碰撞、長(zhǎng)大、上浮,被爐渣吸附,鋼水中全氧含量降低明顯,到LF精煉末期為36ppm;到連鑄中包,中包覆蓋劑也起到吸附夾雜物的作用,全氧含量有少量下降,到中包澆鑄末期為32ppm。
2.2、冶煉過(guò)程夾雜物尺寸和數(shù)量的變化 隨著AOD冶煉、LF精煉和連鑄過(guò)程的進(jìn)行,夾雜物尺寸和數(shù)量的變化如圖2所示。從圖中看出,隨著冶煉過(guò)程的進(jìn)行,鋼水中夾雜物總數(shù)和尺寸都是不斷減小的。AOD還原后和脫硫后,鋼水中存在大于50μm的夾雜物,夾雜物數(shù)量也較多;LF精煉末期,鋼水中沒(méi)有大于50μm的夾雜物,這說(shuō)明LF精煉處理對(duì)去除較大顆粒夾雜物是十分有利的。到連鑄中包澆鑄末期鋼水中夾雜物數(shù)量進(jìn)一步減少,尺寸都小于20μm。
2.3、冶煉過(guò)程夾雜物的類型
根據(jù)AOD還原后、AOD脫硫后、LF精煉末期和連鑄中間包澆鑄末期取樣,分析試樣中典型夾雜物形貌和類型可以得出,AOD還原后和脫硫后這兩個(gè)階段的夾雜物類型主要為CaO-SiO2-Al2O3-MgO,LF精煉末期和連鑄中包澆鑄末期夾雜物類型主要為CaO-Al2O3-MgO-SiO2。
2.4、冶煉過(guò)程不同工序夾雜物成因分析
圖3為AOD-LF冶煉過(guò)程夾雜物成分變化(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。從圖中看出,AOD還原后和AOD脫硫后鋼水中的夾雜物類型為CaO-SiO2-Al2O3,而且顆粒較大、成分趨近于爐渣成分,并含有一定量的MgO。這些現(xiàn)象出現(xiàn)在強(qiáng)烈攪拌的AOD還原和脫硫期,很可能與卷渣現(xiàn)象有關(guān)。
從圖3(c)可以看出,LF精煉后鋼水中的夾雜物成分和LF精煉過(guò)程中的爐渣成分完全不同。跟AOD處理過(guò)程相比,LF精煉后夾雜物成分中Al2O3和MgO含量明顯上升,夾雜物的類型變化為CaO-Al2O3-MgO-SiO2,分析跟LF精煉階段鋁深脫氧和鈣處理工藝有關(guān)。LF精煉過(guò)程中喂入鋁線后,Al和鋼水中的溶解O形成Al2O3夾雜物,Al2O3夾雜物和MgO很容易形成Al2O3-MgO尖晶石類夾雜物,夾雜物尺寸較小。隨著鈣處理的進(jìn)行,鋼水中會(huì)發(fā)生以下反應(yīng):
y(MgO-Al2O3)+x[Ca]=(xCaO-yAl2O3)+y[Mg] (1)
[Mg]+[O]=(MgO) (2)
[Si]+[O]=(SiO2) (3)
因此LF精煉末期,鋼水中夾雜物的類型為CaO-Al2O3-MgO-SiO2。到連鑄中包后,上述反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。隨著置換反應(yīng)的不斷進(jìn)行,內(nèi)部MgO-Al2O3越來(lái)越小,外面的xCaO-yAl2O3變得越來(lái)越厚。由于液態(tài)相(xCaO-yAl2O3)低的表面張力夾雜物就會(huì)變成球形。在更高的倍數(shù)下觀察連鑄中包澆鑄末期典型夾雜物形貌,可以看出連鑄中包澆鑄末期的夾雜物有兩層組成,外層為CaO-Al2O3-SiO2,內(nèi)部為Al2O3-MgO。
從以上分析得出,2205雙相不銹鋼冶煉過(guò)程中不同工序的夾雜物成因主要有兩個(gè)方面:①?gòu)?qiáng)烈攪拌的AOD還原和脫硫期,鋼水中的夾雜物與卷渣現(xiàn)象有關(guān),這些夾雜物尺寸較大;②LF精煉階段產(chǎn)生的內(nèi)生夾雜物,這些夾雜物尺寸較小。因此可以采取有效措施,控制鋼水中夾雜物的危害。
?。?)增加LF弱吹時(shí)間,保證鋼水中的大型夾雜物不斷上浮被爐渣吸附,小型夾雜物不斷碰撞、長(zhǎng)大、上浮,被爐渣吸附。
?。?)增加LF爐喂入鋼水中的硅鈣線數(shù)量,使MgO-Al2O3夾雜物完全變性。
3、結(jié)論
(1)隨著AOD冶煉、LF精煉和連鑄過(guò)程的進(jìn)行,2205雙相不銹鋼鋼水中全氧含量呈逐漸減小的趨勢(shì),到中包澆鑄末期為32ppm。
(2)隨著冶煉過(guò)程的進(jìn)行,鋼水中夾雜物總數(shù)和尺寸都是不斷減小的。AOD還原后和脫硫后,鋼水中存在大于50μm的夾雜物,夾雜物數(shù)量也較多;LF精煉末期,鋼水中夾雜物以小于50μm的夾雜物為主;到連鑄中包澆鑄末期鋼水中夾雜物數(shù)量進(jìn)一步減少,尺寸都小于20μm。
?。?)AOD還原后和AOD脫硫后鋼水中的夾雜物類型為CaO-SiO2-Al2O3-MgO,跟爐渣成分基本一致;隨著LF精煉過(guò)程的進(jìn)行,夾雜物的類型變化為CaO-Al2O3-Mg0-SiO2,與鋁脫氧和鈣處理工藝有關(guān);連鑄中包澆鑄末期的夾雜物有兩層組成,外層為CaO-Al2O3-SiO2,內(nèi)部為A2O3-MgO。