2205双相不锈钢冶炼过程全氧及夹杂物分析
发布时间:2014-05-08 05:58
作者:互联网
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2205双相
不锈钢约占
双相钢总
产量的80%左右,由于其双相组织的特点而具有较高的
强度、较好的
焊接性能和抗
腐蚀性能,广泛应用于
船舶、
石油、化工和建筑等领域。2205双相不锈
钢好的
冶金质量是
保证其力学性能和表面质量的前提。据报道,
夹杂物是2205
热轧生产过程中边裂
缺陷产生的一个重要的影响因素,因此通过分析研究2205双相不锈钢冶炼过程全氧含量和夹杂物,找出钢水中全氧含量的变化规律及夹杂物的产生原因,对于合理
控制钢中的全氧含量和夹杂物、提高2205双相不锈钢的冶
金质量及使用性能,具有十分重要的意义。 1、冶炼条件和研究方法 2205双相不锈钢冶炼以
合金和
废钢为原料,在电炉经过
熔化处理后,直接兑入AOD炉进行冶炼。AOD
转炉采用FeSi合金进行还原操作,AOD
脱硫阶段加入
铝块和
石灰来脱硫。AOD
工序处理完毕后,到LF炉进行精炼。由于2205双相不锈钢合金量大,钢水中
溶解氧含量高,因此在LF精炼过程中喂
铝线进行深脱氧,然后加入
硅钙线进行
钙处理。LF精炼过程加入一定量的CaO和CaF2
造渣,
精炼渣二元
碱度控制在2.3-2.5左右;底吹氩气量控制在0.15-0.20m3/min之间,当成分和温度达到要求后,将钢液运至连铸平台进行浇铸。本次试验,2205双相不锈钢的化学成分见表1所示。 表1:2205双相不锈钢化学成分%
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 |
对1个浇次的连续2炉钢进行工业实验,本次试验在AOD还原后、AOD脱硫后、LF精炼末期以及中包浇铸末期进行取样,在每个工位取球拍样。所取球拍样用来进行夹杂物观察和全氧含量检测,用扫描电镜观察夹杂物形貌,用电子探针确定夹杂物成分。同时在AOD还原后、AOD脱硫后、LF精炼末期取渣样,通过渣样结果分析各个工序夹杂物的成因。 2、结果及分析 2.1、冶炼过程全氧含量的变化 通常,钢的总氧含量反映了钢中总体氧化物
洁净度
水平。总氧含量低,表明钢中氧化物夹杂较少,洁净度较高。在AOD-LF-CCM过程,全氧含量的变化如图1所示。从图1中可以看出,随着AOD冶炼、LF精炼和连铸过程的进行,钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势。2205双相不锈钢在AOD的冶炼过程中有相当数量的
铬被氧化进入
炉渣。因此AOD还原阶段采用
硅铁进行还原操作,目的是还原渣中被氧化的铬以及降低钢水中的氧含量,还原后钢水中的全氧含量降低到182ppm;AOD脱硫阶段通过加入铝块和
石灰来脱硫。铝块的加入使钢水中全氧含量又有所降低,为97ppm;LF精炼过程中喂铝线进行深脱氧,然后加入
硅钙线进行钙处理;随着吹氩搅拌的进行,钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣
吸附,小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮,被炉渣吸附,钢水中全氧含量降低明显,到LF精炼末期为36ppm;到连铸中包,中包覆盖剂也起到吸附夹杂物的作用,全氧含量有少量下降,到中包浇铸末期为32ppm。 2.2、冶炼过程夹杂物尺寸和数量的变化 随着AOD冶炼、LF精炼和连铸过程的进行,夹杂物尺寸和数量的变化如图2所示。从图中看出,随着冶炼过程的进行,钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。AOD还原后和脱硫后,钢水中存在大于50μm的夹杂物,夹杂物数量也较多;LF精炼末期,钢水中没有大于50μm的夹杂物,这说明LF精炼处理对去除较大颗粒夹杂物是十分有利的。到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少,尺寸都小于20μm。 2.3、冶炼过程夹杂物的类型 根据AOD还原后、AOD脱硫后、LF精炼末期和连铸中间包浇铸末期取样,分析试样中典型夹杂物形貌和类型可以得出,AOD还原后和脱硫后这两个阶段的夹杂物类型主要为CaO-SiO2-Al2O3-MgO,LF精炼末期和连铸中包浇铸末期夹杂物类型主要为CaO-Al2O3-MgO-SiO2。 2.4、冶炼过程不同工序夹杂物成因分析 图3为AOD-LF冶炼过程夹杂物成分变化(质量分数)。从图中看出,AOD还原后和AOD脱硫后钢水中的夹杂物类型为CaO-SiO2-Al2O3,而且颗粒较大、成分趋近于炉渣成分,并含有一定量的MgO。这些现象出现在强烈搅拌的AOD还原和脱硫期,很可能与卷渣现象有关。从图3(c)可以看出,LF精炼后钢水中的夹杂物成分和LF精炼过程中的炉渣成分完全不同。跟AOD处理过程
相比,LF精炼后夹杂物成分中Al2O3和MgO含量明显上升,夹杂物的类型变化为CaO-Al2O3-MgO-SiO2,分析跟LF精炼阶段铝深脱氧和钙处理
工艺有关。LF精炼过程中喂入铝线后,Al
和钢水中的溶解O形成Al2O3夹杂物,Al2O3夹杂物和MgO很容易形成Al2O3-MgO尖晶石类夹杂物,夹杂物尺寸较小。随着钙处理的进行,钢水中会发生以下反应: y(MgO-Al2O3)+x[Ca]=(xCaO-yAl2O3)+y[Mg] (1) [Mg]+[O]=(MgO) (2) [Si]+[O]=(SiO2) (3) 因此LF精炼末期,钢水中夹杂物的类型为CaO-Al2O3-MgO-SiO2。到连铸中包后,上述反应继续进行。随着
置换反应的不断进行,内部MgO-Al2O3越来越小,外面的xCaO-yAl2O3变得越来越厚。由于液态相(xCaO-yAl2O3)低的表面张力夹杂物就会变成球形。在更高的倍数下观察连铸中包浇铸末期典型夹杂物形貌,可以看出连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成,外层为CaO-Al2O3-SiO2,内部为Al2O3-MgO。 从以上分析得出,2205双相不锈钢冶炼过程中不同工序的夹杂物成因主要有两个方面:①强烈搅拌的AOD还原和脱硫期,钢水中的夹杂物与卷渣现象有关,这些夹杂物尺寸较大;②LF精炼阶段产生的内生夹杂物,这些夹杂物尺寸较小。因此可以采取有效措施,控制钢水中夹杂物的危害。 (1)增加LF弱吹时间,保证钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附,小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮,被炉渣吸附。 (2)增加LF炉喂入钢水中的硅钙线数量,使MgO-Al2O3夹杂物完全变性。 3、结论 (1)随着AOD冶炼、LF精炼和连铸过程的进行,2205双相不锈钢钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势,到中包浇铸末期为32ppm。 (2)随着冶炼过程的进行,钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。AOD还原后和脱硫后,钢水中存在大于50μm的夹杂物,夹杂物数量也较多;LF精炼末期,钢水中夹杂物以小于50μm的夹杂物为主;到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少,尺寸都小于20μm。 (3)AOD还原后和AOD脱硫后钢水中的夹杂物类型为CaO-SiO2-Al2O3-MgO,跟炉渣成分基本一致;随着LF精炼过程的进行,夹杂物的类型变化为CaO-Al2O3-Mg0-SiO2,与铝脱氧和钙处理工艺有关;连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成,外层为CaO-Al2O3-SiO2,内部为A2O3-MgO。(注:图示请参见原创)(来源:
钢铁产业)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。