新型低鋁含鎂復(fù)合脫氧劑的應(yīng)用研究

1、1762007年?duì)t外精煉年會(huì)論文集2007年7月LadleRefining2007AnnualMeetingProceedingsJuly.2007新型低鋁含鎂復(fù)合脫氧劑的應(yīng)用研究陳愛梅劉平智建國(guó)李智利史鳳武包鋼（集團(tuán)）公司技術(shù)中心，包頭014010摘要通過轉(zhuǎn)爐采用低鋁含鎂合金終脫氧工業(yè)試驗(yàn)，得出成品鋼中全氧含量平均小于等于20ppm，且較穩(wěn)定。鋼中氧化物夾雜類型基本上有三種形式，即Al、Mg氧化物復(fù)合型、Al、Mg、Si、Ca氧化物復(fù)

2、合型及上述兩種氧化物與硫化物的復(fù)合存在形式，鋼中硫化物夾雜組成主要是MnS，未發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的MgS存在。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞脫氧劑；硅鈣鋇鎂1前言鎂與鈣、鋇的性質(zhì)相似，但與氧、硫的親和能力更強(qiáng)，但它具有的深脫氧、脫硫、細(xì)化晶粒、去除鋼中夾雜物和對(duì)夾雜物變性處理作用，近年來(lái)引起了研究者的高度重視。為了利用Mg的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)一步凈化鋼液，改善鋼中夾雜物的形態(tài)，提高鋼材的綜合機(jī)械性能，進(jìn)而提出了采用低鋁含鎂復(fù)合合金進(jìn)行無(wú)鋁脫氧的試驗(yàn)研究。通過采用硅鋇鎂、硅鋇

3、鍶、硅鈣鋇鎂三種合金轉(zhuǎn)爐終脫氧對(duì)比試驗(yàn)，得出硅鋇鎂和硅鈣鋇鎂合金脫氧效果較好。經(jīng)過成分優(yōu)化，進(jìn)行了采用硅鈣鋇鎂合金轉(zhuǎn)爐終脫氧的擴(kuò)大試驗(yàn)和生產(chǎn)跟蹤。各元素的主要物理化學(xué)性質(zhì)見表1。2試驗(yàn)條件與工藝狀況試驗(yàn)工藝路線：轉(zhuǎn)爐冶煉→擋渣出鋼→脫氧合金化→精煉→連鑄。脫氧方法為出鋼罐內(nèi)加入硅鋇鈣鎂合金，其加入時(shí)間和加入量，根據(jù)合金中金屬含量及脫氧效果計(jì)算。硅鈣鋇鎂和硅鈣鋇合金的化學(xué)成分見表2。表1各元素的主要物理化學(xué)指標(biāo)元素原子半徑nm熔點(diǎn)K沸點(diǎn)K

4、蒸汽壓MPa溶解度%Mg0.16292313801.9520.106Ca0.197112511250.1850.032Sr0.215104310430.3670.026Ba0.22098319130.0340.020Al0.21493327730.026全溶Fe0.124180931320.00001表2硅鈣鋇鎂和硅鈣鋇合金的化學(xué)成分%SiCaBaMgAlPS硅鈣鋇鎂1硅鈣鋇鎂254.9653.0812.9712.8614.4214.1

5、22.261.581.340.940.0190.0240.0720.106標(biāo)準(zhǔn)≥50≥12≥14≥1.5≤1.5≤0.05≤0.10硅鈣鋇62.1412.8614.80＜0.500.9620.0240.057標(biāo)準(zhǔn)≥50≥13≥15≤1.5≤0.05≤0.103硅鈣鋇鎂合金的脫氧效果3.1轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐內(nèi)和出鋼罐內(nèi)鋼中氧活度分別在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐內(nèi)和出鋼罐內(nèi)測(cè)定鋼水溫度和氧活度。出鋼罐內(nèi)鋼水溫度波動(dòng)范圍1534℃1568℃，平均1557℃。鋼中氧活

6、度波動(dòng)范圍29.3ppm43.5ppm，平均36.5ppm，比較硅鈣鋇合金轉(zhuǎn)爐終脫氧，在出鋼罐內(nèi)鋼水碳含量、溫度相當(dāng)?shù)那闆r下，二者脫氧效果基本相同，見表3。?178?2007年?duì)t外精煉年會(huì)論文集2007年7月比較硅鈣鋇合金轉(zhuǎn)爐終脫氧，鋼中氧化物夾雜總量和分量中Al2O3夾雜含量均有所降低，進(jìn)一步說(shuō)明鋼中夾雜物得到了上浮，見表6。4.2鋼中非金屬夾雜物含量表7鑄坯金相夾雜評(píng)級(jí)結(jié)果脫氧劑種類計(jì)數(shù)金相夾雜（級(jí)）A類B類C類D類SiCaBa10

7、爐1.5211.511.50.51.5SiCaBaMg10爐1.5211.511.51利用鑄坯硫印樣，制取金相夾雜試樣，沿縱向按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夾雜物評(píng)級(jí)。采用硅鈣鋇鎂合金脫氧鋼中夾雜物A類(硫化物)、B類(氧化物)、C類(硅酸鹽)、D類(球狀氧化物)、Ds類(單個(gè)大尺寸夾雜物)評(píng)級(jí)最高值分別為2、1.5、1.5、1和1.5級(jí)。比較硅鈣鋇合金脫氧鋼中夾雜物評(píng)級(jí)最高值，二者基本相當(dāng)，見表7。5硅鈣鋇鎂復(fù)合脫氧劑對(duì)鋼中夾雜物行為的影響分別在

8、鑄坯和成品鋼上取樣，制成金相試樣，在金相顯微鏡下觀察夾雜物形態(tài)、大小和分布狀況。鋼中氧化物夾雜為園球形，硫化物為細(xì)小的條狀，均為彌散分布。為進(jìn)一步研究硅鈣鋇鎂復(fù)合脫氧劑對(duì)鋼中夾雜物行為的影響，在LEOEVD50HV型掃描電鏡和EDAXGenesis型能譜儀上對(duì)鋼中非金屬夾雜物組成和形態(tài)進(jìn)行觀察、分析，同時(shí)與采用硅鈣鋇復(fù)合脫氧劑生產(chǎn)的鋼坯和成品鋼進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)共制取金相試樣23塊（其中對(duì)比爐13塊），能譜分析夾雜物微區(qū)成分81次（其中對(duì)

9、比爐45次）。5.1鋼中氧化物夾雜轉(zhuǎn)爐采用硅鈣鋇鎂合金脫氧鋼中氧化物夾雜類型基本上有三種形式，即單獨(dú)的Al、Mg氧化物復(fù)合型、單獨(dú)的Al、Mg、Si、Ca氧化物復(fù)合型及上述兩種氧化物與硫化物的復(fù)合存在形式。比較轉(zhuǎn)爐采用硅鈣鋇合金終脫氧，鋼中氧化物夾雜類型基本相同。為研究鋼中氧化物與硫化物復(fù)合夾雜的組成、形態(tài)，將夾雜物微區(qū)倍數(shù)放大。圖1為701299爐鑄坯微區(qū)夾雜物組成，其中心為Al2O3MgOSiO2CaO系夾雜，周圍環(huán)繞著硫化物，圖2

10、為701446爐成品鋼微區(qū)夾雜物組成，其中心為Al2O3MgO系夾雜，周圍包裹著硫化物夾雜，呈魚眼狀，說(shuō)明鋼液在凝固過程中，高熔點(diǎn)的氧化物夾雜成為硬質(zhì)核心，周圍附著著硫化物夾雜，在軋制過程中，硫化物沿軋制方向變形，而氧化物不變形，故復(fù)合存在的形式便呈為魚眼狀。該類夾雜，硫化物像一件柔軟的彈性較好的外衣，在鋼軋制變形時(shí)，起到緩沖作用，提高了夾雜物與基體抵抗裂紋形成和擴(kuò)展的能力。比較夾雜物微區(qū)成分（見表8、9），對(duì)Al2O3MgO系夾雜，M

11、g的質(zhì)量分?jǐn)?shù)二者基本相當(dāng)，對(duì)Al2O3MgOSiO2CaO系夾雜，采用硅鈣鋇鎂和硅鈣鋇合金脫氧，夾雜物中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均分別為20.24%和17.04%，說(shuō)明鎂進(jìn)入鋼中形成的脫氧產(chǎn)物主要是低熔點(diǎn)的含鎂硅鋁酸鹽。表8硅鈣鋇鎂合金脫氧鋼中夾雜物EDAX分析Wt%AlKMgKCaKSiKOKA17.523.392.910.9353.25B18.4427.853.76C12.6215.0215.554.2552.56D17.0622.327.

12、42.2647.91表9硅鈣鋇合金脫氧鋼中夾雜物EDAX分析Wt%AlKMgKCaKSiKOKA18.6824.7756.25B16.9115.917.431.5558.21C16.1320.025.671.0057.18D12.7615.2012.552.9955.18在能譜夾雜物微區(qū)組成分析過程中，還發(fā)現(xiàn)兩種類型的氧化物夾雜出現(xiàn)的比例有所不同。鋼中夾雜物類型指數(shù)見表10。鑄坯和成品鋼中Al2O3MgOSiO2CaO系夾雜物指數(shù)分別提