鎂芯包芯線處理鋼水夾雜物變性實驗研究

1、1602007年爐外精煉年會論文集2007年7月LadleRefining2007AnnualMeetingProceedingsJuly.2007鎂芯包芯線處理鋼水夾雜物變性實驗研究王靜松1，2)許建國1)孫偉1)曹立軍1)，張輝1)孫志坤1)張恒立3)薛慶國1)1)北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083；2)北京科技大學(xué)博士后流動站萊鋼工作站，萊蕪，211074；3)包頭文鑫實業(yè)有限公司，包頭，014010摘要本文開展了采

2、用鎂對鋼中夾雜物變性的實驗研究工作。采用特殊結(jié)構(gòu)的鎂芯包芯線對鋼水進行處理，處理過程比采用普通結(jié)構(gòu)含鎂包芯線平穩(wěn)，鎂可以有效的加入鋼水中，并獲得比較穩(wěn)定的收得率。經(jīng)過鎂處理后，鋼中夾雜物類型、形態(tài)和尺寸明顯變化。大尺寸的Al2O3夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉腗gOAl2O3，同時使鋼中MnS夾雜以細小的MgS或MgSMnS的形式存在。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞鋼；夾雜物變性；鎂芯包芯線；喂線獲得更高純凈度、更高均勻性的產(chǎn)品是目前鋼鐵生產(chǎn)和研究的熱點，也是冶金技術(shù)

3、的發(fā)展方向。就目前的生產(chǎn)技術(shù)條件，鋼中雜質(zhì)元素含量的控制已經(jīng)達到較高水平(鋼中雜質(zhì)總量:SPNHTO≤100106)[1]，而隨著鋼水中雜質(zhì)元素含量的進一步降低，鋼中夾雜物對鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生的不良影響作用就更加明顯，因此，根據(jù)產(chǎn)品的不同質(zhì)量要求來控制和改善鋼中夾雜物的性狀就顯得尤為重要[2]。最為典型、應(yīng)用最為廣泛的夾雜物變性處理技術(shù)是鋁脫氧鋼的鈣處理[3]。鈣處理可以將鋼中Al2O3夾雜轉(zhuǎn)變成低熔點的復(fù)合氧化物，有利于其聚合長大從鋼水中排

4、除，不僅可以防止水口凍結(jié)，而且可以減少鋼中氧化物夾雜的數(shù)量；同時，滯留在鋼中的夾雜物其形狀幾乎為圓形并無規(guī)則地分布于鋼中，可以減輕對鋼性能的危害。但是鈣處理存在的問題是：雖然鋼中氧化物夾雜的數(shù)量可以大幅度減少，但殘留下來的夾雜物往往尺寸比較大，由于CaOAl2O3夾雜物不易變形，軋制過程中會在夾雜物周圍沿變形方向形成微裂紋、空洞，導(dǎo)致鋼的一系列性能的惡化。特別是那些對于疲勞性能有苛刻要求的鋼種，在生產(chǎn)中則不允許采用鈣處理。對于更高質(zhì)量要

5、求的純凈鋼產(chǎn)品，尋找新的夾雜物變性手段，以減輕和消除鋁脫氧鋼中夾雜物所造成的危害，已經(jīng)成為鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)中一個迫切需要解決的問題。1鎂處理對鋼中夾雜物的變性效果在煉鋼溫度下鎂不僅與氧和硫具有極好的親和力，而且還具有極強的對夾雜物形態(tài)與尺寸的控制能力。對于鋁脫氧鋼，鎂處理在進一步降低鋼中的溶解氧的同時，可以將鋼中的Al2O3夾雜變?yōu)楦呷埸c的MgOAl2O3，由于其在鋼水中以固態(tài)存在，沒有聚合長大的過程，因此，其氧化物夾雜的尺寸可以非常細小，

6、彌散分布于鋼中。研究表明鋼中存在的MgOAl2O3夾雜尺寸可以控制在5μm以內(nèi)，對鋼的力學(xué)性能基本沒有負面影響。同樣，鋼中加鎂在進一步降低硫含量的同時，使鋼中硫化物以細小的MgS或MgSMnS的形式存在，減輕因MnS夾雜對鋼性能帶來的影響[4]。研究表明，由于鋁脫氧鋼鎂處理和鈣處理夾雜物變性產(chǎn)物的不同，處理后鋼中氧化物夾雜的尺寸分布存在很大差異（如圖1所示）[5]。鈣處理鋼中，夾雜物尺寸小于2.8微米的約為占45%，2.85.6微米的占

7、35%，5.611.2微米的占17%，11.222.6微米的占3.7%，仍然存在1%左右的22.645.2微米的較大尺寸夾雜。而鎂處理鋼中，尺寸小于2.8微米的夾雜物占90%以上，尺寸為2.85.6微米的夾雜物約占8%，僅有0.5%左右的夾雜物為5.611.2微米，已經(jīng)不存在大于11.2微米的夾雜物，單位面積的夾雜物數(shù)量雖然高于鈣處理鋼，但是夾雜物尺寸明顯變小。雖然對鋼水采用鎂處理的優(yōu)點非常突出，但是，由于鎂元素自身特點（低熔點，650

8、℃；低沸點，1080℃；高的蒸氣壓，煉鋼溫度1600℃時大于2.0Mpa），在沒有有效的鎂加入方法之前，在煉鋼生產(chǎn)過程中，對鋼水進行鎂處理還存在很大困難。目前，經(jīng)過多年的努力，在克服了一系列困難后，鎂已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鐵水預(yù)處理中[6、7]，采用最普遍的方式是氣體噴吹法將鈍化鎂顆?162?2007年爐外精煉年會論文集2007年7月圖3產(chǎn)品實物圖Fig.3PhotoofMgcedwire采用喂鎂芯包芯線進行夾雜物變性研究，在500kg中頻感

9、應(yīng)爐上進行實驗研究并取得良好效果，不僅處理過程比采用普通結(jié)構(gòu)的含鎂合金包芯線處理平穩(wěn)很多，鋼中鎂含量穩(wěn)定處于0.003%以上，對鋼中夾雜物的變性作用明顯，在此重點介紹鎂芯包芯線處理后夾雜物的變性效果。圖4為采用鎂處理前后，鋼中Al2O3簇狀夾雜物變化掃描電鏡照片。圖5為夾雜物能譜分析結(jié)果。通過掃描電鏡觀察，與沒有加鎂試樣對比，發(fā)現(xiàn)加鎂后試樣中的夾雜物發(fā)生了不同程度的變化。由能譜分析測得夾雜物的成分可知：未處理時夾雜物的主要成分為Al2O

10、3，而經(jīng)過鎂處理后的夾雜物中的主要成分均為MgO?Al2O3尖晶石，這說明經(jīng)鎂處理后Al2O3簇狀夾雜物轉(zhuǎn)變成了MgO?Al2O3尖晶石。而且鎂處理后的夾雜物尺寸大大減小。(a)(b)圖4鎂對Al2O3簇狀夾雜物的改善效果(a)未加鎂處理(b)加鎂0.05gkg鋼水Fig.4RefiningEffectofAl2O3inclusionclusterafterbeingMgtreatmentinsteel(a)untreated(b)fe

11、eding0.05gkgsteel(a)(b)圖5夾雜物的能譜分析結(jié)果(a)未加鎂處理(b)加鎂0.05gkg鋼水Fig.5EnergyspectrumanalysisresultsofinclusionafterbeingMgtreatmentinsteel(a)untreated(b)feeding0.05gkgsteel圖6為采用鎂處理前后鋼中Al2O3MnS夾雜物變化掃描電鏡照片。圖7為夾雜物能譜分析結(jié)果，由能譜分析測得夾雜物的