冶金熔渣对不锈钢中非金属夹杂物的影响.pdf

总第 1 3 9期 2 0 1 2年第5期 文章编号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 2 0 5 - 0 0 1 3 - 0 2 山西冶金 S HAN XI ME T AL L URG Y T o t a l 1 3 9 No ． 5， 2 0 l 2 冶金熔渣对不锈钢中非金属夹杂物的影响 李保明， 王贵平 山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西太原0 3 0 0 0 3 摘要 利用示踪试验 ， 研 究了在 3 0 4不锈钢生产过程中， 钢水接触的各种冶金熔渣对连铸坯中非金属夹杂物 的影响。研究发现， AOD钢渣混出时进入钢水中的小渣滴是钢中非金属夹杂物的主要来源之一， 而大包顶渣、 中间包覆盖 剂和 结晶器保护渣不会对钢液造成明显污染。 关键词 不锈钢非金属 夹杂物示踪荆熔渣 中图分类号 TF l l 1 ． 1 7 3 文献标识码 B 收稿日期 2 0 1 2 0 7 0 5 钢 中的非金属夹杂物来源很多 ，主要有氧化产 物、 还原产物、 脱硫产物、 卷渣、 耐火材料侵蚀、 二次 氧化、 凝固过程析出产物等。 对夹杂物来源的研究是 进行夹杂物控制的前提， 国内外已开展了大量研究。 本文主要研究了冶金熔渣对不锈钢中非金属夹杂物 的影响。 传统的不锈钢冶炼工艺为 E A F _A 0 D c c 。由 于 A O D的出钢方式为钢渣混出 ， 因此与转炉炼钢 以 及 V O D 、 R H精炼等生产的钢水相比， 在非金属夹杂 物的来源和形成机理方面存在一定差异。 本文 以 3 0 4不锈钢为例 ，在钢 中非金属夹杂物 成分分析和相应熔渣成份分析的基础上，通过示踪 试验方法， 研究了E A 卜 A O I _ ～ c c这一传统不锈钢 生产工艺中， 各工序冶金熔渣对钢中夹杂物的影响。 1 不锈钢生产工艺 山西太钢不锈钢股份有限公司第三炼钢厂是我 国最早的不锈钢炼钢厂之一， 不锈钢生产工艺路线 9 0 t电炉 1座- ’ 4 5 t A O D炉 3座一吹 氩 站_ 一 4 5 t A O D 炉 3 座。 废钢、 合金等原料在电炉中熔化后， 兑入 氩氧炉 ， 在氩氧炉中进行脱碳、 脱氧、 脱硫、 成分调 整 ； 氩氧炉 炉容量 4 5 t ， 采用硅脱氧方式 ； 出钢后在 L F处理站进行温度、 成分调整 ， 并促进夹杂物的上 浮， 然后进行连铸。连铸机为 1 台立式连铸机。 2 熔渣成分及连铸坯 中非金属夹杂物分析 为分析不锈钢生产过程中各工序冶金熔渣对非 金属夹杂物的影响 ， 用化学分析法检测了 A O D终渣 和中间包覆盖剂的成分 见表 1 。3 04 不锈钢的平 第一作者简介 李保明 1 9 7 3 一 ， 男 ， 山西太钢不锈钢 股份有限公司加工厂主要从事冶金渣处理技术和产品研发 。 工程师。T e l 1 3 7 5 3 1 6 5 7 8 9 ， E ma i l h x x h b m t o m ． c o rn 表 1 各工序冶金熔渣 平均成分 ％ 埘 t f J t f 『 埘 t c 『 F e 0 [s j 0 A 1 2 0 3 C a O m g 0 n 0 C r 2 0 C a A 0 D 渣 0 ． 2 1 2 9 ．7 2 ． 4 5 4 - 2 4 ． 9 0 ． 2 1 0 ． 1 1 0 ． 1 8 7 ．8 中间 包 0 ．6 3 2 ． 1 4 ． 7 5 2 _ 2 4 ． 3 0 ． 1 0 ．4 覆盖剂 表 2 3 0 4不锈钢成分 c t c J S i M n ∞ P t lJ S C r l lJ N i “ N 全氧量 『 ％ ／ ％ ／ ％ ／ ％ ／ ％ ／ ％ ／ ％ ／ ％ ， 1 0 _ 6 0 ． 0 4 1 0 ． 5 2 1 ． 1 2 0 ．0 1 9 0 ． 0 0 1 1 1 8 ． 1 4 8 ．0 6 0 ．0 5 l 2 9 均成分见表 2 。 用扫描电镜S E M 对 3 0 4 不锈钢连铸坯中的非金 属夹杂物成分进行了分析。 分析结果显示 ， 主要夹杂物 为 C a S i A1 一 Mg 一 0系复合夹杂 见图 1 。部分夹杂 物为硅酸钙包覆小颗粒镁铝尖晶石的复合夹杂物。另 外， 还存在少量 C r 、 M n 氧化物夹杂和硫化物夹杂[ 。 图 1 3 0 4不锈钢中主要夹杂物成分 3示踪试验方法 为研究从 A O D至连铸各生产工序中冶金熔渣 对钢中夹杂物的影响， 分别对 A O D还原渣、 大包渣、 中间包覆盖剂和结晶器保护渣作了示踪试验。 采用碳酸锶 其主要成分 S r C O ， 加入后会分解 为 S r O 作为 A O D还原渣、 大包渣和中间包覆盖剂 的示踪剂， 以 s r 为示踪元素， 其化学成分见下页表3 。 由于结晶器保护渣中含有 8 ．5 ％～ 9 ．O ％的 N a 2 0 ， 而其 山西冶岔 Ema i l c e i i n s x 1 2 6 ． c o m 第 3 5卷 表 3 碳酸锶示踪剂成分 ％ l S r C O ， w c a c 0 3 ∞ B a C O ， ” N a I t c『 s l ≥ 9 5 ≤ 1 ．2 ≤ 2 ．0 ≤ 0 ． 3 5 l ≤ O ． 1 6 他冶金熔渣中基本没有 N a 2 0成分， 因此没有在结晶 器保护渣中加专门的示踪剂，而是直接利用其中的 N a 元素作为示踪元素。 1 试验一。 A O D还原后扒渣 7 0 ％ 剩余渣量约 为 1 t ， 向渣面加 1 0 0 k g 示踪剂， 出钢。 2 试验二。 在进 L F 处理站前 大包渣量约 1 t 向大包渣面加 1 0 0 k g 示踪剂。 3 试验三。 在中间 匿盖剂中预先 匀{ 粉剂， s r 的目 标值为5 ％，再加到中间包钢液面匕 。 上述试验各进行了3 炉。 试验后取连铸坯样， 用 金相抛光法处理后， 利用扫描电子显微镜 S E M 检 测连铸坯的非金属夹杂物中是否能够发现 s r 或 N a 示踪元素。 4 试验结果及讨论 试验一中，在连铸坯内各粒度的夹杂物中都发 现了 s r 元素。说明在 A O D钢渣混出过程中卷入钢 液内的小渣滴，经过 L F 处理过程中的吹氩搅拌、 钢 水镇静及中间包冶金等过程都未能全部上浮排除， 从而进入结晶器内， 形成连铸坯中的非金属夹杂物。 从理论上讲，内生夹杂应是钢中非金属夹杂物 的主要来源之一。 A O D精炼过程中， 由于还原操作在 钢液中生成的 S i O 会在高温下与悬浮于钢液中的其 他氧化物发生反应，从而生成各种复杂的硅酸盐化 合物。它们中的很少一部分在进入结晶器之前未能 被排出钢液 ， 从而形成铸坯中的硅酸盐夹杂物。A O D 精炼期的脱硫产物也是主要的内生夹杂物 。在每个 连铸坯样中都发现了硫化物夹杂 M n S 、 C a S [ 3 ． 。 从夹杂物成分分析结果来看， 3 0 4不锈钢中的 非金属夹杂物主要为 C a - S i ⋯ A 1 M g 0系复合夹杂 物。太钢对 A O D还原渣成分进行了分析 见表 1 ， 可以发现它们之间基本是相似的。 由于 A O D还原期 的搅拌强度仍然较高， 钢渣混合效果好 ， 促进了还原 和脱硫反应的进行，但同时也使大量渣滴进入钢水 中。其后的钢渣混出进一步增大了进入钢水内的渣 滴量。 这些渣滴悬浮于钢液中。 在出钢之后的L F 底 吹搅拌及连铸中间包冶金过程中，绝大多数大颗粒 渣滴及大部分小渣滴逐渐聚合、上浮，从钢液中排 出，但还是有少量小渣滴未能在进入结晶器之前实 现上浮排除， 从而进入连铸坯， 形成非金属夹杂物。 示踪试验一的结果验证了一点。 试验二的连铸坯夹杂物中未发现 S 元素。 这表 明在 L F吹氩搅拌过程中，底吹氩搅拌强度较为合 理 ， 不会发生钢水卷吸大包顶渣污染钢水的情况 ， 或 卷吸程度非常微弱 ， 大包顶渣基本不会污染钢水 。 另外， 在每包钢水浇铸末期， 当钢包内液面高度 低于一定值后， 顶渣会被钢流抽吸， 通过长水口进入 中间包内， 污染钢液。在试验二的 3 个连铸样 中有 2 个样分别取自 第二、 第三炉的连浇过渡段， 但在 3 个 试样中的夹杂物内都未发现 s r 元素。这表明钢包浇 铸末期 ， 钢流对顶渣的抽吸不会明显影响连铸坯 内的 夹杂物成分及数量。 此试验结果从另一方面证明了该 中间包的结构设计较为合理， 中间包覆盖剂的选择也 较为合理， 被钢流抽吸进人中间包内的大包顶渣在中 间包内能够基本全部上浮 ， 并被中间包覆盖剂吸附。 在第三个试验中， 连铸坯内的夹杂物中未发现 s r 元素。因此， 可以认为中间包覆盖剂基本不会污染钢 液， 不会对钢中非金属夹杂物的形成造成明显影响。 在上述三个试验及前期的连铸坯取样分析中， 共 分析了 1 2 个金相样， 都未在夹杂物中发现N a 元素。 因 此可以确定， 结晶器保护渣基本不会对钢水造成污染。 5 结论 在分析非金属夹杂物成分及各生产工序冶金熔 渣化学成分的基础上，利用示踪试验研究了在不锈 钢生产过程中，与钢水接触的各种冶金熔渣对连铸 坯中非金属夹杂物影响。 1 不锈钢中的夹杂物主要来源于 A O D还原期 生 成 的 还 原 产 物 及 其 与 熔 渣 反 应 生 成 的 C a S i A 1 一 Mg - O系复合夹杂物。 2 A O D钢渣混出时进入钢水 中的小渣滴是非 金属夹杂物的主要来源之一 。 3 大包顶渣、 中间包覆盖剂和结 晶器保护渣不 会对钢液造成明显污染 。 参考文献 [ 1 ] 甘志强．不锈钢夹杂物的成因及降低其含量的途径[ J ] ．江西 冶金， 1 9 9 8 ， 1 8 1 9 ． [ 2 ] M a p e l l i c ，P a o l o N ．F o r m a t i o n M e c h a n i s m o f N o n - m e ta l l i c I n c l u s i o n s i n D i ff e r e n t S t a i n l e s s S t e e l G r a d e s [ J ] ． I S IJ I n t ．, 2 0 0 3 ， 4 3 8 1 1 9 1 ． [ 3 ] T o d o r o k i H， M i z u n o K ． E ff e c t o f S i l i c a i n S l a g o n I n c l u s i o n C o mp o s i t i o n s i n 3 0 4 S ta i n l e s s St e e l De o x i d iz e d w i t h Al u mi n u m [ J ] ． I S IJIn t ． ， 2 0 0 4 ， 4 4 8 1 3 5 0 ． 编辑 苗运平 下转第 4 8页 4 8 山西冶岔 E - m a i l y e j i n s x 1 2 6 ．t o n i 第 3 5卷 4结语 本次改造， 虽然设备成本有了一定增加， 但改造 后的中间包液压升降系统，解决了原系统存在升降 不同步 ， 锁紧不可靠等问题 ， 减少了漏钢事故， 提高 了中包水口的使用寿命， 降低了生产成本 ， 同时， 设 备维护量相对过去也大大减少，备品备件消耗也相 应的降底。 从长远角度看， 本次改造所花费的成本与 其产生的效益是成正比的。 参考文献 [ 1 ] 陈奎生． 液压与气压传动 [ M] ． 武汉 理工大学出版社， 2 0 0 1 ． 编辑 苗运平 F a i l u r e An a l y s i s a n d S y s t e m M o d i fic a t i o n o f t h e Hy d r a u l i c Li f t i n g a n d Lo we r i n g S y s t e m o f th e CC ZHAN Zho n g he ng H u n a n H u ali n L i a n y u a n I r o nS t e e l G r o u p C o ． ， L t d ． ， L o u d i 4 1 7 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e c h a r a c t e ris t i c o f f a i l u r e ， a n d i t s c a u s a ti o n ， u s i n g the t u n d i s h h y d r a u l i c l i f ti n g a n d l o we rin g s y s t e m o f c o n ti n u e c a s ti n g ma c h i n e a s a c a s e ．C o mp a r i n g wi t h the o l d s y s t e m， the mo d i fi c a ti o n s y s t e m i s s u c c e s s f u l an d v a l u a b l e ． Ke y wo r d s C C， t u n d i s h c a r ，h y dra u l i c l i f ti n g and l o we r i n g s y s t e m， mo d i fi c a ti o n 上接 第 1 4页 Effe c t o f S l a g o n No n - me t a l l i c I n c l u s i o n s i n S t a i n l e s s S t e e l LI Ba o mi n g， W ANG Gu i p i n g S h a n x i T a i g a n g S t a i n l e s s S t e e l C o ． ， L t d ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T r a c e r e x p e ri me n t s w e r e c a r r i e d o u t t o i n v e s t i g a t e the e ff e c t of e a c h s l a g ， wh i c h c o n t a c t w i th mo l t e n s t e e l i n 3 0 4 s t a i n l e s s s t e e l ma k i n g p r o c e s s ， n o n - me t a l l i c i n c l u s i o n s ．T h e r e s e arc h d i s c o v e r e d tha t o n e o f the p r i ma r y o r i g i n s a r e t h e AOD s 1 a g s u s p e n d ed i n the mo l t e n s t e e l d u ri n g t a p p i n g ． L a d l e s l ag ， t u n d i s h s l ag a n d mo l d s l ag wi l l n o t c l e arl y p o l l u t e mo l t e n s t e e 1 ． Ke y wo r d s s t a i n l e s s s t e e l ， n o n - me t all i c i n c l u s i o n s ， t r a c e r ， s l a g 上接第 1 8页 I mp r o v e me n t i n Q u a l i t y o n C o l d - r o l l e d S t a i n l e s s S t e e l B A P l a t e MU J i n g q u a n S h a n x i T a i g a n g S t a i n l e s s S t e e l C o ． ， L t d ． ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e q u ali t y d e f a u l t o f s t a i n l e s s s t eel B A p l a t e h a s b e e n ana l y z e d ， wh i c h p r o d u c e d a f t e r the r e c o n s t r u c t i o n of the b ri g h t a n n e ali n g l i n e a t T I S C O C o l d Ro l l i n g Mi l 1 ． Di ff e r e n t c a u s e s o f the d e f a u l t h a v e b e e n f o u n d o u t b y c o mp a r i n g a s e t o f t e s t r e s u l ts． Th e wa y s of q u ali t y i mp r o v e me n t h a v e b e e n p r o p o s e d a c c o r d i n g l y ， e n h a n c i n g t h e p r o d u c t s s u r f a c e q u ali t y ， s a ti s f y i n g the d e ma n d s of u s e r s Ke y wo r ds BA p l a t e ，q u ali t y ，r o l l i n g