弹簧钢洁净化生产工艺研究.pdf

第 4 1 卷第 2期 2 0 0 6年2月 钢 铁 I r o n a n d S t e e 1 Vo I ． 4 1 。No ． 2 Fe br u ar y 2 0 06 弹簧钢洁净化 生产工艺研究 王 宇峰 ， 文光华 ， 唐 萍 ， 宋维 兆 ， 王新 成 1 ．重 庆大学材料科学 与工程学院 ， 重庆 4 0 0 0 4 4 ； 2 ．新疆八 一钢铁集团公司技术 中心 ， 新疆 乌鲁 木齐 8 3 0 0 2 2 摘要 采用 系统取样 ， 结 合金相观测 、 全氧分析 、 大样 电解 、 电子探针 和稀土氧化物示踪 等手段 ， 对八 钢电炉厂 电 弧炉一L F 一小方 坯 连铸 生 产 6 0 S i 2 Mn的洁 净 度进 行 了 系统 研究 ， 精炼 后 钢 液 叫 T O 为 9 51 0 一 ， 中间包 内 w T O 为 9 4 1 0 ～ ， 铸坯 中 叫 T O 为 5 4 1 0 。了解 了各 阶段夹杂物数量 、 尺寸分布 和类型 ， 找出 了大 型夹杂物 的来源 。根据影响钢质量的主要 因素 ， 提出了有针对性的改进方案 ， 优 化设 置 了控流 装置 。改进后 ， 钢 中有害夹杂 物数量大大减少 ， 质量 明显提高 ， 铸坯 T O 由 5 4 1 O 下降 到 2 8 1 O 。 关键词 连铸 ； 洁净度 ；非金属夹杂物 中图分类号 TF 7 7 7 ． 3 文献标识码 A 文章 编号0 4 4 9 7 4 9 X 2 0 0 6 0 2 0 0 2 7 0 3 Re s e a r c h 0 n Cl e a n Pr o d u c t i o n 0 f S p r i ng S t e e l WANG Yu f e n g ， WEN Gu a n g - h u a ，T ANG P i n g ， S ONG Wr e i z h a d ， WANG X i n - c h e n g z 1 ．Co l l e ge of M a t e r i a l s Sc i e nc e a nd Engi ne e r i ng，Ch on gq i n g Uni v e r s i t y，Ch on gq i n g 4 00 04 4，Chi na 2 ．Te c h n i c a l Ce n t e r ，Xi n J i a n g B a y i I r o n a n d S t e e l Gr o u p C o ． ，Ur u mq i 8 3 0 0 2 2 ，Xi n J i a n g，Ch i n a Ab s t r a c t W i t h s y s t e ma t i c s a mp l i n g i n e a c h p r o c e s s ，t h e c l e a n l i n e s s o f 6 0 S i 2 M n p r o d u c e d b y EAF e l e c t r i c a r c f u r n a c e - LF 1 a d l e f u r n a c e - CC c o n t i n u o u s c a s t i n g r o u t e a t B a y i S t e e l wa s s t u d i e d b y me t a I l o g r a p h i c a l o b s e r v a t i o n， ox yg e n a na l ys i s，l ar g e s a mpl e e l e c t r ol ys i s，EPM A ，r a r e e a r t h ox i de s t r a c i n g，e t c ．I t wa s f o und t ha t t ot a l ox y ge n c on t e nt o f l i qu i d s t e el wa s 9 5 1 0一 a f t e r LF r ef i ni n g，94 1 0 。i n t un di s h a n d 5 4 1 0一。i n bi l l et r e s p e c t i ve l y ． The a moun t ，s i z e di s t r i bu t ion a n d t yp e of i nc l u s i o n a t di f f e r e nt s t a ge s we r e i n v e s t i ga t e d，an d t he s o ur c e of l a r ge i n c l u s i on s wa s al s o f o und ． Ba s e d on t h e r e s e a r c h r e s u l t s，s ome us e f u l s ugg e s t i on s we r e pr op o s e d a i mi ng a t t he ma i n a f - f e c t i ng f a c t or s of s t e e l c l e a nl i ne s s，a n d t he f l ow c on t r o l d e vi c e i n t u ndi s h wa s opt i mi z e d．Af t e r mod i f i c a t i o n，t h e a mou nt o f ha r mf ul i n c l u s i on s wa s de c r e a s e d，a nd t h e q ua l i t y o f s pr i n g s t e e l wa s g r e a t l y i mpr o ve d，a nd t h e c ont e nt of t ot a l o xy ge n wa s r e du c e d t O 2 8 1 0一 f r om 5 4 1 0一 ． Ke y wo r d sc on t i n uou s c a s t i n g；cl e a nl i ne s s；n on m e t a l l i c i nc l us i o n 非金 属夹 杂物 独 立 存 在 于钢 中 ， 破坏 了钢 基 体 的 连续性 ， 增 大 了钢 组织 的不 均匀 性 ， 严 重影 响 了钢 的 性能 。对 承 受 拉 、 弯 、 压 、 扭 和 冲击 等 周期 性 交 变 应力作用的弹簧钢 ， 应尽量降低夹杂物含量 ， 合理控 制 夹杂物 类 型 。本 文 对八 钢 电炉 厂 6 0 S i 2 Mn弹 簧 钢生产工艺进行研究 ， 通过现场取样和实验室检验 ， 系统分析了电弧炉到连铸机之间各工序钢液的洁净 度， 轧材中夹杂物的类型， 以及铸坯中大型夹杂物 的 来源， 找出了 生产过程中的主要影响因素 ， 改进了生 产工艺， 为八钢生产高质量弹簧钢奠定 了基础。 1 生 产 工 艺及 研 究方 法 1 ． 1生产 工 艺 八钢 电炉 厂 弹簧 钢 生 产 流 程 为 电 弧 炉一 L F精 炼炉一连铸。生产中 L F精炼采用全程吹氩搅拌 与 喂 S i C a线 相 结合 ， 并在 精 炼结 束 时 软 吹 5～1 O mi n ； 4流 中间包在 无控 流 装 置 条 件 下 浇 注 ； 钢 包 一 中间包 、 中间包一 结 晶器 ， 分别 采用 长水 口和浸 入式 水 口保护浇注； 铸坯断面为 1 5 0 mm1 5 0 mm。 1 ． 2研究 方法 按 照一 定 采 样规 则 ， 对 1个 浇 次 4炉 钢 水 进行 多级取 样分 析 ， 并添 加示踪 剂 追踪夹 杂物 来源 ， 即 分 别 在钢 包 渣 、 中 间 包 覆 盖 剂 和 中 间 包 涂 料 中 加 入 C e O 、 S r C O。 、 P r 。 O 三 种 稀 土 氧 化 物 示 踪 ， 结 晶 器 保护渣则利用其所含 的 Na O、 K O进行示踪[ 1 ] 。 2 试验结果分析 与讨论 2 ． 1各 阶段钢 液洁 净度 的变 化分 析 从 两方 面对 生产 流 程 中钢 液 洁净度 的变 化进 行 分析 ， 即采用金相显微镜统计各阶段钢水样单位面 积 内 微 观 夹 杂 物 数 量 ， 见 图 1 。 采 用 E L T RA ON9 0 0氧氮分析仪测量钢 中 叫 To ， 见图 2 。 作者简介 王宇峰 1 9 8 0 一 ，男 ，硕士 ， 工程 师； E - m a i l c q u 2 4 2 s o h u ． c o m； 修 订日期 2 0 0 5 - 0 5 - 0 8 维普资讯 2 S 钢铁 第 4 1 卷 、 0 图 1 不 同阶段微观夹杂物数量 变化 Fi g ．1 I nc l u s i on nu m b e r at d i f f e r e n t s t a g e s 图 2不 同 阶 段 ． ， T O 变 化 F i g ． 2 ． ， TOa t d i f f e r e n t s t a g es 从 图 1 、 图 2可见 ， 经 L F精炼 ， 微 观 夹杂 物数 量 由 1 4 ． 0个／ mm 下 降 到 1 0 ． 0个／ mm ， 减 少 了 2 8 ． 6 ， 钢 中w TO 减少 了 7 5 ． 8 ， 而中间包到铸 坯 夹 杂物 数 量 由 8 ． 2个 ／ mm 减 少 到 8 ． 0个／ mm ， 且 硼 TO 变化不大。可见精炼对微观夹杂物去除 效果 明显 ， 而中间包本身对微观夹 杂物 的去除作用 不大 [ 2 ] 。采 用钢 中氮含 量 的变化 来评 价保 护浇 注效 果 ， 检测发 现 ， L F到 中 间 包 增 氮 量 较 大 ， 平 均 增 氮 1 3 1 O ～ ， 折 算 成增 氧 为 3 5 ． 5 1 1 0 [ 3 ] ， 占 中间 包 w TO 的 3 7 ． 8 ， 因此 ， 须 加 强保护 浇 注 ， 减少 吸 气 造 成 的二 次 氧化 。 2 ． 2 非金属夹杂物类型分析 为满足弹簧特殊 的力学性能要求， 须对 弹簧钢 中夹杂 物 类 型 进 行 严 格 控 制 [ 4 ] 。经 轧 材 金 相 检 测 ， 发现 钢 中存 在 以下 几种 夹 杂 三 氧化 二 铝 夹 杂 、 硫 化锰夹 杂 和点状 不变 形夹 杂 。其 中三 氧化 二铝 夹 杂含量不高 ， 少量存在于个别试样的视场中； 硫化锰 夹杂含量也不高 ， 且本身具有 良好的变形性 ， 对弹簧 钢 性能 影响 不大 ； 而点状 不变 形夹 杂不 仅粒 径大 ， 且 数 量多 ， 由于其变 形性 差 ， 将 对 弹簧钢质 量 造成严 重 影 响 。采用 扫描 电镜 和 电子探 针对 点状 不变 形夹杂 进行分析， 见 图 3 。该类夹杂 主要为钙铝 酸盐和钙 硅铝酸盐夹杂， 另外夹杂物 中还检测到铈元素， 说明 其 中混 有钢 包渣 ， 见 表 1 。因此 ， 冶炼 过 程 中应 加 强 对 氧化 物夹 杂 的去 除 ， 并控 制 好下渣 量 。 2 ． 3大型 夹杂 物来 源分 析 铸 坯 大样 电解 分级称 量 结 果 见表 2 。其 中粒 径 小于 5 0 I n的夹杂物在 1 O 以下 ， 夹杂物粒径分布 主要 集 中 在 5 O ～ 2 8 0 m， 同 时 存 在 粒 径 超 过 2 8 0 u m的大型夹杂物。对 于多流 中间包 ， 从 铸坯分流 检测结果上看 ， 近流铸坯的夹杂 总质量高出远流铸 坯 9 ． 7 ～1 8 ． 2 ， 说 明无控 流 装 置条 件 下 ， 钢 液 对 近 流冲击 明显大 于 远 流 ， 造 成 近 流处 夹 杂 物 难 以上 浮 去除 。采 用 电子 探 针 对 大 型 夹 杂 物 进 行 成 分 分 析 ， 发现 夹杂物 中含 有 C e 、 N a 、 K几 种示 踪元 素。 因此 ， 判断铸坯大型夹杂物主要来 自于钢包下渣 、 结 晶器卷渣 ， 为去除铸坯中的大型夹杂物 ， 应严格控制 钢 包下 渣量 ， 稳 定结 晶器 液 面 操 作 ， 加 强 保 护 浇 注 ， 同时优 化 中间包 控 流装 置 ， 发 挥 中间包 冶金 作用 。 3 工 艺改 进 及 冶金 效 果检 验 通过 现 场 考察 和 试 验 数据 分 析 ， 找 出 了夹 杂物 的主要来源， 结合现场实际和弹簧钢冶炼要求 ， 对工 艺作 出改 进 。适 当调 整 了 L F渣 碱 度 和 软 吹 时 间 ， 控制 了钢 包下 渣量 ， 从 钢包 到 中 间包 采 用 氩 封 长水 口进 行保 护浇 注 ， 设 置 并优化 了中 间包 控 流装 置 ， 并 加强了结晶器操作。从反馈数据看 ， 本次试验 取得 了明显 的效果 。弹簧钢 产 品氧 含量 和氮 含量较 工 艺 改进前都有大幅度下降 ， 夹杂物数量和类型也得到 a 金相显微镜观察 ； b 扫描电镜观察 图 3 弹簧钢中点状不变形夹 杂物 形貌 Fi g ．3 M o r ph o l o g y o f n o n- d e f o r ma b l e i nc l u s i o n s i n s pr i ng s t e e l 表 1 夹杂物 的电子探 针分析结果 Ta b l e 1 EMPA r e s ul t s of i nc l u s i o ns 元 素 w O “ AI w s i w C a w C e 维普资讯 第 2期 王字峰等 弹簧钢洁净化 生产 工艺研究 2 9 表 2 铸坯 中夹杂物含量 Ta bl e 2 Co n t e nI s o f i n c l u s i o n s i n b i l l e t 表 3 弹簧钢洁净度对 比 Ta bl e 3 Co mp ar i s o n s o f c l e a nl i n e s s o f s pr i n g s t e e l 了很好的控制 ， 弹簧钢整体质量 明显改善。工艺改 进前 后 弹簧钢 洁净度 对 比情况 见 表 3 。 4 结 论 1 通 过现 场 样 本 采 集 和 实 验 室 检 测 ， 分 析 了 E AF L F c C流程弹簧钢 中夹杂物 的数量 、 类型 以及演变的规律 ， 为工 艺改进和洁净化生产提供 了 依据 。 2 从试验结果看 ， 影响弹簧钢质量 的主要 因 素 为钢包 下渣 、 浇 注过程 吸气 造 成二 次氧化 、 中间包 内钢液 流动性 不好 以及 结 晶器存 在卷渣 。 3 根 据试验 结果 ， 改 进 了现 场工 艺 ， 经 验证 取 得了明显效果 ， 降低 了铸坯中夹杂物的数量 ， 尤其是 点状夹杂物 ， 提高 了弹簧钢产品质量水平 ， W TO 从 5 4 1 O 下降到 2 8 1 O 一。 参考文献 [ 1 3 樊晨 ． B 0 F LF _c c工艺生 产 4 5号 钢钢 水洁净度 的研究 [ 2 3 [ 3 3 [ 4 ] [ 5 3 [ 6 ] [ J ] ． 钢铁 ， 2 0 0 3 ， 3 8 3 1 8 2 0 ． F AN Ch e n ． Re s e a r c h o n C l e a n l i n e s s o f 4 5 S t e e l P r o d u c e d b y B OF - L F - C C P r o c e s s [ J ] ． I r o n a n d S t e e l ， 2 0 03， 3 8 3 1 8 - 2 0 ． Ka u f m a n B． Se p a r a t i o n o f No nme t a l l i c P a r t i c l e s i n Tu n d i s h e s I- J ] ． S t e e l Re s e a r c h ， 1 9 9 3 ． 6 4 4 2 6 2 2 7 0 ． 蔡开科． 浇铸与凝 固[ M] ． 北京 冶金工业 出版 社， 1 9 8 7 ． CAI Ka i k e ． C a s t i n g a n d S o l i d i f i c a t i o n [ M] ． B e ij i n g Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y Pr e s s ， 1 9 8 7 ． 薛正 良． 弹簧钢氧化物夹杂成分 和形态控制理论与实践I- J ] ． 特 殊 钢 ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 卜6 ． X UE Z h e n g l i a n g ． T h e o r y a n d P r a c fle e t o Co n t r o l o f Co mp o s i t i o n a n d M o r p h o l o g y o f Ox i d e I n c l u s i o n i n S p r i n g S t e e l [ J 3 ． S p e c i a l S t e e l ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 l - 6 ． 张鉴． 炉外精炼的理论 与实践 r M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 1 9 9 3 ． Z HAN G J i a n ． Th e o r y a n d P r a c t i c e o f Re f i n i n g [ M] ． B e i j i n g Me t a l l u r g i c a l I nd u s t r y Pr e s s ， 1 9 9 3 ． 蒋 国昌． 纯净钢及二次精炼r M] ． 上海 上海科学 技术 出版社 ， 1 9 9 4 ． J I A NG Gu o - 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