1. 引言
目前较常规的硅镇静钢冶炼工艺为LD (转炉)-LF (钢包精炼炉)-CC (连铸) [1] 。其中LF造渣技术能够很好的完成脱氧、脱硫以及去除钢中夹杂物、降低有害气体、调整钢中成分和温度任务,但同时LF冶炼手段损耗了大量人力和能源,投入的成本过高 [2] [3] [4] 。因此,需开发一种不经LF直接进行连铸浇注的冶炼工艺,以便很好的实现企业节能及节约成本。
为探索研究这一问题,生产出低成本高质量的钢种,本文以某厂硅镇静钢Q235B为研究对象,采用CaO-SiO2系渣洗料 [5] ,开发LD-渣洗-CC冶炼硅镇静钢的冶炼新工艺,通过新工艺与原工艺生产过程中钢液的显微夹杂物大小、数量、形貌、成分进行对比研究,给予企业生产出更高洁净度钢种提出理论性指导。
2. 实验研究
2.1. 工艺介绍
实验中所研究钢种为Q235B。原工艺流程:LD-LF-软吹氩(8分钟)-CC,LF精炼渣成分如表1所示。新工艺流程为:LD-渣洗-软吹氩(8分钟)-CC,渣洗料在初炼炉出钢期间随钢流一同加入到钢包中,加入量为:3~6 kg/t钢,选用的渣洗料的成分如表2所示。
2.2. 实验步骤
2.2.1. 取样方案
① 经渣洗工艺的软吹前、软吹后、中包、铸坯等工位分别取样,相应编号为ZX-1、ZX-2、ZX-3、ZX-4。
② 经LF工艺的软吹前、软吹后、中包、铸坯等工位分别取样,相应编号为LF-1、LF-2、LF-3、LF-4。
渣洗工艺共实验5炉,本文以其中一炉为例进行比较分析。
2.2.2. 样品制备
将取来的样品用线切割切成10 mm × 10 mm × 10 mm的钢样,然后进行镶嵌、磨制、抛光。
2.2.3. 分析方法
应用蔡司Axio Imager M2m金相显微镜进行夹杂物数量、大小统计,蔡司 EVO 18扫描电子显微镜和牛津能谱仪进行夹杂物的形状及成分的分析。
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Table 1. Composition of LF refining slag
表1. LF精炼渣成分
![](Images/Table_Tmp.jpg)
Table 2. Composition of slag washing material
表2. 渣洗料成分
3. 试验结果及分析
3.1. 金相结果
将磨制抛光后的试样,放在金相显微镜500倍的物镜下观察,其成像为图1所示。为了实验统计的准确性,在钢样中随机挑选一区域,以4 × 4矩阵形式进行连续观察,然后利用软件再对所取得的16个成像进行钢样的夹杂物的统计和整理。
1) 夹杂物大小分布
两不同工艺中铸坯样夹杂物大小分布比例情况,由图2所示。两工艺中夹杂物大小范围在0 < d ≤ 1 μm所占比例最大,分别占24.7%和28.7%;夹杂物尺寸所占比例最小的为5 μm < d,分别占总数的比例7.3%和8.8%,可以看出二者的大小分布比例有一定的不同,但从整体比例的趋势上可以看出两者较为相似,渣洗工艺过程在夹杂物大小比例方面与LF工艺相当。
2) 夹杂物数量分布
两工艺中不同工序的夹杂物数量如图3所示,LF-1中夹杂物为1056个/μm2,ZX-1中为935个/μm2,原工艺比新工艺多121个/μm2,这表明渣洗与LF精炼相比也能很好的去除夹杂物。
而且还可以看出经过软吹后,两工艺的夹杂物均有明显下降,但在中包中的数量有所上升,分析原因可能是由于钢流强烈的冲击力,中包的覆盖剂卷入钢中,造成钢水中夹杂物数量的升高,并且钢水从钢包到中间包期间,造成钢液被二次氧化。在铸坯工序中的夹杂物数量都有所下降,LF-4的夹杂物个数为745个/μm2,ZX-4的夹杂物个数为519个/μm2,LF工艺比渣洗工艺多226个/μm2,可以看出渣洗工艺可以较好地去除夹杂物。
3.2. 扫描电镜结果
经扫描电镜观察和能谱仪成分分析,渣洗工艺的铸坯夹杂物形貌及成分如图4所示,LF工艺的铸坯夹杂物形貌及成分如图5所示。
渣洗工艺铸坯夹杂物主要以近球形的含SiO2复合夹杂为主,如SiO2-Al2O3-MnS、SiO2-MnO、SiO2-Al2O3-CaO-MnO等复合夹杂,其中复合夹杂中SiO2含量最高,Al2O3等含量较少。LF工艺铸坯夹杂物主要为SiO2-MnO-Al2O3、SiO2-Al2O3-MnS、SiO2-Al2O3-CaO-MnO复合夹杂物。从复合夹杂的成分分析来看,复合夹杂中仍以SiO2含量最高,但Al2O3所占含量比渣洗工艺的要高。由此可见渣洗工艺与LF工艺相比,所用渣洗料具有较好的吸附夹杂物作用。
3.3. 钢的成分分析
渣洗工艺与原LF工艺的具体成品成分如表3所示。表3中列出了5炉渣洗工艺和4炉LF工艺冶炼
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Figure 1. Inclusion distribution of ZX-1
图1. ZX-1的夹杂物分布
![](//html.hanspub.org/file/2-1020155x10_hanspub.png)
Figure 2. Inclusions in continuous casting slab
图2. 铸坯工序中夹杂物
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Figure 3. Number of inclusions per unit area
图3. 各个工序单位面积夹杂物个数
![](//html.hanspub.org/file/2-1020155x12_hanspub.png)
Figure 4. Typical morphology and composition of casting slab inclusions during slag washing process
图4. 渣洗铸坯夹杂物典型形貌及成分
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Table 3. Composition of different processes
表3. 不同工艺成品成分
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Figure 5. Typical morphology and composition of casting slab inclusions during LF process
图5. LF铸坯夹杂物典型形貌及成分
Q235B的具体成品成分,可以看出经过渣洗工艺的各个成分,特别是w[S]与LF工艺相比结果较为相似,可见渣洗工艺可以较好冶炼Q235B。
4. 结论
1) 开发出采用CaO-SiO2系渣洗料的LD-渣洗-CC冶炼硅镇静钢的冶炼新工艺;
2) 渣洗工艺的夹杂物大小分布主要是d ≤ 1 μm最多,5 μm < d最少,整体尺寸分布比例与LF工艺趋势相似;
3) 渣洗工艺夹杂物以不规则和近球形的含SiO2复合夹杂为主,LF工艺夹杂物虽以SiO2复合夹杂为主,但Al2O3含量较高;
4) 与LF工艺的成品成分相比较,渣洗工艺与其相当,达到产品成分要求。
5) 渣洗工艺在夹杂物的大小、数量、形貌及成分上可以达到原LF工艺冶炼钢水平,可以替代LF工艺生产Q235B硅镇静钢。
基金项目
辽宁省高等学校优秀人才支持计划(LJQ2015056);辽宁省博士科研启动基金(20170520079);国家自然科学基金(51574063)。