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1、管线钢LF精炼过程夹杂物行为研究 发表日期：2007-8-9阅读次数：213摘要:探讨了不同精炼周期和钢包底吹氩制度对管线钢中夹杂物去除效果的影响。结果表明,LF精炼过程钢中全氧去除率约为20%,氮含量变化不明显;LF从进站到出站,夹杂物面积比可降低40%50%,小颗粒夹杂物粒度分布比例增加,其中25m小颗粒夹杂,由进站时的40%50%提高到出站时的80%90%,但最大夹杂物粒度没有明显变化。关键词: 管线钢; LF精炼; 夹杂物 LF是以电弧加热为主要技术特征并辅助底吹氩气搅拌、造还原渣等技术的炉外精炼方式,其主要作用是钢水升温和强制脱硫,在低硫、超低硫钢冶炼中发挥了巨大作用。LF因其投资成
2、本低、设备简单得到了迅速发展,在炉外精炼设备中占据主导地位。目前,国内外围绕LF 精炼所进行的研究一般集中在如何快速成渣、强化埋弧操作、如何实现快速和深度脱硫、提高钢包钙处理效果等方面,系统研究LF精炼过程中夹杂物行为变化的研究不多。本文以国内钢厂生产X65石油管线钢为例,系统研究LF精炼处理过程钢中非金属夹杂物行为变化,并与底吹氩气制度相联系,探讨底吹氩气制度对夹杂物去除行为的影响,目的在于优化LF操作制度,提高夹杂物去除效率和钢水洁净度。1 工艺条件和方法1.1 管线钢冶炼工艺条件 以钢厂生产管线钢X65为代表钢种,冶炼工艺的路线为:铁水预处理转炉100t LF喂CaSi线CC。现场共进行
3、了2个浇次的管线钢生产试验,共计3罐钢水,炉罐号依次为3A1581、3A1582、2A1644。试验钢种入LF工位前主要化学成分如表1所示,LF精炼操作过程为:表1 试验管线钢化学成分 %w(C)w(Si)w(Mn)w(P)w(S)w(Ni)w(Cr)w(V)w(Nb)w(Ti)w(Als)0.0900.2001.3600.0130.00470.0100.0300.0300.0400.0130.024 (1)LF进站后实施大气量吹氩化渣,氩气流量根据化渣情况而定,通常控制在4060m3/h; (2)测温。根据温度确定加热时间,通常加热时间在5min左右,加热时氩气量在12m3/h左右; (3)
4、加入造渣剂。如精炼渣、铝矾土、石灰、萤石等。氩气量控制在12m3/h左右; (4)大气量4050m3/h吹氩,使渣钢充分混合,进行脱硫; (5)合金化处理。氩气量2030m3/h,测温,根据钢水温度确定是否需要二次加热; (6)成分微调。氩气量降到1012m3/h; (7)喂CaSi线。喂线速度大于3.5m/s,吨钢喂线3.03.5m; (8)采用10m3/h氩气量钢水静循环大于8min。1.2 取样和分析方法 转炉出钢时分别取钢样和渣样。分别在L F进站、喂线前、喂线后取钢水样和渣样。拉坯18m和28m在中间包取钢水样。每罐取铸坯的第2块坯样,长度约80mm。采用化学分析法分析钢样和渣样成分
5、,采用氮氧分析仪测定钢中总氧和氮含量,采用金相分析法测定钢中夹杂物形态和尺寸分布,图像分析软件测定钢中夹杂物面积比,采用扫描电镜及能谱微区分析测定钢中夹杂物的成分和尺寸。2 结果分析与讨论2.1 管线钢全氧和氮的变化 LF工艺路线各工序全氧、氮含量数据采用3罐钢水的平均值,图1给出了管线钢精炼过程中全氧和氮的变化规律。从图1可以得出,转炉出钢后加入脱氧剂进行深脱氧,到精炼开始时钢水全氧小于2010-6,从喂线前后和LF精炼出站到中间包钢水,全氧逐渐减少,但减少幅度较小,LF精炼结束钢水中全氧为1510-6,中间包内钢水全氧平均在(1215)10-6,LF精炼过程平均全氧去除率为20%左右。 从
6、LF出站到中间包浇注过程中,钢水中w(N)增加很少,只是喂线前较LF 进站前增加了510-6左右,至LF出站和中间包钢水中,氮含量均没有明显的增加趋势。文献指出,LF精炼过程可以保证增氮量小于0.0005%,增氮的原因主要有钢液与大气的接触、电弧电离、原材料携带等。从试验结果看,仅仅在喂线前增氮(45)10-6,可能的原因是,电弧加热时导致空气电离或者LF大气量底吹搅拌导致钢液与大气接触而使钢水增氮。2.2 夹杂物组成变化 采用金相和扫描电镜分析了LF精炼周期内钢水中夹杂物的数量、形态和组成的变化。由于钢水中全氧较低,一般在(1015)10-6水平,据此推断钢中氧化物夹杂物数量较少,为使金相分
7、析结果能真实反映钢中夹杂物水平,采用高倍数多视场分析观察夹杂物。根据试样中夹杂物数量和尺寸的实际情况,采用大面积(100个视场左右)放大500倍进行观察分析。夹杂物分析结果表明,试验各工序夹杂物类型基本相同,管线钢中夹杂物类型见表2 。表2 管线钢各工序夹杂物类型工序夹杂物类型L F 进站主要是Al2O3 夹杂, nCaO mAl2O3 夹杂,少量锰铝硅酸盐夹杂喂CaSi 线前含少量Ca 和Mn 的Al2O3 夹杂, nCaO mAl2O3氧化物夹杂,CaS 和MnS 复合夹杂,含少量Ti 的锰铝硅酸盐夹杂,钙铝酸盐夹杂尺寸较小喂CaSi 线后以硫化物与氧化物复合夹杂为主,含有少量的硫化钙锰、
8、钙铝酸盐,其中复合夹杂物中硫化物所占面积比例较大中间包铸坯与喂线后夹杂物种类相同以氧化物和硫化物复合夹杂为主,有少量CaS 和MnS 复合夹杂,纯的氧化物或硫化物很少2.3 夹杂物数量和粒度变化 图2给出了LF精炼过程管线钢中夹杂物面积比的变化规律。分析认为,对于炉罐号为2A1644和3A1581的管线钢,从LF进站到出站过程中,钢中夹杂物的面积比明显降低,分别从进站时的0.0018%和0.0041%降至出站时的0.0010%和0.0025%,说明合理的吹氩搅拌和喂线操作可以有效促进夹杂物去除,减少钢中夹杂物数量。另外从氩气流量分配可知,化渣脱硫以及合金化阶段所施以的氩气流量较大,与之对应的钢
9、中夹杂物面积比降低程度也很大,说明在保证炉渣不被卷入钢水的前提下,大氩气量有利于缩短夹杂物上浮时间。根据本次试验结果,100tLF吹氩化渣氩气量可控制在4050m3/h,正常合金化或升温等处理时氩气流量在2030m3/h即可。 图3为管线钢在不同LF精炼阶段夹杂物粒度分布情况。由图3可见,对第1罐(3A1581)和第3罐(2A1644)钢水而言,精炼前后钢中小颗粒夹杂物粒度分布比例增加,其中25m小颗粒夹杂在LF进站到出站的比例由40%50%提高到80%90%,但大夹杂物粒度没有变化,出站时大夹杂物粒度平均达到了12m,个别为1520m。 在LF进站时,管线钢中夹杂物有50%80%的25m小颗
10、粒夹杂物,大颗粒夹杂物较多,其中第1罐(3A1581)钢水中尺寸在1015m的大颗粒夹杂物占总夹杂量的20%左右,尺寸为1520m的夹杂物占总量的10%左右。当钢水经LF精炼吹氩处理后,大颗粒夹杂物明显减少,在第1罐和第3罐钢水中,尺寸为1520m的夹杂物分别占夹杂物总量的3.03%和1.69%,说明LF底吹氩气搅拌可以有效去除钢水中大颗粒夹杂物,尤其是在喂线后实施的“软吹”操作可以有效去除钢中的大颗粒夹杂物,这和国内外许多研究结果相吻合。另外,从LF出站后的钢水到连铸坯中,大颗粒夹杂物一经去除,就没有重新增加的现象,说明钢水保护浇注实施较好,未出现明显的二次氧化现象,并且中间包耐火材料脱落所
11、导致的大颗粒夹杂物也没有发现。因此,在实际管线钢生产中,对LF处理后的钢水实施保护浇注并强化耐火材料砌筑质量是巩固管线钢精炼效果的重要保证。2.4 钢包顶渣氧化性对夹杂物的影响 试验还对不同LF精炼阶段钢包渣进行了取样分析,以探讨钢包顶渣氧化性和炉渣碱度对钢中夹杂物的影响,其中钢包渣成分如表3所示。从表3结果看,3A1581罐钢水顶渣氧化性较高,即钢包顶渣改质效果较差,LF进站到出站w(FeO)为13%15%,其余2罐钢水精炼结束后w(FeO)均小于1%。由于3A1581罐钢水顶渣氧化性较高,因此,3罐钢水精炼结束后,3A1581罐钢水中夹杂物面积比明显较大,且大颗粒夹杂物较其它罐次多,从图2
12、和图3显示的结果可以得到证实。将顶渣氧化性与精炼结束到中间包钢水中铝损失量联系起来看,不难发现,顶渣氧化性越大,铝损失越多,钢中夹杂物含量也越大。此外,顶渣氧化性还与LF深脱硫能力和精炼处理时间密切相关,并影响精炼和连铸间的工艺衔接。因此,降低顶渣氧化性是LF操作必须着重解决的问题。表3 不同工艺过程钢包渣化学成分 %炉号取样位置w(CaO)w(SiO2)w(MnO)w(FeO)w(MgO)w(Al2O3)w(TFe)w(S)碱度3A1581LF进站54.8814.681.0413.746.620.7614.660.0193.74喂线前48.8416.111.1513.659.850.7615
13、.140.0273.03喂线后54.2513.241.5515.456.381.3815.560.0284.103A1582LF进站35.0515.694.611.086.5634.320.900.0142.23喂线前40.7016.200.981.267.8031.790.870.0512.51喂线后47.3413.290.970.905.6731.030.700.0783.562A1644LF进站37.4916.022.731.986.7233.441.530.0252.34喂线前41.4515.830.851.357.7731.461.000.0692.62喂线后48.2712.900.
14、650.905.8931.660.550.0743.743 结论 (1)LF精炼过程管线钢中全氧去除率约为20%,而氮含量增加不明显。 (2)LF精炼过程管线钢中夹杂物变化趋势为,LF进站到出站夹杂物含量(面积比)可降低40%50%;小颗粒夹杂物粒度分布比例增加,其中25m小颗粒夹杂LF进站到出站由40%50%提高到80%90%,但最大夹杂物粒度没有变化,出站时最大夹杂物粒度平均为12m。 (3)影响管线钢LF夹杂物去除率的主要因素是吹氩工艺,控制精炼过程合理的吹氩制度,可以降低钢中夹杂物的含量,减小夹杂物粒度。 (4)大氩气量有利于缩短夹杂物上浮时间。LF吹氩化渣氩气量可控制在4050m3/h,合金化或升温时控制在2030m3/h即可。研究还表明,喂CaSi线前夹杂物含量与喂线后基本一致。 (5)顶渣氧化性越大,酸溶铝损失越多,钢中夹杂物含量也越大。
