管線鋼生產(chǎn)中l(wèi)f爐的冶金功能

管線鋼生產(chǎn)中l(wèi)f爐的冶金功能

0管線鋼夾夾物的變性處理隨著純鋼生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和連鑄技術(shù)的發(fā)展，以及能耗的要求，路橋外精煉工藝和設(shè)備迅速普及。目前,鋼水爐外精煉已成為高技術(shù)含量、高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量保證基礎(chǔ),是現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)流程的標(biāo)志。在管線鋼,尤其是輸送含硫氣體的高強(qiáng)韌性管線鋼的生產(chǎn)中,為了完全消除由于塑性MnS夾雜存在而導(dǎo)致的氫致裂紋(HIC),除了把鋼中的硫含量控制在0.001%以下外,對管線鋼進(jìn)行夾雜物的變性處理也是必不可少的一個環(huán)節(jié)。在眾多的爐外處理方法中,LF鋼包精煉爐不僅可以升溫,而且可以通過造渣深脫硫、脫氧并結(jié)合喂硅鈣線進(jìn)行夾雜物的變性處理,因此,在管線鋼的生產(chǎn)過程中LF爐精煉就成為非常重要的一個環(huán)節(jié)。筆者以武鋼管線鋼生產(chǎn)為例,重點(diǎn)討論LF爐精煉過程中脫硫、凈化鋼液及夾雜物變性問題。1lf爐生長及工業(yè)試驗(yàn)研究武鋼三煉鋼廠采用鐵水預(yù)處理→250t頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐→鋼包吹氬→RH真空處理→LF處理→連鑄工藝生產(chǎn)管線鋼。在LF爐精煉后期,向鋼包中喂入硅鈣合金進(jìn)行夾雜物的變性處理,為了系統(tǒng)分析LF爐的冶金效果,分別在LF處理前、后進(jìn)行了2個澆次共計(jì)8爐的工業(yè)試驗(yàn)。中間包及鑄坯分別取樣,一部分試樣加工后進(jìn)行氧、氮、硫含量分析,一部分試樣磨制、拋光后在高倍光學(xué)顯微鏡下觀察、統(tǒng)計(jì)夾雜物的形狀、尺寸及數(shù)量,并結(jié)合掃描電鏡、電子探針確定夾雜物成分。2分析與討論的結(jié)果2.1光學(xué)堿度與脫硫率試驗(yàn)結(jié)果LF爐處理前、后試樣分析結(jié)果如表1所示。由表1可知,LF處理前鋼水中的硫含量在(28～55)×10-6,平均值為41.88×10-6,LF處理后硫含量在(14～23)×10-6,平均脫硫率達(dá)到了55%。不同爐次精煉渣的光學(xué)堿度與脫硫率的試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1可知,隨著光學(xué)堿度的增加,脫硫率升高,但當(dāng)光學(xué)堿度達(dá)到一定值后,脫硫率增加緩慢并呈下降趨勢,這與光學(xué)堿度過大時(shí),渣中CaO過飽和而析出固相粒子稠化熔渣,惡化脫硫條件有關(guān)。因此,為了滿足深脫硫的要求,LF爐精煉渣系既要有較高的光學(xué)堿度,又要有一定的流動性。另外,進(jìn)一步的理論分析可知,優(yōu)化爐渣成分,提高光學(xué)堿度,強(qiáng)化鋼水及爐渣脫氧,選擇合適的渣量是提高LF爐脫硫效率的有效手段。2.2lf處理前后顯微混雜物的變化在一定程度上,鋼水中的全氧含量代表了氧化物夾雜的數(shù)量,其值的大小經(jīng)常作為鋼水潔凈度非常有效的評價(jià)指標(biāo)。從表1可知,LF處理前鋼水中的T[O]含量在(27～45)×10-6,平均值為39.25×10-6,LF處理后T[O]含量在(15～27)×10-6,平均值為22.25×10-6,去除率為43.3%。LF處理前,顯微夾雜物數(shù)量的平均值為4.43個/mm2,處理后夾雜物數(shù)量的平均值為2.46個/mm2,夾雜物的去除率達(dá)44.4%以上。由此可知,LF處理中底吹氬氣的攪拌可有效促進(jìn)夾雜物的上浮,LF爐凈化鋼液的效果良好。鋼液中氮含量增加的多少間接反映了鋼液被空氣氧化情況的大小,LF處理前、后鋼水中的平均[N]含量從26×10-6增加到了30×10-6,吸氮量為4×10-6,這說明LF處理過程中的二次氧化不大。2.3混合物變量分析2.3.1lf處理前后的缺陷物及形態(tài)分析根據(jù)夾雜物的形貌并結(jié)合電子探針分析,LF處理前、后鋼中的氧化物夾雜分為以下幾類:(1)塊狀和群落狀A(yù)l2O3夾雜(圖2(a)、(b)),此夾雜呈深色的不規(guī)則形狀,為鋁脫氧產(chǎn)物,在硅鈣加入前大量存在,鈣處理后簇狀A(yù)l2O3夾雜幾乎完全消失,尤其是在鑄坯中沒有觀察到簇狀A(yù)l2O3夾雜。(2)條塊形和球形的硅酸鹽夾雜(圖2(c)、(d)),此夾雜在各工序均存在,為硅脫氧產(chǎn)物。(3)鈣鋁酸鹽夾雜(圖2(e)),此類夾雜呈圓形或塊狀,為鈣處理產(chǎn)物,在鈣處理后大量出現(xiàn),并成為中間包及鑄坯的主要夾雜,鑄坯中的球形鈣鋁酸鹽夾雜約占夾雜總量的80%左右,并且其粒徑較小,90%以上鈣鋁酸鹽粒徑均小于5μm。由于管線鋼中硫含量較低(16×10-6～20×10-6),鋼中的硫化物夾雜含量較少,金相觀察時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)沿晶界分布的MnS塑性夾雜,根據(jù)S元素在夾雜物中的分布,硫化物夾雜分為三類?！?Ca,Mn)S夾雜,此類夾雜中Mn含量較低,一般不超過15%,呈圓形或塊狀,在LF爐進(jìn)行鈣處理后出現(xiàn),中間包和鑄坯中均存在,如圖2(f)所示。●CaS均勻分布的CaO-Al2O3-CaS復(fù)合夾雜,如圖2(g)所示?！駜?nèi)核為CaO-Al2O3外殼為CaS的復(fù)合夾雜,此類夾雜可能是在凝固過程中,CaS在CaO-Al2O3化合物中的溶解度降低而沉淀,并因表面張力效應(yīng)在夾雜物表面形成環(huán)狀,如圖2(h)所示。綜合分析LF處理前、后夾雜物的種類可知,LF處理前,鋼中的氧化物夾雜大多為塊狀或簇狀的Al2O3夾雜,硅鈣合金的加入,不僅把蔟狀的Al2O3夾雜變成球狀、低熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽夾雜,也能使玻璃質(zhì)的硅酸鹽夾雜球化,同時(shí)還能消除或減少條狀硫化錳夾雜,變成球狀硫化鈣或鈣錳硫化物復(fù)合夾雜,這對管線鋼提高抗HIC性能非常有利。為了定量分析鈣處理前、后夾雜物形狀的變化,引入了形狀系數(shù),并把形狀系數(shù)定義為夾雜物長軸與短軸之比。LF處理后,夾雜物平均形狀系數(shù)從1.412降低到1.206,夾雜物形狀在LF處理中得到了球化。2.3.2大學(xué)生及融合劑的用量鈣處理效果的好壞對鋼質(zhì)量影響很大,為了評價(jià)武鋼管線鋼鈣處理效果,本次試驗(yàn)分2個澆次進(jìn)行對比,第1澆次硅鈣線的噸鋼加入量為0.7kg,第2澆次為0.9kg,氧化物及硫化物變性指標(biāo)的對比結(jié)果見表2。由表2可知,第1澆次鈣處理效果不理想,不能達(dá)到完全變性氧化物和硫化物夾雜的要求。第2澆次,由于CaSi線的加入量提高,夾雜物變性的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足完全變性的要求。因此單純從夾雜物變性角度考慮,把硅鈣線的噸鋼加入量提高到0.9kg較為合適。但增加硅鈣線的加入量,一方面增加了管線鋼的生產(chǎn)成本,從經(jīng)濟(jì)角度考慮不利,另一方面,鋼中的鈣含量較高對中間包水口的侵蝕加劇,因此深入研究管線鋼鈣處理效果非常必要。3lf爐的脫硫及凈化鋼液的效果(1)武鋼管線鋼生產(chǎn)中,LF精煉爐的平均脫硫率達(dá)到了55%以上,全氧及顯微夾雜物的去除率分別為43.3%,44.4%,LF爐的脫硫及凈化鋼液的效果良好。(2)LF處理后期