100t BOF-LF-RH-CC流程冶炼GCr15轴承钢非金属夹杂的演变

试验GCr15轴承钢(/%:1.00C,0.20Si,0.39Mn,0.015P,0.005S,1.50Cr,0.003Ti,0.015Als)的冶炼工艺流程为预脱硫铁水-100 t BOF-LF-RH-200 nm×200 mm坯连铸。主要工艺特点为BOF出钢过程加1.2 kg/t铝脱氧,LF精炼采用白渣操作,精炼初渣主要成分为(/%:22Al_2O_3,56CaO,10SiO_2,5MgO),RH 67 Pa,25 min,连铸过程保护浇注。两炉钢冶炼分析结果表明,钢中氧氮含量在RH破空样品中同时达到最低分别为7×10~(-6)~8×10~(-6)和24×10~(-6)~26×10~(-6),钢中非金属夹杂尺寸主要集中在3~8μm,并且单位面积夹杂物数量在RH破空样中达到最小;铸坯中非金属夹杂以Al_2O_3-CaO夹杂为主;在高碱度渣的条件下,钙铝酸盐与镁铝尖晶石很容易发生反应,碱度为2~3时会出现少量MgO-Al_2O_3,在渣碱度达到4以上时不会出现MgO-Al_2O_3系夹杂物,并且高碱度条件下MgO-Al_2O_3-CaO系夹杂物中MgO含量会降低。     

316L不锈钢精炼过程中夹杂物成分演变

从"AOD→LF→钙处理→连铸"进行全流程取样,重点分析316L不锈钢中氧氮含量、夹杂物数密度和成分。研究发现:在冶炼过程中,钢中w(T.O)逐渐降低,钙处理后为24×10~(-6),较AOD还原结束时降低183×10~(-6),浇铸时存在二次氧化,铸坯试样中w(T.O)增加8×10~(-6)。AOD还原期结束时,夹杂物类型主要为SiO_2-MnO系。LF进站时为CaO-Al_2O_3-SiO_2系和CaO-Al_2O_3-MgO系,前者主要来源于AOD卷渣和钢中Al反应生成,后者主要来源于SiO_2-MnO系夹杂物与钢中Al以及渣相反应生成。对于CaO-Al_2O_3-SiO_2系,LF进站时夹杂物平均成分偏离低熔点区,随着精炼过程的进行,夹杂物中CaO含量降低,Al_2O_3含量升高,其平均成分位于低熔点区内;对于CaO-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中MgO含量升高,MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂物数量增加,经过钙处理和静置上浮,CaO-Al_2O_3-MgO系夹杂物逐渐消失,夹杂物改性较为充分。     

120 t BOF-LF-RH-CC流程GCr15轴承钢洁净度研究

对"120 t BOF-LF-RH-CC"流程GCr15轴承钢的洁净度研究结果表明,LF精炼结束以Al_2O_3·MgO尖晶石和Al_2O_3-MgO-CaO夹杂为主,RH真空处理后,Al_2O_3·MgO尖晶石几乎全部消失,钢中夹杂物以液态钙铝酸盐为主,T.O含量降至5.3×10~(-6);浇注过程中间包重新生成Al_2O_3·MgO尖晶石;RH终点和中间包钢水以及连铸坯未发现≥20μm钙铝酸盐夹杂。     

20CrMnTi齿轮钢LF精炼渣优化

针对某厂20CrMnTi齿轮钢生产过程中全氧含量控制偏高,夹杂物控制水平差等问题,研究利用FactSage热力学软件计算结果着重探讨精炼渣碱度、w(CaO)/w(Al_2O_3)、MI指数与Al_2O_3夹杂吸附能力的影响关系,最终得到适用于该厂生产齿轮钢(20CrMnTi)的LF精炼渣系范围为:w(CaO)=50%~55%,w(Al_2O_3)=22%~26%,w(SiO_2)=10%~12%,w(MgO)=5%~7%。使用该渣系进行工业试验,铸坯中全氧质量分数由17×10~(-6)降至14×10~(-6),且铸坯中显微夹杂物尺寸也明显降低,由2.0μm降至1.4μm,且工艺优化后铸坯中观察到的绝大部分夹杂物都在1 500℃液相线以内变化,夹杂物变性效果良好。     

304奥氏体不锈钢180t AOD-LF精炼过程夹杂物衍变行为的研究

采用氧氮分析仪、扫描电镜、金相显微镜研究了160 t EAF-180 t AOD-LF-CC工艺生产304不锈钢的冶炼过程中全氧含量和夹杂物数量、尺寸、成分、类型等的衍变行为。AOD初始[C]2.0%~3.0%,[Si]0.2%~0.4%,终点[C]0.04%~0.06%,AOD终渣为(/%):53.9%CaO,30.1SiO_2,1.34Al_2O_3,5.22MgO,8.74CaF_2,0.39Cr_2O_3,0.53TFe,0.62MnO,LF终渣为(/%):57.9CaO,21.6SiO_2,1.70Al_2O_3,6.30MgO,0.03Cr_2O_3,11.9CaF_2,0.26TFe,0.31 MnO。结果表明,AOD-LF-CC过程中氧含量逐渐降低,脱氧率达到71.0%,铸坯氧含量为25×10~(-6);在精炼过程中大型夹杂物数量明显降低,铸坯中没有出现≥20μm的夹杂物;在精炼过程钢中夹杂物主要以低熔点的硅酸盐为主,从LF终点至铸坯夹杂物中MgO和Al_2O_3含量分别升高了12%和17.5%,因温度降低,铸坯中残余的Mg、Al和O不断结合析出MgO-Al_2O_3尖晶石,同时残余的Mg、Al与低熔点的硅酸盐夹杂物发生反应形成高熔点的硅酸盐,所以铸坯中夹杂物主要以镁铝尖晶石和高熔点硅酸盐为主。     

60t LF精炼终点GCr15轴承钢中氧化物夹杂特性的研究

通过电弧炉出钢加铝铁、硅铁脱氧,LF精炼初渣的组分为(/%:27.39~37.34Al_2O_3,38.42~38.68CaO,14.20~18.38SiO_2,8.50~10.72MgO,0.82~0.89FeO,0.27~0.33MnO,0.69~0.74S,0.66~0.75TiO_2,(CaO)/(SiO_2)=2.09~2.72,(CaO)/(Al_2O_3)=1.04~1.40),LF终点T[O]为0.001 2%~0.0019%,T[N]为0.004 3%~0.005 0%,[Ti]0.002%和[Ca]0.006%~0.009%。GCr15轴承钢LF精炼终点氧化物夹杂分析结果表明,钢中主要氧化物夹杂为镁铝尖晶石(MgO·Al_2O_3)和钙镁铝尖晶石氧化物(CaO·MgO·Al_2O_3)。镁铝尖晶石平均尺寸低于0.5μm,当有MnS、TiN等在其上析出后平均尺寸增大。钙镁铝尖晶石平均尺寸通常在2μm以上,在精炼温度下呈液态,易在钢中聚集长大,其尺寸(1.39~2.12μm)比固态的钙镁铝尖晶石-MnS夹杂物大,且更被精炼渣吸收并上浮去除。随着精炼过程钢液中的硫含量降低,以这两类尖晶石为核心的含MnS的复合夹杂物的平均尺寸降低。适当降低精炼终点渣中MgO的含量、光学碱度和黏度可以减少钢中夹杂物的数量并降低其平均尺寸。     

高端抗硫管线钢非金属夹杂物研究

采用扫描电镜和大样电解等检验方法对抗硫管线钢的冶炼过程试样和连铸坯中夹杂物的数量、尺寸、成分、形貌进行系统分析。结果表明:钢液经过LF精炼后,显微夹杂物的面积比降低了34.7%;中间包钢液的夹杂物面积比较VD出站增加了6.1%。LF进站钢液中的夹杂物主要为Al_2O_3夹杂物,在LF精炼和VD真空处理过程中由于钢渣间的相互作用,形成以CaO、MgO、Al_2O_3为主要组成的复合型夹杂物。钙处理后夹杂物中的CaO和Al_2O_3的物质的量比接近12∶7,并与钢液发生了脱硫反应,形成了含CaS的复合夹杂物。中间包开浇阶段铸坯中的显微夹杂物和大型夹杂物都明显高于稳定浇铸状态;在稳定浇铸状态下,铸坯中的w(T[O])小于15×10~(-6),大型夹杂物的含量小于0.2 mg/kg;大型夹杂物的主要来源是钢包引流砂、结晶器保护渣。     

炉渣反应平衡对钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究

高强度低合金钢为了控制钢中硫含量,生产过程中采用高碱度、低氧化性精炼渣,致使钢中生成尺寸较大的塑性夹杂物,严重影响钢材质量。炉渣组成对钢中夹杂物有很大影响,文章介绍了采用钢-渣平衡的方法对五种渣系(不同CaO/SiO_2和Al_2O_3%)钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究。结果表明,钢-渣反应平衡后,顶渣中Ca O/SiO_2在1.93~4.54,Al_2O_3 %在21%~30%;钢中T.O在7×10~(-6)~19×10~(-6);钢中夹杂物呈球形,绝大多数尺寸在5μm以下,类型为Al_2O_3-Si O2-CaO-MgO系,部分夹杂物中含有少量MnO。当顶渣中Al_2O_3含量一定时,随着顶渣中(CaO+MgO)/SiO_2提高,T.O下降;夹杂物中MnO含量降低,CaO/Al_2O_3增加。当顶渣CaO/SiO_2一定时,随着渣中Al_2O_3含量的提高,T.O增加;夹杂物中Al_2O_3含量增加,CaO含量也相应增加,CaO/Al_2O_3变化不大,约在1,夹杂物中MgO含量和MgO/Al_2O_3下降。随着钢中T.O含量的增加,夹杂物的数量呈上升的趋势;钢中出现大尺寸夹杂物的几率增加。     

小方坯流程高品质轴承钢工艺

相比于电炉冶炼和大方坯流程,采用转炉冶炼加小方坯流程具有更低的生产成本。根据天钢的实际生产情况,对采用“铁水脱硫扒渣→转炉冶炼→LF造渣精炼→VD真空精炼→小方坯连铸”流程生产高品质轴承钢的关键技术进行研究。分析冶炼过程钢水及连铸坯中夹杂物可知：随着LF炉炉渣碱度的升高,钢液中wT［O］大幅降低,控制炉渣碱度R在一个较高范围（7.0~9.0）对于控制钢液中wT［O］很重要;LF精炼初期,夹杂物中Al2O3含量较高,随着精炼的进行夹杂物向着CaO-Al2O3-MgO系和Al2O3-MgO系方向夹杂物发展;VD真空处理促进钢-渣-夹杂物间反应向平衡方向移动,夹杂物接着向CaO-Al2O3-MgO系方向发展,夹杂物中CaO含量增加;在小方坯连铸过程中,采用两级电磁搅拌加低拉速、低比水量的模式获得了较小的碳偏析度。     

X80管线钢洁净度研究

对X80管线钢中非金属夹杂物进行金相观察、大样电解和扫描电镜分析。结果表明:从LF进站到铸坯过程中显微夹杂物呈显著的下降趋势,降幅达77.77%,在LF和RH精炼过程中,夹杂物数量降低最为明显;铸坯中夹杂物主要类型为CaO-CaS-Al2O3复合夹杂,其xCaO/xAl2O3小于12 CaO·7Al2O3的xCaO/xAl2O3=1.71,夹杂物变性效果较差。X80管线钢从转炉终点到铸坯过程中,平均T.O呈下降趋势,LF进站到钙处理后,平均w(T.O)减少了2.06×10-6,RH精炼过程平均w(T.O)降低了2.27×10-6,需提高LF精炼操作水平和RH精炼操作稳定性。RH出站到铸坯是一个增氮的过程,增氮质量分数为2.27×10-6,保护浇铸水平较高;铸坯中大型夹杂物数量为1.46 mg/10 kg,夹杂物主要为球状的钙铝酸盐夹杂物、硅铝酸盐夹杂物以及与镁铝尖晶石形成的复合夹杂物。     

304不锈钢不同精炼渣碱度下夹杂物的演变

 为了提高304不锈钢的产品质量，结合生产实际，利用热力学计算和扫描电镜能谱分析方法, 研究了硅脱氧条件下，LF精炼渣碱度对304不锈钢在LF精炼、连铸过程夹杂物变化规律的影响。试验结果表明,随着冶炼过程进行，全氧质量分数和夹杂物数量依次减小。304不锈钢采用1.75高碱度炉渣，可以得到较低的全氧质量分数和夹杂物数量，但是夹杂物中Al2O3质量分数高，夹杂物熔点高。采用1.53低碱度炉渣，钢液中全氧质量分数较采用高碱度炉渣高，但是夹杂物中CaO、Al2O3质量分数相对较低，SiO2和MnO质量分数较高，夹杂物熔点低。针对304不锈钢产品可以采用不同的生产工艺路线来满足产品的不同需求。     

高碱度中间包覆盖剂对改善0Cr18Ni9不锈钢洁净度的影响

0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的生产流程为铁水脱磷预处理-75 t转炉-VOD-LF-200 mm×1 200 mm坯连铸工艺。分析了连铸过程20 t中间包覆盖剂(/%:40.54CaO,28.89Al₂O₃,7.8SiO₂,6.32MgO,1.84C,碱度5.2)组分变化,及钢中氧、夹杂物去除效果。结果表明,采用高碱度中间包覆盖剂时,多炉连浇后覆盖剂吸收钢中硅酸类夹杂物效果明显,0Cr18Ni9不锈钢中平均氧含量由LF钢水中的56.5×10^-6,降低到中间包钢水中的37.5×10^-6和铸坯的33.3×10^-6,铸坯中夹杂物数量及大小较LF后有明显降低,高碱度中间包覆盖剂对去除20μm以上的大颗粒夹杂效果明显。     

GCr15轴承钢冶炼过程钢液洁净度变化

 研究了EAF→LF→VD→软搅→CC工艺生产GCr15轴承钢冶炼过程钢中T[O]及非金属夹杂物的变化情况。通过将电炉出钢碳质量分数控制为0.2%～0.4%、出钢加铝强脱氧及造预精炼渣、LF精炼过程造高碱度强还原性炉渣、VD真空强搅拌及防止中间包二次氧化,可以生产[w(T[O])]等于8×10－6的轴承钢。在炉外精炼过程中夹杂物经历了Al2O3→MgO·Al2O3→CaO-MgO-Al2O3演变。LF精炼过程夹杂物平均尺寸减小,经过VD真空处理后尺寸增加,接着在软搅和中间包过程继续减小。利用VD真空处理可以去除高达74%的夹杂物。     

高速铁路车轴用25CrMoVNi超低氧钢RH精炼过程非金属夹杂物的行为

25CrMoVNi钢由120 t EAF-LF-RH脱气-φ600 mm圆坯连铸工艺生产,EAF出钢时加Al预脱气使[Al]s≥0.030%,并加入石灰造渣预精炼,LF精炼时炉渣表面加Al粒扩散脱氧,LF精炼渣的组成为（/%）:53~57CaO,10~13SiO₂,27~28Al₂O₃,6~9MgO,0.09~0.10MnO。RH脱气精炼结果表明,RH后T[O]由脱气前0.001 3%~0.001 5%降至0.000 5%;钢中TCa由0.001 9%降至0.000 9%~0.001 7%;夹杂物发生MgO·Al₂O₃→（MgO）z（CaO）x（Al₂O₃）y→（CaO）x（Al₂O₃）y的转变;最后以尖晶石类固相夹杂物数量迅速减少,以钙铝酸盐类的液相夹杂物数量呈现出先增加后减少,钢中夹杂物由6.7个/mm²下降至2.7个/mm²     

GCr15轴承钢LF精炼过程脱硫能力的热力学评价

通过现场取样分析和热力学计算,评价了工业化生产GCr15轴承钢LF精炼工序的脱硫能力.分析了精炼温度、钢中酸溶铝含量、精炼渣的光学碱度对LF精炼过程硫分配比的影响.由于实际精炼过程中脱硫反应未达到平衡,实际测得的硫分配比低于理论计算值.得到了精炼温度为1 830～1 855 K,钢中酸溶铝的质量分数为0.020％～o.050％,精炼渣光学碱度在0.760～0.795范围内,精炼温度、钢中酸溶铝、渣的光学碱度及渣中Al2O3、SiO2含量对硫分配比影响的回归方程,该方程可作为实际生产条件下LF精炼工序脱硫能力的评价依据.根据回归方程,设计了改变精炼渣组成的3因素4水平正交实验,分析了精炼渣二元碱度R2及Al2O3和SiO2含量对硫分配比的影响,得出渣-钢间最优硫分配比的精炼渣组成(质量分数)为:CaO 55.11％,Al2O3 30％,SiO26.89％,MgO 8％,光学碱度为0.777.     

X80管线钢LF-RH二次精炼过程夹杂物行为及控制

研究了210 t BOF-LF-RH-CC工艺流程生产X80管线钢(%:0.041～0.044C、0.15Si、1.78～1.80Mn、0.007～0.010P、0.000 8～0.001 2S、0.039～0.047[Al]s)时精炼过程中夹杂物的变化。在BOF出钢阶段采用加Al强脱氧(0.01%～0.02%[Al]s),LF精炼过程采用高碱度、强还原性精炼渣(精炼渣成分%:50～58CaO、7～10MgO、20～25Al₂O₃、4～7SiO₂、0.5～1.4TFe),炉渣和钢液反应活跃,使得钢中Al₂O₃夹杂物很快向液态钙铝酸盐和部分液态CaO-MgO-Al₂O₃复合夹杂物转变。液态夹杂物通过碰撞、聚合、长大及上浮去除,提高了钢液的洁净度。浇铸前T[O]降到(7～10)×10^-6,钢中夹杂物尺寸在3～5μm,试验炉次的热轧板内未发现大尺寸的低熔点钙铝酸盐类长条夹杂物。     

超低氧冶炼过程镁铝尖晶石形成的热力学分析与控制

 对超低氧试验钢精炼过程中镁铝尖晶石的形成机制和生成热力学计算分析表明：1873K时,MgO-Al2O3二元系夹杂物中MgO的质量分数超过17%时就能生成镁铝尖晶石;采用高碱度、w((CaO))/w((Al2O3))≈1、强还原性精炼顶渣对铝终脱氧钢液进行LF精炼时,在LF精炼中前期就实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石的转变;钢液中的镁则是实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石转变的中介和桥梁。而钢中镁含量是由酸溶铝控制的。因此,保持钢液中足够的铝含量是镁铝尖晶石生成的前提。生产过程中,当钢液的w(［Al］)达到0.03%时,w(［Mg］)只需要1.32×10-7以上就能生成MgO·Al2O3尖晶石。     

废钢+铁水-50 t EAF-LF-VD流程GCr15轴承钢中的非金属夹杂物行为

通过50 t EAF配加30~40 t铁水和12~16 t优质废钢,EBT无渣出钢,加150~200 kg钢芯铝预脱氧,LF用SiC扩散脱氧,控制精炼渣碱度4.0~5.9, VD前后软吹氩、连铸保护浇铸和电磁搅拌等工艺措施,GCr15轴承钢轧材中的氧含量为8×10^-6~9×10^-6。分析结果表明,LF前至VD后钢中夹杂物尺寸一般≤10μm,最大尺寸40μm,大部分夹杂物尺寸为3~6μm; LF前主要夹杂物为Al₂O₃,镁铝尖晶石,硫化物,Cr₂O₃, TiO₂; VD前后为镁铝尖晶石,CaS和MgO。     

Inclusion evolution in 50CrVA spring steel by optimization of refining slag

In order to control the CaO-Al2O3 -SiO 2 -MgO system inclusions in 50CrVA spring steel in a lower melting temperature region, high temperature equilibrium experiments between steel and slag were performed in the laboratory, under the conditions of the initial slag basicity within 3-7 and the con-tent of Al2O3 between 18-35 mass%, to investigate the formation and evolution of this type of in-clusion.The results indicate that the total oxygen content in the steel decreases with the increase of slag basicity and the decrease of Al2O3 content in slags, and CaO-Al2O3 -SiO 2 -MgO inclusions tend to deviate from the low melting point region with the increase of Al2O3 content in slags.The most fa-vorable composition for the refining slag is composed of 51-56 mass% CaO, 9-13 mass% SiO2 , 20-25 mass% Al2O3 and 6 mass% MgO.In this case, the inclusions in 50CrVA spring steel are mostly in the low melting point regions, in which their plasticities are expected to improve during steel roll-ing.The MgO-based inclusions were observed in the steel matrix and the formation mechanism was theoretically and schematically revealed.It is also found that adding around 11 mass% of MgO into the refining slags is beneficial to reducing the refractory corrosion.Further work should be carried out focusing on the evolution rates of MgO-based inclusions.     

Inclusion Variations of Hot Working Die Steel H13 in Refining Process

 Inclusion variations of die steel H13, including changes of species, morphologies, compositions, amounts and sizes, in the production of EAF→LF→VD→ingot casting→electro-slag refining (ESR) procedure, were investigated by systematic sampling, and analyzed with scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrum (EDS), and metallographic microscope. The variation mechanism was studied by comprehensive analysis of total oxygen, nitrogen, and acid soluble aluminum as well as chemical test of refining slag. Based on the investigations, technical measures for cleanness improvement were discussed. The results show that oxide inclusions in H13 steel change from irregular Al2O3→near globular CaO-MgO-Al2O3 and CaO-Al2O3-SiO2 complex inclusions→finer CaO-Al2O3-SiO2 inclusions with higher CaO content→CaO-Al2O3-SiO2 inclusions with higher Al2O3 content and irregular MgO-Al2O3 inclusions→fine irregular MgO-Al2O3-CaS inclusions in various steps of the production; the variations are related with changes of acid soluble aluminum content, reactions between slag and steel, re-oxidation of liquid steel during casting, and refining of ESR. It is also found that Al2O3 inclusions are modified by refining slag in LF and VD refining; and ESR plays a good role in inclusion removal, especially in controlling the large linear VC-CrC-MoC inclusions distributed in grain boundaries. It is suggested that casting protection should be improved, and the basicity of refining slag and acid soluble aluminum content in steel should be raised.