低碳铝脱氧20钢钢水洁净度控制研究

为了研究120 t BOF-LF-RH-160 mm×160 mm坯CC工艺生产的铝脱氧20钢（/%:0.13～0.23C,0.17～0.37Si,0.35～0.65Mn,≤0.035P,≤0.035S,0.020～0.050Al）中非金属夹杂物的控制技术,对LF精炼过程中脱氧剂加入时机进行调整,并对精炼过程中非金属夹杂物类型与夹杂物数量进行分析。结果表明,转炉出钢后采用铝块脱氧,LF精炼进站非金属夹杂物主要为Al₂O₃,精炼结束前部分夹杂物由Al₂O₃转变为Al₂O₃·CaO,RH结束后非金属夹杂物密度3～4个/mm²,铸坯氧含量（7.48～8.18）×10^-6;而转炉出钢后采用硅锰进行脱氧,精炼结束前采用铝线,精炼过程中夹杂物主要为MnO·SiO₂,CaO含量小于5%,精炼结束非金属夹杂物控制为Al₂O₃,RH真空处理后,非金属夹杂物密度小于1.5个/mm²,铸坯氧含量（4.94～5.53）×10^-6。因此,针对采用“BOF-LFRH-CC”工艺流程生产的含铝钢,提出精炼结束前将非金属夹杂物控制为Al₂O₃,同时运用RH真空高效去除夹杂物,以提高钢水的洁净度。     

80t BOF-LF-RH-CC流程冶炼55SiCr弹簧钢洁净度的研究

55SiCr钢280 mm×325 mm铸坯（/%:0.55C,1.42Si,0.67Mn,0.008S,0.67Cr）的冶炼流程为80 t BOF-LF-RH-CC工艺。通过BOF出钢加Al和硅铁合金,同时加入精炼渣,控制精炼过程渣碱度R（CaO/SiO₂）为2.0左右,RH≥20 min,软吹搅拌≥15 min,控制钢中夹杂物转变,得到洁净弹簧钢55SiCr。分析结果表明,LF精炼过程中夹杂物由早期的Al₂O₃-SiO₂-MnO和Al₂O₃夹杂将逐渐转变为Al₂O₃-CaO-SiO₂夹杂,RH真空处理后夹杂物全部转变为Al₂O₃-CaO-SiO₂夹杂,LF开始精炼T[O]和[N]分别为36×10^-6和26×10^-6,铸坯T[O]、[N]分别为7×10^-6和43×10^-6,铸坯中夹杂物主要为Al₂O₃-CaO-SiO₂和Al₂O₃,尺寸≤10μm。      

90t EAF→LF→VD→CCM流程冶炼GCr15轴承钢非金属夹杂物演变

对“90 t EAF→LF→VD→CC”流程生产轴承钢的全流程夹杂物进行了研究。结果表明,LF精炼结束以CaO-Al₂O₃-CaS和Al₂O₃·MgO尖晶石为主;VD真空处理后,Al₂O₃·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质量分数由精炼结束的8.6×10^-6降低至破空的4.3×10^-6,并且夹杂物的去除率达65%。浇铸过程中间包钢水T.O和N含量并未增加,但重新生成了Al₂O₃·MgO尖晶石,重新生成的尖晶石是恶化钢水可浇性的主要原因。     

CAS-LF-VD精炼过程82A帘线钢中夹杂物的转变

研究的0.80%~0.82%C帘线钢的生产流程为80 t:BOF-CAS-LF-VD-150 mm×150 mm CC工艺。通过顶底复吹转炉出钢过程加入300 kg金属锰和200 kg高纯硅进行硅锰复合脱氧,LF过程先造碱度(CaO/SiO2)2.04的精炼渣,再将精炼渣碱度(CaO/SiO2)降至0.86,保持渣中Al₂O₃含量为~5%,来控制钢中非金属夹杂物的塑性转变。结果表明,铸坯平均总氧含量为16×10^-6,氮含量控制在50×10^-6左右,CAS(密封吹氩调成分)过程钢中夹杂物主要是MnO-Al₂O₃-SiO₂;LF、VD过程钢中和铸坯中夹杂物主要是CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO系,该类夹杂物尺寸偏小(2~3μm),分布在1 400℃低熔点区域附近。     

100 t复吹转炉-RH-70 mm板坯连铸流程0. 88% Si无取向硅钢的夹杂物行为

0.88%Si无取向硅钢的生产工艺为100 t BOF出钢时加300kg石灰,终点[C]0.035%~0.05%,出钢温度1640~1650℃,RH吹氧脱碳,加99.0%Al-Fe合金6.69 kg/t,加70%Si-Fe合金15.70 kg/t,70 mm板坯连铸过程全程保护浇铸,使用镁质碱性中间包覆盖剂。分析结果表明,RH终点[O]28×10^-6,铸坯[O]22×10^-6,RH-前[N]为16×10^-6,RH过程增氮4×10^-6,RH结束到铸坯增氮6×10^-6;RH脱碳终点时钢中夹杂物以球形MnO·Al₂O₃为主;RH出站时以不规则形状的Al₂O₃为主,并伴有少量单独存在的CaS夹杂;中间包钢液内的夹杂物主要以不规则形状的Al₂O₃为主;铸坯中多为不规则形状的Al₂O₃以及少量AlN,还有少量由结晶器卷渣引起的含Na成分的复合夹杂物。     

120 t LD-LF-RH-BCC流程生产齿轮钢的氧含量控制工艺

分析了齿轮钢中氧含量控制的关键技术:精炼渣SiO₂含量,(CaO)/(Al₂O₃),(FeO+MnO),RH,氩气搅拌,连铸工艺。结合攀枝花新钢钒股份有限公司炼钢厂的工艺条件,通过控制转炉终点[C]≥0.10%,钢包渣厚50～80 mm,出钢过程加高碱度精炼渣,LF白渣精炼[渣中T.Fe-0.43%,(MnO+FeO)-0.93%,SiO₂-5%,平均(CaO)/(Al₂O₃)-1.9],20 min RH处理,连铸保护浇铸等工艺措施,并在炉后平台,LF精炼和钙处理过程采用合适的吹氩模式,使20CrMoH齿轮钢铸坯总氧含量≤15×10^-6,平均总氧含量为11.8×10^-6。     

65Mn钢LF精炼渣系优化及工业试验

为了研究适合高洁净度高碳钢的LF精炼渣渣系,通过FactSage热力学软件计算精炼渣碱度(R)、(CaO)/(Al₂O₃)对精炼渣熔点的影响,得出最合适的精炼渣成分。根据热力学计算的精炼渣成分,降低原有渣系的钙铝比,并将优化的渣系成分用于65Mn钢工业试验。结果表明：优化后的精炼渣系成分质量分数为CaO52%～58%、Al₂O₃28%～33%、SiO₂8%～12%、MgO5%～7%、R=4～6、(CaO)/(Al₂O₃)=1.5～2;使用该渣系进行工业试验,LF出站时的T.[O]可达7×10^-6～13×10^-6,RH出站时的T.[O]可达6×10^-6～12×10^-6;钢中全氧质量分数基本可控制在10×10^-6内;65Mn钢卷中的B类细系夹杂均不大于1级,达到高级优质钢要求。     

高碳铭GCrl5轴承钢中镁铝夹杂物形成与控制工艺实践

GCr15钢的生产流程为120 t BOF-LF-RH-CC工艺。BOF出钢加200 kg铝块进行强脱氧,同时LF过程控制Al含量至0.030%～0.045%,LF结束夹杂物主要为MgO·Al₂O₃,RH真空后MgO·Al₂O₃夹杂物被去除,钢水中夹杂物以钙铝酸盐为主,但是连铸浇铸过程MgO·Al₂O₃夹杂物又会重新生成。因为LF精炼过程Al-MgO和C-MgO反应的存在,高碳铝脱氧GCr15轴承钢LF精炼结束更容易获得MgO·Al₂O₃夹杂物,并促进中间包钢水MgO·Al₂O₃夹杂物重新生成。当BOF出钢仅加40 kg铝块进行预脱氧,LF结束钢水MgO·Al₂O₃夹杂物数量显著降低,同时中间包钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物不再重新生成。此外,将低钛低铝硅铁由出钢过程改为LF过程加入,也可以有效控制钢水中MgO·Al₂O₃夹杂物数量。      

20CrMo合金钢生产过程中非金属夹杂物的演变

为了进一步研究20CrMo合金钢在生产过程中夹杂物的演变机理,实现对钢中非金属夹杂物的合理控制,保证生产顺行,提高产品力学性能,针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CrMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变规律进行了研究。在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的Al₂O₃。钙处理后,由于过量的钙加入到钢液中,夹杂物中CaS质量分数迅速增加至59%,Al₂O₃质量分数降低至21%。在连铸过程中由于二次氧化的发生,夹杂物转变为CaO?Al₂O₃,其中含有50%的Al₂O₃、39%的CaO和10%的CaS,并且夹杂物平均尺寸增加。在钢的冷却和凝固过程中,CaO质量分数降低至5%,CaS质量分数增加至57%,钢中夹杂物转变为Al₂O₃?CaO?CaS的复合夹杂物,同时含有少量大尺寸的CaO?Al₂O₃夹杂物。在钢的轧制过程中,夹杂物中CaO含量进一步降低,CaS含量增加,夹杂物平均尺寸增加,形成了CaO?Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物与Al₂O₃?CaS复合夹杂物。对CaO-Al₂O₃与CaS黏结型的复合夹杂物的形成原因进行了讨论。      

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

帘线钢冶炼过程夹杂物转变的控制

研究的帘线钢的冶炼流程为150 tLD-RH-LF-软吹氩-CC工艺。通过LD出钢时加入Si-Mn脱氧,并在LF加入低碱度顶渣进行钢渣反应控制钢中非金属夹杂物的塑性。结果表明,RH-LF-中间包和铸坯阶段,钢中主要夹杂物分别为MnO-Al₂O₃-Si0₂(RH),Ca0-Al₂O₃-Si0₂(LF)和MnO-Al₂O₃-SiO₂(中间包和铸坯),采用Si-Mn脱氧和SiC扩散脱氧,低碱度低Al₂O₃顶渣精炼,控制T[O]≤20×10-6,[A1]s≤0.0013%,可有效控制钢中夹杂物数量和尺寸,以及控制夹杂物中Al₂O₃含量并形成可塑性夹杂。     

洁净石油管坯钢27CrMoNbV的生产实践

攀钢27CrMoNbV钢的流程为采用铁水预处理-120 t顶底复吹转炉-LF-RH-360 mm×450 mm坯连铸工艺,通过铁水预处理深脱硫,转炉双渣法冶炼脱磷,转炉出钢及LF精炼深脱硫、采用（1.6～2.2） CaO/Al₂O₃精炼渣系、RH处理喂Ca-Si线处理、保护浇注等工艺优化,生产的27CrMoNbV钢化学成分稳定,P≤0.010%,S≤0.004%,[H]≤1.5×10^-6,T[O]≤0.0011%,非金属夹杂A、B、C、D、Ds均≤1.0级,完全满足技术要求。     

精炼渣和氧含量对钢帘线盘条夹杂物和断丝指数的影响

试验研究了钢厂BOF-LF-CC-高速线材轧制流程LF二元精炼渣60CaO-40SiO₂、[O]27×10^-6,和三元精炼渣47.5~50.2CaO-41.8~45.7SiO₂-5~8 Al₂O₃、[O]12×10^-6~14×10^-6 对φ5.5 mm盘条中夹杂物种类、形貌、尺寸和数量的影响以及拉丝合股过程断丝指数的影响。结果表明,[O]较高、采用二元渣系精炼的盘条中夹杂物尺寸一般存7μm以上数量较多,Al₂O₃含量较高,且集中在盘条表面深度1 mm以内,断丝指数为2.5; [O]较低,采用三元渣系精炼的盘条中夹杂物SiO₂含量较高,Al₂O₃含量较低,大部分夹杂物尺寸为~5μm,盘条表面没有较大尺寸的夹杂物,断丝指数为1.0~1.5,所以F采用含5%Al₂O₃的三元渣精炼,控制[O]≤15×10^-6,降低钢中夹杂物数量和尺寸可显著改善钢帘线的拉拔性能。      

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。     

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。     

120t BOF-LF-RH-CC流程GCrl5轴承钢洁净度研究

对“120 t BOF-LF-RH-CC”流程GCrl5轴承钢的洁净度研究结果表明,LF精炼结束以A1₂O₃ • MgO尖 晶石和Al₂O₃-MgO-CaO夹杂为主,RH真空处理后, Al₂O₃- 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.0含量降至5.3x10^-6;浇注过程中间包重新成Al₂O₃- MgO尖晶石;RH终点和中间包钢水以及连铸坯未发现≥20um钙铝酸盐夹杂。