ML08Al钢液LF精炼中软吹Ar流量对夹杂物行为的影响

摘要

ML08Al属于低碳低硅系铝脱氧镇静钢，是生产4.8级以下标准件及各类复杂外形非标零件的主要钢种。但冷镦工艺对钢材的质量，尤其变形率和冲击韧性要求严格，此外，还需钢材中的碳、硅含量少，特别要求熔点高、脆性大的Al2O3夹杂物少，以防止冷镦过程中发生开裂、掉块、扭断等缺陷。该钢种在出钢、合金化过程中采用大量铝脱氧，若不能在精炼中脱除由此产生的大尺寸Al2O3簇群状夹杂物，不仅会增加水口结瘤事故，造成连铸中断，还会在铸坯、钢材中形成很多大尺寸的簇群状Al2O3夹杂物，影响冷镦钢加工性能。
　　为杜绝生产事故，提高ML08Al钢材的成型能力，人们研究钢液中诸元素的反应、夹杂物形核、碰撞、长大和脱除，在LF精炼中调整吹Ar工艺参数，把大量尺寸较大的簇群状A12O3夹杂物上浮到渣中脱除；把难于上浮的小尺寸A12O3夹杂物用Ca处理方法，修饰、变性成芯部为A12O3（或MgO·A12O3）、外裹7A12O3·12CaO(或CaS)的小颗粒夹杂物。在软吹过程中，长大成易上浮、吸附的大尺寸液态夹杂物，在渣/金界面被炉渣吸附。它不仅是低成本开发、生产高质量冷镦钢、减少生产事故的关键技术，还对自主开发我国高加工性能钢材的生产技术和调整产业的产品结构，具有重大的理论意义和经济价值。
　　本研究以安泰集团90t BOF-90t LF-150×150mm2CC为研究对象，在调整LF精炼中软吹流量参数的基础上，用光学显微镜和扫描电镜分析精炼工序不同时间段、结晶器和线材中的夹杂物形貌、尺寸和组成演化规律，研究软吹Ar流量对ML08Al钢液中夹杂物行为及钙处理对夹杂物的影响。
　　通过实验研究、分析计算和归纳整理，本研究得出以下结论：
　　（1）在该钢厂 ML08Al钢材的冶炼中，[Al]、[S]含量均能达到工艺技术标准要求，且脱硫效率较高。
　　（2）当软吹流量从250L/min增加到340L/min时，夹杂物脱除的临界直径从5μm增加到10μm；残留在钢液中的夹杂物数量随夹杂物尺寸的增大急剧减小。
　　（3）软吹Ar流量在100～300L/min范围内，能有效地脱除钢液中＞10μm的夹杂物。经软吹Ar处理后，钢液中的夹杂物平均尺寸可从2.34μm减到1.18μm；夹杂物面积分数可以从3467.7μm2/mm2降低到413μm2/mm2。但当软吹流量超过340L/min后，钢液中的夹杂物的面积分数急剧上升，其脱除效果恶化。
　　（4）在LF精炼过程中的夹杂物主要是小尺寸的 Al2O3和Al2O3-MgO，以及MnS或MnS与氧化物的复合夹杂物；在喂钙线后钢液中夹杂物主要是钙处理产物，包括Al2O3-CaO系、Al2O3-CaS系、MnS-CaS系夹杂物等；在结晶器中的主要夹杂物为Al2O3、铝酸钙系、Al2O3-CaS系、(Fe，Mn)O、（Mn，Fe）S、Fe3P和液析碳等夹杂物，且发现尺寸＞35μm的 Al2O3夹杂物，它是在浇铸过程中粘附于浸入式水口壁的大颗粒的Al2O3夹杂物被钢液冲刷到结晶器中所致；盘条中主要夹杂物为：轧后破碎成链状的铝酸钙，成条形的 MnS和小尺寸的球形Al2O3、CaS、CaS-Al2O3-MnS等单相和复相夹杂物。
　　（5）钙处理后，液态钙铝酸盐夹杂物（CaO＞25％）大部分被渣层吸附脱除；部分夹杂物变性为芯部是Al2O3外部包裹CaS的小尺寸（<2μm）球状复合夹杂物。
　　（6）通过LF精炼技术研发和生产技术管理，安泰集团生产的ML08Al冷镦钢材，其力学和加工成型性能均可满足钢材用户的要求。

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第一章 绪论

1.1.1夹杂物分类

1.1.2钢材中夹杂物对加工性能产生的影响

1.1.3夹杂物分析方法

1.1.4钢液中夹杂物的团聚行为

1.1.5钢液中夹杂物的组成与形态控制

1.1.6夹杂物的脱除

1.2 LF精炼概述

1.2.1 安泰集团的LF精炼及吹氩工艺

1.2.2影响LF精炼效果的因素

1.2.3夹杂物脱除原理

1.3 选题背景及意义

第二章 实验原理及方法

2.1实验原理

2.1.1钢包精炼中钢液行为

2.1.2吹氩流量对钢液中气泡行为影响

2.1.3不同软吹流量对夹杂物脱除的影响

2.2研究方法

2.2.1现场试验条件

2.2.2实验方案设计

2.2.3 化学成分的测定

2.2.4夹杂物分析方法

第三章 实验结果与分析

3.1 LF精炼过程中[Al]、[S]含量的变化

3.1.1 精炼过程中[Al]含量变化影响

3.1.2 精炼过程中[S]含量变化影响

3.2 软吹流量对夹杂物行为的影响

3.2.1 软吹流量对夹杂物分布和脱除平均临界尺寸的影响

3.2.2 吹氩流量对夹杂物分布的影响

3.2.3 软吹流量对面积分数的影响

3.2.4 软吹流量对夹杂物面积分数的影响

3.3 钙处理对夹杂物行为的影响

3.3.1 钙处理前后夹杂物对比分析

3.3.2 钙处理前后夹杂物形貌、结构分析

3.3.3 Al2O3-CaO-MgO系夹杂物变性机理分析

3.3.4 Al2O3-CaS系夹杂物变性机理分析

3.4本章小结

第四章 冶炼过程中显微夹杂物研究

4.1 LF精炼10min钢液中显微夹杂物分析

4.2钙处理后钢液中显微夹杂物分析

4.3结晶器中显微夹杂物分析

4.4盘条中显微夹杂物分析

4.5异常夹杂物分析

4.6 生产的钢材组织性能分析

4.7本章小结

第五章 结论

参考文献