IF钢RH脱碳结束氧含量对钢液洁净度的影响_安超.pdf

通信作者：安超（），男，工程师；：；收稿日期：钢 脱碳结束氧含量对钢液洁净度的影响安超，李辉，张普，李利杰，杜国峰，刘晓明（首钢京唐钢铁联合有限责任公司 炼钢作业部，河北 唐山 ）摘要：以 钢为研究对象，结合首钢京唐钢铁联合有限责任公司 生产实际，采用生产密集取样、数据统计、夹杂物扫描电镜等分析手段，对 钢精炼过程中脱碳结束氧含量与脱氧后的夹杂物尺寸、数量等进行了研究。研究发现，脱碳结束氧质量分数控制在（）时，钢液中产生的 夹杂物最少。基于此，对脱碳结束氧含量的控制方法进行研究，发现强制脱碳模式下脱碳结束氧含量命中率高、可控性强，且强制脱碳模式下顶渣氧化性弱于自然脱碳模式，可减少二次氧化导致的 夹杂物的生成。研究并建立吹氧计算模型以保证达到精确控制脱碳结束氧含量，可达到提高钢液洁净度的目的。关键词：钢；精确控氧；洁净度中图分类号：文献标志码：文章编号：（），：，（），：；钢因其具有优异的深冲性能，主要应用于汽车板、家电等行业，且随着用户对冷轧板的表面质量要求日益提高，对钢液洁净度的要求也越来越高，钢生产面临着新的挑战。冷轧板表面缺陷主要有条状缺陷、翘皮、孔洞等，其中条状缺陷占比最大，造成该缺陷的主要成因是钢中的非金属夹杂物。钢中夹杂物主要是铝脱氧过程中生成的 夹杂物，目前，关于 夹杂物的研究主要包括 合金化时机、纯循环时间、镇静时间等。研究认为，、合金的加入需要间隔一定时间以保证 能充分上浮，适当延长纯循环及镇静时间有利于钢液洁净度的提高。而关于 夹杂物与 钢液脱 氧 前 氧 含 量 的 对 应 关 系 却 鲜 有 报 道，等提出钢液中自由氧含量和铝含量较高时会生成大量簇群状 夹杂物，但只表明了氧含量越高钢液洁净度越差，缺少对脱碳结束氧含量控制范围的分析。年月第 卷 第期炼钢 基于此，着重对首钢京唐钢铁联合有限责任公司（以下简称首钢京唐）精炼过程中脱碳结束氧含量与 夹杂物的对应关系进行研究，以确定脱碳结束氧含量的最优控制区间并研究精确控氧模型，为进一步优化 钢生产工艺和提高钢液洁净度提供理论指导。研究内容及方法 脱碳结束氧含量对夹杂物的影响潘明等 研究表明，钢液的洁净度与加 脱氧前钢液中氧含量有比较明显的相关性。本研究通过对脱碳结束不同氧含量的钢液进行取样分析，研究脱碳结束氧含量对应夹杂物尺寸和数量的关系，进而确定最优的脱碳结束氧含量控制范围。首钢京唐炼钢厂采用“”的工艺流程生产超低碳 钢，当钢包到达 工序时，使用含铝取样器取钢液试样分析碳含量以及定氧探头测量氧含量作为钢液初始碳、氧含量。试验钢种为 钢，取样要求为：在 精炼脱碳结束时使用定氧探头测量钢中氧含量，根据氧含量的测量数值及钢种所需铝元素的含量来加入铝块进行脱氧操作。该研究过程中，为排除锰、钛合金对夹杂物的影响，设定在加铝脱氧循环 后、合金化之前使用 取样器进行取样操作，试验共开展 个炉次。所取的试样经研磨、抛光后制成标准的金相试样，使用 扫描电镜对试样中夹杂物的尺寸和数量密度进行分析，以此来评判钢液洁净度。试验数据情况如表。表试验炉次脱碳结束氧质量分数 炉次 结束（）对 扫描电镜检测到的钢中夹杂物进行整理统计，采用夹杂物数量密度来评判钢液的洁净度。所谓夹杂物数量密度定义为单位面积上夹杂物的数量，如式（）所示。（）式中：为夹杂物的数量密度，个 ；为检测出的夹杂物的数量；为试样检测的总面积，。脱碳模式对夹杂物的影响首钢京唐炼钢厂使用 精炼工艺生产 钢时，采用自然脱碳模式和强制脱碳两种模式。该研究对比两种模式下脱碳结束氧含量的控制情况，以确定最优的控制模式。另外研究表明 ，夹杂物的来源主要是铝脱氧后（）产生的 夹杂，同时在钢中 较低时，由于炉渣中氧势较高，渣中氧会向钢中传递，渣钢界面传氧发生（）（）夹杂物 的二次氧化反应，也会有少量 夹杂物产生，对钢液洁净度不利。渣钢界面传氧的动态平衡见图。图渣钢界面传氧的动态平衡 因此，在研究不同模式下脱碳结束氧含量控制的同时，对渣中 含量进行跟踪，研究不同模式下 的控制情况，以及其与夹杂物的对应关系，并以铝损情况判定二次氧化反应的强弱。试验方法为：在精炼结束取顶渣试样并发送化验室，使用光谱仪分析顶渣中 的质量分数。使用超低碳取样器，在精炼结束和浇铸过程中进行取样，使用光谱仪分析钢液中 含量，用以确定铝损（精炼结束 含量铸机成品 含量）的变化情况。分析与讨论 脱碳结束氧含量与夹杂物的相关性根据 扫描电镜检测到结果，对钢中 夹杂物尺寸及单位面积上夹杂物数量进行了整理统计。）脱碳结束不同氧含量下钢中 夹第期安超，等：钢 脱碳结束氧含量对钢液洁净度的影响杂物的尺寸。如图 所示，脱碳 结束（）（）时，脱氧后产生的 夹杂物均以小于 的小型夹杂为主，检测结果中未发现大尺寸的 夹杂物。图 脱氧后夹杂物尺寸分布 ）不同脱碳结束氧含量下单位面积 夹杂物的数量。如图所示，通过统计分析发现当 脱碳结束（）（）时，随着氧含量的增加，单位面积夹杂物数量先增加后减少再增加，脱碳结束（）（）时，单 位 面 积 夹 杂 物 数 量 为 个，数量较少。图不同脱碳结束氧含量对应的夹杂物数量 综上所述，认为脱碳结束（）（）时，钢中 夹杂物尺寸均小于，且单位面积上夹杂物数量最少。脱碳结束氧含量控制模式及夹杂物情况 不同脱碳模式氧含量控制情况统计了首钢京唐在 生产过程中采用 炉自然脱碳模式、炉强制脱碳模式的 钢生产数据。图为自然脱碳与强制脱碳工艺脱碳结束氧含量控制情况的比较结果，可见，自然脱碳炉次脱碳结束（）均值为 ，高于研究所确定的最佳控制范围，且受转炉终点条件影响，脱碳结束氧含量不可控，随机性强。与此同时，脱碳结束氧含量高，直接导致脱氧成本增加。反观在强制脱碳模式下，结束（）均值为 ，其平均值命中最优控制范围，但实际脱碳结束（）在（）波动，需要进一步优化脱碳吹氧模型，提高脱碳结束氧含量的命中率。图不同脱碳模式下氧含量控制情况 脱碳吹氧公式优化岳峰等人研究发现，在 容量平衡模型假设 的基础上，充分考虑钢包顶渣向钢液传氧以及精炼过程中废钢的加入引起钢包碳含量增加等因素，建立真空室内的碳、氧平衡模型，由模型计算的降氧量与降碳量比值为 。京唐公司 实际统计的降氧量与降碳量的比 炼钢第 卷值平均在 ，说明该比值比较符合生产实际情况。基于此，组织编制了 吹氧脱碳公式，按照脱碳结束目标（）（），考虑真空室、顶渣等增氧因素，在保证脱碳效果的前提下预留脱碳结束氧活度 ，取降氧量与降碳量比值的平均值计算公式如下。（.）.（）式中：为 过程需要吹氧量，；为初始碳质量分数，；为降氧量与降碳量的比值；为预留氧质量分数，；为进站氧质量分数，。如图所示，通过对脱碳吹氧公式的运用，钢 脱碳结束氧含量稳定控制在（）（），平均为 。图 脱碳结束氧含量控制情况 不同脱碳模式下的夹杂物情况首钢京唐炼钢厂在 精炼过程中采用自然脱碳模式、强制脱碳模式生产 钢时，在 精炼结束取顶渣试样并发送化验室，使用光谱仪分析对顶渣中 的质量分数进行分析，统计了 生产过程中采用 炉自然脱碳模式、炉强制脱碳模式的 钢生产数据。表为自然脱碳与强制脱碳工艺顶渣 及平均铝损情况。顶渣中 的质量分数越高，对应顶渣氧化性越强，顶渣二次氧化作用越明显，相应产生的 夹杂物则越多。表不同脱碳模式下 含量及平均铝损情况 模式炉数顶渣（）平均铝损 自然脱碳 强制脱碳 研究发现，脱碳结束氧含量在同一水平时，强制脱碳模式下结束时顶渣中平均 的质量分数较自然脱碳模式降低了 个百分点。这是由于采用自然脱碳模式的炉次，在转炉终点和 过程中钢液中 含量偏高，因此钢中 向渣中扩散趋势更加显著，使得采用自然脱碳模式下对应炉次 处理结束时顶渣中 含量更高。同时，由于自然脱碳顶渣 含量高，顶渣二次氧化反应强，钢液中铝损增大。结论）脱碳结束（）（）时，钢液中 夹杂物尺寸均小于，且单位面积上夹杂物数量最少。）与自然脱碳模式相比，强制脱碳模式下脱碳结束氧含量可控性更强，使用吹氧公式可有效控制脱碳结束平均（）。）与自然脱碳模式相比，强制脱碳模式下 顶渣 含量更低，控制顶渣（）能够有效降低二次氧化，减少钢液铝损，有利于夹杂物的控制。（下转第 页）第期安超，等：钢 脱碳结束氧含量对钢液洁净度的影响结论）高硅含钛奥氏体不锈钢中间包中主要存在种类型的夹杂物，第种为菱形的 夹杂物，第种为以镁铝尖晶石为核心的氮化钛，第种为氧化物夹杂物，成分为 。中间包中氧化物夹杂物数量密度为 个，夹杂物数量密度为 个。）高硅含钛奥氏体不锈钢“结晶器结鱼”物中主要为纯 和以镁铝尖晶石为核心的 。夹杂物是导致“结晶器结鱼”产生的根本原因。）通过将钢水（）控制到 以下，中间包钢水温度大于 ，可以避免高硅含钛奥氏体不锈钢“结晶器结鱼”的发生。参 考 文 献 ，（）：，（）：，（）：，（）：王杏娟，曲硕，刘然，等高钛钢专用连铸保护渣研究现状及展望材料导报，（增刊）：王启明，成国光含 不锈钢冶金工艺进展工程科学学报，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：郑建超，潘超，崔崇炜，等 不锈钢浸入式水口结瘤研究 工程科学学报，（增刊）：，（）：郑宏光 含钛不锈钢连铸水口结瘤和结晶器“结鱼”宝钢技术，（）：郑宏光，陈伟庆，陈宏，等 钛稳定化 不锈钢连铸结晶器“结鱼”的研究 特殊钢，（）：成东全，陈兴润 硅含量对含钛不锈钢全氧和夹杂物的影响 炼钢，（）：（上接第 页）参 考 文 献朱国森，于会香，王万军，等 钢冷轧板表面缺陷研究钢铁，（）：王新华 高品质冷轧薄板钢中非金属夹杂物控制技术钢铁，（）：冀云卿，王新华，邓小璇，等 冷轧薄板表面缺陷成因研究及控制 炼钢，（）：王敏，包燕平，杨荃钛合金化过程对钢液洁净度的影响 北京科技大学学报，（）：崔衡，陈斌，王敏，等 精炼过程中 钢洁净度控制北京科技大学学报，（增刊）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：潘明，于会香，季晨曦，等 精炼过程中吹氧量对 钢洁净度的影响 工程科学学报，（）：万万 钢冶炼过程中非金属夹杂物的演变规律研究沈阳：东北大学，：徐敏，刘中财，严晓，等容量增量内阻一致性在线检测方法 储能科学与技术，（）：李朋欢，包燕平，岳峰，等 脱碳过程中极低氧钢液的碳氧反应机理 北京科技大学学报，（）：袁保辉，刘建华，周海龙，等 强制脱碳与自然脱碳工艺生产 钢精炼效果分析 工程科学学报，（）：岳峰，崔衡，李朋欢，等 冶炼超低碳钢的最优工艺研究 北京科技大学学报，（增刊）：，（）：第期陈兴润，等：高硅含钛奥氏体不锈钢“结晶器结鱼”分析及改进