钢液Ca含量控制对Ds夹杂物的影响研究_屈志东.pdf

通信作者：屈志东（），男，硕士，工程师；：；收稿日期：钢液 含量控制对 夹杂物的影响研究屈志东，杨博，孟晓玲，贺佳佳，林俊（中天钢铁集团有限公司 技术中心，江苏 常州 ）摘要：分析研究了某公司生产的 钢、钢钢液 含量对 夹杂物的影响。研究了 钢、钢在 精炼过程加入含 硅铁合金，钢液增 质量分数约（）。控制硅铁合金在 出钢时加入，同时取消 处理，可控制中包钢液（）。钢、钢控制硅铁合金全部在 出钢过程加入，结束时夹杂物均主要为 ；控制硅铁合金全部在 精炼过程加入，结束时夹杂物主要为 和 。随钢液 含量增加，轧材 夹杂物数量密度正比例增加；钢液 含量增加，夹杂物极值尺寸并未明显增加。分析了多组不同钢种钢液 含量同轧材 夹杂物的关系，随钢液 含量增加，夹杂物数量密度及极值尺寸均呈增加的趋势，但 含量降低 夹杂物极值尺寸并非必然降低。控制钢液 含量只能减少 类夹杂物的数量，但 夹杂物尺寸仍不能得到有效控制。关键词：夹杂物；硅铁合金；钙含量；极值统计法中图分类号：文献标志码：文章编号：（），：，（），（），：；轴承、齿轮类产品对于疲劳寿命有很高的要求，而钢中 夹杂物对钢材疲劳寿命影响很大。国标 鉴定 夹杂物标准为“圆形或近似圆形，直径大于等于 的单颗粒夹杂物”。针对有 夹杂物要求的钢种，通常取消 处理工艺，认为取消钙处理能够有效解决 夹 杂 物 的 问 题。宋 朝 琦研 究 了 影 响 钢 疲 劳 性 能 的 类 夹 杂 物 主 要 成 分 为 ，其尺寸在 ，主要在钙处理操作后开始出现。通过优化精炼渣和微钙处理，降低了 类夹杂物等级。李永超分析研究了 钢加钙（）和不加钙（）对产品 夹杂物的影响。结果表明：在尺寸方面，不加钙工艺夹杂 年月第 卷 第期炼钢 物最大尺寸为 ，夹杂物小于等于 级合格率为 ；加钙工艺夹杂物最 大 尺 寸 为 ，夹杂物小于 等 于 级 合 格 率 为。在数量控制方面，不加钙工艺夹杂物指数较加钙工艺，由 降至 。研究了 钢钙处理前后夹杂物的变化情况，发现 处理后生成了大量大尺寸夹杂物，夹杂物面积分数（夹杂物总面积扫描总面积）由约 增至约 ，但夹杂物平均尺寸同 处理并无绝对关系。分析了 处理前后夹杂物的变化情况，处理前主要为 ，处理后全部转变为 低熔点夹杂物，利用 技术分析了各夹杂物指数（夹杂物数量平均尺寸）的变化情况，发现 夹杂物指数由钙处理前的 增加至约。本文对某公司生产的 钢及 钢的生产过程 含量控制及对应轧材 夹杂物检测情况进行取样分析，利用极值统计法及 数量密度法（检测的 夹杂物数量总试样数）对 夹杂物的变化情况进行了分析研究，以期为 夹杂物的控制提供技术指导。研究方法 生产工艺某公司生产 钢的工艺为 ，生产 钢的工艺为 ，各钢种主要成分要求见表。冶炼过程 出钢后加入铝块脱氧，再加入合金，随后加入渣料，精炼工序具体工艺参数见表。表钢种主要成分要求（）钢种 钢 钢 表钢种主要生产工艺 项目 钢 钢 渣碱度 精炼渣（）约 约 高真空时间 真空度 提升气体类型 钙处理否是 试验及检测方案分析某公司 年及 年所检测到的所有 脱氧钢（成品（），典型钢种如 、等）夹杂物成分，如图所示，主要为低熔点 夹杂物。对 钢及 钢生产过程进行 含量控制，以研究不同 含量对 夹杂物的影响。为此，需要弄清楚钢液中 的来源。分析了不同 质量分数（，）的铝脱氧钢在 、饱和精炼渣条件下钢液、及夹杂物的变化情况，发现钢液（），钢液溶解的（），（）仅 时，夹 杂 物 演 变 规 律 为 ，未检测到任何 夹杂图 夹杂物成分分布 物。研究了硅铁合金中杂质元素 对钢液洁净度的影响，发现在 脱氧之后加入硅铁合金，钢液中 含量增加，加入硅铁合金之前钢液夹杂物为 ，加入硅铁合金之后转变为 夹杂物。因此，钢液 含量主要受加入到钢液中的含 合金决定。对 钢及 钢在冶炼过程所涉及的合金进行 含量检测，结果如表所示。可以看出，除钙处理用合金（硅钙线、钙线）外，只有硅铁合金中的 质量分数达到 。因此，控制硅铁合金在 出钢过程 炼钢第 卷随其它合金一起加入，合金中的 将被氧化，后续冶炼过程不加入含 合金（如硅铁、钙线），则钢液不会发生明显增 现象。而在 精炼中后期再加入硅铁合金，理论计算 钢液中加入 硅铁合金，收得率 时，钢液增 质量分数约 。通过控制硅铁合金加入时机及钙处理量实现 含量的控制。具体试验控制及取样方案见表。钢对应试验方案和，通过控制 出钢或 精炼过程加入硅铁合金，控制钢液 含量。钢对应试验方案，通过控制硅铁合金加入时机及 处理量，控制钢液 含量。表主要合金中的 含量（）硅铁低铝低钛硅铁低碳铬铁低钛高碳铬铁低碳锰铁硅锰铝线 铝块碳化硅低氮增碳剂硫磺线氮锰线硅钙线钙线 表试验方案过程参数控制及取样方案 钢种方案试验方案取样方案 出钢加入硅铁 精炼加入硅铁 处理量 结束钢样 破空钢样软吹结束样轧材钢样 钢 钙线 钢 钙线 钙线炼钢过程取样器为贺利氏取样器，取样后进行磨抛处理，利用 扫描电镜进行夹杂物分析，扫描面积为 ，分析尺寸为及以上的夹杂物。轧材取样示意图如图所示，在轧材规格半 径 处 取 样，试 样 大 小 约 ，观察横截面 夹杂物分布情况。钢中夹杂物尺寸分布服从对数正态分布，而每块试样中最大夹杂物尺寸分布服从 分布，极值统计法是通过预先采集一定数量的数据点，拟合出 函数，其概率密度函数及累计分布函数见式（）、式（），以此根据所需外推出的扩大检测面积，求出逆转周期、累计概率值及约减函数，最终计算推测对应的最大值点。本研究利用极值统计法预测钢中夹杂物极值尺寸，每炉次检测 个面，每个试样检测面积为 ，推测面积 为 ，逆转周期 ，累计概率 及约减函数，计算夹杂物极值尺寸。统计 个试样所检测到的所有 夹杂物数量，计算 夹杂物数量密度（夹杂物数量密度 夹杂物数量）。图轧材取样示意图 概率密度函数：（）（）（）（）累计分布函数：（）（）（）约减函数：（）（）第期屈志东，等：钢液 含量控制对 夹杂物的影响研究逆转周期：（）式中：为极值分布函数的定位参数（相当于起步的夹杂物尺寸）；为极值分布函数的尺度参数（相当于分布曲线的斜率，代表增值速度，越大，增值越快）；为推测的检测面积，；为标准视场面积，。研究结果 钢液 含量变化情况图所示分别为 钢、钢试验炉次冶炼过程钢水 含量变化情况。由图 可以看出，试验控制硅铁合金在 出钢过程随钢流加入，同时 精炼过程不补加硅铁合金，钢液的 未见明显变化，中包样（）。试验控制硅铁合金全部在 精炼过程加入，钢液 质量分数 到站时 ，结束增加至 ，处理后降低为 ，中包样 质量分数为 ，说明硅铁合金的 会进入钢液，增加钢液 含量。针对 处理过程 含量降低的现象，许多学者进行了研究。山阳特钢 分析了 钢，在 结束时钢液（）（），处理后降低至 以下，认为是由于真空处理时 蒸发导致。研究了 钢，处理过程 质量分数由 降至 ，认为 含量的降低除真空处理引起的蒸发外，还包括部分含 夹杂物的去除。图 可以看出，试验较试验，通过控制硅铁在 精炼加入，结束时钢液 质量分数增加了 ，处理后（钙线）钢液 质量分数增加了约 。试验通过控制硅铁的加入及取消 处理，中包钢液 质量分数控制为 ，同轴承钢中包钢液 质量分数仅 相比，可能与 钢冶炼过程加入较多的 脱氧有关。图试验炉次冶炼过程 含量变化 钢液夹杂物变化情况图、图 所示分别为 钢试验和试验冶炼过程 结束、破空样夹杂物成分分布。可以看出，结束时试验夹杂物主要为 ，试 验 夹 杂 物 主 要 为 和 ，这同是否在 加入硅铁合金相对应，冶炼过程不加入含 合金，钢中夹杂物不会向 转变。破空时 夹杂物都大量被去除，只剩下 类夹杂物，这同诸多研究人员所报道的结论相似 。由于 同钢液间润湿角为 ，因此更容易碰撞、聚集、长大而被去除。破空时试验夹杂物数量密度为 个 ，试验为 个 。图、图 所示分别为 钢试验和试验冶炼过程 结束、软吹结束样夹杂物成分分布。可以看出，结束时试验同试验夹杂物成分分布相类似，主要为 ，试验同试验夹杂物成分分布相类似，主要为 和 。软吹结束时，试验经过 处理夹杂物平均成分为 ，试验夹杂物平均成分为 。炼钢第 卷图试验炉次冶炼过程夹杂物变化 轧材 夹杂物极值尺寸及数量密度检测情况图 所示为轧材 夹杂物数量密度同中包钢液 含量的关系，可以看出随着 含量的增加，轧材 夹杂物数量密度随之增加。当钢液（）时，数量密度为 ，质量分数增加至 时，数量密度增加至 。图 所示为轧材 夹杂物极值尺寸同中包钢液 含量的关系，可以看出随着 含量的增加，轧材 夹杂物极值尺寸并未表现出线性的增加，钢液 质量分数从 时增加至 时，对应 夹杂物极值尺寸由 增加至 ，增加。钢 质量分数从 时增加至 时，对应 夹 杂 物 极值 尺寸 由 增加 至 ，增加。图轧材 夹杂物随 含量变化情况 第期屈志东，等：钢液 含量控制对 夹杂物的影响研究讨论图 所示 夹杂物数量密度随中包钢液 含量增加而正向增加，这同图所检测到的低熔点 夹杂物相符合。钢试验较试验在 破空时 类夹杂物增加了 ，钢试验较试验在软吹结束时夹杂物 含量增加了 。钢液 含量的增加（处理或者 含 合 金 的 加 入）会 生 成 较 多 的 低 熔 点 夹杂物，从而增加 及 以上 尺 寸 的几率，最终导致轧材中能够检测到更多的 夹杂物。图 所示 夹杂物极值尺寸并没有表现出随钢液 含量增加而线性变化的趋势，由于极值统计法只记录每块试样中最大的那颗夹杂物尺寸，由此可以推测每块试样中最大的那颗 夹杂物并非完全由钢液 含量所决定。钢液 含量只能影响钢液中内生夹杂物，还有一部分 类夹杂物为外来夹杂物，如 出钢过程卷渣、精炼渣卷渣 或钢包釉卷入 所形成。统计分析了 钢、钢及 钢 炉次中包钢液 含量同轧材 检测情况，如图所示。图 可以看出，随钢液 含量增加，夹杂物数量密度呈正比例增加。图 为钢液钙含量同 夹杂物极值尺寸关系，随 含量增加，夹杂物极值尺寸也存在增加的现象，但 含量降低时 夹杂物极值尺寸并非必然降低，当 质量分数控制为 时，极值尺寸仍从 波动至。这一现象进一步说明仅通过控制钢液 含量只能减少 类夹杂物的数量，但 夹杂物尺寸仍不能得到有效控制，而这一部分 夹杂物需要从解决外来夹杂物方面（如精炼卷渣、卷渣等）开展工作。图不同钢种 含量同 夹杂物的关系 结论）分析了主要合金中的 含量，除钙线、硅钙线 外，硅 铁 合 金 含 钙 质 量 分 数 最 高，达 到 。研究了 钢、钢控制硅铁合金在 精炼加入，钢液 质量分数增加约（）。控制硅铁合金在 出钢加入同时取消 处理，可控制中包钢液（）。）研究了 钢、钢控制 精炼过程不加 硅 铁 合 金，结 束 时 夹 杂 物 均 主 要 为 。控制硅铁合金全部在 精炼过程加入，结 束 时 夹 杂 物 主 要 为 和 。）研究了 钢、钢随钢液 含量增加，轧材 夹杂物数量密度正比例增加，夹杂物极值尺寸并未明显增加。分析多组不同钢种钢液 含量同轧材 夹杂物检测情况，随钢液 含量增加，夹杂物数量密度呈正比例增加。随钢液 含量增加，夹杂物极值尺寸也存在增加的现象，但 含量降低 夹杂物极值尺寸并非必然降低。）降低钢液 含量只能减少 类夹杂物的数量，但 夹杂物尺寸仍不能得到有效控制，这一部分 夹杂物需要从解决外来夹杂物方面（如精炼卷渣、卷渣等）开展工作。参 考 文 献何群雄，孙时秋 钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法介绍理化检验（物理分册），（）：宋朝琦，刘威，杨树峰，等 钢中 类夹杂物形成原因 炼钢第 卷及控制钢铁，（）：李永超，吕皓杰，李刚，等 不加钙处理对 冷镦钢类和 类夹杂物的影响特殊钢，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，：吉岡孝宜，中畑憲一郎，河村崇紀，等二次精錬工程介在物組成構成変化 ，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：（上接第 页）黄奥气幕挡墙中间包气泡形成与运动及夹杂物去除的数模研究武汉：武汉科技大学，（）：张美杰，汪厚植，黄奥，等底吹氩中间包钢液流动特性的数值模拟研究钢铁钒钛，（）：，（）：，（）：，（）：黄奥，汪厚植，