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钢中的非金属夹杂物是影响钢材质量的重要因素之一,有时甚至是决定性的因素,夹杂物对钢的力学性能、工艺性能和机械性能都存在不利影响。非金属夹杂物对钢性能的影响也是一个十分复杂的问题,它不仅取决于夹杂物类型,而且与其组成、形态、数量、大小及分布等因素密切相关。因此,对钢中夹杂物的控制已经成为生产纯净钢和提高钢的质量的关键因素之一。
承钢老炼钢厂由30tLD转炉、钢包吹氩站、小方坯连铸机等构成,在我国中小型转炉炼钢厂中具有一定的代表性。本论文采用连续跟踪、系统取样的方法,对承钢炼钢厂现行工艺条件下,从转炉—钥包吹氩—中间包—结晶器—铸坯全过程45#钢的质量状况及夹杂物水平进行了分析,并提出针对性的改进措施,以提高钢的洁净度水平。
通过对45#钢的系统调查,得出了以下结果:
(1)跟踪调查的45#钢,个别炉次指标存在不稳定现象,转炉终点控制水平还有待提高。结晶器钢中存在碳含量波动大等问题,说明生产中还有必要从严操作、进一步完善和优化工艺参数并严格控制钢水所接触原材料成分。
(2)从钢、渣成分可知,钢水存在二次氧化现象。据估算,钢水受空气二次氧化所占比例不大,说明钢水保护浇铸效果较好,而钢水受二次氧化的氧源可能来自耐火材料和所加精炼渣。
(3)从钢中T[O]变化可见,钢包吹氩和中间包对钢水净化有明显效果,但中间包净化钢水作用尚未充分发挥。
(4)铸坯凝固组织表明,45#钢柱状晶发育明显、普遍存在中心疏松和裂纹,严重的存在残余缩孔。其产生原因可能与钢水过热度、铸坯冷却强度有关。
(5)从沿取样点熔渣成分变化可见,转炉终渣、大包渣和中间包渣都有可能伴随钢水进入结晶器中。
(6)金相检验表明,沿取样点向后钢水纯净度逐渐提高;在铸坯上,铸坯中心到外弧之间存在一个较纯净区,而在向外弧侧和内弧侧各有一个纯净度较差区域;金相检验夹杂物粒度<10μm的占97%以上,即绝大多数为微小夹杂,但也不排除存在大于100μm的夹杂。用扫描电镜确定的夹杂物类型,主要以复合铝酸盐和硅酸盐为主,并伴随有铁锰硫化物、氧化铝和多元素复合氧化物夹杂,这与钢水所接触的耐火材料、精炼渣、脱氧剂等成分吻合。
(7)大样电解结果表明,沿取样点夹杂总量逐渐减少,但铸坯中仍然保持较高水平。大样电解分离出来的夹杂物主要为大颗粒夹杂,它主要来源于外来夹杂。
(8)从夹杂物总量看,45#钢经CAS精炼的平均值为19.63mg/10kg,而未经CAS精炼的为81.77mg/10kg,明显高于前者,说明CAS精炼对去除夹杂具有明显效果。同时,从T[O]的对比也证实了这点。
(9)对于结晶器喂线,喂线坯夹杂物总量明显高于不喂线坯;但从T[O]对比看,喂线坯T[O]低于不喂线坯;从金相检验看,夹杂物指标喂线坯优于不喂线坯。综观之,可认为喂线使夹杂物总量增加,但有助于改善微小夹杂指标。
综上所述,要提高45#钢质量和纯净度,应有针对性的采取以下措施:
(1)进一步开展45#钢成分优化研究,以获得具有最佳性能的该类钢;严格操作、加强转炉终点控制,提高操作稳定性和准确性;减少钢水过热度,优化铸坯冷却制度,提高铸坯质量,减少铸坯缺陷。
(2)进一步加强钢水沿程保护,提高耐火材料和精炼材料质量,以减少钢水受二次氧化和避免钢水成分大幅度波动。
(3)采用CAS精炼炉,以提高钢水纯净度;加强研究,强化中间包净化钢水能力;优化结晶器喂线工艺,以进一步发挥其净化钢水作用。
(4)采用电磁搅拌等新工艺,以提高铸坯整体质量。