二次精炼中夹杂物形态控制技术的研究
2014-09-09 06:03 来源：钢联资讯 作者：青山
随着二次精炼工艺的发展，首先确立了降低夹杂物总量的脱氧技术。尤其是，自70年代后期至80年代，非金属夹杂物无害化的夹杂物形态控制技术得到了发展。夹杂物的形态控制就是通过控制精炼渣的组成和添加第3元素，由此改变夹杂物本身的组成，或改变夹杂物形态的控制技术，大致可分为3种。
（1）弱脱氧钢的夹杂物塑性控制技术
由于轮胎帘子线用钢和弹簧用钢在轧制、拉丝和拉拔过程中夹杂物容易成为拉断的源头，因此需对造成拉断原因的Al2O3系夹杂物和尖晶石系夹杂物等进行控制，使其破坏或变为容易塑性化的成分。
高熔点的（Mg、Mn）O·Al2O3即使在初轧后形状也几乎不会发生变化，但低熔点的CaO-MnO-SiO2-Al2O3系夹杂物容易拉伸和拉断。因此，关于钢丝的夹杂物组成，如果是源于精炼渣的CaO-SiO2-Al2O3系夹杂物，其组成处于Anorthite和Wollastonite的共晶线附近区域；如果是源于脱氧生成物的MnO-SiO2-Al2O3系夹杂物，其组成处于Spessartite初晶附近区域。
研究了热轧时夹杂物的变形行为和冷态拉丝加工时夹杂物的破坏和变形行为。无论在哪种情况下，它们都与夹杂物的熔点有很大的关系。熔点低的氧化物容易产生变形和破坏。也有文献指出，即使在夹杂物组成相同的情况下，夹杂物的破坏和变形会因玻璃状或结晶状而改变。
由于这些钢种都厌恶Al2O3系夹杂物，因此虽然进行Si-Mn脱氧，但因为是弱脱氧钢，因此钢中氧量高。Si-Mn脱氧钢的脱氧生成物由MnO-SiO2系组成。此时，从LF处理前的初期脱氧时开始，在保持钢水-夹杂物之间的平衡关系的状态下，夹杂物的组成发生了变化，并影响了钢水和炉渣的反应。另一方面，关于夹杂物CaO含量的变化，根据动力学解析，可以认为它是由于作为脱氧生成物的MnO-SiO2-Al2O3系夹杂物和卷入精炼中的炉渣通过物理接触所致。
（2）通过Ca处理控制MnS的形态
众所周知，MnS是轧制后生长的软质夹杂物，生长后的MnS会使在含有H2S的润湿环境下使用的干线管产生氢诱导裂纹，而且它会使轧制直角方向的韧性下降。从80年代开始，为使MnS无害化，因此在降低钢中S含量的同时，采用喂丝法向钢水中喂Ca丝，即使在轧制后，也能将MnS的形态控制在球形状。
另外，对易切削钢也采取了Ca处理法控制MnS形态的措施，由此改善了易切削钢的韧性和切削性的平衡。如果提高钢材中的S含量，就可以提高切削性，但另一方面，会使轧制直角方向的韧性下降。由于控制了轧制时使Ca固溶不容易生长的MnS，因此可以一面提高切削性，一面抑制韧性的下降。作为这种形态控制的元素，除了Ca以外，还有Mg。
含Ca的MnS随着CaS含量的上升，其硬度会提高。通过Ca处理后，一部分MnS会变为CaS，并在轧制时变为难以生长的化合物。
MnS有凝固时形成结晶的MnS和凝固后伴随钢的相变和固溶度的下降而析出的MnS。因此，为控制MnS的形态，必须在熔融阶段确保固溶在钢水中的Ca。将Ca/S控制在2～5的范围内，可以抑制MnS及Ca-Oxysulfide的发生。
（3）Al2O3系夹杂物的形态控制
Ca处理不仅可以控制MnS的形态，而且还可以用于把Al2O3变为低融点的mCaO·n Al2O3。CaO-Al2O3系夹杂物。由于其组成的不同，因此融点也有很大的差异，夹杂物中的CaO含量越低，中间包水口越容易发生堵塞，相反，夹杂物中的CaO含量越高，中间包水口塞棒和滑动水口越容易发生熔损。为稳定浇铸，必须将夹杂物组成控制在CaO·Al2O3～CaO·2Al2O3的范围内。
作为把Ca添加到钢水的方法有，喷吹CaC2或CaSi粉末、连续喂丝、把块状的Ni-Ca合金或Fe-Ca团块添加到RH真空室内。另外，由于Ca与氧的亲和力非常大，而且沸点为大约1400℃，比钢水温度更低，因此添加Ca的钢水收得率一般较低。为切实控制夹杂物的形态，还开发了在RH和中间包的两处添加Ca的技术。（青山）
