3 钢中显微夹杂物的影响因素
钢材中最终存在的显微夹杂的粒径、数量和种类,受钢水冶炼工艺、钢水脱氧操作的初始氧含量、脱氧剂种类、钢水精炼结束后的全氧含量、冷却速率以及变质处理等因素的影响。
3.1 冶炼工艺对钢中显微夹杂物数量的影响
转炉出钢后,钢水通常需要经过二次精炼以控制钢中的成分及夹杂物,并通过中间包、结晶器和连铸机浇铸成坯。精炼操作一般选用钢包吹氩、LF、RH、VD中的一种或几种,精炼工艺、中间包及结晶器对钢水中显微夹杂物数量的影响有所差别。
3.1.1 钢包吹氩和LF精炼对钢中显微夹杂物数量的影响
在LF精炼过程中,氩气通过安置于钢包底部的透气砖形成气泡进入钢包而起到搅拌钢水的作用。同时,由于气泡的上浮速率大于钢中显微夹杂物的上浮速率,气泡在上浮的过程中与钢中的固态夹杂物碰撞吸附并将夹杂物带到渣钢界面使其被熔渣吸收。气泡上浮引起的钢水流动和气泡本身均有助于去除钢中的夹杂物。生产实践表明:钢包吹氩和LF精炼对于钢中显微夹杂物的去除效果明显。例如:①通过改变钢包底透气砖的安放位置及气体流量,钢中粒径在0-2.5μm、2.5-5μm、5-10μm以及>10μm的夹杂物数鞋均有不同程度的减少,减少程度随夹杂物粒径的变大而加剧;②LF精炼后,所取钢样中单位面积内显微夹杂物数量也有所减少。
3.1.2 RH处理对钢中显微夹杂物数量的影响
RH是将真空精炼与钢水循环流动相结合的精炼设备。在精炼过程中,上升管支管中吹入的氩气促进真空室内钢水的流动,并捕获、去除钢水中的夹杂物。RH在一定程度上可以起到去除钢中显微夹杂物的目的,且RH脱氧去除钢中显微夹杂物的效率与处理时间有关。在RH精炼后,钢中显微夹杂物数量密度有所减小。吴华杰等的研究结果表明:RH真空处理开始后的14min,显微夹杂物的数量急剧减少,与初始值相比夹杂物数量减少了28.87个/mm2,去除率达45.7%;处理25min后,钢中显微夹杂物数量减少了37.23/mm2,去除率是59%,与14min相比,显微夹杂物数量多去除13.3%,去除效率减弱。
3.1.3 中间包中显微夹杂物数量变化情况
高质量洁净钢的生产要求中间包功能多样化,改变中间包的形状或加大中间包的容积均可以延长钢水的停留时间;安装挡渣墙(坝)来控制钢水的流动状况有利于钢中显微夹杂物的碰撞、长大和上浮。在正常浇注条件下,钢水在中间包内停留时间需达到8-10min,中间包才能起到促进夹杂物上浮和稳定注流的作用。衡阳钢管厂连铸圆坯生产过程中,从LF到中间包夹杂物增加了5.71个/mm2。武钢管线钢LF精炼结束到中间包时显微夹杂增加了0.84个/mm2,但铸坯中夹杂物含量有所降低。天津钢管厂高压锅炉钢从VD到中间包显微夹杂物减少了2.29个/mm2。津西H型钢在经过中间包后,显微夹杂物减少了6.82个/mm2。结合文献分析可以得出:中间包具有良好的显微夹杂物去除效果,部分钢厂中间包内夹杂物数量增加是由于钢水上边气氛保护措施不完善,操作不规范所致。钢水进入中间包前需要有良好的保护气氛,以避免钢水被氧化而造成夹杂物数量增加,进而影响钢材质量。此外,各钢厂中间包去除夹杂物的效果有所差别,这与进入中间包的钢水质量、中间包形状以及钢水在中间包内的停留时间均有关。中间包位于钢水冶炼处理流程末端,加强中间包流场优化和夹杂物去除方面的研究对于钢中显微夹杂物的控制有重要意义。