3 潔凈鋼的生產(chǎn)實(shí)踐
鋼的精煉和連鑄操作嚴(yán)重影響鋼的潔凈度。例如，索拉克敦刻爾克廠對(duì)去除夾雜物進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明:盡管二次氧化時(shí)有發(fā)生，鋼包處理可減少夾雜65%～75%，中間包可去除夾雜20%～25%，而結(jié)晶器去除夾雜物的作用較小，只能去除夾雜5%～10%。
3.1 鋼包操作
3.1.1 出鋼氧含量
在出鋼期間或加脫氧劑之前測(cè)定鋼包內(nèi)鋼水的氧含量，出鋼時(shí)鋼水氧含量明顯地高，威爾頓廠為0.045%～0.08%，國(guó)家鋼公司大湖分廠為0.08%～0.12%，新日鐵為0.025%～0.065%。加鋁脫氧后，產(chǎn)生大量的Al2O3。按這樣推理，為了生產(chǎn)潔凈鋼，我們就可以假定通過(guò)限定頂吹氧含量來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，如圖5所示，頂吹氧量和鋼的潔凈度沒(méi)有相關(guān)性。這與液態(tài)鋼樣總氧含量的研究結(jié)果相一致。發(fā)現(xiàn)加鋁脫氧后，形成的大量氧化鋁簇夾雜物有85%能穩(wěn)定上浮到鋼包渣中，殘留的簇狀?yuàn)A雜物尺寸小于30?m。因此，不管出鋼氧含量取決于夾雜物的上浮時(shí)間，還是取決于鋼包精煉的可能性，都能去除大多數(shù)夾雜物。圖6示出了RH處理期間鋼中總氧含量隨著脫氣時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的情況。不管出鋼時(shí)氧含量差別多大，處理終點(diǎn)的總氧含量T.[O]都達(dá)到同一水平。為達(dá)此目的，脫氣時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，例如15min。生產(chǎn)超低碳鋼時(shí)，出鋼氧含量嚴(yán)重影響脫碳速度。
3.1.2 渣中FeO和MnO
鋼水二次氧化的重要原因是轉(zhuǎn)爐出鋼帶渣進(jìn)入鋼包，轉(zhuǎn)爐渣富含F(xiàn)eO和MnO。這些氧化物同鋼水中溶解[Al]發(fā)生氧化反應(yīng)，生成Al2O3，對(duì)下述反應(yīng)的熱力學(xué)條件非常有利:
3FeO+2[Al]=Al2O3+3[Fe]
△Gl0=-853700+239.9T(J/mol) (2)
3MnO+2[Al]=Al2O3+3[Mn]
△Gl0=-337700+1.4T(J/mol) (3)
氧含量檢測(cè)值為0.0524%；1—氧含量初始計(jì)算值為0.03%；
2—氧含量初始計(jì)算值為0.05%；3—氧含量初始計(jì)算值為0.07%
鋼包渣中FeO和MnO含量較高，二次氧化位能大。反應(yīng)生成物為Al2O3夾雜。鋼材中的許多裂紋源于鋼包渣中的FeO引起的二次氧化的產(chǎn)物。
FeO+MnO檢測(cè)值為15.7%；1—FeO+MnO計(jì)算值為2%；
2—FeO+MnO計(jì)算值為15.7%；3—FeO+MnO計(jì)算值為30%
為了減少FeO和MnO的污染，采取了如下對(duì)策:
(1)最大限度地減少出鋼時(shí)帶入鋼包的渣量。
提高停吹碳目標(biāo)命中率，避免補(bǔ)吹，從而將鋼水中溶解的氧含量降至最少，以降低爐渣中FeO含量；BOF采用副槍，從根本上降低補(bǔ)吹頻率；采用高效的機(jī)械擋渣設(shè)備，如擋渣球(浮在鋼水和爐渣界面之間)，有助于減少出鋼帶入鋼包的渣量(約3kgöt鋼)，也可采用一些傳感器。出鋼后，鋼包厚渣層引起了大量渣攜帶問(wèn)題。例如，美國(guó)內(nèi)陸鋼公司第4BOF車間標(biāo)準(zhǔn)鋼種通過(guò)機(jī)械扒渣使鋼包爐(LMF)渣層厚度低于40mm。1993年LTV鋼公司克力夫蘭廠最后鋼包渣平均厚度為75mm，LTV鋼公司印第安那Harbor廠低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鋼包渣層厚97mm，高強(qiáng)度低合金鋼鋼包渣層厚135mm，要求增碳條件的鋼種渣層厚140mm；臺(tái)灣中鋼煉鋼廠鋼包渣層厚度為30～100mm；中國(guó)武鋼煉鋼廠2號(hào)轉(zhuǎn)爐鋼包渣層厚100～130mm；而加拿大阿爾戈馬鋼廠扒渣前鋼包渣層厚75mm，扒渣后為25mm。
(2)鋼包渣還原處理。
埃米發(fā)現(xiàn)，出鋼帶渣最少化同添加堿性鋼包渣和采用堿性包襯相結(jié)合，可降低渣中FeO+MnO含量達(dá)1%～2%；低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼可降低總氧含量0.001%。降低鋼包渣中FeO+MnO含量的另一個(gè)辦法是添加爐渣調(diào)節(jié)劑(即將爐渣還原或脫氧處理)。爐渣調(diào)節(jié)劑一般使用的是鋁和煅燒石灰石或石灰石的混合物。表5總結(jié)出世界上幾個(gè)鋼廠鋼包渣還原處理之后FeO+MnO含量的下降值。處理后平均降低約5%。據(jù)法國(guó)索拉克敦刻爾克廠報(bào)道，采用該措施可明顯提高帶卷的潔凈度。
3.1.3 RH處理和鋼包攪拌的作用
鋼包攪拌和精煉過(guò)程(如RH鋼包脫氣)大大地促進(jìn)了夾雜物的長(zhǎng)大和去除。各類鋼包處理對(duì)板坯夾雜物含量的影響如圖10所示。這些數(shù)字表明，對(duì)提高鋼水潔凈度而言，RH真空處理比鋼包氬氣攪拌優(yōu)越，結(jié)果參見(jiàn)表4。噴Ca粉和增加攪拌力，促進(jìn)了脫氧和液化夾雜物，具有明顯的效益。據(jù)Haastert報(bào)道，某廠采用RH脫氣和Ca處理，將T.[O]降低到0.00.5%。NK-PERM工藝(NKK的RH改進(jìn)工藝)脫氣20min之后，可將低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的總氧T.[O]降到0.0005%。但是，過(guò)度攪拌是不利的。當(dāng)鋼水向上循環(huán)到渣層之上時(shí)，可能使鋼水表面暴露出一個(gè)“眼睛”區(qū)，使鋼水產(chǎn)生二次氧化。
加入合金后，充足的攪拌時(shí)間(>10min)也是很重要的，能使Al2O3夾雜循環(huán)上浮到渣中而去除。然而攪拌時(shí)間不能太長(zhǎng)，就象Atlas不銹鋼廠報(bào)道的那樣，會(huì)沖蝕爐內(nèi)耐火材料。這種現(xiàn)象已被托馬斯等人從理論上證明過(guò)。初期的強(qiáng)攪拌促使小夾雜物相互碰撞長(zhǎng)大形成大夾雜物，接著“終攪拌”鋼水慢速循環(huán)，便于將碰撞形成的較大夾雜物排除到渣中。
——摘自《中國(guó)金相分析網(wǎng)》
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