2205双相不锈钢冶炼过程全氧及夹杂物分析
信息来源：求和不锈钢 时间：2019-04-13 09:10:45 浏览次数:-
2205双相不锈钢约占双相钢总产量的80%左右，由于其双相组织的特点而具有较高的强度、较好的焊接性能和抗腐蚀性能，广泛应用于船舶、石油、化工和建筑等领域。2205双相不锈钢好的冶金质量是保证其力学性能和表面质量的前提。据报道，夹杂物是2205热轧生产过程中边裂缺陷产生的一个重要的影响因素，因此通过分析研究2205双相不锈钢冶炼过程全氧含量和夹杂物，找出钢水中全氧含量的变化规律及夹杂物的产生原因，对于合理控制钢中的全氧含量和夹杂物、提高2205双相不锈钢的冶金质量及使用性能，具有十分重要的意义。
1、冶炼条件和研究方法
2205双相不锈钢冶炼以合金和废钢为原料，在电炉经过熔化处理后，直接兑入aod炉进行冶炼。aod转炉采用fesi合金进行还原操作，aod脱硫阶段加入铝块和石灰来脱硫。aod工序处理完毕后，到lf炉进行精炼。由于2205双相不锈钢合金量大，钢水中溶解氧含量高，因此在lf精炼过程中喂铝线进行深脱氧，然后加入硅钙线进行钙处理。lf精炼过程加入一定量的cao和caf2造渣，精炼渣二元碱度控制在2.3-2.5左右；底吹氩气量控制在0.15-0.20m3/min之间，当成分和温度达到要求后，将钢液运至连铸平台进行浇铸。本次试验，2205双相不锈钢的化学成分见表1所示。
表1：2205双相不锈钢化学成分% c si mn p s ni cr mo n ≤0.02 0.4-0.5 1.1-1.3 ≤0.03 ≤0.001 5.1-5.3 22.2-22.4 3.0-3.1 0.16-0.17
对1个浇次的连续2炉钢进行工业实验，本次试验在aod还原后、aod脱硫后、lf精炼末期以及中包浇铸末期进行取样，在每个工位取球拍样。所取球拍样用来进行夹杂物观察和全氧含量检测，用扫描电镜观察夹杂物形貌，用电子探针确定夹杂物成分。同时在aod还原后、aod脱硫后、lf精炼末期取渣样，通过渣样结果分析各个工序夹杂物的成因。
2、结果及分析
2.1、冶炼过程全氧含量的变化
通常，钢的总氧含量反映了钢中总体氧化物洁净度水平。总氧含量低，表明钢中氧化物夹杂较少，洁净度较高。在aod-lf-ccm过程，全氧含量的变化如图1所示。从图1中可以看出，随着aod冶炼、lf精炼和连铸过程的进行，钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势。2205双相不锈钢在aod的冶炼过程中有相当数量的铬被氧化进入炉渣。因此aod还原阶段采用硅铁进行还原操作，目的是还原渣中被氧化的铬以及降低钢水中的氧含量，还原后钢水中的全氧含量降低到182ppm；aod脱硫阶段通过加入铝块和石灰来脱硫。铝块的加入使钢水中全氧含量又有所降低，为97ppm；lf精炼过程中喂铝线进行深脱氧，然后加入硅钙线进行钙处理；随着吹氩搅拌的进行，钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附，小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮，被炉渣吸附，钢水中全氧含量降低明显，到lf精炼末期为36ppm；到连铸中包，中包覆盖剂也起到吸附夹杂物的作用，全氧含量有少量下降，到中包浇铸末期为32ppm。
2.2、冶炼过程夹杂物尺寸和数量的变化
随着aod冶炼、lf精炼和连铸过程的进行，夹杂物尺寸和数量的变化如图2所示。从图中看出，随着冶炼过程的进行，钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。aod还原后和脱硫后，钢水中存在大于50μm的夹杂物，夹杂物数量也较多；lf精炼末期，钢水中没有大于50μm的夹杂物，这说明lf精炼处理对去除较大颗粒夹杂物是十分有利的。到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少，尺寸都小于20μm。
2.3、冶炼过程夹杂物的类型 根据aod还原后、aod脱硫后、lf精炼末期和连铸中间包浇铸末期取样，分析试样中典型夹杂物形貌和类型可以得出，aod还原后和脱硫后这两个阶段的夹杂物类型主要为cao-sio2-al2o3-mgo，lf精炼末期和连铸中包浇铸末期夹杂物类型主要为cao-al2o3-mgo-sio2。
2.4、冶炼过程不同工序夹杂物成因分析
aod－lf冶炼过程夹杂物成分变化（质量分数）。从图中看出，aod还原后和aod脱硫后钢水中的夹杂物类型为cao-sio2-al2o3，而且颗粒较大、成分趋近于炉渣成分，并含有一定量的mgo。这些现象出现在强烈搅拌的aod还原和脱硫期，很可能与卷渣现象有关。从（c）可以看出，lf精炼后钢水中的夹杂物成分和lf精炼过程中的炉渣成分完全不同。跟aod处理过程相比，lf精炼后夹杂物成分中al2o3和mgo含量明显上升，夹杂物的类型变化为cao-al2o3-mgo-sio2，分析跟lf精炼阶段铝深脱氧和钙处理工艺有关。lf精炼过程中喂入铝线后，al和钢水中的溶解o形成al2o3夹杂物，al2o3夹杂物和mgo很容易形成al2o3-mgo尖晶石类夹杂物，夹杂物尺寸较小。随着钙处理的进行，钢水中会发生以下反应： y（mgo-al2o3） x[ca]=（xcao-yal2o3） y[mg]
（1） [mg] [o]=（mgo）
（2） [si] [o]=（sio2）
（3） 因此lf精炼末期，钢水中夹杂物的类型为cao-al2o3-mgo-sio2。到连铸中包后，上述反应继续进行。随着置换反应的不断进行，内部mgo-al2o3越来越小，外面的xcao-yal2o3变得越来越厚。由于液态相（xcao-yal2o3）低的表面张力夹杂物就会变成球形。在更高的倍数下观察连铸中包浇铸末期典型夹杂物形貌，可以看出连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成，外层为cao-al2o3-sio2，内部为al2o3-mgo。
从以上分析得出，2205双相不锈钢冶炼过程中不同工序的夹杂物成因主要有两个方面：①强烈搅拌的aod还原和脱硫期，钢水中的夹杂物与卷渣现象有关，这些夹杂物尺寸较大；②lf精炼阶段产生的内生夹杂物，这些夹杂物尺寸较小。因此可以采取有效措施，控制钢水中夹杂物的危害。
（1）增加lf弱吹时间，保证钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附，小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮，被炉渣吸附。
（2）增加lf炉喂入钢水中的硅钙线数量，使mgo-al2o3夹杂物完全变性。
3、结论
（1）随着aod冶炼、lf精炼和连铸过程的进行，2205双相不锈钢钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势，到中包浇铸末期为32ppm。
（2）随着冶炼过程的进行，钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。aod还原后和脱硫后，钢水中存在大于50μm的夹杂物，夹杂物数量也较多；lf精炼末期，钢水中夹杂物以小于50μm的夹杂物为主；到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少，尺寸都小于20μm。
（3）aod还原后和aod脱硫后钢水中的夹杂物类型为cao-sio2-al2o3-mgo，跟炉渣成分基本一致；随着lf精炼过程的进行，夹杂物的类型变化为cao-al2o3-mg0-sio2，与铝脱氧和钙处理工艺有关；连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成，外层为cao-al2o3-sio2，内部为a2o3-mgo。
1、冶炼条件和研究方法
2205双相不锈钢冶炼以合金和废钢为原料，在电炉经过熔化处理后，直接兑入aod炉进行冶炼。aod转炉采用fesi合金进行还原操作，aod脱硫阶段加入铝块和石灰来脱硫。aod工序处理完毕后，到lf炉进行精炼。由于2205双相不锈钢合金量大，钢水中溶解氧含量高，因此在lf精炼过程中喂铝线进行深脱氧，然后加入硅钙线进行钙处理。lf精炼过程加入一定量的cao和caf2造渣，精炼渣二元碱度控制在2.3-2.5左右；底吹氩气量控制在0.15-0.20m3/min之间，当成分和温度达到要求后，将钢液运至连铸平台进行浇铸。本次试验，2205双相不锈钢的化学成分见表1所示。
表1：2205双相不锈钢化学成分% c si mn p s ni cr mo n ≤0.02 0.4-0.5 1.1-1.3 ≤0.03 ≤0.001 5.1-5.3 22.2-22.4 3.0-3.1 0.16-0.17
对1个浇次的连续2炉钢进行工业实验，本次试验在aod还原后、aod脱硫后、lf精炼末期以及中包浇铸末期进行取样，在每个工位取球拍样。所取球拍样用来进行夹杂物观察和全氧含量检测，用扫描电镜观察夹杂物形貌，用电子探针确定夹杂物成分。同时在aod还原后、aod脱硫后、lf精炼末期取渣样，通过渣样结果分析各个工序夹杂物的成因。
2、结果及分析
2.1、冶炼过程全氧含量的变化
通常，钢的总氧含量反映了钢中总体氧化物洁净度水平。总氧含量低，表明钢中氧化物夹杂较少，洁净度较高。在aod-lf-ccm过程，全氧含量的变化如图1所示。从图1中可以看出，随着aod冶炼、lf精炼和连铸过程的进行，钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势。2205双相不锈钢在aod的冶炼过程中有相当数量的铬被氧化进入炉渣。因此aod还原阶段采用硅铁进行还原操作，目的是还原渣中被氧化的铬以及降低钢水中的氧含量，还原后钢水中的全氧含量降低到182ppm；aod脱硫阶段通过加入铝块和石灰来脱硫。铝块的加入使钢水中全氧含量又有所降低，为97ppm；lf精炼过程中喂铝线进行深脱氧，然后加入硅钙线进行钙处理；随着吹氩搅拌的进行，钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附，小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮，被炉渣吸附，钢水中全氧含量降低明显，到lf精炼末期为36ppm；到连铸中包，中包覆盖剂也起到吸附夹杂物的作用，全氧含量有少量下降，到中包浇铸末期为32ppm。
2.2、冶炼过程夹杂物尺寸和数量的变化
随着aod冶炼、lf精炼和连铸过程的进行，夹杂物尺寸和数量的变化如图2所示。从图中看出，随着冶炼过程的进行，钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。aod还原后和脱硫后，钢水中存在大于50μm的夹杂物，夹杂物数量也较多；lf精炼末期，钢水中没有大于50μm的夹杂物，这说明lf精炼处理对去除较大颗粒夹杂物是十分有利的。到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少，尺寸都小于20μm。
2.3、冶炼过程夹杂物的类型 根据aod还原后、aod脱硫后、lf精炼末期和连铸中间包浇铸末期取样，分析试样中典型夹杂物形貌和类型可以得出，aod还原后和脱硫后这两个阶段的夹杂物类型主要为cao-sio2-al2o3-mgo，lf精炼末期和连铸中包浇铸末期夹杂物类型主要为cao-al2o3-mgo-sio2。
2.4、冶炼过程不同工序夹杂物成因分析
aod－lf冶炼过程夹杂物成分变化（质量分数）。从图中看出，aod还原后和aod脱硫后钢水中的夹杂物类型为cao-sio2-al2o3，而且颗粒较大、成分趋近于炉渣成分，并含有一定量的mgo。这些现象出现在强烈搅拌的aod还原和脱硫期，很可能与卷渣现象有关。从（c）可以看出，lf精炼后钢水中的夹杂物成分和lf精炼过程中的炉渣成分完全不同。跟aod处理过程相比，lf精炼后夹杂物成分中al2o3和mgo含量明显上升，夹杂物的类型变化为cao-al2o3-mgo-sio2，分析跟lf精炼阶段铝深脱氧和钙处理工艺有关。lf精炼过程中喂入铝线后，al和钢水中的溶解o形成al2o3夹杂物，al2o3夹杂物和mgo很容易形成al2o3-mgo尖晶石类夹杂物，夹杂物尺寸较小。随着钙处理的进行，钢水中会发生以下反应： y（mgo-al2o3） x[ca]=（xcao-yal2o3） y[mg]
（1） [mg] [o]=（mgo）
（2） [si] [o]=（sio2）
（3） 因此lf精炼末期，钢水中夹杂物的类型为cao-al2o3-mgo-sio2。到连铸中包后，上述反应继续进行。随着置换反应的不断进行，内部mgo-al2o3越来越小，外面的xcao-yal2o3变得越来越厚。由于液态相（xcao-yal2o3）低的表面张力夹杂物就会变成球形。在更高的倍数下观察连铸中包浇铸末期典型夹杂物形貌，可以看出连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成，外层为cao-al2o3-sio2，内部为al2o3-mgo。
从以上分析得出，2205双相不锈钢冶炼过程中不同工序的夹杂物成因主要有两个方面：①强烈搅拌的aod还原和脱硫期，钢水中的夹杂物与卷渣现象有关，这些夹杂物尺寸较大；②lf精炼阶段产生的内生夹杂物，这些夹杂物尺寸较小。因此可以采取有效措施，控制钢水中夹杂物的危害。
（1）增加lf弱吹时间，保证钢水中的大型夹杂物不断上浮被炉渣吸附，小型夹杂物不断碰撞、长大、上浮，被炉渣吸附。
（2）增加lf炉喂入钢水中的硅钙线数量，使mgo-al2o3夹杂物完全变性。
3、结论
（1）随着aod冶炼、lf精炼和连铸过程的进行，2205双相不锈钢钢水中全氧含量呈逐渐减小的趋势，到中包浇铸末期为32ppm。
（2）随着冶炼过程的进行，钢水中夹杂物总数和尺寸都是不断减小的。aod还原后和脱硫后，钢水中存在大于50μm的夹杂物，夹杂物数量也较多；lf精炼末期，钢水中夹杂物以小于50μm的夹杂物为主；到连铸中包浇铸末期钢水中夹杂物数量进一步减少，尺寸都小于20μm。
（3）aod还原后和aod脱硫后钢水中的夹杂物类型为cao-sio2-al2o3-mgo，跟炉渣成分基本一致；随着lf精炼过程的进行，夹杂物的类型变化为cao-al2o3-mg0-sio2，与铝脱氧和钙处理工艺有关；连铸中包浇铸末期的夹杂物有两层组成，外层为cao-al2o3-sio2，内部为a2o3-mgo。
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