沸腾钢浇注的化学封顶工艺

沸腾钢浇注的化学封顶工艺 摘摘 要要 主要研究稀土镁硅合金替代铝条应用于沸腾钢浇注的化学封顶 工艺 分析了浇注工艺的可行性 由于应用该工艺钢材质量提高幅度很 大 为稀土在钢中应用开辟了新的途径 关键词关键词 稀土镁硅合金 应用于沸腾钢 替代铝条 RARE EARTH Mg Si ALLOY FOR RIMMING STEEL MA Chunsheng YU Huacai LIU Baozhong Benxi Iron and Steel Group Co ABSTRACT In the paper the use of Rare Earth Mg Si alloy for rimming steel coping is studied instead of aluminium The industrial test has proved that the cost is reduced the steel quality is improved It is a new application of RE in metallurgy KEY WORDS RE Mg Si alloy use for rimming instead of aluminium bar 1 1 前言前言 我国稀土资源十分丰富 而且品种齐全 质量好 分布广 开采方 便 已探明的稀土储量为 37 000 万 t 折合成稀土氧化物 约占世界 总储量的 80 居世界第一位 我国稀土推广应用得到了突飞猛进的发 展 在冶金中应用更为广泛 1989 年我国稀土处理钢的产量已达 25 万 t 稀土加入钢中 可起到脱氧 脱硫 改变夹杂物形态 提高钢的抗 氧化性能 提高钢的高温强度和塑性 提高钢的疲劳寿命 耐腐蚀性及 抗裂性等作用 到目前为止 稀土广泛地应用于镇静钢及铸铁中 其效 果是肯定的 但是稀土在沸腾钢中的应用还只是起步阶段 本文将对稀 土在沸腾钢中的应用作阐述 以期起到抛砖引玉的作用 2 2 本钢炼钢厂的生产现状及工艺特点 2 12 1 本钢炼钢厂的生产现状 本钢是拥有三座公称容量为 120 t 的氧气顶底复吹转炉 转炉平均 出钢量为 155 t 年产普钢为 255 万 t 其中沸腾钢的比例为 95 主 要生产 Q215F 钢和 Q235F 钢 以模注为主 2 22 2 本钢炼钢厂生产工艺特点 本钢沸腾钢的生产 其浇铸工艺采用的是浇注过程中加铝条与铸后 上部加硅铁相结合的化学封顶技术 当钢液中氧含量过高或钢水过热时 通常采用加铝条调节其沸腾强度和氧化性强弱 以期消除钢水上呕 取 得良好的封顶效果 保证沸腾钢良好的头部形状和内部结构 用加铝条 来调节 具有操作方便 效果稳定的优势 但也渐渐地显露出弊病 加铝调节的钢 从其夹杂物分析看 Al2O3夹杂物增大 硫化物多为条状 的 MnS 夹杂物 这种形态的夹杂物塑性好 在轧制时随着钢材的延伸而 延伸 从而引起钢材夹层等各向异性 浇钢过程中当浇钢到锭头部加 铝条时 由于铝条的脱氧力强而造成钢锭头部沸腾不充分 氧化夹杂物 和气体上浮排出困难 造成钢锭头的坚壳带薄 而形成一圈结痕 轧制 时极易形成结痕废品 从而导致钢锭的成坯率下降 随着钢产量的增 加 铝的消耗量越来越大 而铝的价格飞涨 因此 对于每年加铝消耗 190 多吨 价值为 400 多万元的普沸钢厂家来说 寻求铝条的代用品 稀土镁硅合金 对降低成本 提高沸腾钢的质量具有现实意义 3 3 稀土镁硅合金的使用方法稀土镁硅合金的使用方法 本厂的钢锭浇钢高度为 2 200 mm 当钢液在模 表 1 合格率及封顶封住率的比较 Table 1 Comparison of qualifing rate and success rate of coping 种类气囊接痕气泡结疤总合格率 封住率 稀土工艺99 872 100 000 99 924 99 941 99 73795 03 加铝工艺99 838 99 991 99 804 99 928 99 56394 67 比较 0 034 0 009 0 120 0 013 0 174 0 36 内上升至 2 050 2 100 mm 时 开始用挑加具挑稀土镁硅合金袋 袋 装稀土镁硅合金 0 8 kg 袋 随钢流加入中注管内 稀土合金便通过 中注管进入模内钢水 其加入量为 0 08 kg t 左右 当钢液上升至 2 200 mm 时停流 延时 1 2 min 后 向模内直接加入硅铁 按 3 75 5 00 kg 支 模 并一次性搅拌均匀即可 4 4 结果与讨论结果与讨论 4 14 1 生产工艺方面 从 1996 年 11 月开始 稀土镁硅合金在我厂的沸腾钢生产中已应用 于大生产 到目前为止已经过了三个多月的 3 000 多炉钢的生产使用 并与同期加铝封顶工艺两个月生产的 1 600 炉沸腾钢作对比 表 1 通 过对比可以看出 稀土镁硅合金的沸腾钢封顶工艺取得的各项指标均优 越于加铝条的沸腾钢封顶工艺 前者完全消除了结痕轧后废品的产生 钢锭的质量明显提高 钢锭的成坯率比计划指标提高了 0 73 钢锭合 格率提高了 0 174 钢锭头部封顶封住率提高了 0 36 统计发现 吨钢消耗稀土镁硅合金量为 0 080 kg 比加铝条的沸腾钢的封顶工艺消 耗的 0 083 kg t 略有降低 取得了很大的经济效益 稀土镁硅合金价格 仅为铝价格的一半 表 2 是本钢现在使用的稀土镁硅合金的成分 这种配比的稀土镁硅 合金在生产中应用 既克服了铝条脱氧力极强 预脱氧尺度不易掌握的 困难 又起到了复合脱氧剂脱氧的作用 既保证了钢液预脱氧后沸腾充 分 又能使钢液深度脱氧 表 2 稀土镁硅合金的化学成分 Table 2 Chemical composition of alloy REMgCaSi 其它 Fe 6 0 8 0 9 0 11 0 3 038 44 6 7 余量 从实际应用中和用户使用该钢时的信息反馈看 加稀土镁硅合金生 产的沸腾钢的质量上的优势更加明显 影响沸腾钢质量和成坯率的因素 主要是沸腾钢锭的头部形状 加铝条封顶工艺 一般在钢液浇到 2 050 2 100 mm 时开始加铝条 在钢锭头部 100 200 mm 位置脱氧很强 而且比较集中 这样有时就造成浇钢到钢锭头部的钢液不沸腾或者沸腾 不充分 加硅铁立即搅拌封顶 则钢锭头部较快凝固 钢液内的气体和 氧化夹杂物上浮排出不充分 造成钢锭中上部及头部质量恶化 轧制时 钢坯头部断面出现流渣 孔洞 舌形等 降低了钢锭的成坯率及合格率 另外 钢锭头部 100 200 mm 的坚壳带较薄 在加热时易烧漏而影响 板材的表面质量 稀土镁硅合金替代铝条的沸腾钢生产工艺 结合延时封顶技术解决 了以上的问题 改善了钢锭中上部尤其是头部的质量 提高了钢锭的成 坯率及合格率 延时封顶技术的采用给操作人员带来了极大的方便 不 象加铝封顶工艺的封顶时间很紧 如不抓紧封顶 则钢锭头部结壳 加 入硅铁后难以与钢液完全接触 不立即搅拌就会使钢锭头部冒涨成菜花 头的形状 而影响了钢的质量 加稀土镁硅合金的沸腾钢在封顶操作时 钢锭的头部在 2 min 内不结壳 Al2O3渣壳熔点比 SiO2渣壳熔点高 使 操作人员有充分的时间进行封顶搅拌 这样硅铁充分与钢液接触熔化 发挥了硅铁的脱氧作用 同时也保证了钢液中的脱氧产物 夹杂物及气 体有充分的时间上浮或排出 改善了钢锭的头部质量 钢锭轧制后结痕 废品降为零 成材率明显提高 另外 稀土镁硅合金中含有一定的碳酸盐 它在高温下分解产生的 CO2气体加强了钢液内部的动力学条件 使钢液沸腾充分 钢锭的坚壳 带增厚 改善了钢锭的质量 一般认为 模内钢水沸腾开始越早 钢水 沸腾越强烈 钢锭的坚壳带越厚 而钢锭坚壳带的厚度是评定沸腾钢质 量的重要标志之一 4 24 2 沸腾钢的板材性能方面 4 2 14 2 1 钢板材质检验结果 钢板材质的检测单位是中国科学院沈阳金属研究所 1 检材的化学成分见表 3 每组取 10 个样品 2 冲击试验 将检材加工成横向非标准冲击试样 每组取 5 个试样 其尺寸为 原板厚 55 mm 10 mm 开 V 型口 依据 GB228 63 金属常温冲击 韧性试验法 试验结果见表 3 3 夹杂物检验 根据 YB25 77 钢中非金属夹杂物显微检验法 磨制检材 各 50 炉 的纵向剖面金相试样在 100 倍下检验 结果如下 1 夹杂物分布 检材中的夹杂物均匀分布在板材中心 约占板厚 1 2 的范围内 两侧边缘无夹杂物或夹杂物很少 表 3 检材的化学成分 及力学性能 Table 3 Chemical composition and mechanical property of test steel 编号钢种 CSiMnPSaK J cm 2 注 1Q235BF 0 16 0 07 0 40 0 015 0 03576 加 RE 2Q235BF 0 16 0 07 0 40 0 009 0 03554 加 Al 3Q215BF 0 14 0 07 0 36 0 011 0 03864 加 RE 4Q235BF 0 14 0 07 0 36 0 010 0 03652 加 Al 5Q195BF 0 11 0 07 0 37 0 007 0 02573 加 RE 6Q215BF 0 11 0 07 0 34 0 020 0 04049 加 Al 2 加稀土镁硅合金 即加 RE 钢与加铝钢中的夹杂物有较明显的区 别 即加 RE 钢中的夹杂物多呈点状或链状 加铝钢中的夹杂物则呈点 状或较连续的条状 3 夹杂物成分分析 因检材较多 钢板的化学成分大同小异 由此认为加 RE 钢中的夹 杂物成分也相似 因此只分析了一组试样的成分 光谱定性分析结果 1 号 试样为铁基 并含有少量的 Si Mn 元素 不含 Al 2 号 试样为铁基 并含有少量的 Si Mn 元素 不含稀土元素 用能谱仪分析夹杂物的成分见表 4 4 夹杂物含量的测定 用德国进口的 IPS500 型图像分析仪分析检材中的夹杂物含量 见 表 4 表 4 夹杂物的化学成分及含量 Table 4 Chemical composition and content of inclusion 夹杂物成分 夹杂物含量 面 积 序号 夹杂 物 形状 MgAlSiSCaMn 条状或 链状 点状 注 1 链状 6 60 10 90 链状 20 6 21 9MnS 点状 8 90 18 90 MnS 2 链状 6 0015 10 0 900 4040 60 条状 21 6 25 5 硅铝酸 盐 点状 0 020 0917 04 0 4040 41 主要 MnS 4 检验结果 1 加 RE 明显提高了钢板的横向冲击性能 减小了钢材的各向异性 2 加 RE 能改变钢中硫化物的形貌 由条状变为点状或链状 4 2 24 2 2 加 RE 工艺与加铝条工艺对钢板力学性能的影响 根据常规力学性能统计 180 炉数据 加 RE 工艺比加铝条工艺的钢 的塑性指标 5略有增加 强度指标 s b也略有改善 以上的结果表明 加稀土镁硅合金钢板的力学性能指标的平均值均 略高于加铝条工艺生产沸腾钢的力学性能 钢中的条状 MnS 夹杂物略有 减少 减少的条状 MnS 夹杂物变成了点状或链状 对夹杂物的形貌有一 定程度的改变 钢材的横向性能得到了改善 5 5 结论