鎂芯包芯線處理鋼水夾雜物變性實(shí)驗(yàn)研究

1、鎂芯包芯線處理鋼水夾雜物變性實(shí)驗(yàn)研究王靜松 1，2） 許建國(guó) 1） 孫 偉 1） 曹立軍 1），張 輝 1） 孫志坤 1） 張恒立 3） 薛慶國(guó) 1）1） 北京科技大學(xué) 冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083；2） 北京科技大學(xué)博士后流動(dòng)站萊鋼工作站，萊蕪，211074；3） 包頭文鑫實(shí)業(yè)，包頭，014010 摘 要 本文開展了采用鎂對(duì)鋼中夾雜物變性的實(shí)驗(yàn)研究工作。采用特殊結(jié)構(gòu)的鎂

2、芯包芯線對(duì)鋼水進(jìn)行處理，處理過(guò)程比采用普通結(jié)構(gòu)含鎂包芯線平穩(wěn)，鎂可以有效的參加鋼水中，并獲得比擬穩(wěn)定的收得率。經(jīng)過(guò)鎂處理后，鋼中夾雜物類型、形態(tài)和尺寸明顯變化。大尺寸的 Al2O3 夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的 MgO ·Al2O3，同時(shí)使鋼中 MnS 夾雜以細(xì)小的 MgS 或 MgS-MnS 的形式存在。關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 鋼；夾雜物變性；鎂芯包芯線；喂線獲得更高純潔度、更高均勻性的產(chǎn)品是目 前鋼鐵生產(chǎn)和研究的熱點(diǎn)，也是冶金技術(shù)的開 展

3、方向。就目前的生產(chǎn)技術(shù)條件，鋼中雜質(zhì)元 素含量的控制已經(jīng)到達(dá)較高水平（鋼中雜質(zhì)總 量:S+P+N+H+T·O≤100×10-6）[1]，而隨著鋼 水中雜質(zhì)元素含量的進(jìn)一步降低，鋼中夾雜物 對(duì)鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生的不良影響作用就更加明顯， 因此，根據(jù)產(chǎn)品的不同質(zhì)量要求來(lái)控制和改善 鋼中夾雜物的性狀就顯得尤為重要[2]。最為典型、應(yīng)用最為廣泛的夾雜物變性處 理技術(shù)是鋁脫氧鋼的鈣處理[3]。鈣處理可以將鋼 中 Al2O3 夾雜轉(zhuǎn)

4、變成低熔點(diǎn)的復(fù)合氧化物，有 利于其聚合長(zhǎng)大從鋼水中排除，不僅可以防止 水口凍結(jié)，而且可以減少鋼中氧化物夾雜的數(shù) 量；同時(shí)，滯留在鋼中的夾雜物其形狀幾乎為 圓形并無(wú)規(guī)那么地分布于鋼中，可以減輕對(duì)鋼 性能的危害。但是鈣處理存在的問題是：雖然 鋼中氧化物夾雜的數(shù)量可以大幅度減少，但殘 留下來(lái)的夾雜物往往尺寸比擬大，由于 CaO ·Al2O3 夾雜物不易變形，軋制過(guò)程中會(huì)在 夾雜物周圍沿變形方向形成微裂紋、空洞，導(dǎo) 致鋼的一系列性能

5、的惡化。特別是那些對(duì)于疲 勞性能有苛刻要求的鋼種，在生產(chǎn)中那么不允 許采用鈣處理。對(duì)于更高質(zhì)量要求的純潔鋼產(chǎn) 品，尋找新的夾雜物變性手段，以減輕和消除 鋁脫氧鋼中夾雜物所造成的危害，已經(jīng)成為鋼 鐵產(chǎn)品生產(chǎn)中一個(gè)迫切需要解決的問題。1 鎂處理對(duì)鋼中夾雜物的變性效果在煉鋼溫度下鎂不僅與氧和硫具有極好的 親和力，而且還具有極強(qiáng)的對(duì)夾雜物形態(tài)與尺 寸的控制能力。對(duì)于鋁脫氧鋼，鎂處理在進(jìn)一 步降低鋼中的溶解氧的同時(shí)，可以將鋼中的Al2O3 夾雜變

6、為高熔點(diǎn)的 MgO ·Al2O3，由于其在鋼水中 以固態(tài)存在，沒有聚合長(zhǎng)大的過(guò)程，因此，其 氧化物夾雜的尺寸可以非常細(xì)小，彌散分布于 鋼中。研究說(shuō)明鋼中存在的 MgO·Al2O3 夾雜尺 寸可以控制在 5μm 以內(nèi)，對(duì)鋼的力學(xué)性能根本 沒有負(fù)面影響。同樣，鋼中加鎂在進(jìn)一步降低 硫含量的同時(shí)，使鋼中硫化物以細(xì)小的 MgS 或 MgS-MnS 的形式存在，減輕因 MnS 夾雜對(duì)鋼 性能帶來(lái)的影響[4]。研究說(shuō)明，由于鋁脫

7、氧鋼鎂處理和鈣處理 夾雜物變性產(chǎn)物的不同，處理后鋼中氧化物夾 雜的尺寸分布存在很大差異〔如圖 1 所示〕[5]。 鈣處理鋼中，夾雜物尺寸小于 2.8 微米的約為占 45%，微米的占 35%，微米的占 17%，微米的 占 3.7%，仍然存在 1%左右的微米的較大尺寸 夾雜。而鎂處理鋼中，尺寸小于 2.8 微米的夾雜 物占 90%以上，尺寸為微米的夾雜物約占 8%， 僅有 0.5%左右的夾雜物為微米，已經(jīng)不存在大 于 11.2 微米的夾雜

8、物，單位面積的夾雜物數(shù)量 雖然高于鈣處理鋼，但是夾雜物尺寸明顯變 小。雖然對(duì)鋼水采用鎂處理的優(yōu)點(diǎn)非常突出， 但是，由于鎂元素自身特點(diǎn)〔低熔點(diǎn)，650℃； 低沸點(diǎn)，1080℃；高的蒸氣壓，煉鋼溫度 1600 ℃時(shí)大于 2.0Mpa〕，在沒有有效的鎂參加方法 之前，在煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)鋼水進(jìn)行鎂處理 還存在很大困難。目前，經(jīng)過(guò)多年的努力，在克服了一系列 困難后，鎂已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鐵水預(yù)處理中[6、7]，采用最普遍的方式是氣體噴吹法將鈍化鎂顆

9、 粒噴入鐵水內(nèi)部，以到達(dá)鐵水脫硫的目的。很圖 3 產(chǎn)品實(shí)物圖Fig.3 Photo of Mg cored wire采用喂鎂芯包芯線進(jìn)行夾雜物變性研究， 在 500kg 中頻感應(yīng)爐上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并取得良 好效果，不僅處理過(guò)程比采用普通結(jié)構(gòu)的含鎂 合金包芯線處理平穩(wěn)很多，鋼中鎂含量穩(wěn)定處 于 0.003%以上，對(duì)鋼中夾雜物的變性作用明 顯，在此重點(diǎn)介紹鎂芯包芯線處理后夾雜物的 變性效果。圖 4 為采用鎂處理前后，鋼中 Al2O3 簇狀?yuàn)A

10、雜物變化掃描電鏡照片。圖 5 為夾雜物能譜分 析結(jié)果。通過(guò)掃描電鏡觀察，與沒有加鎂試樣 比照，發(fā)現(xiàn)加鎂后試樣中的夾雜物發(fā)生了不同 程度的變化。由能譜分析測(cè)得夾雜物的成分可 知：未處理時(shí)夾雜物的主要成分為 Al2O3，而經(jīng) 過(guò)鎂處理后的夾雜物中的主要成分均為 MgO?Al2O3 尖晶石，這說(shuō)明經(jīng)鎂處理后 Al2O3 簇 狀?yuàn)A雜物轉(zhuǎn)變成了 MgO?Al2O3 尖晶石。而且鎂 處理后的夾雜物尺寸大大減小。（a）

11、 （b）圖 4 鎂對(duì) Al2O3 簇狀?yuàn)A雜物的改善效果（a）未加鎂處理 （b） 加鎂 0.05g/kg 鋼水Fig.4 Refining Effect of Al2O3 inclusion cluster after being Mg treatment in steel（a） untreated （b）feeding 0.05g/kgsteel（a） （

12、b）圖 5 夾雜物的能譜分析結(jié)果（a）未加鎂處理 （b） 加鎂 0.05g/kg 鋼水Fig.5 Energy spectrum analysis results of inclusion after being Mg treatment in steel（a） untreated （b）feeding 0.05g/kgsteel圖 6 為采用鎂處理前后鋼中 Al2O3·MnS 夾 雜物變

13、化掃描電鏡照片。圖 7 為夾雜物能譜分 析結(jié)果，由能譜分析測(cè)得夾雜物的成分可知： 未處理鋼中夾雜物主要成分為 Al2O3·MnS，而 鎂處理后夾雜物中的主要成分為 MgO·Al2O3 尖晶石和 MgS·MnS，這說(shuō)明加鎂 0.05gMg/kg 鋼 水后，Al2O3·MnS 復(fù)合夾雜物的成分改變， Al2O3 轉(zhuǎn)化為 MgO·Al2O3 尖晶石，MnS 轉(zhuǎn)化為 MgS·MnS 復(fù)