不锈钢管厂如何提高钢水洁净度降低圆坯中夹杂物

1不锈钢管厂简介

不锈钢管厂主要设备:1座150t超高功率偏心炉底出钢电弧炉,1座150t钢包精炼炉(LF)及真空脱气装置(VD),1套6机6流的弧形圆坯连铸机。连铸机的主要参数为:

型式:多点矫直,弧形;

弧形半径:10.5m,13.5m,18.0m,30.5m;

冶金长度:31.5m;铸坯规格:2210mm、2270mm、2310mm、2350mm;

结晶器材质:无氧铜,内壁镀硬铬。主要生产品种为用于生产石油套管、高压锅炉管,气瓶管等连铸圆坯,少量圆坯作为商品坯销售。不锈钢管厂生产的工艺路线为:废钢→电弧炉→LF(VD)→连铸→圆坯。

2不锈钢管厂钢中夹杂类型及其分析

2.1洁净钢简介

洁净钢是指在钢中总氧含量较低的情况下,非金属夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀、脆性夹杂物少以及合适的夹杂物形态。钢中夹杂物的控制主要是减少其生成,对其进行变性处理,促进上浮。因此,要生产优质洁净钢,就必须严格控制钢中的夹杂物不锈钢焊接管。

2.2钢中夹杂物类型钢中夹杂物的来源有两个:一是钢中冶炼和凝固过程中发生一系列物理及化学反应形成的内在夹杂物;二是冶炼和浇注过程中废钢、耐火材料、保护渣等辅助材料的混入而造成的外来夹杂物。图1显示了不锈钢管厂2004年1～7月间产生废品的总体情况,可以看出,非金属夹杂物是不锈钢管厂铸坯缺陷的主要类型。

2.2.1内在夹杂物2006年第1期总第132期钢中的氧和硫分别以氧化物和硫化物夹杂形式存在。钢的洁净度取决于氧化物和硫化物夹杂,这些夹杂物的尺寸、形状、物理性质、出现频率对钢的质量有很大的影响。圆坯中的非金属夹杂物类型很多,结构复杂,它的危害性主要表现在圆坯在后面的轧制或淬火过程中产生裂纹、外折缺陷。影响不锈钢管厂圆坯质量的主要夹杂物有几种形式。

2.2.1.1硅酸盐如xFeO·yMnO·3Al2O3·wSiO2,这类夹杂物是由于钢液前期氧化生成的金属碱性氧化物与后期脱氧反应生成的酸性氧化物SiO2及两性氧化物Al2O3进一步发生反应而生成的硅酸盐,是钢中常见的夹杂物。该类夹杂的破坏力极大,虽然出现的炉数、频次都不高,但一经出现就会产生大量的废品,严重时造成整炉废品。

2.2.1.2氧化物夹杂其主要是钢中一些被氧化的铁合金形成的简单氧化物以及它们继续反应形成的铬合物,通常为氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化铬、氧化锰、氧化铁以及钙铝酸盐等等,它们由于来不及从熔融金属中排出而留于钢中,这些夹杂在钢中由于和钢的基体的变形性不同,故此在轧制或热处理过程中套管表面形成外折或裂纹。通过对钢中B类夹杂物(氧化铝类型)的能谱分析:夹杂物的类型为点链状的存在形态,条状为铝酸钙类夹杂,点状为镁铝尖晶石,二者复合在一起,形成串珠状的复合夹杂,见图2。图2链条状夹杂低倍形貌照片2.2.1外来夹杂物

2.2.2.1钢中混入钢渣、保温剂、保护渣不锈钢管厂采用的是偏心炉底出钢电弧炉,如果在出钢过程中操作不慎就会使钢渣进入钢中;另外在中间包即将浇完时,如果液位降得过低,拉速过快就会导致液面上产生涡流,把钢液面上的钢渣、保温剂通过中间包水口卷入结晶器钢水中,进入铸坯中形成夹杂。

2.2.2.2钢中混入耐火材料在炼钢和浇注过程中,各种耐材易被钢水冲刷和侵蚀,从而混入钢水中或和钢水中的某些元素反应生成新的夹杂物,这种夹杂物在不锈钢管厂主要体现在两种类型:(1)链状铝酸钙在连浇过程中,因高铝质耐火材料异常侵蚀造成的Al2O3与钢中或其它来源的CaO结合所形成的复合产物。(2)点状镁铝尖晶石它与中包系统的镁质耐火材料有关。镁质耐火材料是MgO的唯一来源,由于高温钢水冲刷进入钢液,而钢中存在的Al2O3可与之相互吸附形成稳定的铝镁尖晶石。提高拉速后的浇注过程中,来不及上浮进入结晶器生成,并以此为核心吸附其它小颗粒夹杂长大,成为较大的和复杂夹杂物。见图3。图3点状镁铝尖晶石高倍形貌照片

2.3圆坯中夹杂物的主要来源分析

经过分析,不锈钢管厂圆坯中夹杂物的来源主要有:

2.3.1钢水的二次氧化钢水的二次氧化是产生钢中夹杂物的一个主要因素,浇注时钢水的温度偏高,保护浇注做得不好,都能使钢水中的金属元素和空气中的氧反应,形成夹杂物而停留在钢中,导致钢的强度和其它力学性能下降,在后序的轧制和热处理时产生外折和裂纹。

2.3.2钢水的镇静时间不足近几年不锈钢管厂经过了几次大的设备改造,特别是2003年11月份四流改六流后,产量得到了很大幅度的增加,生产节奏也随之紧张起来,这就使钢水在镇静时间方面较之以前有所减少,有时会导致一些夹杂物不能很好地上浮而留在钢水中,影响铸坯的质量。

2.3.3连铸浇注过程控制不稳定主要表现在结晶器液位控制不稳。在结晶器液位自动不稳,需手动控制时,由于液位波动大卷入保护渣,也是产生铸坯夹杂,引起下道工序产生裂纹的一个主要因素。

2.3.4中间包耐材侵蚀严重在浇注过程中,中间包挡渣墙就严重侵蚀了,破坏了中间包的流场,不利于夹杂的上浮,浇注结束后检测发现中间包挡渣墙基本被冲刷掉。中间包所用的材质抗冲刷、抗侵蚀性能较差。

3不锈钢管厂提高钢水洁净度生产方案

3.1电炉在电炉出钢时,进行留钢操作,防止钢渣进入钢水;同时保证电炉出钢后半小时内,到达精炼工位钢水温度≥1520℃,以利于缩短精炼处理时间,保证钢水有足够的镇静时间,让夹杂物充分上浮。

3.2精炼精炼处理是控制夹杂物非常重要的环节,不仅要让已生成的夹杂物充分上浮,而且还要避免新的夹杂物生成。因此,采用一炉双工位,提高钢液成分控制“命中率”,在最短的时间内钢液成分达到标准要求,确保有充分的吹氩弱搅拌时间,保证钢中Al2O3有足够的上浮时间,同时要求适当增加硅钙丝喂入量,使钢中钙含量从8～10×10-6提高至10～12×10-6,以提高钙处理效果,达到夹杂物变性及净化钢液作用。

3.3连铸大包长水口采用密封圈、确保大包套管吹100%氩,中包液位≥24t,在浇注后期大包浇钢完毕后,必须将拉速逐步降至起步拉速,中间包内的铸余大于等于200mm以上,以减少夹杂物被卷入铸坯中。

3.4生产技术部门对现行工艺和设备进行改进,全方位降低圆坯中夹杂物,提高钢水洁净度,主要有如下几个主要措施。

3.4.1进行碱性中包的研制开发实现全碱性中间包,包括镁质冲击板、镁质挡渣墙、镁钙质中包涂料、碱性覆盖剂等。碱性中间包改进前后的比较如表1所示。表1中间包优化前后耐材使用情况项目改进前改进后中包涂料镁质镁钙质冲击板高铝质镁质中包覆盖剂酸性碱性中间包内流场优化多孔型档渣墙高低坝镁钙涂料在高温使用过程中,钢水中的Al2O3夹杂物附着在涂料上,与涂料镁钙砂颗粒中的CaO反应结合为低熔点的CaO-Al2O3化合物,它会上浮到钢液表面被中包覆盖剂吸收,减少钢中Al2O3夹杂物含量,CaO与钢种中的硫反应,起到一定的脱硫作用。其中,中包镁钙涂料的MgO含量控制在70%以上、CaO含量控制在10%以上比较理想。因为CaO含量低,起不到净化钢水的作用;CaO含量高,影响中包使用寿命。进行的中间包内流场优化研究,将后来的多孔型档渣墙逐步变为高低坝结构,这对提高钢液在中包的停留时间,促使夹杂物上浮大有益处,见图4。多孔型档渣墙示意图高低坝示意图图4多孔型挡渣墙与高低坝示意图3.4.2气瓶钢采用硅钙钡合金脱氧对37Mn、37Mn/1、37Mn/2、30CrMo、35CrMo、34Cr-Mo4等对B类夹杂物特别敏感的气瓶钢的脱氧工艺进行了调整,采用了无铝脱氧工艺。即分别在电炉出钢和精炼处理过程中加入硅钙钡对钢水进行脱氧处理。硅钙钡合金作为一种新型脱氧剂,钡系合金脱氧能力强,由于Ba的加入降低了Ca的蒸气压,能够提高钙的溶解度,能够形成低熔点的化合物(2CaO·BaO·SIO2熔点为1320℃,脱氧产物容易排除),减少非金属夹杂含量,改变夹杂物的形态呈球形均匀分布,使钢中Al2O3夹杂比例显著降低,有利于消除由于铝脱氧而造成的Al2O3夹杂的危害,其脱氧夹杂物尺寸均小于5μm[3],最终很难找到含钡夹杂物。硅钙钡理化性能指标见表2。表2硅钙钡理化性能指标元素Si Ca Ba P S成分/%≥50≥12≥13≤0.05≤0.10对钢水进行取样分析,对比采用无铝脱氧工艺与正常脱氧工艺的钢中铝含量,如图5所示。图5两种脱氧工艺钢中铝含量对比图(%)结果表明无铝脱氧工艺大幅降低了钢中Al含量,从而降低钢中铝系夹杂物的数量,净化了钢水。

4效果

4.1不锈钢管厂2004年1～7月和8～10月份退废平均值对比见表3。表3非金属夹杂物超标月平均对比时间项目1～78～10月(t/月)(t/月)非金属夹杂物超标114.9756.24从表3中可以看出,经过采取相应的措施,不锈钢管厂非金属夹杂物得到了有效的控制,大大提高了钢水的洁净度。

4.2不锈钢管厂2005年1～5月气瓶钢非金属夹杂物评级范围的情况见表4。表4不锈钢管厂2005年1～5月份气瓶钢非金属夹杂物评级范围的情况夹杂类型A B C D级别范围0.5～1.01.0～1.500～1.0采用硅钙钡合金脱氧,非金属夹杂物总量减少,由统计比较可以看出:2005年比2004年1～5月的非金属夹杂物评级平均总级别下降了0.10,其中B(细)降低了0.21,钢中Al2O3夹杂比例明显降低。

5结论

5.1造成圆坯中非金属夹杂物超标的主要原因为钢水的二次氧化、钢水的镇静时间不足、连铸浇注液位控制不稳定以及中间包耐材侵蚀严重等。

5.2电炉通过合理配料,保证出钢温度;精炼保证足够的镇静时间,确保合适的上连铸温度;连铸执行保护浇注,在浇注结束时保证足够深度的铸余,完善生产过程控制;选用优质的中间包包衬和相应的覆盖剂,就能降低钢中夹杂,提高钢水的洁净度。5.3采用硅钙钡合金的无铝脱氧工艺,不仅最终脱氧效果与铝脱氧相当,改变夹杂物的形态呈球形均匀分布,大幅降低了钢中Al含量到0.007%,使钢中Al2O3夹杂比例显著降低,有利于消除由于铝脱氧而造成的Al2O3夹杂的危害,从而降低钢中铝系夹杂物的数量,净化了钢水。