李春江

摘 要：為了生產(chǎn)大厚度、大單重、好氧化物評(píng)級(jí)和高潔凈度的優(yōu)質(zhì)鋼材，合理將理論研究與實(shí)際應(yīng)用效果相結(jié)合，認(rèn)真分析電渣重熔鋼非金屬夾雜物形成過(guò)程與去除抑制措施方法，具有非常大的工程實(shí)踐應(yīng)用研究意義。

關(guān)鍵詞：電渣重熔鋼；非金屬夾雜物；自耗電極

工程使用的高強(qiáng)高韌性鋼，其對(duì)鋼材純凈度有著非常嚴(yán)格的要求。非金屬夾雜物其彈性模量、變形能力等指標(biāo)性能均與高溫合金基體有很大差別，在實(shí)際工程應(yīng)用中容易出現(xiàn)應(yīng)力過(guò)度集中，會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展，有的甚至?xí)饜盒园踩鹿拾l(fā)生。因此，高強(qiáng)高韌性鋼對(duì)非金屬夾雜物成分含量控制要求非常苛刻。電渣重熔是目前優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)制造工藝中廣泛采用的一種重熔工藝，不僅可以實(shí)現(xiàn)近平衡凝固，增強(qiáng)鋼錠凝固優(yōu)越性，同時(shí)還可以有效去除鋼熔煉過(guò)程中非金屬夾雜物、改善其在鋼體組織中的分布，有效提高鋼材的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性，對(duì)提高合金鋼的機(jī)械性能具有非常明顯的效果。

1 電渣重熔鋼工藝非金屬夾雜物的產(chǎn)生機(jī)理

在電渣重熔冶金工藝中，自耗電極熔化成金屬熔池過(guò)程大致可以劃分為三個(gè)階段，即：自耗電極端頭形成金屬熔滴、熔滴從自耗電極端頭脫落到達(dá)到熔渣層、熔滴進(jìn)入金屬熔池中三個(gè)階段。

1.1 電渣重熔鋼工藝中非金屬夾雜物成分

從大量工程實(shí)踐可知，電渣母材的脫氧制度和重熔渣系對(duì)高強(qiáng)高韌性鋼冶煉過(guò)程中的非金屬夾雜物控制和疲勞壽命性能影響非常大。采用Al脫氧的電渣母材時(shí)，無(wú)論采用堿性渣還是酸性渣進(jìn)行重熔，其在冶金過(guò)程中形成的非金屬夾雜物均以脆性的Al2O3為主。而采用Ca-Si和Ca-Si+Fe-Si脫氧的電渣母材時(shí)，若采用堿性渣系進(jìn)行重熔時(shí)，其在冶金過(guò)程中形成的非金屬夾雜物依然以脆性的Al2O3為主；若采用酸性渣系進(jìn)行重熔時(shí)，其在冶金過(guò)程中形成的非金屬夾雜物則以S化物和硅酸鹽為主的塑性?shī)A雜物，其對(duì)鋼材的疲勞壽命有著重大影響。從大量文獻(xiàn)和實(shí)踐冶金成果研究表明：（1）電渣母材采用不同脫氧制度，其在自耗電極熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的非金屬夾雜物的種類、成分和含量是不同的；（2）不同脫氧制度和渣系，其在重熔鋼中產(chǎn)生的非金屬夾雜物不同，對(duì)鋼材性能影響較大。

1.2 電渣重熔鋼工藝中氧含量

根據(jù)自耗電極中的氧含量高低，大致可以劃分為高氧含量自耗電極（氧含量>30×10-6）和低氧含量自耗電極（氧含量<10×10-6），其在電渣重熔過(guò)程中，電渣鋼基本都保持在穩(wěn)定范圍（15×10-6<氧含量<30×10-6），也就是說(shuō)：若采用低氧含量自耗電極重熔，則電渣冶煉過(guò)程中就是“增氧玷污”過(guò)程，經(jīng)電渣重熔后期鋼錠中的氧含量將有所上升；若采用高氧含量自耗電極重熔，則電渣冶煉過(guò)程中就是“降氧凈化”過(guò)程。影響重熔過(guò)程中氧含量的主要成分為αFeO的指標(biāo)，而自耗電極自身氧含量對(duì)電渣鋼中含氧量影響程度較小，在重熔過(guò)程中電渣氧含量均能維持在（15～30）×10-6穩(wěn)定范圍。另外，在電極制造和重熔過(guò)程中，自耗電極表面形成的氧化表層、造渣過(guò)程中帶入的不穩(wěn)定氧化物、電渣重熔過(guò)程中的氣氛環(huán)境等均可能影響重熔鋼的氧含量。

1.3 電渣重熔中產(chǎn)生的新夾雜物

電渣在重熔前后，其鋼中所含的非金屬夾雜物種類、尺寸、含量、分布等均在發(fā)生變化。同時(shí)，在重熔氧化物夾雜物去除過(guò)程中，還會(huì)在鋼中產(chǎn)生SiO2、Fe2O3、Cr2O3、MnO等新生夾雜物。

2 進(jìn)一步降低電渣重熔鋼中非金屬夾雜物的幾點(diǎn)建議

采用電渣重熔工藝后，鋼錠氧含量有明顯下降，同時(shí)非金屬夾雜物種類、成分、尺寸和分布等均有很大改善，可以有效提高合金鋼的潔凈度、性能和壽命。

2.1 合理選用復(fù)合脫氧劑，進(jìn)一步降低自耗電極自身非金屬夾雜物

從工程實(shí)踐可知，自耗電極自身存在的非金屬夾雜物，其絕大部分在電渣重熔過(guò)程中，尤其在形成金屬熔滴和金屬熔滴脫落過(guò)程中的第一和第二階段被熔渣吸收而排除，少部分隨熔滴進(jìn)入金屬熔池中，通過(guò)氧化作用形成新生夾雜物等存在于重熔鋼錠中。因此，降低鋼熔池中的氧含量，可以有效抑制自耗電極自身非金屬夾雜物和新生夾雜物對(duì)重熔鋼的影響。從實(shí)踐應(yīng)用表明：采用AMS和Ca-Si的復(fù)合脫氧劑，對(duì)自耗電極進(jìn)行終脫氧處理后，可以有效降低自耗電極自身存在的非金屬夾雜物含量。采用復(fù)合脫氧劑處理后的自耗電極，由于其脫氧產(chǎn)物熔點(diǎn)低、顆粒大，易從鋼液中排除，進(jìn)而被熔渣吸收而排除。采用經(jīng)終脫氧的自耗電極，其電渣重熔后夾雜物含量可以下降55%以上，鋼材性能和疲勞壽命可以得到有效提高。

2.2 改善鋼熔池結(jié)晶條件，提高重熔鋼純潔度

金屬熔池中的結(jié)晶條件，會(huì)影響到非金屬夾雜物和新生非金屬夾雜物的尺寸、分布和上浮排除條件，從而影響到重熔鋼中非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)和純潔度。當(dāng)自耗電極重熔速度過(guò)大，則金屬熔池深度就會(huì)越深，對(duì)應(yīng)“凹度”會(huì)加深，氧化物評(píng)級(jí)就會(huì)升高；相反，自耗電極熔化速度越小，相應(yīng)液態(tài)金屬層就會(huì)越薄，非金屬夾雜物尺寸相對(duì)就會(huì)越大，這樣對(duì)去除重熔鋼中的夾雜物就越有利。目前一些企業(yè)為了片面提高產(chǎn)量，將渣系從三元改為四元，這樣雖然可以提高電渣的電阻比熱提高熔化速度，但同時(shí)對(duì)重熔鋼中的夾雜物去除是會(huì)產(chǎn)生較大影響的。

2.3 優(yōu)選熔渣體系，便于脫硫去除夾雜物

從大量科學(xué)研究和工程實(shí)踐應(yīng)用效果表明：CaO-Al2O3-CaF2的“Ⅲ-1”系列渣，其去除重熔鋼中的非金屬夾雜物效果非常良好。同時(shí)，隨著熔渣中的Al2O3含量的增加，相應(yīng)夾雜物與熔渣間界面的張力會(huì)大大下降、熔渣阻力增大發(fā)熱量增大，熔渣吸收非金屬夾雜物的能力也會(huì)增強(qiáng)，相應(yīng)重熔鋼中氧化物、硫化物等夾雜物的去除率也會(huì)大大增加。另外，適當(dāng)增加CaO的含量，也會(huì)有效降低電渣錠中的非金屬夾雜物和氧含量，進(jìn)而提高鋼材的潔凈度和疲勞壽命。

2.4 合理控制供電制度，提高電渣去除非金屬夾雜物能力

雖然供電制度與重熔鋼中的非金屬夾雜物去除率間沒(méi)有的定量的關(guān)系，但從大量研究和工程實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果表明：同功率條件下，隨供電電流的增加，電壓會(huì)降低，電極端頭插入到熔渣中錐體表面積會(huì)大大增加，相應(yīng)氧化物評(píng)級(jí)會(huì)明顯降低。工程中，推薦電極在熔渣中的插入深度以10mm～15mm為宜。

2.5 有效控制電渣鋼中的氧含量，抑制重熔鋼中的原生和新生夾雜物

推薦選用復(fù)合脫氧劑來(lái)對(duì)自耗電極進(jìn)行終脫氧，控制電極中的原始氧含量，從源頭降低重熔鋼中的氧含量；對(duì)于采用酸洗后的自耗電極表面剝皮后應(yīng)立即進(jìn)行重熔處理，這樣可以有效降低重熔后鋼中的氧含量；在重熔過(guò)程中，要不斷向渣熔池中加入適當(dāng)?shù)拿撗鮿?，也可以在重熔過(guò)程中不斷向渣鋼熔池表面加入Al粒/粉，進(jìn)行脫氧處理，確保重熔鋼中不穩(wěn)定氧化物如：SiO2、Fe2O3、MnO等始終保持在穩(wěn)定范圍。合理采用氬氣Ar、氮?dú)釴2等惰性氣體，以改善重熔氣氛，控制電渣重熔過(guò)程中的氧含量，抑制重熔鋼中的原生和新生夾雜物產(chǎn)生。

3 結(jié)束語(yǔ)

電渣重熔過(guò)程中，第一和第二階段是去除非金屬夾雜物，提高鋼材性能和疲勞使用壽命的關(guān)鍵階段。通過(guò)采取合理終脫氧制度、優(yōu)選重熔渣系、改善鋼熔池結(jié)晶條件、合理控制供電制度和有效控制氧含量，可以有效排除重熔鋼中的非金屬夾雜物，降低氧化物評(píng)級(jí)和提高鋼的純凈度，有效增強(qiáng)鋼的性能和疲勞壽命。

參考文獻(xiàn)

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