賀云鴻

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

履帶板用鋼25MnBM夾雜物控制實(shí)踐

賀云鴻

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

通過(guò)對(duì)履帶板用鋼25MnBM連鑄坯斷面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)夾雜物的成分主要是Al2O3。主要介紹在冶煉過(guò)程中通過(guò)提高電爐終點(diǎn)碳至0.12%以上，電爐出鋼過(guò)程向鋼包中加入2.0 k g/t鋼鋼芯鋁，精煉過(guò)程中減少鋁的加入量，優(yōu)化鈣處理工藝，提高VD處理強(qiáng)度，延長(zhǎng)軟吹時(shí)間至20min，在連鑄生產(chǎn)中全程保護(hù)澆注，將B類夾雜物級(jí)別控制在0.5級(jí)以下,滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

25MnBM夾雜物鈣處理保護(hù)澆注

25MnBM是一種低合金鋼，其用途是制作挖掘機(jī)的鞋底履帶板,其較高的性價(jià)比很好地滿足了市場(chǎng)的要求。但是,在實(shí)際使用過(guò)程中，夾雜物含量超標(biāo)會(huì)對(duì)重型機(jī)械履帶板的使用壽命產(chǎn)生較大影響。該產(chǎn)品在試制初期，對(duì)連鑄坯的金相檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有部分夾雜物超標(biāo)。通過(guò)分析，主要是以Al2O3為主的B類夾雜物。25MnBM作為鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼，Al2O3是鋼中的主要夾雜物，該夾雜物為脆性?shī)A雜，會(huì)導(dǎo)致履帶板在使用過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。在25MnBM鋼的成分設(shè)計(jì)上，鋁作為化學(xué)成分進(jìn)行控制，在生產(chǎn)過(guò)程中鋁的加入量較大，造成因脫氧產(chǎn)生Al2O3較多。山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部會(huì)同山推股份及沃爾沃有關(guān)技術(shù)人員，對(duì)產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，使鑄坯中Al2O3夾雜物含量符合質(zhì)量要求。

1 夾雜物檢測(cè)情況及原因分析

使用掃描電子顯微鏡（SEM）和Thermo Noran能譜儀（EDS）對(duì)某一爐號(hào)的鑄坯斷面作金相分析，如圖1。從能譜圖分析，夾雜物為鎂鋁尖晶石類，主要成分為Al2O3和MgO。從夾雜物的形狀看有棱角，是典型的Al2O3的形貌。在生產(chǎn)中，需要對(duì)Al2O3進(jìn)行鈣處理，便于排除。但從顯示的形狀看，Al2O3不是鈣處理后的球狀，證明鋼水中鈣的加入量不足，Al2O3變性不充分。25MnBM鋼的生產(chǎn)過(guò)程中要加入一定量的鋁，既要滿足脫氧的需要，又要起到細(xì)化晶粒的作用，而Al2O3的產(chǎn)生是不可避免的，重要的是盡可能地將其去除掉，這也是所有鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼面臨的共同問(wèn)題。

圖1 夾雜物形貌及能譜圖（100×）

2 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

2.1 工藝流程

25MnBM鋼的生產(chǎn)工藝流程為:50 tEAF+50 t LF+60 tVD+CC，出鋼量50 t。

2.2 電爐終點(diǎn)控制及合金化

電爐原料采用的是高鐵水比例操作模式配料，鐵水比例大于70%，保證熔清碳大于0.80%。電爐出鋼終點(diǎn)[C]由原先的不小于0.07%增加到0.12%，理論計(jì)算可以將鋼水中溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了40%以上。電爐出鋼溫度控制在1 620~1 640℃之間，電弧爐采用偏心底出鋼，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)渣快速出鋼，50 t鋼水的出鋼時(shí)間控制在180 s以內(nèi)。預(yù)脫氧工藝由原來(lái)的硅錳脫氧改為硅錳與鋼芯鋁復(fù)合脫氧，鋼芯鋁中純鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%。脫氧及合金化的順序?yàn)楣桢i→高錳→鋼芯鋁→渣料。電爐出鋼預(yù)脫氧使用鋼芯鋁的加入量為2 kg/t鋼。鋁是強(qiáng)脫氧劑，可以使鋼水中的溶解氧迅速降低。電爐出鋼后對(duì)鋼包進(jìn)行取樣分析，將鋼包樣Als的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05%~0.08%，高的酸溶鋁含量可以使鋼水的溶解w[O]≤0.000 5%，提高鋼水的潔凈度。

鋼液中鋁脫氧的反應(yīng)式為

低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼中，A12O3是典型的脫氧夾雜物，在高氧濃度條件下，脫氧生成的氧化鋁夾雜物呈樹(shù)枝狀[1]，另外脫氧產(chǎn)物彌散細(xì)小，具有較高的界面能，氧化鋁夾雜容易通過(guò)碰撞、聚集形成三維點(diǎn)簇狀[2]，更容易上浮。因此，優(yōu)化后的工藝將鋁的加入時(shí)機(jī)前移，減少LF冶煉過(guò)程中鋁的加入量。在鋼包合金化方面，保證合金成分配比進(jìn)入規(guī)格下限，減少精煉過(guò)程合金的微調(diào)量。

2.3 精煉冶煉

電爐出鋼完畢后，將鋼包吊至LF位進(jìn)行冶煉，到精煉位進(jìn)行鋼水測(cè)溫，溫度控制在1 520~1 540℃之間，保證電爐出鋼配入的石灰、爐渣、合金熔化徹底，精煉送電化渣，在稀薄渣前提下使用w（SiC）= 90%進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。在爐渣的選擇方面，既要選擇脫氧好的高堿度爐渣，又要保持爐渣良好的流動(dòng)性，有利于Al2O3夾雜的吸附。高堿度渣能夠降低鋼水的氧含量，25MnBM鋼坯氧含量的控制目標(biāo)小于15× 10－6，因此在冶煉過(guò)程中采用堿度大于4.0的爐渣。高堿度爐渣能夠降低爐渣中氧的活度，渣中SiO2中的氧是不穩(wěn)定的，極易向鋼水中傳輸，高堿度爐渣是目前冶煉低氧含量鋼種的最佳選擇。對(duì)于精煉渣的吸附能力來(lái)說(shuō)，根據(jù)趙東偉[3]等人的研究，曼內(nèi)斯曼指數(shù)IM=w（CaO）/[w（Al2O3）·w（SiO2）]=0.1～0.2時(shí)，最有利于爐渣吸附Al2O3。

在精煉渣的配比上，使用活性石灰和專用預(yù)熔渣配成較為環(huán)保的三元渣系，去掉螢石的使用。精煉渣中通過(guò)提高Al2O3的含量，來(lái)降低爐渣的熔點(diǎn)，保持爐渣合理的流動(dòng)性。表1和表2分別為專用預(yù)熔渣成分和精煉渣系成分。

表1 專用預(yù)熔渣成分%

表2 25MnBM鋼精煉渣系成分和堿度

在精煉過(guò)程中利用全程吹氬來(lái)去除夾雜物。朱苗勇[4]等人的研究表明，在精煉過(guò)程中先大氬氣后小氬氣對(duì)夾雜物的去除是有效的。王帆[5]研究認(rèn)為，夾雜物的去除行為主要發(fā)生在吹氣后的前8min內(nèi)，且0~4min時(shí)間段內(nèi)夾雜物去除最快。在生產(chǎn)過(guò)程中，電爐出鋼的同時(shí)，鋼包內(nèi)即吹入氬氣，直到將鋼包吊到精煉位置，全程吹氣。從電爐出鋼到精煉送電，時(shí)間大于8min，這段時(shí)間內(nèi)吹氬的標(biāo)準(zhǔn)是只要鋼水不裸露，氬氣盡可能大，以便去除脫氧及合金帶入的夾雜物。LF送電冶煉以后，將氬氣調(diào)整到軟吹位置，進(jìn)行冶煉。在爐渣變白以后，白渣保持時(shí)間大于20 min，期間將成分微調(diào)合格，保證在VD冶煉過(guò)程中杜絕進(jìn)行成分調(diào)整，LF出鋼前進(jìn)行鈣處理，鈣處理是減少鋼水中Al2O3夾雜物非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

鋼液中鈣含量達(dá)到一定程度時(shí),會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)[6-7]。

鈣處理的目的是將鋼水中[Al2O3]進(jìn)行變性，變成低熔點(diǎn)、球形的鈣鋁酸鹽，便于上浮。從前面夾雜物分析看，帶有棱角形狀的夾雜物是沒(méi)有變性的，不易上浮。蔡小鋒[8]等人研究認(rèn)為，在煉鋼溫度下, 12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3為液態(tài)。在1 873 K，當(dāng)w（Al）為0.030%時(shí),w（O）控制在0.000 5%～0.001 7%時(shí),鋼中夾雜物變性效果較好。w（Ca）控制在0.0007%～0.003 0%,鋼中夾雜物變性效果較好；當(dāng)鋼中w（Ca）控制在0.001 0%時(shí),Al2O3性為12CaO·7Al2O3,此時(shí)達(dá)到理想鈣處理效果，12CaO·7Al2O3夾雜物中熔點(diǎn)的溫度為1 455℃。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，將w（Ca）控制在0.001 0%～0.003 0%之間。鈣處理的前提條件是將鋼水中的[O]和[S]脫得盡量低，以減少鈣的脫氧損耗和高熔點(diǎn)CaS的生成，CaS也是連鑄水口堵塞重要的夾雜物。根據(jù)林平[9]等人研究CaS的生成條件，鈣處理前對(duì)鋼水進(jìn)行深脫S，w（S）控制目標(biāo)低于0.010%，可減少鈣處理時(shí)產(chǎn)生CaS。

2.4 VD處理

真空精煉是冶煉潔凈鋼不可缺少的環(huán)節(jié)，VD爐是較為普遍采用的設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，凡是未經(jīng)過(guò)VD處理的鋼水，其流動(dòng)性明顯較處理過(guò)的差。有統(tǒng)計(jì)資料表明，VD過(guò)程去除夾雜物的效率可以達(dá)到40%以上。朱倫才[10]研究指出，通過(guò)VD后期及破空以后的軟吹弱攪拌去除夾雜物，夾雜物數(shù)量大幅減少，由14.2個(gè)/mm2降至7.1個(gè)/mm2。葛允宗[11]等試驗(yàn)指出，鋼水經(jīng)過(guò)VD真空處理后，w(TO)由36.7×10-6下降到19.8×10-6,此過(guò)程中鋼水w（TO）平均降低了16.9×10-6下降幅度為46.05%。真空狀態(tài)下的強(qiáng)氬氣攪拌，能促進(jìn)夾雜物的相互碰撞和快速上浮。

在鋼水進(jìn)行VD處理過(guò)程中，鋼水中Al（s）會(huì)與渣中的（SiO2）反應(yīng)，反應(yīng)式：

以上反應(yīng)位置位于鋼渣界面，如果破空后的軟吹效果不好，會(huì)導(dǎo)致（Al2O3）卷入鋼水中，污染鋼水，因此軟吹的作用不可替代。

為保證鋼的性能，VD處理后鋼水中w（Als）要控制在0.020%~0.040%之間，考慮到[Al]在VD過(guò)程中的損耗，進(jìn)VD之前鋼水中w（Al）控制在0.035% ~0.060%之間，才能保證VD后合格。較高的鋁含量不僅能降低鋼水中的溶解[O]，而且能夠保證鋼材良好的物理性能。用賀力氏定氧儀VD后溶解[O]含量，全部小于0.000 5%，保證了成品w（TO）≤0.001 5%符合要求。鋼材的全氧含量反映了B類夾雜物級(jí)別的高低，鋼水在精煉過(guò)程中，全氧呈下降趨勢(shì)，圖2為鋼水從LF到VD后的全氧降低趨勢(shì)圖。

鋼水在小于67 Pa真空狀態(tài)以下保持不小于12 min，氬氣流量控制在60~80 L/min，破空后進(jìn)行軟吹20~25min后上連鑄，鋼水流動(dòng)性較好，使用整體塞棒中間包連續(xù)工作時(shí)間可達(dá)到18 h。

2.5 連鑄保護(hù)澆注

連鑄過(guò)程是鋼水被污染的過(guò)程，25MnBM鋼中鋁含量高，鋁在連鑄過(guò)程中會(huì)發(fā)生一定的降幅，降幅的大小反映的是保護(hù)澆注的效果好壞。從實(shí)際檢測(cè)分析，鋼水中的鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鑄坯中的鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差別最高的可達(dá)0.012%，出現(xiàn)在中包第一爐，證明鋁與空氣中的氧氣、鋼包耐材中MgO、保護(hù)渣中SiO2等發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生（Al2O3），增加了夾雜物的數(shù)量。

圖2 各個(gè)冶煉過(guò)程的全氧含量變化

鋼水中溶解鋁與渣中和耐火材料中的氧鎂發(fā)生的反應(yīng)如下[12-13]:

為減少鋁的二次氧化產(chǎn)生Al2O3夾雜，在連鑄生產(chǎn)中采用大包長(zhǎng)水口氬氣保護(hù)，使用整體塞棒中間包，減少浸入式水口吸氣，中間包涂料采用高強(qiáng)度耐火材料，使用時(shí)間控制在18 h以內(nèi)。連鑄第一爐開(kāi)澆采用滿包開(kāi)澆，保證夾雜物在中間包內(nèi)充分上浮，對(duì)鑄坯進(jìn)行分流逐支標(biāo)示，對(duì)第一爐鑄坯作低倍分析，直至夾雜物合格判為合格產(chǎn)品為止。中間包最后一爐，中包液面不低于400mm停澆，防止后期卷渣。

3 工藝優(yōu)化后產(chǎn)品中夾雜物分析

工藝優(yōu)化后，對(duì)連續(xù)6個(gè)爐號(hào)的連鑄坯取低倍樣做金相分析，對(duì)B類夾雜物中B粗、B細(xì)分別分析兩次，檢測(cè)夾雜物級(jí)別全部小于0.5級(jí)（見(jiàn)表3），級(jí)別符合技術(shù)要求B細(xì)不大于2.0，B級(jí)粗不大于1.0，達(dá)到預(yù)期效果，表3為6個(gè)爐號(hào)的夾雜物檢驗(yàn)情況。

表3 工藝優(yōu)化后25MnBM連鑄坯夾雜物級(jí)別

4 結(jié)論

1）電爐通過(guò)提高終點(diǎn)碳含量來(lái)減少鋼水氧含量，是減少脫氧夾雜物最根本、最經(jīng)濟(jì)、最有效的措施。冶煉過(guò)程中通過(guò)提高鐵水加入量，保證配碳量，減少因脫P(yáng)導(dǎo)致的碳損耗。

2）大氬氣攪拌鋼水對(duì)去除電爐出鋼過(guò)程中產(chǎn)生的大顆粒簇狀氧化鋁夾雜很有效。

3）LF后期加入的鋁生成的Al2O3夾雜物為球形夾雜，熔點(diǎn)高，顆粒小不易上浮，合理的鈣處理工藝使之變成低熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽，進(jìn)行排除。

4）真空處理對(duì)于去除夾雜物非常有效，真空處理過(guò)程中合理的吹氬曲線，防止二次卷渣。軟吹的作用是不可替代的，可以消除真空處理過(guò)程中因卷渣造成的夾雜物超標(biāo)。

5）連鑄使用大包自動(dòng)下渣檢測(cè)，整體塞棒包，氬氣保護(hù)澆注可以減少因鋼水二次污染導(dǎo)致的夾雜物超標(biāo)。

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（編輯：苗運(yùn)平）

Practice of Process for Inclusion Control of 25M nB Steel Track Board

HE Yunhong

（Special Steel Division of Laiwu Branch Com pany,Shandong Iron and Steel Co.,Ltd., Laiwu Shandong 271105）

Based on the analysis of 25MnB steel track board continuously cast bloom,the main composition of inclusions are found to bemainly Al2O3.This paper introduce increasing of EAF end[C]≥0.12%in smelting,adding 2.0 kg/T aluminium cladding with steel in ladle,reducing adding aluminium in refining,optimizing technology of calcium treatment,improving strength of VD treatment,expanding soft blowing time for 20 minutes.In continuous casting protecting pouring is used,and the rating of B series inclusion is≤0.5,whichmeets the requirementof quality for product.

25MnBM,inclusion,calcium treatment,protecting pouring

TF775

A

1672-1152（2017）02-0051-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.19

2016-12-21

賀云鴻（1971—），男，工程師，1993年畢業(yè)于重慶鋼鐵高等?？茖W(xué)校煉鋼及鐵合金專業(yè)，從事特殊鋼工藝研究。