張海峰

摘要：文章以321不繡鋼為例，對(duì)不銹鋼在冶煉加工中，夾雜物的形成以及變化進(jìn)行研究，對(duì)二次氧化、Ti、Al與Ca在夾雜物方面產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明該型號(hào)鋼冶煉時(shí)主要存在了iN與CaO·TiO₂-MgO·Al₂O₃兩種類型夾雜物。在喂鈦線之前存在CaO-TiO₂與CaO-SiO₂-Al₂O₃以及其他夾雜物。完成喂鈦線處理之后，主要含有CaO-TiO₂-MgO·Al₂O₃。若是沒(méi)有借助Ca-Si與Al進(jìn)行脫氧，或借助Ca-Si進(jìn)行脫氧之后，在喂鈦線前進(jìn)行吹氬弱攪拌處理，能夠有效排出CaO夾雜物。

關(guān)鍵詞：不銹鋼;冶煉;夾雜物;形成和變化

中圖分類號(hào)：TF764⁺.1文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）11-0129-04

321不銹鋼為鈦穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，在工業(yè)生產(chǎn)中一般存在兩方面問(wèn)題，①開(kāi)展連鑄工作時(shí)，浸入式水口容易出現(xiàn)結(jié)瘤問(wèn)題，對(duì)澆鑄作業(yè)造成一定影響。②板坯修磨有著較大損失，同時(shí)，薄板、中板等產(chǎn)品的表面存在較為嚴(yán)重的缺陷問(wèn)題。此種問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因在于，該型號(hào)鋼在冶煉過(guò)程中出現(xiàn)夾雜物。分析321不銹鋼冶煉中，夾雜物形成規(guī)律與變化規(guī)律，可以使連鑄作業(yè)中水口結(jié)瘤現(xiàn)象得到有效解決，并使產(chǎn)品表面質(zhì)量得到提升。

1冶煉條件以及研究方法

321不銹鋼生產(chǎn)流程如下：①電弧爐;②AOD爐;③鋼包底吹氬;④板坯連鑄。基于兩種冶煉環(huán)境進(jìn)行不銹鋼取樣（爐號(hào)為243與301，見(jiàn)表1，為其化學(xué)成分）。

243爐開(kāi)展冶煉工作時(shí)，借助Ca-Si與Al進(jìn)行脫氧處理，未使用氬封處理浸入式水口。301爐開(kāi)展冶煉工作時(shí)，為采用Ca-Si與Al進(jìn)行脫氧處理，使用氬封處理浸入式水口，同時(shí)AOD出鋼之后，將鋁酸鈣渣料加入鋼包渣面中。見(jiàn)表2，243爐與301爐鋼包渣成分。

開(kāi)展冶煉工作時(shí)，在AOD爐中、出鋼之后的鋼包中以及吹氬喂線鋼包中與鑄坯處等位置進(jìn)行去氧。同時(shí)對(duì)鋼樣進(jìn)行金相樣繪制，借助金相顯微鏡，對(duì)夾雜物尺寸、形狀以及數(shù)量進(jìn)行觀察。由單位面積中φ5um夾雜物個(gè)數(shù)代表氧化物夾雜物。之后，對(duì)試樣中各個(gè)類型夾雜物進(jìn)行標(biāo)記，并借助電鏡能譜進(jìn)行分析，以確定夾雜物具體成分。

2結(jié)果和分析

研究結(jié)果顯示，可以將321不銹鋼顯微夾雜物分為氧化物與TiN兩種類型夾雜物。

2.1TiN夾雜物

完成喂鈦線處理之后，在鋼液中形成TiN夾雜物。該夾雜物主要有不含MgO·Al₂O₃芯與含MgO.Al₂O₃芯不同形式。

隨著鋼中氮、鈦含量增加，TiN析出數(shù)量也會(huì)有所增加。301爐與243爐氮、鈦質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本相同，然而在含MgO·Al₂O₃芯中TiN數(shù)量存在加大差異，如圖1所示。

通過(guò)圖3能夠發(fā)現(xiàn)，與243爐相比，301爐鋼中含芯TiN數(shù)量更少。MgO'Al₂O₃存在于鋼液中時(shí)，可以通過(guò)這些質(zhì)點(diǎn)將TiN析出。另外，301爐中鋁含量低于0.005%，在243爐中則為0.018%，由此確定301爐中MgO'Al₂O₃含量較少，進(jìn)而確定含芯TiN含量同樣較少。

若是在澆鑄過(guò)程出現(xiàn)二次氧化現(xiàn)象，則TiN會(huì)變?yōu)門i₃O₅或是TiO₂，如公式（1）所示。

通過(guò)公式（2）計(jì)算基結(jié)果顯示，在溫度達(dá)到1600℃與氮含量為0.02%情況下，氧活度達(dá)到7.2x10^-6以上，則會(huì)產(chǎn)生TiO₂。若是產(chǎn)生Ti₃O₅，則TiN被氧化時(shí)的氧活度使4.2x10^-6。243爐為借助氬封對(duì)浸入式水口進(jìn)行處理，因此會(huì)存在一定空氣，將鋼液中TiN氧化為TiO_x，因此，水口結(jié)瘤物并無(wú)TiN。

通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，若是鋼中氧含量低于10x10^-6，TiN具有良好的穩(wěn)定性，僅僅存在少量TiN會(huì)與SiO₂發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生TiO_x，。在氧含量高于10x10^-6時(shí)，Ti與TiN均會(huì)發(fā)生氧化放映，生成TiO_x。

2.2氧化物夾雜物

2.2.1氧化物夾雜物類型和變化

如表3所示，列出301爐和243爐開(kāi)展冶煉連鑄工作時(shí)，在各個(gè)階段中氧化物類型。

通過(guò)表3能夠發(fā)現(xiàn)：

1）在出鋼前，AOD爐中，301爐和243爐氧化物類型并無(wú)明顯差異;

2）301爐沒(méi)有通過(guò)鋁進(jìn)行脫氧，鋼中鋁含量低于0.005%，沒(méi)有形成Al₂O₃，出鋼過(guò)程中沒(méi)有添加Ca-Si，然而因?yàn)槌鲣摃r(shí)，存在鋼渣反應(yīng)以及鋼渣混充等，致使出鋼之后，出現(xiàn)一些Al₂O₃、MCO、CaO的復(fù)合夾雜物。243爐借助鋁進(jìn)行脫氧，鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.018%，在出鋼之后有Al₂O₃，在出鋼前添加Ca-Si，因此，鋼中形成CaO-SiO₂、MnO、CaO夾雜物;

3）喂鈦線之后，301爐和243爐氧化物并無(wú)明顯差異，主要為CaO·TiO₂-MgO·Al₂O₃，其屬于由MgO·Al₂O₃與CaO·TiO₂構(gòu)成的夾雜物。

對(duì)243爐進(jìn)行喂鈦線處理之后，CaO-SiO₂以及其他夾雜物中SiO₂被鈦還原，形成CaO.TiO₂，其熔點(diǎn)在1970℃左右。

[Ti]+CaO-SiO₂=[Si]+CaO·TiO₂（s） （3）

因?yàn)?43爐質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.018%，在鋼中鋁含量超出0.001%的情況下，鋁可以和包襯中MRO或是鋼渣發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)MgO也可以被鈦還原：

2[Al]+3（MgO）=3[Mg]+Al₂O₃（4）

[Ti]+2（MgO）=2[Mg]+TiO₂（5）

之后根據(jù)以下反應(yīng)產(chǎn)生MgO·Al₂O₃，其熔點(diǎn)為2135℃。

2SiO₂+2[Al]+[Mg]=2[Si]+MgO·Al₂O₃（6）

SiO₂+2Al₂O3₃+2[Mg]=2[Si]+2MgO·Al₂O₃（7）

式（6）與式（7）中SiO₂主要存在CaO-SiO₂-Al₂O₃與CaO·SiO₂中，鋼中Mg、Ti與Al會(huì)與兩種夾雜物同時(shí)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生CaO·TiO₂-MgO·Al₂O₃的夾雜物。

301爐中，鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足0.005%，在喂鈦線之后出現(xiàn)的Al₂O₃，主要是由鈦線中鋁在氧化過(guò)程中產(chǎn)生的。完成喂鈦線操作后，MnO-SiO₂-Cr₂O₃-FeO被鈦還原，產(chǎn)生CaO·TiO₂。并且，由于發(fā)生式（5）與式（7）反應(yīng)，產(chǎn)生MgO·Al₂O₃，同時(shí)和CaO·TiO₂相結(jié)合新的夾雜物，通過(guò)能譜分析發(fā)現(xiàn)，其中僅含有少量Al₂O₃、MgO與TiO₂。

4）在301爐與243爐鑄坯中，發(fā)現(xiàn)存在夾雜物，主要是由于鈦將保護(hù)渣SiO₂還原產(chǎn)生單質(zhì)硅之后，在結(jié)晶器鋼液迅速冷卻過(guò)程中，硅未及時(shí)熔解于鋼液中，即在鑄坯中冷凝。

2.2.2氧化物數(shù)量變化

如圖2所示，是301爐與243爐在不同階段中，鋼中單位面積內(nèi)ψ5um夾雜物數(shù)量變化。

通過(guò)圖1能夠發(fā)現(xiàn)：

1）243爐通過(guò)Ca-Si于Al進(jìn)行脫氧處理，出鋼之后含有少量氧，因此僅產(chǎn)生少量CaO-SiO₂-Al₂O₃與CaO·SiO₂夾雜物。然而因?yàn)樵谖光伨€之前，吹氬強(qiáng)度較大，導(dǎo)致鋼液面裸露進(jìn)行發(fā)生二次氧化反應(yīng)，導(dǎo)致夾雜物數(shù)量明顯上升。完成喂鈦線處理之后，鋁、鈦等夾雜物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生CaO·TiO₂-MgO·Al₂O₃。并且在完成喂鈦線之后，并未降低吹氬強(qiáng)度，導(dǎo)致鋼中夾雜物難以充分排除，出現(xiàn)二次氧化問(wèn)題，導(dǎo)致鋼中夾雜物含量不斷上升，因此，中間包和鑄坯中的夾雜物會(huì)隨之增加。因?yàn)?43爐連鑄的侵入式水口沒(méi)有進(jìn)行氬封處理，因此連接位置密封性較差，在中間包到鑄坯等環(huán)節(jié)的夾雜物有所上升。

通過(guò)本項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)不采用鋁進(jìn)行脫氧處理，在出鋼過(guò)程中添加Ca-Si，借助在喂鈦線之前進(jìn)行吹氬弱攪拌，將CaO夾雜物充分排出，使吹氬攪拌以及澆鑄環(huán)節(jié)中二次氧化問(wèn)題得到有效控制，并減少CaOTiO₂-MgO·Al₂O₃數(shù)量。

2）301爐通過(guò)Ca-Si于鋁進(jìn)行脫氧處理，在出鋼之后，氧含量較少，MnO-SiO₂-Cr₂O₃-FeO含量較多。然而因?yàn)樵谖光伨€之前進(jìn)行吹氬弱攪拌處理，有效防止產(chǎn)生鋼液面裸露問(wèn)題，進(jìn)而有效將部分夾雜物排出。完成喂鈦線之后，鈦將該復(fù)合夾雜物于爐渣以及包襯中MgO還原，產(chǎn)生TiO₂夾雜物。因?yàn)閷?duì)鋼包渣成分進(jìn)行一定調(diào)整，因此，301爐的鋼包渣可以對(duì)TiO₂夾雜物進(jìn)行充分吸收，使鋼中氧化物得到有效控制。浸入式水口進(jìn)行氬封處理，可以進(jìn)一步控制中間包與鑄坯等環(huán)節(jié)的夾雜物含量。通過(guò)本項(xiàng)研究，通過(guò)對(duì)CaO·TiO₂-MgO·Al₂O₃進(jìn)行有效控制，能夠減少其在水口上的結(jié)瘤問(wèn)題。

2.2.3夾雜物尺寸

如圖3所示，呈現(xiàn)301爐與243爐在不同環(huán)節(jié)中的夾雜物直徑。

通過(guò)圖2能夠發(fā)現(xiàn)，①因?yàn)?43爐有著較大的吹氬強(qiáng)度，導(dǎo)致鋼液出現(xiàn)卷渣以及二次氧化等問(wèn)題，致使鋼的夾雜物持續(xù)上升，夾雜物不斷聚集，導(dǎo)致在吹氬之后夾雜物的均值不斷上升。因?yàn)榻胧剿跊](méi)有進(jìn)行氬封處理，致使中間包和鑄坯環(huán)節(jié)夾雜物尺寸變大。②對(duì)于301爐，在出鋼后至鑄坯環(huán)節(jié)，夾雜物尺寸上升，但是波動(dòng)幅度較小。

3結(jié)語(yǔ)

1）321不銹鋼存在含芯和不含芯TiN夾雜物，鋁含量較低，產(chǎn)生含芯TiN夾雜物的數(shù)量較少。若是澆鑄過(guò)程出現(xiàn)二次氧化現(xiàn)象，一些TiN會(huì)產(chǎn)生氧化放映，生成TiO_x。

2）將321不銹鋼放人AOD爐中進(jìn)行精煉，因?yàn)橥ㄟ^(guò)Ca-Si與Al進(jìn)行脫氧處理，并且爐渣與鋼液發(fā)生反應(yīng)，因此，在出鋼后會(huì)產(chǎn)生CaO-SiO₂-Al₂O₃以及CaO-SiO₂夾雜物。

3）借助Ca-Si進(jìn)行脫氧處理時(shí)，借助吹氬弱攪拌處理，或是不采用Ca-Si與Al進(jìn)行脫氧處理，將CaO-SiO₂-Al₂O₃以及CaO-SiO₂夾雜物有效排出，進(jìn)而對(duì)喂鈦線前的CaO夾雜物進(jìn)行有效控制。

4）對(duì)吹氬強(qiáng)度進(jìn)行充分控制，防止出現(xiàn)鋼液面裸露問(wèn)題以及其它問(wèn)題，能夠有效控制通過(guò)二次氧化形成的夾雜物。