黃鼎欽

（廣西 玉林 537726）

鋼中夾雜物的組成、大小、數(shù)量、形態(tài)和分布對鋼性能的影響起了決定性作用，精煉渣是影響304不銹鋼夾雜物類型的關(guān)鍵因素，我國已經(jīng)對此進(jìn)行了眾多研究，但是因為多為實驗室研究，對實際工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)還存在一定差異。想要進(jìn)一步提高304不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量，就需要在原有的研究基礎(chǔ)上，針對精煉渣影響304不銹鋼夾雜物的各項因素進(jìn)行深入研究，例如基于目前不銹鋼工業(yè)冶煉中AOD工位進(jìn)行模擬分析，選擇常規(guī)硅為終脫氧劑，應(yīng)用CaO-SiO2-Al3O2-MgO-CaF2五元渣系，確定堿度變化對304奧氏體不銹鋼內(nèi)夾雜物含量的影響，進(jìn)而掌握精煉過程中渣系堿度變化對304不銹鋼連鑄坯中夾雜物成分的影響規(guī)律，提出相應(yīng)的解決措施，進(jìn)一步提高304不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

1 304不銹鋼生產(chǎn)工藝

工業(yè)生產(chǎn)304不銹鋼時部分情況下鋼水是通過鋼渣混出的方式得到，決定了出鋼后存在較大量的鋼包渣，精煉前還需要做更進(jìn)一步的扒渣處理，即將多余的鋼包頂渣全部扒掉，確保LF調(diào)渣環(huán)節(jié)石灰與螢石加入量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。然后由LF繼續(xù)造精煉渣來對鋼水進(jìn)行精煉和提純處理，其中要控制連鑄坯寬度在（1100～2050）mm×200mm范圍，并控制拉速為在0.85～1.35m/t左右，連鑄中包溫度在1480～1510℃之間[1]。

生產(chǎn)工藝結(jié)束后得到304不銹鋼，還需要對其進(jìn)行專業(yè)試驗，確定其性能參數(shù)是否達(dá)標(biāo)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。一般多采用夾雜物自動圖像分析、TC600氧氮分析儀以及掃描電鏡等儀器進(jìn)行檢測確定。其中，TC600氧氮分析儀可以準(zhǔn)確檢測鋼產(chǎn)品中全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而鋼液中的溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)則需要利用賀利氏Multi-lab Celex鋼水定氧儀在線檢測[2]。另外，還可以通過X射線熒光光譜分析儀檢測確定爐渣成分，通過夾雜物自動圖像分析系統(tǒng)統(tǒng)計確定夾雜物的數(shù)量、粒徑以及成分。在此基礎(chǔ)上搭配應(yīng)用掃描電鏡，還能夠?qū)€別典型夾雜物的形貌以及形譜成分做更為詳細(xì)的研究。通過多項專業(yè)試驗后，可以掌握304不銹鋼加工參數(shù)，并確定夾雜物成分，對做304不銹鋼生產(chǎn)工藝的研究具有非常積極的意義。

2 精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物影響分析

304不銹鋼液中溶解氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低主要受硅脫氧影響，通過FeSi與SiMn脫氧處理后，首先會形成含有Si和Cr的夾雜物，然后會組成產(chǎn)生SiO2與Cr2O3。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精煉，控制堿度較低條件，不銹鋼液中存在的夾雜物主要為硅酸鹽系，但是相應(yīng)的S質(zhì)量分?jǐn)?shù)會有一定程度上增加，這樣就決定了AOD還原期與脫硫期階段精煉渣的最佳組成成分存在差異。

304不銹鋼在還原期階段，利用Al脫氧，得到的為最常見的Al2O3夾雜物，屬于脆性不變形氧化物夾雜，將會對鋼材質(zhì)量和性能產(chǎn)生嚴(yán)重不良影響，如果不銹鋼液內(nèi)含有的Al2O3夾雜物量過多，便會造成澆注水口堵塞。就工業(yè)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗所得，鋼中夾雜物種類以及數(shù)量是影響鋼產(chǎn)品最終質(zhì)量的關(guān)鍵因素。而Al脫氧不銹鋼過程中還會生成MgO·Al2O3尖晶石夾雜物，是影響鋼材表面質(zhì)量的重要因素。

為了解精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物的影響，本文對304不銹鋼還原期以及脫硫期進(jìn)行了熱模擬試驗，通過試驗過程來判斷不同精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物形貌、種類、尺寸以及分布等情況產(chǎn)生的不同影響，爭取能夠為工業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)[3]。

3 試驗過程與結(jié)果分析

3.1 試驗過程

3.1.1 試驗材料準(zhǔn)備

選擇工業(yè)生產(chǎn)條件下的304不銹鋼材料，渣料則選擇應(yīng)用CaO-Al2O3-SiO2-MgO-CaF2五元渣系，并通過化學(xué)純試劑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)配置后得到產(chǎn)物用于試驗。所用材料前后共進(jìn)行了多爐模擬試驗，且每次試驗所用渣系分為兩批加入，用于還原期和脫硫期的渣系成分模擬。7爐試驗還原后期渣系成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）結(jié) 果 為 ：CaO 40～60，SiO230～40，Al2O37～9，MgO 8～14。吹氧前鋼液成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）結(jié)果為：Mn 0.88，SiO 0.47，Cr 18.3[4]。吹氧后鋼液成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）結(jié)果為：Mn 0.2～0.5，SiO 0.25～0.42，Cr 2～5。

3.1.2 試驗步驟

綜合工業(yè)生產(chǎn)條件與所選原料的差異，應(yīng)選擇與之相應(yīng)的供氧方法，本次試驗分別采用了高供氧條件與低供氧條件下還原，搭配脫硫操作進(jìn)行模擬實驗。通過模擬試驗后，確定不同精煉渣堿度對鋼液內(nèi)全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及夾雜物的形成產(chǎn)生的不同影響。

圖1 不同精煉渣堿度下小于5μm的夾雜物分布圖

最終確定于電阻爐內(nèi)進(jìn)行實驗，利用φ65mm×80mm電熔鎂坩堝盛裝鋼料，并應(yīng)用雙鉑銠熱電偶測溫。整個試驗步驟為：選擇1kg的304不銹鋼材料放入到MgO坩堝內(nèi)，并在外側(cè)套裝石墨坩堝，并將兩者一同放入到MgSi2爐內(nèi)，應(yīng)用600℃以上條件通入氬氣保護(hù)，調(diào)整流量為1NL/min，另外達(dá)到1400℃后，調(diào)整流量為3～5NL/min[5]。通電持續(xù)升溫達(dá)到1600℃，恒溫保持10min，然后從中取出鋼樣#0。高供氧條件下對鋼樣持續(xù)吹氧20s，低供氧條件則持續(xù)吹氧15s。調(diào)整流量為2NL/min后，選取鋼樣#1，并加#1渣料，溶清后加入10g硅鐵，然后計時5～10min后取鋼樣#2、#3，并加入#2渣料。20、30、40min后分別取鋼樣#4、#5、#6。于低供氧條件下繼續(xù)在60、90、120min時取鋼樣#7、#8、#9鋼樣，研究分析試驗平衡條件。

試驗結(jié)束后，應(yīng)用氧氮聯(lián)合分析儀對全氧和氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測定，并對試樣進(jìn)行金相定量以及掃描電鏡分析，對比精煉過程中以及不同精煉渣堿度條件下所產(chǎn)生的夾雜物種類和形態(tài)。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 高供氧條件下精煉全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)

所有爐中第3爐所應(yīng)用渣系堿度最大，精煉10min后鋼液內(nèi)全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降到較低水平，然后降低速度逐漸減慢。相比較而言1爐與2爐內(nèi)的鋼液全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)于精煉20min后才陸續(xù)降低到一個較低水平。通過不同爐試驗結(jié)果對比可知，精煉渣堿度越高對鋼液內(nèi)的全氧越有利。同時，分析試驗過程與終點全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可確定鋼液內(nèi)全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本上均會隨著精煉渣堿度的增加而有所降低。當(dāng)試驗進(jìn)行到10min后進(jìn)入到脫硫階段，1爐與2爐相比鋼液內(nèi)全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終前者小于后者。產(chǎn)生此種情況的原因為加入了#2渣料，使得脫硫階段1爐精煉渣堿度更大。

3.2.2 低供氧條件下精煉全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)

低供氧條件下試驗結(jié)果與高供氧試驗結(jié)果相似，試驗前20min內(nèi)全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)急速降低，然后降低速度逐漸減緩，而試驗進(jìn)行到120min左右時，鋼液內(nèi)全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本上不在發(fā)生變化，脫氧反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。

3.2.3 精煉過程夾雜物成分與形貌變化

選擇掃描電鏡與能譜儀對低供氧條件下試樣的夾雜物形貌以及成分進(jìn)行檢測分析，結(jié)果可知第4爐低供氧條件下終點試樣夾雜物類型基本相同，為Al2O3-SiO2-CaO-MgO復(fù)合夾雜，但是夾雜物成分存在一定差異?？膳袛嗑珶捊K鋼中主要夾雜物種類為球狀硅酸鹽夾雜物，同時還伴隨有少量的Al2O3夾雜物。由專業(yè)研究文獻(xiàn)可知，硅酸鹽夾雜物形態(tài)與含量在一定程度上會對304不銹鋼橫向冷彎性能產(chǎn)生影響，尤其是內(nèi)部含有較大含量的CaO夾雜物為脆性夾雜，會直接影響到304不銹鋼熱加工效果[6]。

3.2.4 精煉過程終點夾雜物尺寸變化

對低供氧條件下的第4爐試樣進(jìn)行打磨以及拋光處理，選取大約8mm2的面積應(yīng)用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，確定每個試樣于放大200倍條件下的結(jié)果，并搭配圖像處理系統(tǒng)，完成夾雜物視場的自動以及半自動處理。精煉渣堿度不同，以及不同精煉時間下夾雜物個數(shù)與尺寸也會產(chǎn)生變化。在還原階段各爐試驗過程中尺寸不足5μm的夾雜物所占比例逐漸增加，判斷精煉渣對夾雜物具有一定吸附作用，使得夾雜物的尺寸越來越小。試驗結(jié)果如圖1所示，在精煉渣堿度逐漸增大的情況下，還原期相同時間下尺寸不足5μm的夾雜物所占比例會逐漸增大，根據(jù)此可判斷精煉渣堿度越大對于小尺寸夾雜物的生成有一定推動作用。當(dāng)堿度大于2時，終點試樣中夾雜物小于5μm的分?jǐn)?shù)較大，且明顯大于堿度為1.5的實驗?？梢妷A度大于2是有利于細(xì)小夾雜物生成的，生產(chǎn)中建議采用堿度大于2的精煉渣系對鋼液進(jìn)行處理。

4 結(jié)束語

304不銹鋼因為其性能的優(yōu)越性被廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，而為了保證其加工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，還需要基于試驗研究和實際生產(chǎn)進(jìn)行綜合分析，確定不同條件下夾雜物的生成特點。本次試驗將不同精煉渣堿度對304不銹鋼夾雜物形貌與成分的影響進(jìn)行了討論分析，發(fā)現(xiàn)隨著精煉渣堿度不斷增加，對于小尺寸夾雜物的形成更為有利，這可以作為對304不銹鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化的依據(jù)，進(jìn)一步提高304不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量。