渣相对洁净度影响

NH731渣相对低碳铝镇静钢钢水清洁度影响的定量研究张立峰(挪威科技大学，教授)蔡开科(北京科技大学，教授)朱立新阮晓明职建军蒋晓放牟济宁崔健(宝山钢铁公司)摘要：本文针对渣相对钢水清洁度的影响，做了尝试的定量研究。讨论了钢包,中间包及连铸结晶器所用渣相对夹杂物的吸附，对钢水的氧化，以及保护浇注的效果。所做的研究可以对纯净钢的生产有一定的指导作用。关键词:渣相，钢包，中间包，结晶器，定量研究QuantitativeInvestigationontheEffectofSlagPhaseonSteelCleanlinessLifengZhangProfessorattheDepartmentofMaterialsScience&Engineering,NorwegianUniversityofScience&Technology,7491Trondheim,Norway,[e-mail]errousMetallurgy,SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing10083,P.R.ChinaLixinZhu,XiaomingRuan,Jiningmou,JianjunZhi，XiaofangJiang,JianCuiBaoshanIronandSteelCO.,Shanghai201900,P.R.ChinaABSTRACT:Thetentativelyquantitativeinvestigationontheeffectslagphaseonsteelcleanlinessiscarriedout.Absorptionofinclusionstoslag,steelreoxidationbyslag,andprotectiveeffectoftheslagatladle,continuoustundishandnoldarediscussed.Theresultsconcludedprovidesusefulinformationfortheproductionofthecleansteel.KEYWORDS:SlagPhase,ladle,Tundish,Mold,QuantitativeInvestigation.1．前言众所周知,无论在钢包,中间包或者是连铸结晶器,渣相对钢水清洁度都有重要的影响。在钢包精炼过程中，渣反应是去除钢水中夹杂物的主要方式之一（渣的扩散脱氧），例如帘线钢处理过程中含Ca渣相的处理。有时也是钢水中脱硫脱磷的方式之一，比如钢包精炼过程的渣脱硫处理。同时渣是吸附钢水中上浮出来的夹杂物的目的地。渣的良好性能有助于夹杂物的去除。在连铸结晶器，保护渣还要充当更重要的功能，比如润滑等等。所有的用在钢包,中间包及连铸结晶器的渣相都有保温，以及防止钢水吸气的左右。另一个重要的因素是防止渣的再卷入钢水，因为无数的研究已经表明，渣的卷入是最后钢产品中外来夹杂物和缺陷的主要原因之一。同时渣相中的某些成分可能对钢水造成氧化。本文针对渣相对钢水清洁度的影响，做了尝试的定量研究。讨论了钢包,中间包及连铸结晶器所用渣相对夹杂物的吸附，对钢水的氧化，以及保护浇注的效果。所做的研究可以对纯净钢的生产有一定的指导作用。1010203040506070510152025303540加铝加铝第一浇次第二浇次Al2O3(%)处理时间(min)图1RH真空处理过程中钢包渣中Al2O3的变化2．渣相对钢包钢水清洁度的影响2.1钢包渣对夹杂物的吸附RH真空处理过程中钢包渣中Al2O3含量的变化示于图1。第一浇次处理前后渣中Al2O3增加了13.17%，第二浇次处理前后渣中Al2O3增加了8.5%，表明有大量的Al2O3夹杂物随钢水循环不断上浮到渣中去除。0102030405060700.000.050.100.150.20第二炉加铝第一炉加铝第一浇次[Mn]第一浇次[Al]s第二浇次[Mn]第二浇次[Al]s百分含量(%)处理时间(min)0102030405060700.0070.0080.0090.0100.0110.0120.013第二炉加铝第一炉加铝第一炉第二炉钢水中[Si](%)处理时间(min)图2RH真空处理过程中钢包钢水中[Si]、[Mn]、[Al]s的变化2.2渣相对钢水的氧化RH真空处理过程中钢包钢水的二次氧化主要包括：钢包渣及内衬中SiO2对钢水的氧化，钢包渣中FeO和MnO对钢水的氧化。RH真空处理过程中基本不从大气中吸氮，因此不存在大气对钢水的氧化。2.2.1渣中SiO2对钢水的氧化钢包保温剂中SiO2原始含量为25%，因此可能氧化了钢水中的酸溶铝[Al]s，使钢水中T[O]及夹杂物增多。3/2(SiO2)+2[Al]=(Al2O3)+3/2[Si](1)一般用钢水的增[Si]来描述这一反应。RH真空处理过程中钢水中[Si]的变化示于图3。第一炉和第二炉RH处理前后钢包钢水中都增[Si]0.0030%(图2)，由方程式(1)计算知，这相当于0.003857%的酸溶铝[Al]s被氧化，给钢水带入了34.29ppm的氧。2.2.2渣中FeO、MnO对钢水的氧化对钢水的氧化反应还应包括以下两种：即渣中FeO、MnO对钢水的氧化。可以用钢水中[Mn]的增量来反应MnO对钢水的氧化，浇注过程中钢水中[Mn]的变化示于图3.24。第一炉与第二炉RH处理前后钢包钢水中[Mn]增加了0.01%，这相当于氧化了0.003214%的酸溶铝[Al]s，给钢液带入了24.62ppm的氧。3(FeO)+2[Al]s=(Al2O3)+3[Fe](2)3(MnO)+2[Al]s=(Al2O3)+3[Mn](3)钢包渣中FeO、MnO含量高，对钢水氧化严重。第一浇次RH处理前FeO12.13%、MnO3.93%，第二浇次RH处理前FeO11.7%、MnO3.21%。FeO对钢水的氧化无法从化学方程式中定量计算出来，因为钢水中Fe的增量无法得到。但可以初步估计如下：钢包渣中FeO为MnO的3～5倍，可以近似估计FeO氧化[Al]s的量也是MnO氧化量的3～5倍，得到表1(第一炉RH处理前钢包渣中FeO是MnO的3.08倍，第二炉RH处理前钢包渣中FeO是MnO的3.64倍)。为了表征渣中FeO对钢水的氧化程度，定义下式：B＝(钢包渣中FeO含量/钢包渣中MnO含量)×(由于钢包渣中MnO使钢水中[Al]s的减少量)式中B值用来近似表示浇注过程中钢包渣中FeO对钢水的氧化。则可知，第一浇次钢包渣中FeO氧化了0.0099%的酸溶铝[Al]s，相当于给钢水带入了75.83ppm的氧；第二浇次钢包渣中FeO氧化了0.0117%的[Al]s，相当于给钢水带入了89.62ppm的氧。整理得到表1。可以看出，计算得到的[Al]s的总氧化量第一炉为0.01697%，第二炉为0.01877%。2RH真空处理前后钢包钢水中[Al]s的损失量的化学分析值为：第一炉0.01145%，第二炉0.01407%。可以看出，试样的化学分析值和表1中的计算值不十分吻合，但至少证明趋势是正确的。本次试验，钢包内衬为碱性，SiO22%，这时内衬材料对钢水的氧化是可以忽略的。RH处理前后钢包钢水总氧的对比见表2。可以看出二次氧化带入的氧占了钢包钢水中总氧的很大一部分，二次氧化带入的氧也有一部分随夹杂物的上浮而去除，表1RH真空处理过程中钢水中二次氧化量及[Al]s的氧化量第一炉第二炉Δ[Si]0.0030%0.0030%Δ[Mn]0.01%0.01%Δ[O]SiO234.29ppm34.29ppmΔ[O]MnO24.62ppm24.62ppmΔ[O]FeO75.83ppm89.62ppm∑Δ[O]134.74ppm148.53ppmΔ[Al]SiO20.003857%0.003857%Δ[Al]MnO0.003214%0.003214%Δ[Al]FeO0.0099%0.0117%(∑Δ[Al]s)计算0.01697%0.01877%表2钢包到中间包钢水中总氧的变化T[O]处理前(ppm)T[O]处理后(ppm)∑Δ[O]二次氧化代入(ppm)第一浇次54190134.74第二浇次63579148.53注：式中Δ[O]为二次氧化代入的氧量3．覆盖剂对中间包钢水清洁度的影响3.1对夹杂物的吸附1205101520第二浇次第一浇次渣中Al2O3(%)原始浇注过程样图3中间包渣中Al2O3的变化本次试验两个浇次中间包分别使用了两种覆盖剂。第一浇次覆盖剂原始碱度R((MgO+CaO)/SiO2)为46，第二炉为4.2。第一炉浇注到49min时，中间包渣中Al2O3含量由原始的0.5%增加到16.04%；第二炉浇注到42min时中间包渣中Al2O3含量由原始的2%增加到12.93%(图3)。这说明两个问题：一是浇注过程中钢水中Al2O3不断上浮到钢液表面，二是碱性渣对Al2O3的吸附有效，碱度越高，吸附的Al2O3的量越大。但覆盖剂碱度过高可能会发生结壳现象，对钢水清洁度的控制不利，炼钢工作者应该注意。3.2对钢水的氧化覆盖剂对钢水的氧化主要是指覆盖剂中SiO2对钢水的氧化（式1），覆盖剂中的SiO2氧化了钢水中的酸溶铝[Al]s，使钢水中T[O]及夹杂物增多。01020304050600.000.010.020.030.040.05第一浇次第二浇次[Si]00.0120.011[Al]s00.0350.023第一浇次[Si]第一浇次[Al]s第二浇次[Si]第二浇次[Al]s百分含量(%)浇注时间(min)120.0000.0030.0060.0090.0120.015第二浇次第一浇次[Si](%)钢包钢水中[Si]中间包钢水中[Si]3图4中间包钢水中[Si]、[Mn]随浇注时间的变化图5钢包到中间包钢水中[Si]的增量浇注过程中钢水中[Si]的变化示于图4。第一浇次中间包覆盖剂中SiO2原始含量仅为2%，所以对钢水的氧化不明显，从钢包到中间包钢水中[Si]没有增加(图5)。第二炉原始覆盖剂中SiO2含量达18%，因此发生了氧化钢水的反应。钢包到中间包钢水中增[Si]0.00225%(图5)，由式(1)计算知，这相当于0.002893%的酸溶铝[Al]s被氧化，给钢水带入了25.72ppm的氧。浇注过程中钢水中[Mn]的变化示于图6。第一浇次RH处理后钢包渣中FeO10.6%、MnO4.48%；第二浇次RH处理后钢包渣中FeO10.06%、MnO3.75%。如图6所示，试样的化学分析结果表明第一浇次钢包到中间包钢水中[Mn]增加了0.0075%，这相当于氧化了0.002077%的酸溶铝[Al]s，给钢液带入了18.46ppm的氧。第二炉钢包到中间包钢水中[Mn]增加了0.005%，这相当于氧化了0.001385%的[Al]s，给钢水带入了12.3ppm的氧。由化学分析知，浇注过程中中间包覆盖剂中FeO、MnO总量始终2%，与初始含量基本一致，这表明覆盖剂中FeO、MnO对钢水的氧化作用不大。钢液中[Mn]的增加只能是浇注过程中钢包渣中的MnO和FeO对钢水的氧化，从而造成了钢水中[Mn]的增加及[Al]s的降低。估算由于渣中MnO和FeO造成的钢水氧化结果示于表3。第一浇次钢包渣中FeO氧化了0.004922%的酸溶铝[Al]s，相当于给钢水带入了43.75ppm的氧；第二浇次钢包渣中FeO氧化了0.003711%的[Al]s，相当于给钢水带入了32.4ppm的氧。120.120.130.140.15第二浇次第一浇次[Mn](%)钢包钢水中[Mn]中间包钢水中[Mn]图6浇注过程中钢水中[Mn]的增量表3中间包钢水中T[O]由于FeO、MnO氧化的增量第一浇次第二浇次Δ[Mn]0.0075%0.005%Δ[Al]MnO0.002077%0.001385%Δ[O]MnO