D0:10.133745.issn1001-053x.2007.s1.005 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 ML08A1钢精炼渣开发及铸坯洁净度研究 何生平)汪灿荣2) 赖兆奕2)王 谦)黄标彩2) 彭建昌2) 1)重庆大学材料科学与工程学院，重庆4000442)福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂，福建365000 摘要在分析MLO8A!冷镦钢对钢中夹杂要求的基础上，设计了LF精炼终渣的组成范围，并确定了相应的现场造 渣制度，生产实践表明，精炼渣化渣情况良好，脱硫率较高，能满足生产要求.对连铸方坯洁净度研究表明，在目前 生产工艺条件下，铸坯T[O]<20x106,大样电解夹杂总量<10mg10kg钢.同时对钙处理进行了相关热力学探讨，确 定了钢中[Ca]的控制范围. 关键词ML08AI钢：精炼渣：夹杂物：洁净度 分类号TF769.2 福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂现拥有90t较低.更重要的是，在这种渣系条件下由SO2引起 转炉和30t大容量中包及10m半径的大弧形连铸 的钢液再氧化趋势能得到抑制.因此设计精炼终渣 机，这些基础设施为生产品种钢创造了良好的硬件 组成（质量分数）为：Ca0=55%~60%:Si0,=4%7%: 条件.为解决三钢长期品种单一的问题以扩大市场， Al,0=28%32%,CaO/A,O=1.7~1.9.为加快成渣速 同时进一步为合金结构钢等更多优质产品的生产创 度，减轻LF精炼化渣压力，充分发挥LF排除夹杂 造工艺技术条件.近两年来三钢开发了ML08AI、 的功能，采用转炉出钢渣洗工艺，造渣方案为：在 45、65等具有代表性的优质碳素钢棒线材产 出钢过程加入电石、石灰等造渣材料，并在精炼炉 品.ML08A!属于低碳低硅铝镇静钢，其主要成分 根据现场情况加萤石和石灰进行调渣.由于三钢具 控制范围（质量分数，%）：[C]≤0.1：[Si]≤01： 有炉渣快速成分分析设备，因而这种现场造渣方式 [Mn=0.3-0.6:[S]≤0.035：[P]≤0.035：[Ar≥ 还具有降低成本，调渣灵活的优点. 0.02.其生产工艺路线为：铁水预处理一转炉一LF 试验共进行30炉，LF终渣成分为（质量分数， 炉-连铸（铸坯断面150mmx150mm).为了优化 %):Ca0=51~62:Si02=4~8:Al203=26-32: 品种钢生产工艺，对精炼渣及铸坯洁净度进行了研 MgO=5~8,(FeO+MnO)下l,基本处于设计范围.从 究. 精炼过程看，化渣情况良好，脱硫率平均为62%， LF出站钢水[S]平均为0.013%，达到该钢种对硫含 1LF精炼渣设计及试验 量控制要求. —%Ca0 ML08A1对钢中夹杂物控制比较严格，特别要 65 55 求高熔点A12O3夹杂物要少，以防止冷镦过程中开 裂等缺陷的发生.同时，低碳钢相对于高碳钢硫的 CaO 2 活度系数低，不利于脱硫.因此对精炼渣来说，一 10 方面要保证较好的脱硫效果满足成品钢硫含量要 求，其次具有合适的熔点和粘度以利于对上浮夹杂 010 2030 40 50 物的同化和吸收.三钢生产ML08A1时采用铝初脱 A103 氧，进入熔渣的Al2O3含量较高.为满足上述要求， 图1Ca0-Al203-Si02三元渣系硫分配比(1600C,1A=300x106, 根据CaO-Al2O3-SiO2的硫分配比图1，在Al203 (Mg0)=5%) 含量为30%左右或%CaO/%Al20,=1.8左右时存在 2铸坯洁净度 硫分配比L,较高的区域，并且在该区域精炼渣熔点 通过对铸坯T[O]分析和统计结果，目前三钢 收精日期：2007-02-10 修回日期：2007-04-25 作者简介：何生平(1976-)，男，讲师，博士研究生
第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−02−10 修回日期：2007−04−25 作者简介：何生平(1976−)，男，讲师，博士研究生 ML08Al 钢精炼渣开发及铸坯洁净度研究 何生平 1) 汪灿荣 2) 赖兆奕 2) 王 谦 1) 黄标彩 2) 彭建昌 2) 1) 重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044 2) 福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂，福建 365000 摘 要 在分析 ML08Al 冷镦钢对钢中夹杂要求的基础上，设计了 LF 精炼终渣的组成范围，并确定了相应的现场造 渣制度．生产实践表明，精炼渣化渣情况良好，脱硫率较高，能满足生产要求．对连铸方坯洁净度研究表明，在目前 生产工艺条件下，铸坯 T[O]<20×10−6 ，大样电解夹杂总量<10 mg/10 kg 钢．同时对钙处理进行了相关热力学探讨，确 定了钢中[Ca]的控制范围． 关键词 ML08Al 钢；精炼渣；夹杂物；洁净度 分类号 TF769.2 福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂现拥有 90 t 转炉和 30 t 大容量中包及 10 m 半径的大弧形连铸 机，这些基础设施为生产品种钢创造了良好的硬件 条件．为解决三钢长期品种单一的问题以扩大市场， 同时进一步为合金结构钢等更多优质产品的生产创 造工艺技术条件．近两年来三钢开发了 ML08Al、 45 、 65 等具有代表性的优质碳素钢棒线材产 品．ML08Al 属于低碳低硅铝镇静钢，其主要成分 控制范围（质量分数，%）：[C]≤0.1；[Si]≤0.1； [Mn]=0.3∼0.6；[S]≤0.035；[P]≤0.035；[Al]T≥ 0.02．其生产工艺路线为：铁水预处理－转炉－LF 炉－连铸（铸坯断面 150 mm×150 mm）．为了优化 品种钢生产工艺，对精炼渣及铸坯洁净度进行了研 究． 1 LF 精炼渣设计及试验 ML08Al 对钢中夹杂物控制比较严格，特别要 求高熔点 Al2O3 夹杂物要少，以防止冷镦过程中开 裂等缺陷的发生．同时，低碳钢相对于高碳钢硫的 活度系数低，不利于脱硫．因此对精炼渣来说，一 方面要保证较好的脱硫效果满足成品钢硫含量要 求，其次具有合适的熔点和粘度以利于对上浮夹杂 物的同化和吸收．三钢生产 ML08Al 时采用铝初脱 氧，进入熔渣的 Al2O3 含量较高．为满足上述要求， 根据 CaO-Al2O3-SiO2 的硫分配比图 1[1]，在 Al2O3 含量为 30%左右或%CaO/%Al2O3=1.8 左右时存在 硫分配比 Ls 较高的区域，并且在该区域精炼渣熔点 较低．更重要的是，在这种渣系条件下由 SiO2 引起 的钢液再氧化趋势能得到抑制．因此设计精炼终渣 组成(质量分数)为：CaO=55%∼60%；SiO2=4%∼7%； Al2O3=28%∼32%，CaO/Al2O3=1.7∼1.9．为加快成渣速 度，减轻 LF 精炼化渣压力，充分发挥 LF 排除夹杂 的功能，采用转炉出钢渣洗工艺，造渣方案为：在 出钢过程加入电石、石灰等造渣材料，并在精炼炉 根据现场情况加萤石和石灰进行调渣．由于三钢具 有炉渣快速成分分析设备，因而这种现场造渣方式 还具有降低成本，调渣灵活的优点． 试验共进行 30 炉，LF 终渣成分为(质量分数， %) ： CaO=51∼62 ； SiO2=4∼8 ； Al2O3=26∼32 ； MgO=5∼8，(FeO+MnO)<1，基本处于设计范围．从 精炼过程看，化渣情况良好，脱硫率平均为 62%， LF 出站钢水[S]平均为 0.013%，达到该钢种对硫含 量控制要求． 图 1 CaO-Al2O3-SiO2 三元渣系硫分配比(1600°C, [Al]=300×10−6 , (MgO)=5%) 2 铸坯洁净度 通过对铸坯 T[O]分析和统计结果，目前三钢 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.005
Vol.29 SuppL1 何生平等：ML08AI钢精炼渣开发及铸还洁净度研究 ·19 M08A1铸坯全氧平均为17x106;大样电解夹杂总 可浇性的降低.三钢在进行ML08A1试制过程中， 量<10mg/10kg钢，平均为6.68mg/10kg钢.从 发现材上B类夹杂偏高，见表1.图2为ML08A1 夹杂总量上看，铸坯洁净度处于较高的水平，但由 某螺杆镦粗鼓形外侧开裂形貌及裂口两旁密集显微 于冷镦钢除要求钢中夹杂数量少外，还必须控制钢 夹杂电镜形貌.从夹杂成分（表2）来看，这些夹杂以 中夹杂物的形态，特别是要求钢中B类高熔点的夹 Al2O,、SiO2等棱角状夹杂为主，而且数量较多，说 杂物要少，否则仍然会导致钢材质量的恶化和钢水 明钙处理效果不明显 表1ML08A1材非金属夹杂物评级 A硫化物夹杂 B氧化铝夹杂 D球状氧化物夹杂 C硅酸盐夹杂 项目 细系/级 粗系/级细系/级粗系/级细系/级 粗系/级细系/级) 级别范围 0.5 0-2 0-2 0-1 0.5-1 平均 0.5 0.585 0.537 0.40 0.52 20μm 图2镙杆镦粗鼓形外侧开裂形貌及裂口两旁夹杂形貌 表2夹杂物能谱分析成分（质量分数） 号 夹杂物 AI Si Ca Fe 1 94.70 一 5.30 2 51.27 48.73 一 3 51.61 48.39 34.93 2.35 18.79 43.93 42.12 28.66 29.22 6 2.21 1.80 95.99 同时电解夹杂分析显示（图3和表3），铸坯 中大型夹杂中有较多含A12O3类棱角状夹杂.而且 连铸生产中暴露的主要问题之一是中间包水口蓄流 问题.蓄流的成因主要是由于在水口上有非金属夹 杂物沉积使塞棒的开口度不断变化.上述钢中 A12O3夹杂含量相对偏高，除了连铸过程保护浇铸 影响外，还由于夹杂物的形态控制即钙处理效果不 明显. I mm 图3铸坯电解夹杂形貌
Vol.29 Suppl.1 何生平等：ML08Al 钢精炼渣开发及铸坯洁净度研究 • 19 • Ml08Al 铸坯全氧平均为 17×10−6 ；大样电解夹杂总 量＜10 mg/10 kg 钢，平均为 6.68 mg/10 kg 钢．从 夹杂总量上看，铸坯洁净度处于较高的水平．但由 于冷镦钢除要求钢中夹杂数量少外，还必须控制钢 中夹杂物的形态，特别是要求钢中 B 类高熔点的夹 杂物要少，否则仍然会导致钢材质量的恶化和钢水 可浇性的降低．三钢在进行 ML08Al 试制过程中， 发现材上 B 类夹杂偏高，见表 1．图 2 为 ML08Al 某螺杆镦粗鼓形外侧开裂形貌及裂口两旁密集显微 夹杂电镜形貌．从夹杂成分(表 2)来看，这些夹杂以 Al2O3、SiO2 等棱角状夹杂为主，而且数量较多，说 明钙处理效果不明显． 表 1 ML08Al 材非金属夹杂物评级 图 2 镙杆镦粗鼓形外侧开裂形貌及裂口两旁夹杂形貌 表 2 夹杂物能谱分析成分(质量分数) % 夹杂物 O Al Si Ca Fe 1 ⎯ ⎯ 94.70 ⎯ 5.30 2 51.27 48.73 ⎯ ⎯ ⎯ 3 51.61 48.39 ⎯ ⎯ ⎯ 4 34.93 2.35 18.79 ⎯ 43.93 5 42.12 ⎯ 28.66 ⎯ 29.22 6 ⎯ ⎯ 2.21 1.80 95.99 同时电解夹杂分析显示（图 3 和表 3），铸坯 中大型夹杂中有较多含 Al2O3 类棱角状夹杂．而且 连铸生产中暴露的主要问题之一是中间包水口蓄流 问题．蓄流的成因主要是由于在水口上有非金属夹 杂物沉积使塞棒的开口度不断变化[2]．上述钢中 Al2O3 夹杂含量相对偏高，除了连铸过程保护浇铸 影响外，还由于夹杂物的形态控制即钙处理效果不 明显． 图 3 铸坯电解夹杂形貌 A 硫化物夹杂 B 氧化铝夹杂 D 球状氧化物夹杂 C 硅酸盐夹杂 项目 细系 / 级 粗系 / 级 细系 / 级 粗系 / 级 细系 / 级 粗系 / 级 细系 / 级) 级别范围 0.5 0∼2 0∼2 ⎯ 0∼1 ⎯ 0.5∼1 平均 0.5 0.585 0.537 ⎯ 0.40 ⎯ 0.52
·20· 北京科技大学学报 2007年增刊1 表3电解夹杂物能谱分析成分（质量分数） % 夹杂物0 Na Mg Si CI Ca Ti Fe Sn 55.51 9.37 2.37 0.81 28.58 3.37 2 51.99 一 48.01 一 3 61.51 一 38.49 59.68 0.88 26.39 5.47 3.02 0.91 3.66 55.11 6.64 9.73 28.52 6 45.61 54.39 > 33.43 56.77 9.81 41.01 58.99 9 52.81 47.19 55.76 29.87 1.42 3.42 1.09 8.45 11 63.28 36.72 3钢中N含量水平及各工序点N] 的夹杂物形态控制效果.根据ML08Al钢对[AI]s要 演变 求，建议将钢水[Ca]控制在25×10-6~35×10-6之间： [Ca]Als>0.09.图6为理论计算生成的低熔点钙铝 通过对N)含量分析考查连铸过程保护浇铸效 酸盐夹杂的[C-[AIs曲线和钙处理工艺优化后的 果.图4为约40炉次生产各工序环节的N)含量变 实测值，可见大部分炉次经钙处理后夹杂处于 化.钢水进站N平均为31.5×10-6；出站平均为 12CaO7Al,O3附近低熔点区域，平均[Ca=30x106, 42.2×10-6,精炼过程增氮为10.7×10-6，而且波动较 [Ca/AI]s=0.085.生产实践表明，钙处理工艺优化 大，这主要源于埋弧操作效果不稳定：中包钢水N) 后，ML08A!生产较顺，钢水流动性好，水口蓄现 平均为53.2×106，大包到中包钢水增氮平均 象较试制初期大量减少，而且材上B类夹杂级别总 11×10-6,铸坯/盘条N平均为63.8×10-6，可见连铸 体上降低 过程增氮较多且波动明显， 50 100 一一理论值口实验代 40 80 40艺 60 301 40 20 ”o° 20 0 g0ag日 0 0 100 200 300 400 500 600 工序点 LA]s/106 图4ML08AI生产各工序环节的[N含量.1LF进站；2LF出 图5理论计算生成12CaO7AO的Ca-HAs曲线和实测值 站；3中包：4铸坯/盘条 4钙处理探讨 60 一理论俏▣实验俏 50 钙处理是提高钢材质量和减少连铸水口结瘤的 40口 重要措施.在铝镇静钢中，为防止A12O3堵水口以 30P 及对钢质量带来不良影响，往往实施钙处理以使 20F “ab 6 Al2O3变性为低熔点的球状夹杂4.图5为热力学 10F 计算生成12CaO7Al2O3的[Ca]-[AIs理论曲线和实 100 200 300400 500600 测值，在理论曲线附近及其以上区域是 [AIls/10- 12CaO-7Al2O3低熔点夹杂物生产区域.实际测得钢 图6理论计算生成12Ca07AO,的Ca-HAs平衡曲线和工艺优 中含钙过低（试验炉次平均为16×10-），未达到理想 化后实测值
• 20 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 表 3 电解夹杂物能谱分析成分(质量分数) % 夹杂物 O Na Mg Al Si S Cl Ca Ti Fe Sn 1 55.51 9.37 2.37 0.81 28.58 ⎯ ⎯ 3.37 ⎯ ⎯ ⎯ 2 51.99 ⎯ ⎯ 48.01 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 3 61.51 ⎯ ⎯ 38.49 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 4 59.68 ⎯ 0.88 26.39 5.47 ⎯ ⎯ 3.02 0.91 3.66 ⎯ 5 55.11 6.64 ⎯ 9.73 28.52 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 6 45.61 ⎯ ⎯ 54.39 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 7 33.43 ⎯ ⎯ ⎯ 56.77 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 9.81 ⎯ 8 41.01 ⎯ ⎯ 58.99 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 9 52.81 ⎯ ⎯ ⎯ 47.19 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 10 55.76 ⎯ ⎯ 29.87 1.42 3.42 1.09 ⎯ ⎯ ⎯ 8.45 11 63.28 ⎯ ⎯ ⎯ 36.72 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ 3 钢中[N]含量水平及各工序点[N] 演变 通过对[N]含量分析考查连铸过程保护浇铸效 果．图 4 为约 40 炉次生产各工序环节的[N]含量变 化．钢水进站[N]平均为 31.5×10−6 ；出站平均为 42.2×10−6 ，精炼过程增氮为 10.7×10−6 ，而且波动较 大，这主要源于埋弧操作效果不稳定；中包钢水[N] 平均为 53.2×10−6 ，大包到中包钢水增氮平均 11×10−6 ，铸坯/盘条[N]平均为 63.8×10−6 ，可见连铸 过程增氮较多且波动明显． 图 4 ML08Al 生产各工序环节的[N]含量．1⎯LF 进站；2⎯LF 出 站；3⎯中包；4⎯铸坯/盘条 4 钙处理探讨 钙处理是提高钢材质量和减少连铸水口结瘤的 重要措施．在铝镇静钢中，为防止 Al2O3 堵水口以 及对钢质量带来不良影响，往往实施钙处理以使 Al2O3 变性为低熔点的球状夹杂[3-4]．图 5 为热力学 计算生成 12CaO⋅7Al2O3 的[Ca]-[Al]S 理论曲线和实 测值，在理论曲线附近及其以上区域是 12CaO⋅7Al2O3 低熔点夹杂物生产区域．实际测得钢 中含钙过低(试验炉次平均为 16×10−6 )，未达到理想 的夹杂物形态控制效果．根据 ML08Al 钢对[Al]S 要 求，建议将钢水[Ca]控制在 25×10−6 ∼35×10−6 之间； [Ca]/[Al]S>0.09．图 6 为理论计算生成的低熔点钙铝 酸盐夹杂的[Ca]-[Al]S 曲线和钙处理工艺优化后的 实测值，可见大部分炉次经钙处理后夹杂处于 12CaO⋅7Al2O3 附近低熔点区域，平均[Ca]=30×10−6 ， [Ca]/[Al]S=0.085．生产实践表明，钙处理工艺优化 后，ML08Al 生产较顺，钢水流动性好，水口蓄现 象较试制初期大量减少，而且材上 B 类夹杂级别总 体上降低． 图 5 理论计算生成 12CaO⋅7Al2O3 的[Ca]-[Al]S 曲线和实测值 图 6 理论计算生成 12CaO⋅7Al2O3 的[Ca]-[Al]S 平衡曲线和工艺优 化后实测值
Vol.29 Suppl.1 何生平等：ML08AI钢精炼渣开发及铸还洁净度研究 …21: 5结论 参考文献 [1]Riboud P and Vasse R.Steel desulfurization in secondary refin- (1)设计的精炼终渣组成和相应的造渣制度能 ing:conclusions from theoretical and industrial results.Rev.de 满足钢水脱硫的要求，精炼渣化渣良好. Metallurgie-CIT,1985,82:801 (2)在目前生产工艺条件下，ML08AI铸坯 [2]高海潮，刘茂林，张良明，等.CSP连铸浸入式水口结瘤案例 T[O]0.09. [4]Fuhr E and Cicutti G.Relationship between nozzle deposits and inclusion composition in the continuous casting of steels.Iron 致谢 and Steelmaker,2003,32(12):53 参加本项工作的还有三钢炼钢厂和技质处方宇 荣、沈云峰、李柱能、罗元奎等多位同志，在此一 并感谢. Development of LF refining slag and research on the cleanness of ML08Al CC billets HE Shengping,WANG Canrong?,LAI Zhaoyi2,WANG Qian,HUANG Biaocai),PENG Jianchang?) 1)College of Materials Science and Engineering.Chongqing University,Chongqing 400044,China 2)Steelmaking Plant,Minguang Co.Ltd.of Fujian Sangang Steel,Fujian 365000,China ABSTRACT Based on analysis of the inclusion restriction in ML08Al steel,the component range of final refining slag was designed and the slag forming system was determined.The productive practice shows that the slag melting condition of refining slag is better and the desulphurizing ratio is relatively high,which can satisfy the requirements of steel grade.The research on cleanliness of billet continuous casting shows that,under the current condition,the T[O]content is less than 20x10-,the inclusion amount of electrolytic is less than 10 mg/10 kg steel.The thermodynamics of Ca treatment was also discussed. KEY WORDS ML08Al steel;refining slag;inclusion;cleanliness
Vol.29 Suppl.1 何生平等：ML08Al 钢精炼渣开发及铸坯洁净度研究 • 21 • 5 结论 (1) 设计的精炼终渣组成和相应的造渣制度能 满足钢水脱硫的要求，精炼渣化渣良好． (2) 在目前生产工艺条件下，ML08Al 铸坯 T[O]0.09． 致谢 参加本项工作的还有三钢炼钢厂和技质处方宇 荣、沈云峰、李柱能、罗元奎等多位同志，在此一 并感谢． 参 考 文 献 [1] Riboud P and Vasse R. Steel desulfurization in secondary refining: conclusions from theoretical and industrial results. Rev. de Métallurgie-CIT, 1985, 82: 801 [2] 高海潮，刘茂林，张良明，等．CSP 连铸浸入式水口结瘤案例 研究．钢铁，2005, 40(11): 21 [3] Coletti B, Vantilt S, Blanpain B, et al. Observation of calcium aluminate inclusions at interfaces between Ca treated Al-killed steels and slags. Metallurgical and Materials Transactions B, 2003, 34(5): 533 [4] Fuhr E and Cicutti G. Relationship between nozzle deposits and inclusion composition in the continuous casting of steels. Iron and Steelmaker, 2003, 32(12): 53 Development of LF refining slag and research on the cleanness of ML08Al CC billets HE Shengping1), WANG Canrong2), LAI Zhaoyi2), WANG Qian1), HUANG Biaocai2), PENG Jianchang2) 1) College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China 2) Steelmaking Plant, Minguang Co. Ltd. of Fujian Sangang Steel, Fujian 365000, China ABSTRACT Based on analysis of the inclusion restriction in ML08Al steel, the component range of final refining slag was designed and the slag forming system was determined. The productive practice shows that the slag melting condition of refining slag is better and the desulphurizing ratio is relatively high, which can satisfy the requirements of steel grade. The research on cleanliness of billet continuous casting shows that, under the current condition, the T[O] content is less than 20×10−6 , the inclusion amount of electrolytic is less than 10 mg/10 kg steel. The thermodynamics of Ca treatment was also discussed. KEY WORDS ML08Al steel; refining slag; inclusion; cleanliness