D0L:10.13374/.issn1001-053x.2007.s1.027 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 X70钢的清洁度在精炼与连铸过程中的变化 杨伶俐)刘建华) 包燕平)韩丽娜) 任毅2) 张帅2) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)鞍山钢铁集团公司，鞍山114021 摘要针对鞍钢炼钢厂“铁水预处理一→LD→LF一→VD→CC”X70生产流程，采用系统取样，综合分析的方法，对LF 处理前后、VD处理前后、中间包、结晶器和铸坯中的T[O小、显微非金属夹杂物的类型、数量及尺寸分布进行了系统 研究.研究结果表明：(1)铸坯中T[O]的平均值为17.33×10-6，铸坯中显微夹杂物数量为2.40mm2:(2)LF处理前后钢 水中显微非金属夹杂以长条及块状的Al2O,夹杂和球块状的硅酸盐夹杂为主，VD钙处理后，没有观察到纯的MS夹 杂与纯的A1,O3夹杂：(3)结晶器钢水、铸坯中有纯A1O3夹杂再现：(4)钢中的氧化物及硫化物夹杂均没有达到完全变 性的要求。 关键词X70:清洁度：非金属夹杂物：钙处理 分类号TF704.7 管线钢中的夹杂物类型、尺寸和数量对管线钢个视场，每个视场中的夹杂按尺寸分为<2.5μm, 的冲击韧性和抗HIC性能有显著的影响.有分析表 2.5-5μm,5~10um,10-20μm,20-100μm5级进 明，HIC端口表面有延伸的MnS和Al2O3点链状夹 行统计，根据统计结果计算显微夹杂物数量，并用 杂，而SSC的形成与HIC的形成密切相关.为了提 I来表示，计算公式如下： 高抗HIC和抗SSC能力，必须尽量减少钢中的夹杂 ∑(dn) I= 物、精确控制夹杂物的形态.尤其是控制具有尖 NπBD2/4 锐菱角的AlO,等脆性不变形夹杂及长条状易于变 式中，I为单位面积上相当于当量直径B的夹杂物 形的MnS夹杂物的形态 的个数，mm-2:B为夹杂物当量直径，本计算中 B=7.5um:d,为不同级别夹杂物的平均直径，μm: 1 实验内容及方法 各级夹杂的平均直径分别为1.25、3.75、7.5、15和 1.1生产工艺 60um等：m,为各级夹杂个数：D为视域直径，640 鞍钢炼钢厂采用铁水预处理→100t转炉→LF 倍时，D=300um:N为视场数，本计算中为100. 精炼处理一VD精炼处理→连铸工艺生产X70,实 (2)扫描电镜及电子探针分析夹杂物的类型及 验所用钢种主要元素含量如表1所示. 成分. (3)钢水化学成分分析 表1X70管线钢主要元素含量（质量分数） % 化学法分析钢中[AIs、[Ca含量：采用惰气脉 C Si Mn 冲一红外一热导法，分析试样中T[O]、TN含量. 0.03-0.050.22-0.251.52-1.560.008-0.0110.003 2 各工序钢水中T[O]的变化 1.2取样及实验方法 在炼钢厂生产中进行系统取样.在一个浇次中， 本实验各工序钢水T[O]平均值的变化如图1所 从第一炉开始，连续取6炉试样，取样地点分别为 示 LF处理前、LF处理后、VD精炼炉、中间包、结晶 图1表明： 器、铸坯 (1)LF精炼处理前后钢水T[O]降低了 (1)金相法观察钢中显微夹杂物. 10.84×10-6 制备金相试样在640倍显微镜下连续观察100 (2)VD精炼结束后钢水T[O]较LF精炼处理后 收清日期：2007-03-01修回日期：2007-05-01 作者简介：杨伶俐(1980一)，女，硕士研究生
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：2007−03−01 修回日期：2007−05−01 作者简介：杨伶俐（1980—），女，硕士研究生 X70 钢的清洁度在精炼与连铸过程中的变化 杨伶俐 1) 刘建华 1) 包燕平 1) 韩丽娜 1) 任 毅 2) 张 帅 2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 鞍山钢铁集团公司，鞍山 114021 摘 要 针对鞍钢炼钢厂“铁水预处理→LD→LF→VD→CC” X70 生产流程，采用系统取样，综合分析的方法，对 LF 处理前后、VD 处理前后、中间包、结晶器和铸坯中的 T[O]、显微非金属夹杂物的类型、数量及尺寸分布进行了系统 研究．研究结果表明：(1)铸坯中 T[O]的平均值为 17.33×10−6 ，铸坯中显微夹杂物数量为 2.40 mm−2 ；(2)LF 处理前后钢 水中显微非金属夹杂以长条及块状的 Al2O3 夹杂和球块状的硅酸盐夹杂为主，VD 钙处理后，没有观察到纯的 MnS 夹 杂与纯的 Al2O3 夹杂；(3)结晶器钢水、铸坯中有纯 Al2O3 夹杂再现；(4)钢中的氧化物及硫化物夹杂均没有达到完全变 性的要求． 关键词 X70；清洁度；非金属夹杂物；钙处理 分类号 TF704.7 管线钢中的夹杂物类型、尺寸和数量对管线钢 的冲击韧性和抗 HIC 性能有显著的影响．有分析表 明，HIC 端口表面有延伸的 MnS 和 Al2O3 点链状夹 杂,而 SSC 的形成与 HIC 的形成密切相关．为了提 高抗 HIC 和抗 SSC 能力，必须尽量减少钢中的夹杂 物、精确控制夹杂物的形态[1]．尤其是控制具有尖 锐菱角的 Al2O3 等脆性不变形夹杂及长条状易于变 形的 MnS 夹杂物的形态． 1 实验内容及方法 1.1 生产工艺 鞍钢炼钢厂采用铁水预处理→100 t 转炉→LF 精炼处理→VD 精炼处理→连铸工艺生产 X70，实 验所用钢种主要元素含量如表 1 所示． 表 1 X70 管线钢主要元素含量(质量分数) % C Si Mn P S 0.03~0.05 0.22~0.25 1.52~1.56 0.008~0.011 0.003 1.2 取样及实验方法 在炼钢厂生产中进行系统取样．在一个浇次中， 从第一炉开始，连续取 6 炉试样，取样地点分别为 LF 处理前、LF 处理后、VD 精炼炉、中间包、结晶 器、铸坯． (1) 金相法观察钢中显微夹杂物． 制备金相试样在 640 倍显微镜下连续观察 100 个视场，每个视场中的夹杂按尺寸分为<2.5 µm， 2.5~5 µm，5~10 µm，10~20 µm，20~100 µm 5 级进 行统计．根据统计结果计算显微夹杂物数量，并用 I 来表示，计算公式如下： 2 ( ) π / 4 d n i i I N BD ⋅ = ⋅⋅⋅ ∑ 式中，I 为单位面积上相当于当量直径 B 的夹杂物 的个数，mm−2 ；B 为夹杂物当量直径，本计算中 B=7.5 µm；di 为不同级别夹杂物的平均直径，µm； 各级夹杂的平均直径分别为 1.25、3.75、7.5、15 和 60 µm 等；ni 为各级夹杂个数；D 为视域直径，640 倍时，D=300 µm；N 为视场数，本计算中为 100． (2) 扫描电镜及电子探针分析夹杂物的类型及 成分． (3) 钢水化学成分分析． 化学法分析钢中[Al]s、[Ca]含量；采用惰气脉 冲－红外－热导法，分析试样中 T[O]、T[N]含量． 2 各工序钢水中 T[O]的变化 本实验各工序钢水 T[O]平均值的变化如图 1 所 示． 图 1 表明： (1) LF 精炼处理前后钢水 T[O] 降低了 10.84×10−6 ． (2) VD 精炼结束后钢水 T[O]较 LF 精炼处理后 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.027
·98· 北京科技大学学报 2007年增刊1 降低了10.16×106. (2)球状和块状的硅酸盐夹杂（图2(b),尺寸较大， (3)中间包钢水T[O]较VD精炼结束后平均增 大多为50um左右. 加了7.08×106.说明有二次氧化现象，或中间包卷 (3)钙铝酸盐夹杂（图2(c),此类夹杂呈圆形或块 渣较严重. 状，粒径较小，90%以上钙铝酸盐粒径均小于5μum. (4)结晶器钢水T[O]的平均值为20.83×106 (4)Al-Mg-Ca复合夹杂（图2(d),此类夹杂也呈圆形 (5)铸坯T[O]的平均值为17.33×106，低于武 或块状，粒径较小，大多小于5μm 钢管线钢铸坯T[O]平均值18.2×10-62)，也低于宝钢 (5)钙铝酸盐与CaS/MnS复合夹杂（图2(e),此类 管线钢铸坯1T[O1(2004年19.0×10-6,2005年 夹杂也呈圆形或块状，粒径较小，90%以上小于10 19.62×10). um. 60.17 3.1LF处理前钢中非金属夹杂物类型及来源 60 49.33 46.25 LF精炼前钢中显微夹杂物主要分为2类：块状 39.17 40 Al203夹杂（图2(a):少量硅酸盐夹杂（图2(b),主 20.83 17.33 要成分为AlO3、CaO、MnO、SiO2,同时含有少量 20 的MgO、S和Ti,这类夹杂物较少，为Al、Mn、 LF前LF后VD中间包结品器铸坯 T脱氧产物与顶渣作用而生成、没来得及排除而滞 留在钢中的夹杂物. 图1各工序钢水中TO的变化 3.2LF处理后钢中非金属夹杂物类型及来源 LF精炼后钢中显微夹杂物以球状和块状为主， 3各工序钢中非金属夹杂物的形貌 但是夹杂物的数量减少，尺寸降低.主要为以A12O3 与组成 为主要成分的各种复合夹杂，如铝镁钙硅酸盐（图 2b)、钙铝酸盐（图2(c)等，表明脱氧生成的A1203 显微非金属夹杂物分为以下5类（如图2所示）： 已大部分上浮去除， 3.3VD处理后钢中非金属夹杂物类型及来源 VD炉钙处理后钢水中观察到的显微夹杂物大 多数为球状，粒径较小，可分为3类：钙铝酸盐夹 杂（图2(c),有的还含有少量Mg0:少量 (Al2O3-CaO)CaS/MnS复合夹杂，为钙处理的产物 (图2(e):少量硅酸盐夹杂（图2(b).其中硅酸盐的 尺寸较大，与钙处理前相比，由于喂入了CaSi线， 绝大部分Al2O3夹杂都得到不同程度的变性，转变 成钙铝酸盐，未见纯Al2O3夹杂. 3.4中间包钢液中非金属夹杂物的类型及来源 中间包钢液中所观察到的显微夹杂物数量较 少，尺寸较小，主要分为3类：球状钙铝酸盐夹杂（图 2(c)片：少量Al203-Mg0-Ca0复合夹杂物（图2(d): 少量硅酸盐复相夹杂物，同时还含有少量的Mn、S、 Fe、Mg、Ti等元素（图2(b). 3.5结晶器钢液中非金属夹杂物的类型及来源 结晶器钢液中的非金属夹杂物主要呈球状，另 图2各工序钢中典型的非金属夹杂物形貌.(a)块状Al2O3;(b)球 外还含有少量块状夹杂和极少量的长条状夹杂，夹 状硅酸盐；(c)球状钙铝酸盐；(d)球状A-Mg-Ca复合夹杂；(e) 杂物尺寸一般较小，大多在2~10μm之间，钢水的 (AlOg-CaO)CaS/MnS复合夹杂 清洁度较高.主要为钙铝酸盐及Al,O3-CaO-Mg0系 (1)长条状及块状Al2O3夹杂（图2(a),此类夹杂呈 复合夹杂（图2(c以、图2(d),但又出现少量纯Al2O3 深色的不规则形状，尺寸大多在5um左右. 夹杂（图2(a).Al2O3夹杂的再出现，可能与结晶器
• 98 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 降低了 10.16×10−6 ． (3) 中间包钢水 T[O]较 VD 精炼结束后平均增 加了 7.08×10−6 ．说明有二次氧化现象，或中间包卷 渣较严重． (4) 结晶器钢水 T[O]的平均值为 20.83×10−6 ． (5) 铸坯 T[O]的平均值为 17.33×10−6 ，低于武 钢管线钢铸坯 T[O]平均值 18.2×10−6 [2]，也低于宝钢 管线钢铸坯[3] T[O](2004 年 19.0×10−6 ，2005 年 19.62×10−6 )． 图 1 各工序钢水中 T[O]的变化 3 各工序钢中非金属夹杂物的形貌 与组成 显微非金属夹杂物分为以下 5 类(如图 2 所示)： 图 2 各工序钢中典型的非金属夹杂物形貌．(a) 块状 Al2O3；(b) 球 状硅酸盐；(c) 球状钙铝酸盐；(d) 球状 Al-Mg-Ca 复合夹杂；(e) (Al2O3-CaO)CaS/MnS 复合夹杂 (1) 长条状及块状 Al2O3 夹杂(图 2(a))，此类夹杂呈 深色的不规则形状，尺寸大多在 5 µm 左右． (2) 球状和块状的硅酸盐夹杂(图 2(b))，尺寸较大， 大多为 50 µm 左右． (3) 钙铝酸盐夹杂(图 2(c))，此类夹杂呈圆形或块 状，粒径较小，90%以上钙铝酸盐粒径均小于 5 µm． (4) Al-Mg-Ca 复合夹杂(图 2(d))，此类夹杂也呈圆形 或块状，粒径较小，大多小于 5 µm． (5) 钙铝酸盐与 CaS/MnS 复合夹杂(图 2(e))，此类 夹杂也呈圆形或块状，粒径较小，90%以上小于 10 µm． 3.1 LF 处理前钢中非金属夹杂物类型及来源 LF 精炼前钢中显微夹杂物主要分为 2 类：块状 Al2O3 夹杂(图 2(a))；少量硅酸盐夹杂(图 2(b))，主 要成分为 Al2O3、CaO、MnO、SiO2，同时含有少量 的 MgO、S 和 Ti，这类夹杂物较少，为 Al、Mn、 Ti 脱氧产物与顶渣作用而生成、没来得及排除而滞 留在钢中的夹杂物． 3.2 LF 处理后钢中非金属夹杂物类型及来源 LF 精炼后钢中显微夹杂物以球状和块状为主， 但是夹杂物的数量减少，尺寸降低．主要为以 Al2O3 为主要成分的各种复合夹杂，如铝镁钙硅酸盐(图 2(b))、钙铝酸盐(图 2(c))等，表明脱氧生成的 Al2O3 已大部分上浮去除． 3.3 VD 处理后钢中非金属夹杂物类型及来源 VD 炉钙处理后钢水中观察到的显微夹杂物大 多数为球状，粒径较小，可分为 3 类：钙铝酸盐夹 杂 ( 图 2(c)) ，有的还含有少量 MgO ；少量 (Al2O3-CaO)CaS/MnS 复合夹杂，为钙处理的产物 (图 2(e))；少量硅酸盐夹杂(图 2(b))．其中硅酸盐的 尺寸较大．与钙处理前相比，由于喂入了 CaSi 线， 绝大部分 Al2O3 夹杂都得到不同程度的变性，转变 成钙铝酸盐，未见纯 Al2O3 夹杂． 3.4 中间包钢液中非金属夹杂物的类型及来源 中间包钢液中所观察到的显微夹杂物数量较 少，尺寸较小，主要分为 3 类：球状钙铝酸盐夹杂(图 2(c))；少量 Al2O3-MgO-CaO 复合夹杂物(图 2(d))； 少量硅酸盐复相夹杂物，同时还含有少量的 Mn、S、 Fe、Mg、Ti 等元素(图 2(b))． 3.5 结晶器钢液中非金属夹杂物的类型及来源 结晶器钢液中的非金属夹杂物主要呈球状，另 外还含有少量块状夹杂和极少量的长条状夹杂，夹 杂物尺寸一般较小，大多在 2~10 µm 之间，钢水的 清洁度较高．主要为钙铝酸盐及 Al2O3-CaO-MgO 系 复合夹杂(图 2(c)、图 2(d))，但又出现少量纯 Al2O3 夹杂(图 2(a))．Al2O3 夹杂的再出现，可能与结晶器
Vol.29 Suppl.1 杨伶俐等：X70钢的清洁度在精炼与连铸过程中的变化 99 卷渣或结晶器保护渣对钢液的二次氧化有关，也可 中分布在0-5μm之间，并且从LF精炼处理前开始， 能与中间包中钢液的二次氧化有关. 到以后的各工序，<2.5um的小颗粒夹杂有增加的 3.6铸坯中非金属夹杂物的类型及来源 趋势，同时10-20μm以及20~100um的较大颗粒 铸坯中的夹杂物大致可分为4类：主要为：钙 夹杂则有明显降低的趋势，说明经过各道工序之后 铝酸盐夹杂物（图2(c),主要呈球状： 夹杂物的粒径在逐步变小，有利于钢水质量的提高. Al2O,-MgO-CaO复合夹杂物，其大小及形貌均与钙 140 ☐<2.5μm▣10-20um 铝酸盐相似：(Al2O3-CaO)MnS/CaS复合夹杂物（图 ■2.5-54m■20-100Hm 120 a5-10μm 2(e),主要呈球块状：少量三角及长条状Al203夹 100 杂.其中前两类夹杂为铸坯中的主相夹杂，尺寸较 小，且大多呈球状，为钙处理较理想的产物，有利 60 于铸坯质量的提高，然而在部分夹杂中还含有 % 20 MnS,说明MnS还未完全变性为CaS:部分纯Al2O; 0 夹杂的存在，表明中间包或是结晶器的钢液还存在 F前LF后VD中间包结品器转坏 一定程度的二次氧化.后两类夹杂虽然数量较少， 图4各工序钢中显微夹杂物粒径分布的变化 但对铸坯质量的影响却很大.因此应加强Ca处理 效果，尽量将MS夹杂变性去除，同时还应尽量避 5 夹杂物变性效果 免钢液的二次氧化 通过对低碳铝镇静钢进行钙处理，可使棱角分 4各工序钢显微夹杂 明的Al2O3夹杂变性，变性效果与钢中w(Ca)hw(AI) 比有关.根据钢中w(Ca)/hw(AI)比的大小可分别变性 4.1显微夹杂物的数量 为CA6、CA2、CA、C12A7、C3A(其中C代表Ca, 图3为各工序显微夹杂物数量1的变化. A代表Al2O3),如将固态Al2O3变性为液态夹杂 6.5I 12Ca07Al2O3,不仅可保证铸坯中Al2O3夹杂变性 6 4.73 为球状夹杂，显著改善钢的冲击韧性，还将有利于 4.53 4 夹杂物的碰撞长大，有利于降低钢中夹杂物数量和 2.36 2.42 2.4 T[O]. 能谱分析表明鞍钢X70在VD喂SiCa线以后 LF前LF后VD中间包结晶器铸坯 的各工序中，夹杂物中w(CaO)hw(Al2O3)在0.11~1.93 之间，平均值为0.85，低于A120;完全变性为低熔 图3各工序钢中显微夹杂物数量的变化 点钙铝酸盐7Al2O312Ca0时w(CaO)/hr(Al2O)的 由图3可知： 1.71,对应的夹杂物相为2Al2O3Ca0 (1)LF精炼前后钢水中显微夹杂物数量去除率 (w(CaO)hw(AlO3)为0.5)与Al203Ca0 为27.3%，说明LF炉对显微夹杂物的去除效果较为 (w(CaO)hw(Al2O)为1)共存的钙铝酸盐夹杂物，其 显著： 熔点较高，为钙处理所应避免的产物.这与钢中 (2)VD精炼处理后，钢中的显微非金属夹杂物 w(Ca)hr(AI)比较低有关，见表2. 数量显著降低，去除率达到了50%. (3)中间包钢液中显微非金属夹杂物的数量较 表2VD精炼后钢液中[%CaI%A与%Ca%S] 高，为4.53mm2,与前面所分析的中间包钢水存在 编号%Als]%S]V10-6[%Cay10%CaI%Alsl[%CaI%s】 着一定程度的二次氧化有关. 1 0.037 30 14 0.038 0.47 2 0.033 20 0.070 1.15 (4)结晶器钢液中与铸坯中的显微夹杂物数量 23 3 0.034 30 27 0.079 0.90 较为稳定，分别为为2.42和2.40mm2,低于武钢 4 0.038 30 19 0.050 0.63 管线钢X60铸坯中的平均值2.78mm-22),钢液具 5 0.036 20 15 0.042 0.75 有较高的清洁度水平. 6 0.033 20 14 0.042 0.70 4.2显微夹杂物粒径分布的综合对比 平均0.035 25 18.66 0.053 0.75 由图4可知，各工序钢水中的显微夹杂物都集 Faulring等在分析水口堵塞原因时指出，为减
Vol.29 Suppl.1 杨伶俐等：X70 钢的清洁度在精炼与连铸过程中的变化 • 99 • 卷渣或结晶器保护渣对钢液的二次氧化有关，也可 能与中间包中钢液的二次氧化有关． 3.6 铸坯中非金属夹杂物的类型及来源 铸坯中的夹杂物大致可分为 4 类：主要为：钙 铝酸盐夹杂物 ( 图 2(c)) ，主要呈球状； Al2O3-MgO-CaO 复合夹杂物，其大小及形貌均与钙 铝酸盐相似； (Al2O3-CaO)MnS/CaS 复合夹杂物(图 2(e))，主要呈球块状；少量三角及长条状 Al2O3 夹 杂．其中前两类夹杂为铸坯中的主相夹杂，尺寸较 小，且大多呈球状，为钙处理较理想的产物，有利 于铸坯质量的提高．然而在部分夹杂中还含有 MnS，说明 MnS 还未完全变性为 CaS；部分纯 Al2O3 夹杂的存在，表明中间包或是结晶器的钢液还存在 一定程度的二次氧化．后两类夹杂虽然数量较少， 但对铸坯质量的影响却很大．因此应加强 Ca 处理 效果，尽量将 MnS 夹杂变性去除，同时还应尽量避 免钢液的二次氧化． 4 各工序钢显微夹杂 4.1 显微夹杂物的数量 图 3 为各工序显微夹杂物数量 I 的变化． 图 3 各工序钢中显微夹杂物数量的变化 由图 3 可知： (1) LF 精炼前后钢水中显微夹杂物数量去除率 为 27.3%，说明 LF 炉对显微夹杂物的去除效果较为 显著； (2) VD 精炼处理后，钢中的显微非金属夹杂物 数量显著降低，去除率达到了 50%． (3) 中间包钢液中显微非金属夹杂物的数量较 高，为 4.53 mm-2，与前面所分析的中间包钢水存在 着一定程度的二次氧化有关． (4) 结晶器钢液中与铸坯中的显微夹杂物数量 较为稳定，分别为为 2.42 和 2.40 mm−2 ，低于武钢 管线钢 X60 铸坯中的平均值 2.78 mm−2 [2]，钢液具 有较高的清洁度水平． 4.2 显微夹杂物粒径分布的综合对比 由图 4 可知，各工序钢水中的显微夹杂物都集 中分布在 0~5 µm 之间，并且从 LF 精炼处理前开始， 到以后的各工序，<2.5 µm 的小颗粒夹杂有增加的 趋势，同时 10~20 µm 以及 20~100 µm 的较大颗粒 夹杂则有明显降低的趋势，说明经过各道工序之后 夹杂物的粒径在逐步变小，有利于钢水质量的提高． 图 4 各工序钢中显微夹杂物粒径分布的变化 5 夹杂物变性效果 通过对低碳铝镇静钢进行钙处理，可使棱角分 明的 Al2O3 夹杂变性，变性效果与钢中 w(Ca)/w(Al) 比有关．根据钢中 w(Ca)/w(Al)比的大小可分别变性 为 CA6、CA2、CA、C12A7、C3A(其中 C 代表 Ca， A 代表 Al2O3)，如将固态 Al2O3 变性为液态夹杂 12CaO·7Al2O3，不仅可保证铸坯中 Al2O3 夹杂变性 为球状夹杂，显著改善钢的冲击韧性，还将有利于 夹杂物的碰撞长大，有利于降低钢中夹杂物数量和 T[O]． 能谱分析表明鞍钢 X70 在 VD 喂 SiCa 线以后 的各工序中，夹杂物中 w(CaO)/w(Al2O3)在 0.11~1.93 之间，平均值为 0.85，低于 Al2O3 完全变性为低熔 点钙铝酸盐 7Al2O3·12CaO 时 w(CaO)/w(Al2O3)的 1.71 ，对应的夹杂物相为 2Al2O3·CaO (w(CaO)/w(Al2O3) 为 0.5) 与 Al2O3·CaO (w(CaO)/w(Al2O3)为 1)共存的钙铝酸盐夹杂物，其 熔点较高，为钙处理所应避免的产物．这与钢中 w(Ca)/w(Al)比较低有关，见表 2． 表 2 VD 精炼后钢液中[%Ca]/[%Al]与[%Ca]/[%S] 编号 [%Als] [%S]/10−6 [%Ca]/10−6 [%Ca]/[%AlS] [%Ca]/[%S] 1 0.037 30 14 0.038 0.47 2 0.033 20 23 0.070 1.15 3 0.034 30 27 0.079 0.90 4 0.038 30 19 0.050 0.63 5 0.036 20 15 0.042 0.75 6 0.033 20 14 0.042 0.70 平均 0.035 25 18.66 0.053 0.75 Faulring 等[4]在分析水口堵塞原因时指出，为减
·100* 北京科技大学学报 2007年增刊1 少水口堵塞，改善钢水的流动性，应控制钢中的 为17.33×106，显微夹杂物数量为2.40mm-2,铸坯 [%Ca]/I%Al]>0.14.钢中的[%Ca/I%Al>0.14时， 具有较高的清洁度水平， 钢中钙活度位于12Ca0-7Al203与3Ca0Alz03之 (2)LF处理前后钢中显微非金属夹杂以长条及 间，鉴于此类研究，管线钢也应控制钢中的 块状的Al2O;夹杂和球块状的硅酸盐夹杂为主：VD w(Ca)/w(Al)>0.14,使棱角分明的Al2O3变性为球状 钙处理后，与钙处理前相比，由于喂入了CaSi线， 钙铝酸盐夹杂.但鞍钢X70中间包钢液中 绝大部分A12O,夹杂都得到不同程度的变性，转变 [%CaT%A1]处于0.038~0.079之间，平均值为 成各种钙铝酸盐及钙铝酸盐与CaS或MnS的复合 0.053,远小于0.14，因此A1203不能充分变性. 夹杂，并成为中间包钢水、铸坯中的主要夹杂物. 此外，管线钢生产中，为获得良好的对抗HⅢC (3)结晶器钢液及铸坯中出现了少量纯A1O3 性能，必须做到以下2条：一是把钢中的硫质量 夹杂，说明在中间包和结晶器中存在着一定程度的 分数降低到20x10-6或15×10-6以下，二是把w(Ca)/ 二次氧化. w(S)控制在2~5之间.如果(Ca)/hw(S)2,钢中就 (4)钢中w(Ca)hr(AI)和w(Ca)/hr(S)较低，钢中 仍存在MnS夹杂：如果w(Ca)hw(S)>5,纯CaO和 氧化物及硫化物夹杂未充分变性， CaS夹杂就出现在钢中，而无论是MnS还是CaS 参考文献 夹杂对钢质量都是不利的.鞍钢VD钙处理后钢中 v(Ca)/w(S)在0.47-1.15之间，平均值为0.75，小于 [1】战东平，姜周华，王文忠，等.高洁净度管线钢中元素的作用 w(Ca)/hw(S)>2的最低要求.因此应提高喂线速度、 与控制.解铁，2001(6)：70 [2]张彩军，郭艳永，蔡开科，等.管线钢连铸坯洁净度研究.钢 控制喂线深度或调整喂线角度，以提高钙的收得率； 铁，2003(5)：21 或在不改变现行喂线工艺条件下，增加SiCa线的喂 3】郑贻裕，胡会军.宝钢管线钢治炼技术与实物水平.北京科技 入量，以提高钢中有效钙含量， 大学学报，2005,27(suppl):7 [4]Faulring G M,Farrell J W,Hilty D C.Iron Steelmaker, 6结论 1980(7):14 [5】张彩军，蔡开科，袁伟霞.管线钢疏化物夹杂及钙处理效果研 (1)稳定浇注情况下，鞍钢X70铸坯中的T[O] 究.钢铁，2006(8)：33 Researches on X70 cleanliness in refine and continuous casting process YANG Lingli,LIU Jianhua,BAO Yanping,HAN Lina),REN Yi),ZHANG Shuai2) 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Anshan Iron and Steel Group Co.,Anshan 114021,China ABSTRACT Using systematic sampling and comprehensive analysis,the variation of total oxygen content and amount,dimension and distribution of nonmetallic inclusions were studied systematically during the production process of hot metal pretreatment-LD-LF-VD-slab CC in Angang.The results show that:(1)The average total oxygen content of slab is 17.33x10 and the number of micro inclusions is 2.40 mm2;(2)Before and after the LF process,micro nonmetallic inclusions in the steel are mainly strip or block Al2O3 and global or polyhedral silicate:after calcium treatment in VD,the pure brittle Al2O3 inclusions and harmful MnS inclusions along boundaries were not found;(3)The reappearance of Al2O3 inclusions in mold and slab indicates that secondary oxidation happens in the tundish or mold;(4)Oxide and sulfide inclusions are not modified fully. KEY WORDS X70:cleanliness:nonmetallic inclusions:calcium treatment
• 100 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 少水口堵塞，改善钢水的流动性，应控制钢中的 [%Ca]/[%Al]>0.14．钢中的[%Ca]/[%Al]>0.14 时， 钢中钙活度位于 12CaO·7Al2O3 与 3CaO·Al2O3 之 间．鉴于此类研究，管线钢也应控制钢中的 w(Ca)/w(Al)>0.14，使棱角分明的 Al2O3 变性为球状 钙铝酸盐夹杂．但鞍钢 X70 中间包钢液中 [%Ca]/[%Al] 处 于 0.038∼0.079 之间，平均值为 0.053，远小于 0.14，因此 Al2O3 不能充分变性． 此外，管线钢生产中，为获得良好的对抗 HIC 性能，必须做到以下 2 条[5]：一是把钢中的硫质量 分数降低到 20×10−6 或 15×10−6 以下，二是把 w(Ca)/ w(S)控制在 2~5 之间．如果 w(Ca)/w(S)5，纯 CaO 和 CaS 夹杂就出现在钢中，而无论是 MnS 还是 CaS 夹杂对钢质量都是不利的．鞍钢 VD 钙处理后钢中 w(Ca)/w(S)在 0.47~1.15 之间，平均值为 0.75，小于 w(Ca)/w(S)>2 的最低要求．因此应提高喂线速度、 控制喂线深度或调整喂线角度，以提高钙的收得率； 或在不改变现行喂线工艺条件下，增加 SiCa 线的喂 入量，以提高钢中有效钙含量． 6 结论 (1) 稳定浇注情况下，鞍钢 X70 铸坯中的 T[O] 为 17.33×10−6 ，显微夹杂物数量为 2.40 mm−2 ，铸坯 具有较高的清洁度水平． (2) LF 处理前后钢中显微非金属夹杂以长条及 块状的 Al2O3 夹杂和球块状的硅酸盐夹杂为主；VD 钙处理后，与钙处理前相比，由于喂入了 CaSi 线， 绝大部分 Al2O3 夹杂都得到不同程度的变性，转变 成各种钙铝酸盐及钙铝酸盐与 CaS 或 MnS 的复合 夹杂，并成为中间包钢水、铸坯中的主要夹杂物． (3) 结晶器钢液及铸坯中出现了少量纯 Al2O3 夹杂，说明在中间包和结晶器中存在着一定程度的 二次氧化． (4) 钢中 w(Ca)/w(Al)和 w(Ca)/w(S)较低，钢中 氧化物及硫化物夹杂未充分变性． 参 考 文 献 [1] 战东平，姜周华，王文忠，等. 高洁净度管线钢中元素的作用 与控制. 钢铁，2001(6)：70 [2] 张彩军，郭艳永，蔡开科，等. 管线钢连铸坯洁净度研究. 钢 铁，2003(5)：21 [3] 郑贻裕，胡会军. 宝钢管线钢冶炼技术与实物水平. 北京科技 大学学报，2005，27(suppl)：7 [4] Faulring G M, Farrell J W, Hilty D C. Iron Steelmaker, 1980(7)：14 [5] 张彩军，蔡开科，袁伟霞.管线钢硫化物夹杂及钙处理效果研 究.钢铁，2006(8)：33 Researches on X70 cleanliness in refine and continuous casting process YANG Lingli1), LIU Jianhua1), BAO Yanping1), HAN Lina1), REN Yi2), ZHANG Shuai2) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Anshan Iron and Steel Group Co., Anshan 114021, China ABSTRACT Using systematic sampling and comprehensive analysis, the variation of total oxygen content and amount, dimension and distribution of nonmetallic inclusions were studied systematically during the production process of hot metal pretreatment-LD-LF-VD-slab CC in Angang. The results show that: (1) The average total oxygen content of slab is 17.33×10−6 and the number of micro inclusions is 2.40 mm−2 ; (2) Before and after the LF process, micro nonmetallic inclusions in the steel are mainly strip or block Al2O3 and global or polyhedral silicate；after calcium treatment in VD, the pure brittle Al2O3 inclusions and harmful MnS inclusions along boundaries were not found; (3) The reappearance of Al2O3 inclusions in mold and slab indicates that secondary oxidation happens in the tundish or mold; (4) Oxide and sulfide inclusions are not modified fully. KEY WORDS X70; cleanliness; nonmetallic inclusions; calcium treatment
