第7期 张静等：精炼渣成分对高强度低合金钢中非金属夹杂物影响 ·829 的缺陷比率却有较大增长 90min,然后将坩埚快速取出并淬水冷却.对实验后 由于夹杂物组成与钢水炉外精炼渣密切相 的钢样和渣样进行化学成分分析，并采用电子显微 关6-，本研究采用渣一钢反应平衡的方法，研究了 镜、能谱和金相显微镜对钢中非金属夹杂物进行分 不同碱度和A!,03含量的精炼渣对高强度低合金钢 析检验 中非金属夹杂物的影响，探索采用较低碱度炉渣抑 2结果分析讨论 制钢中生成低熔点mCaO·nA山O,类夹杂物的可能. 为了研究炉渣对钢中非金属夹杂物的影响，实 1 研究方法 验前配置不同碱度(w(Ca0)/w(Si02))和AL,03含 渣-钢平衡实验在高温管式Si一Mo炉中进行， 量的炉渣（其化学成分见表1），渣钢反应90min后 炉内刚玉质反应管的恒温带（±5℃）长度为20cm. 钢水和炉渣化学成分分别见表2和表3，炉渣碱度 温度采用PD自动控制，控制精度为±1℃，反应的 为1.9~4.5，Al,03质量分数为21%~33%. 实际温度由坩锅底部的测温热电偶获得.实验时由 表1实验前渣样的化学成分 炉管底部通入高纯的氩气进行气氛保护，上部用高 Table 1 Chemical composition of slags before experiment 温橡胶密封 质量分数/% (CaO)/ 渣系 实验采用内径30mm的Mg0坩埚，钢样和炉渣 Cao Si02 Al203 Mgo w(Si02) 样质量分别为200g和40g,其中渣料由分析纯 43.00 21.50 25 饱和 2.0 AL,03、Ca0、SiO2和Mg0化学试剂配制，对Ca0进 2 54.25 15.50 25 饱和 3.5 行了预脱水处理.实验时先将钢样放入坩埚底部， 55.00 11.00 25 饱和 5.0 再将搅拌均匀的渣料装入坩埚，随后将坩埚放入炉 56.78 16.22 20 饱和 3.5 内后将炉管密闭，底部通入高纯氩气20min后按设 5 48.23 13.77 30 饱和 3.5 定升温速度升温至1600℃，在此温度下保温 表2实验结束后钢水成分（质量分数） Table 2 Composition of molten steel after experiment 号 渣系 C Si Mn Ca Mg Als T.0 1 0.048 0.19 1.72 0.0070 0.0010 0.00088 0.00074 0.0041 0.0019 2 0.041 0.18 1.78 0.0080 0.0003 0.00092 0.00074 0.0066 0.0014 3 0.044 0.17 1.78 0.0070 0.0003 0.00099 0.00048 0.0078 0.0007 4 0.044 0.17 1.77 0.0065 0.0004 0.00098 0.00054 0.0060 0.0010 5 0.048 0.17 1.76 0.0082 0.0006 0.00100 0.00100 0.0064 0.0016 表3实验结束后炉渣的化学成分 Table 3 Chemical composition of slags after experiment L=0(S) w(S]) (1) i (Ca0)/ 质量分数/% 式中，Ls为硫分配系数，w((S))为炉渣中硫的质量 渣系 (Si02) AL203 Mgo TFe MnO 分数，(S])为钢液中硫的质量分数. 1 1.93 24.48 13.650.011 0.44 由于反应前钢样中S含量很低(1.2×10-5)， 2 3.26 25.00 8.660.016 0.28 因此五个渣系的脱硫率分别是17%、75%、75%、 3 4.54 26.12 9.56 0.017 0.26 67%和50%，可得渣系2、3、4的脱硫能力比较好. 4 3.27 21.22 9.760.017 0.30 2.2非金属夹杂物的形貌和成分 5 3.31 30.04 10.190.014 0.27 将实验所得钢样（高约3cm)的上表面（与炉 渣接触的表面)和中间面（试样高度12处的表 2.1钢中硫含量对比 面)制成金相表面，用扫描电镜对该表面上的非金 炉渣和钢液反应90min后钢中S的质量分数为 属夹杂物进行观察，并用能谱仪分析其成分，每个 (3~10)×10-6,渣中S的质量分数为0.011%~ 表面随机观察20个夹杂物，每个试样共观察统计 0.017%,根据下式o计算得到五个渣系的硫分配 40个夹杂物.通过研究发现各渣系绝大多数夹杂 系数L分别是11、53、57、43和23. 物都呈球状或类球状，尺寸在5μm以下；夹杂物第 7 期 张 静等: 精炼渣成分对高强度低合金钢中非金属夹杂物影响 的缺陷比率却有较大增长． 由于夹杂物组 成 与 钢 水 炉 外 精 炼 渣 密 切 相 关［6--9］，本研究采用渣--钢反应平衡的方法，研究了 不同碱度和 Al2O3 含量的精炼渣对高强度低合金钢 中非金属夹杂物的影响，探索采用较低碱度炉渣抑 制钢中生成低熔点 mCaO·nAl2O3 类夹杂物的可能． 1 研究方法 渣--钢平衡实验在高温管式 Si--Mo 炉中进行， 炉内刚玉质反应管的恒温带( ± 5 ℃ ) 长度为 20 cm． 温度采用 PID 自动控制，控制精度为 ± 1 ℃，反应的 实际温度由坩锅底部的测温热电偶获得． 实验时由 炉管底部通入高纯的氩气进行气氛保护，上部用高 温橡胶密封． 实验采用内径 30 mm 的 MgO 坩埚，钢样和炉渣 样质量 分 别 为 200 g 和 40 g，其 中 渣 料 由 分 析 纯 Al2O3、CaO、SiO2 和 MgO 化学试剂配制，对 CaO 进 行了预脱水处理． 实验时先将钢样放入坩埚底部， 再将搅拌均匀的渣料装入坩埚，随后将坩埚放入炉 内后将炉管密闭，底部通入高纯氩气 20 min 后按设 定升 温 速 度 升 温 至 1 600 ℃，在此温度下保温 90 min，然后将坩埚快速取出并淬水冷却． 对实验后 的钢样和渣样进行化学成分分析，并采用电子显微 镜、能谱和金相显微镜对钢中非金属夹杂物进行分 析检验． 2 结果分析讨论 为了研究炉渣对钢中非金属夹杂物的影响，实 验前配置不同碱度( w( CaO) /w( SiO2 ) ) 和 Al2O3 含 量的炉渣( 其化学成分见表 1) ，渣钢反应 90 min 后 钢水和炉渣化学成分分别见表 2 和表 3，炉渣碱度 为 1. 9 ～ 4. 5，Al2O3 质量分数为 21% ～ 33% ． 表 1 实验前渣样的化学成分 Table 1 Chemical composition of slags before experiment 渣系 质量分数/% CaO SiO2 Al2O3 MgO w( CaO) / w( SiO2 ) 1 43. 00 21. 50 25 饱和 2. 0 2 54. 25 15. 50 25 饱和 3. 5 3 55. 00 11. 00 25 饱和 5. 0 4 56. 78 16. 22 20 饱和 3. 5 5 48. 23 13. 77 30 饱和 3. 5 表 2 实验结束后钢水成分( 质量分数) Table 2 Composition of molten steel after experiment % 渣系 C Si Mn P S Ca Mg Als T． O 1 0. 048 0. 19 1. 72 0. 007 0 0. 001 0 0. 000 88 0. 000 74 0. 004 1 0. 001 9 2 0. 041 0. 18 1. 78 0. 008 0 0. 000 3 0. 000 92 0. 000 74 0. 006 6 0. 001 4 3 0. 044 0. 17 1. 78 0. 007 0 0. 000 3 0. 000 99 0. 000 48 0. 007 8 0. 000 7 4 0. 044 0. 17 1. 77 0. 006 5 0. 000 4 0. 000 98 0. 000 54 0. 006 0 0. 001 0 5 0. 048 0. 17 1. 76 0. 008 2 0. 000 6 0. 001 00 0. 001 00 0. 006 4 0. 001 6 表 3 实验结束后炉渣的化学成分 Table 3 Chemical composition of slags after experiment 渣系 w( CaO) / w( SiO2 ) 质量分数/% Al2O3 MgO S TFe + MnO 1 1. 93 24. 48 13. 65 0. 011 0. 44 2 3. 26 25. 00 8. 66 0. 016 0. 28 3 4. 54 26. 12 9. 56 0. 017 0. 26 4 3. 27 21. 22 9. 76 0. 017 0. 30 5 3. 31 30. 04 10. 19 0. 014 0. 27 2. 1 钢中硫含量对比 炉渣和钢液反应90 min 后钢中 S 的质量分数为 ( 3 ～ 10) × 10 － 6 ，渣中 S 的质量分数为 0. 011% ～ 0. 017% ，根据下式［10］计算得到五个渣系的硫分配 系数 LS分别是 11、53、57、43 和 23． LS = w( ( S) ) w( ［S］) ( 1) 式中，LS为硫分配系数，w( ( S) ) 为炉渣中硫的质量 分数，w( ［S］) 为钢液中硫的质量分数． 由于反应前钢样中 S 含量很低( 1. 2 × 10 － 5 ) ， 因此五个渣系的脱硫率分别是 17% 、75% 、75% 、 67% 和 50% ，可得渣系 2、3、4 的脱硫能力比较好． 2. 2 非金属夹杂物的形貌和成分 将实验所得钢样( 高约 3 cm) 的上表面( 与炉 渣接触的表面) 和中间面( 试样高度 1 /2 处 的 表 面) 制成金相表面，用扫描电镜对该表面上的非金 属夹杂物进行观察，并用能谱仪分析其成分，每个 表面随机观察 20 个夹杂物，每个试样共观察统计 40 个夹杂物． 通过研究发现各渣系绝大多数夹杂 物都呈球状或类球状，尺寸在 5 μm 以下; 夹杂物 ·829·