帘线钢中氧化物夹杂控制技术在生产中的应用

D0:10.133745.issn1001-053x.2007.s1.031 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 帘线钢中氧化物夹杂控制技术在生产中的应用 郭大勇)马 成2) 张晓军2)耿继双) 宁东2) 曹亚丹) 1)鞍钢股份技术中心，鞍山114001 2)鞍钢股份一炼钢，鞍山114001 摘要在帘线钢治炼过程中，通过采用炉后弱脱氧、防止钢液污染，以及控制精炼顶渣碱度指数和A20,含量指数 等措施，使钢中夹杂物向低熔点区域转变，促进钢中夹杂物上浮、排出钢液，同时也使钢中残留氧化物夹杂具有良好 的变形性能.实践表明，通过采用上述工艺措施，帘线钢中夹杂物成分、尺寸和变形性得到了有效控制. 关健词帘线钢：夹杂物：精炼 分类号T℉703.54 用于生产钢帘线的帘线钢对钢的纯净度和钢中 分的目的，应将钢液中酸溶铝质量分数控制在 的非金属夹杂物要求非常严格，除对夹杂物数量和 0.0002%-0.0006%,钢液氧活度控制在0.0025% 尺寸有严格要求以外，对夹杂物的性能也有严格要 ~0.0050%之间.薛正良等6通过热力学计算认为， 求，即要求钢中的夹杂物尽可能是在热轧过程中能 为使帘线钢中夹杂物具有良好的变形性能，帘线钢 够变形的塑性夹杂物山.对于高碳硅锰脱氧钢，一 中的酸溶铝质量分数需要小于0.00035%.在实际生 般认为钢中主要存在两类非金属硅酸盐夹杂物： 产中，帘线钢中酸溶铝和氧活度的控制范围，应通 MnO2-SiO2-Al203系夹杂物和CaO-SiO2-Al203系 过钢中夹杂物成分的分析检测来具体确定. 夹杂物，在实际帘线钢中，主要存在的是 Sio, 0100 Ca0-SiO2-Al203系夹杂物2☑.在Ca0-Si02-Al2O3 三元系夹杂物中，钙斜长石(Ca0Al,O32SiO2)与假 硅灰石(CaO-SiO2)相邻的周边低熔点区有良好的变 w(CaO)/% 20 80 40/ w(SiO.)/ 6 形能力2).在这个区间内夹杂物中w(CaO)hw(SiO2) 在0.2~1.0之间，A1203质量分数在15%-25%之间. 60 40 1氧化物夹杂控制技术理论基础 80 20 100 帘线钢中氧化物夹杂控制技术的原理是，在帘 20 406080100 CaO 线钢治炼过程中，采取工艺措施使钢中的、夹杂物 wAl,O)/%→ AL,O. 向图1中的目标夹杂物类型转化3，).处于该区域内 图1 帘线钢中夹杂物的目标组成（图中阴影部分） 夹杂物熔点低，约1300℃，且具有良好的变形性.在 钢液中这种复合夹杂物容易积聚上浮，留在钢中的 夹杂物在轧制中变形成条状、线状.最理想的是夹 杂物Al203质量分数在20%左右，具有这个成分的 10 夹杂物的不变形指数最低，见图2，变形性最好) 在实际帘线钢治炼中，采用弱脱氧工艺，以防 ● 止钢中生成Al2O3或Al2O3含量高的不变形夹杂 ● 物.同时还应采取措施，即通过调整控制渣-钢精 ● ● 炼过程炉渣成分影响和控制钢液的酸溶铝含量和氧 05101520253035 活度，进而对夹杂物的成分进行控制.王新华等)] 火杂物A1,0含量/% 通过理论计算发现，为达到控制帘线钢中夹杂物成 图2夹杂物A12O3含量与不变形夹杂物指数的关系 收清日期：2007-02-10修回日期：2007-04-10 作者简介：郭大勇(1973一)，男，工程师，博士

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：2007−04−10 作者简介：郭大勇(1973 ⎯), 男，工程师，博士 帘线钢中氧化物夹杂控制技术在生产中的应用 郭大勇 1) 马 成 2) 张晓军 2) 耿继双 1) 宁 东 2) 曹亚丹 1) 1)鞍钢股份技术中心，鞍山 114001 2)鞍钢股份一炼钢，鞍山 114001 摘 要 在帘线钢冶炼过程中，通过采用炉后弱脱氧、防止钢液污染，以及控制精炼顶渣碱度指数和 Al2O3 含量指数 等措施，使钢中夹杂物向低熔点区域转变，促进钢中夹杂物上浮、排出钢液，同时也使钢中残留氧化物夹杂具有良好 的变形性能．实践表明，通过采用上述工艺措施，帘线钢中夹杂物成分、尺寸和变形性得到了有效控制． 关键词 帘线钢；夹杂物；精炼 分类号 TF 703.5+ 4 用于生产钢帘线的帘线钢对钢的纯净度和钢中 的非金属夹杂物要求非常严格，除对夹杂物数量和 尺寸有严格要求以外，对夹杂物的性能也有严格要 求，即要求钢中的夹杂物尽可能是在热轧过程中能 够变形的塑性夹杂物[1]．对于高碳硅锰脱氧钢，一 般认为钢中主要存在两类非金属硅酸盐夹杂物： MnO2−SiO2−Al2O3 系夹杂物和 CaO−SiO2−Al2O3 系 夹杂物．在实际帘线钢中，主要存在的是 CaO−SiO2−Al2O3 系夹杂物[2]．在 CaO−SiO2−Al2O3 三元系夹杂物中，钙斜长石(CaO·Al2O3·2SiO2)与假 硅灰石(CaO·SiO2)相邻的周边低熔点区有良好的变 形能力[2]．在这个区间内夹杂物中 w(CaO)/w(SiO2) 在 0.2~1.0 之间，Al2O3 质量分数在 15%~25%之间． 1 氧化物夹杂控制技术理论基础 帘线钢中氧化物夹杂控制技术的原理是，在帘 线钢冶炼过程中，采取工艺措施使钢中的、夹杂物 向图 1 中的目标夹杂物类型转化[3,4]．处于该区域内 夹杂物熔点低，约 1300℃，且具有良好的变形性．在 钢液中这种复合夹杂物容易积聚上浮，留在钢中的 夹杂物在轧制中变形成条状、线状．最理想的是夹 杂物 Al2O3 质量分数在 20%左右，具有这个成分的 夹杂物的不变形指数最低，见图 2，变形性最好[5]． 在实际帘线钢冶炼中，采用弱脱氧工艺，以防 止钢中生成 Al2O3 或 Al2O3 含量高的不变形夹杂 物．同时还应采取措施，即通过调整控制渣−钢精 炼过程炉渣成分影响和控制钢液的酸溶铝含量和氧 活度，进而对夹杂物的成分进行控制．王新华等[5] 通过理论计算发现，为达到控制帘线钢中夹杂物成 分的目的，应将钢液中酸溶铝质量分数控制在 0.0002%~0.0006%，钢液氧活度控制在 0.0025% ~0.0050%之间．薛正良等[6]通过热力学计算认为， 为使帘线钢中夹杂物具有良好的变形性能，帘线钢 中的酸溶铝质量分数需要小于 0.00035%．在实际生 产中，帘线钢中酸溶铝和氧活度的控制范围，应通 过钢中夹杂物成分的分析检测来具体确定． 图 1 帘线钢中夹杂物的目标组成(图中阴影部分) 图 2 夹杂物 Al2O3 含量与不变形夹杂物指数的关系 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.031

Vol.29 SuppL.1 郭大勇等：帝线钢中氯化物夹杂控制技术在生产中的应用 49 2氧化物夹杂控制技术实验研究 0.0030 2.1帘线钢中酸溶铝和氧活度控制 90.0020 为控制精炼过程钢液中酸溶铝和氧活度，在帘 线钢转炉炉后采用弱脱氧工艺，并且进行大氩气流 0.0010 量搅拌，促进脱氧剂与钢中氧，以及碳氧反应的充 分进行.同时采取相关工艺措施避免精炼和连铸过 0.0000 1234567 程钢液污染，防止钢液增铝、增氧. 罐号 为控制钢中夹杂物成分，在精炼过程使用低碱 图6精炼后帘线钢中氩活度 度渣进行钢-渣精炼，同时控制顶渣中Al2O,含量.实 际生产过程顶渣碱度指数控制在1.6-2.1，A1203含 2.2帘线钢中氧化物夹杂控制效果 量指数控制在10%~19%，见图3和图4. 表1为精炼后的帘线钢铸坯中夹杂物成分和尺 精炼后的钢液中酸溶铝和氧活度见图5和图 寸，其中3夹杂物的形貌和能谱分析见图7.由该 6.由图5可知，经过精炼后帘线钢中的酸溶铝含量 表1可知，通过实施夹杂物控制技术使最终铸坯中 接近理论计算要求.由图6可知，精炼后帘线钢中 大部分夹杂物成分控制在夹杂物变形性最好的 的氧活度达到了理论要求， Al203质量分数为20%左右，w(CaO)hv(Si02)在 2.5 0.2~0.6之间的夹杂物成分区域内，达到了控制帘线 2.0 钢中夹杂物成分的目的.通过与精炼过程夹杂物成 分和尺寸对比（见表2），可以看出，精炼过程开 1.5 始的钢样中的夹杂物成分不在夹杂物成分控制的理 1.0 想区域内，表明在帘线钢精炼过程具有理想成分的 0.5 夹杂物处于低熔点区，且夹杂物尺寸较大，易于上 0.0 浮，被顶渣吸附.在钢样中不易发现具有该成分的 1234567 8 夹杂物，只保留了高熔点夹杂 罐号 图3帘线钢精炼顶渣碱度指数 在连铸过程中，经过控制后的具有理想成分的 20 部分夹杂物，由于尺寸较小，不具备被保护渣吸附 的条件而保留在铸坯中，因而可以在铸坯中被发 现.由图8和图9，精炼开始和精炼中期的氧化物 夹杂尺寸对比发现，通过实施帘线钢中夹杂物控制 10 技术，使帘线钢中氧化物夹杂的尺寸明显减小 表1帘线钢铸坯中氧化物夹杂成分和平均尺寸 序号w(CaO)hr(SiO2)w(Al2O3)/%平均尺寸/m 45678 1° 0.2 22 罐号 0.2 21 图4帘线钢精炼顶渣A1203分量指数 3 0.1 19 <20 0.5 0.0020 25 5 0.4 23 0.0015 0.0010 表2帘线钢精炼过程氧化物夹杂成分和尺寸 位置 w(CaO/h(SiO2)w(Al2O/%尺寸/m 0.0005 精炼开始 0.6 80 0.0000 精炼中期 0.8 20 45 6 0.9 5 30 罐号 图5精炼后帘线钢中酸溶铝含量

Vol.29 Suppl.1 郭大勇等：帘线钢中氧化物夹杂控制技术在生产中的应用 • 49 • 2 氧化物夹杂控制技术实验研究 2.1 帘线钢中酸溶铝和氧活度控制 为控制精炼过程钢液中酸溶铝和氧活度，在帘 线钢转炉炉后采用弱脱氧工艺，并且进行大氩气流 量搅拌，促进脱氧剂与钢中氧，以及碳氧反应的充 分进行．同时采取相关工艺措施避免精炼和连铸过 程钢液污染，防止钢液增铝、增氧． 为控制钢中夹杂物成分，在精炼过程使用低碱 度渣进行钢-渣精炼，同时控制顶渣中 Al2O3含量．实 际生产过程顶渣碱度指数控制在 1.6~2.1，Al2O3 含 量指数控制在 10%~19%，见图 3 和图 4． 精炼后的钢液中酸溶铝和氧活度见图 5 和图 6．由图 5 可知，经过精炼后帘线钢中的酸溶铝含量 接近理论计算要求．由图 6 可知，精炼后帘线钢中 的氧活度达到了理论要求． 图 3 帘线钢精炼顶渣碱度指数 图 4 帘线钢精炼顶渣 Al2O3 分量指数 图 5 精炼后帘线钢中酸溶铝含量 图 6 精炼后帘线钢中氧活度 2.2 帘线钢中氧化物夹杂控制效果 表 1 为精炼后的帘线钢铸坯中夹杂物成分和尺 寸，其中 3# 夹杂物的形貌和能谱分析见图 7．由该 表 1 可知，通过实施夹杂物控制技术使最终铸坯中 大部分夹杂物成分控制在夹杂物变形性最好的 Al2O3 质量分数为 20%左右， w(CaO)/w(SiO2)在 0.2~0.6 之间的夹杂物成分区域内，达到了控制帘线 钢中夹杂物成分的目的．通过与精炼过程夹杂物成 分和尺寸对比（见表 2），可以看出，精炼过程开 始的钢样中的夹杂物成分不在夹杂物成分控制的理 想区域内，表明在帘线钢精炼过程具有理想成分的 夹杂物处于低熔点区，且夹杂物尺寸较大，易于上 浮，被顶渣吸附．在钢样中不易发现具有该成分的 夹杂物，只保留了高熔点夹杂． 在连铸过程中，经过控制后的具有理想成分的 部分夹杂物，由于尺寸较小，不具备被保护渣吸附 的条件而保留在铸坯中，因而可以在铸坯中被发 现．由图 8 和图 9，精炼开始和精炼中期的氧化物 夹杂尺寸对比发现，通过实施帘线钢中夹杂物控制 技术，使帘线钢中氧化物夹杂的尺寸明显减小． 表 1 帘线钢铸坯中氧化物夹杂成分和平均尺寸 序号 w(CaO)/w(SiO2) w(Al2O3)/% 平均尺寸/µm 1# 0.2 22 2# 0.2 21 3# 0.1 19 4# 0.5 25 5# 0.4 23 <20 表 2 帘线钢精炼过程氧化物夹杂成分和尺寸 位置 w(CaO)/w(SiO2) w(Al2O3)/% 尺寸/µm 精炼开始 0.6 6 80 0.8 5 20 精炼中期 0.9 5 30

50· 北京科技大学学报 2007年增刊1 (a) (a) 20.0kWxi000024m■ 242004YX100020Um 2.75) 4.5 Si 2.20 3.6 Ca 0 1.65 2.7 1.8 Al 0.55 Mn 0.9 Mg Ti Mn KCa Ti Fe Fe 1.00 3.005.00 7.00 9.00 1.00 3.005.00 7.009.00 E/keV E/keV 图73夹杂物成分和尺寸 图9精炼中期钢液中氧化物夹杂成分和尺寸 (a) (a) 5um 2320060050m 2.750 3.25b Si 2.20 2.60 0 邕1.65 赵1.950 Al 130 Ca 0.55 Mn 0.65 Mg Mg 0.00LA/FE5KaTi Fe Mn A Ti 1.00 3.00 5.00 7.009.00 0.00 1.00 3.005.00 7.009.00 E/keV E/keV 图10帘线钢盘条中的氧化物夹杂形貌 图8精炼开始钢液中氧化物夹杂成分和尺寸 因残留在钢中夹杂物具有理想成分和良好的变 3 结论 形性能，在帘线钢轧制成盘条过程中，夹杂物沿着 轧制方向被轧制、伸长，形成如图10所示的帘线钢 在帘线钢冶炼过程中，通过采用炉后弱脱氧、 盘条中氧化物夹杂形貌，表明在实际帘线钢生产过 防止钢液污染、控制精炼顶渣碱度指数和A12O3含 程实施的炉后弱脱氧、精炼渣成分控制等技术，达 量指数等措施，控制钢中夹杂物成分，使钢中夹杂 到控制夹杂物变形性能的目的. 物向低熔点区域转变，促进钢中夹杂物上浮、排出

• 50 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 图 7 3# 夹杂物成分和尺寸 图 8 精炼开始钢液中氧化物夹杂成分和尺寸 因残留在钢中夹杂物具有理想成分和良好的变 形性能，在帘线钢轧制成盘条过程中，夹杂物沿着 轧制方向被轧制、伸长，形成如图 10 所示的帘线钢 盘条中氧化物夹杂形貌，表明在实际帘线钢生产过 程实施的炉后弱脱氧、精炼渣成分控制等技术，达 到控制夹杂物变形性能的目的． 图 9 精炼中期钢液中氧化物夹杂成分和尺寸 图 10 帘线钢盘条中的氧化物夹杂形貌 3 结论 在帘线钢冶炼过程中，通过采用炉后弱脱氧、 防止钢液污染、控制精炼顶渣碱度指数和 Al2O3 含 量指数等措施，控制钢中夹杂物成分，使钢中夹杂 物向低熔点区域转变，促进钢中夹杂物上浮、排出

Vol.29 Suppl.I 郭大勇等：帘线钢中氯化物夹杂控制技术在生产中的应用 51 钢液，同时也使钢中残留氧化物夹杂具有良好的变[3]卓晓军，王立峰，王新华，王万军.帘线钢中 形性能.实践表明，通过采用上述工艺措施，使帘 Ca0-Si0-Al203类夹杂物成分的控制.钢铁研究学 线钢中夹杂物尺寸、成分和变形性得到了有效控制. 报，2005,17(4)：26 [4)蒋跃东，桂美文.帘线钢盘条的研制.炼钢，2004， 参考文献： 20(1):39 [S)]Maeda S.用合成渣精炼法控制高抗拉轮胎钢丝钢中 [1]王承宽.钢帘线钢的生产.钢铁技术，2003(4)：1 [2]王立峰，张炯明，王新华，王万军.低碱度顶渣控 夹杂物的形状.国外钢铁，1990(9)：21 [6]王新华，王立峰，硬线钢中非金属夹杂物控制.金 制帘线钢中CaO-SiO-Al2O3-MgO类夹杂物成分的实 验研究.北京科技大学学报，2004,26(1)：27 属制品，2005,31(5)：9 Industrial application of control technology of oxide inclusions in tyre cord steel GUO Dayong MA Cheng.ZHANG Xiaojun2).GENG Jisuang NING Dong?).CAO Yadan 1)Technology Center of Angang,Anshan 114001,China 2)The First Steelmaking Plant of Angang,Anshan 114001,China ABSTRACT In steel making for tyre cord,weak deoxidation,prevention of reoxidation,and control of ba- sicity and Al2O3 content in refining slag were adopted to decrease the melting point of inclusions in liquid steel and promote floating upward of inclusions.It was proved that the composition,size and deformation ability of inclusions in tyre cord were promoted by the application of the abovementioned technologies. KEY WORDS tyre cord steel rod;inclusion;refinging

Vol.29 Suppl.1 郭大勇等：帘线钢中氧化物夹杂控制技术在生产中的应用 • 51 • 钢液，同时也使钢中残留氧化物夹杂具有良好的变 形性能．实践表明，通过采用上述工艺措施，使帘 线钢中夹杂物尺寸、成分和变形性得到了有效控制． 参 考 文 献： [1] 王承宽．钢帘线钢的生产．钢铁技术，2003(4)：1 [2] 王立峰，张炯明，王新华，王万军．低碱度顶渣控 制帘线钢中 CaO−SiO−Al2O3−MgO 类夹杂物成分的实 验研究．北京科技大学学报，2004，26(1)：27 [3] 卓晓军，王立峰，王新华，王万军．帘线钢中 CaO−SiO−Al2O3 类夹杂物成分的控制．钢铁研究学 报，2005，17(4)：26 [4] 蒋跃东，桂美文．帘线钢盘条的研制．炼钢，2004， 20(1)：39 [5] Maeda S．用合成渣精炼法控制高抗拉轮胎钢丝钢中 夹杂物的形状．国外钢铁，1990(9)：21 [6] 王新华，王立峰．硬线钢中非金属夹杂物控制．金 属制品，2005，31(5)：9 Industrial application of control technology of oxide inclusions in tyre cord steel GUO Dayong1), MA Cheng2), ZHANG Xiaojun2), GENG Jisuang1), NING Dong2), CAO Yadan1) 1) Technology Center of Angang, Anshan 114001, China 2) The First Steelmaking Plant of Angang, Anshan 114001, China ABSTRACT In steel making for tyre cord, weak deoxidation, prevention of reoxidation, and control of ba￾sicity and Al2O3 content in refining slag were adopted to decrease the melting point of inclusions in liquid steel and promote floating upward of inclusions. It was proved that the composition, size and deformation ability of inclusions in tyre cord were promoted by the application of the abovementioned technologies. KEY WORDS tyre cord steel rod; inclusion; refinging