不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2007.s1.011 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 不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较 王剑斌)李京社) 唐海燕)朱经涛2) 汪春雷2) 赖朝斌2) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)新余钢铁有限责任公司公司，新余338001 摘要通过对新钢改进钢包吹氩工艺后的钢样电解分析发现，改进后的钢包吹氩工艺对大型夹杂物平均去除率达到 了34.3%，特别是对于直径大于300m的大型夹杂物去除率达到100%.利用扫描电镜对所取金相试样进行了夹杂物 分析，确定了钢液中夹杂物的类型主要有：硅酸盐和硫化锰.利用金相显微镜对金相样中的显微夹杂物进行统计分析 发现，改进吹氩方案下各个粒径范围的显微夹杂物都有一定减少，由此表明改进吹氩方案对显微夹杂物的去除有显著 效果.吹氩的合理与否将直接决定钢液中的大型夹杂物和显微夹杂物的去除率. 关键词钢包：吹氩：大型夹杂物：显微夹杂物：扫描电镜 分类号TF703.5*4 为了提高钢包吹氩精炼效果，新余钢铁公司炼 尺寸为5~9μm:夹杂物a为球形硅锰酸盐，4μm: 钢厂对钢包吹氩工艺进行了改进，调整了钢包吹氩 夹杂物f为条状硅酸盐，10um. 位置.为了检验改进后钢包吹氩的钢水精炼效果， 表12#样夹杂物成分（质量分数） 开展了本研究工作.在正常的转炉一钢包精炼一连 铸工艺条件下，共取了四个金相试样，编号为1#、 No. SiO2 MnO FeO Al203 75.81 1.63 12.93 5.34 4.29 2#、3#、4#,在铸坯上取了两个电解试样，编号5#、 6 86.17 3.46 5.13 5.25 6#,其中2#、3#、5#为原吹氩方案下所取的试样， 79.24 6.53 8.95 5.28 1#、4#、6#为在改进吹氩方案后所取的试样，利用 24.82 48.29 26.89 扫描电镜对金相试样进行夹杂物的成分、尺寸分析， 24.91 53.15 21.93 对电解试样进行电解，分析大型氧化物夹杂的总量 93.76 6.24 和粒径 2.63 23.89 56.21 17.27 6 25.09 41.62 33.29 1金相样分析 2)4#样分析结果 1.1金相样扫描电镜分析 通过扫描电镜的分析，4#试样中的夹杂物主要 根据试样加工情况和所取试样的代表性，本文 有以下几类（见表2和图2）： 选择2#、4#的试样分析讨论， (1)硅酸盐（硅锰酸盐，硅铝酸盐），球形、多边 1)2#样分析结果. 形和三角形，尺寸5um左右，数量最多： 通过扫描电镜的分析，2#试样中的夹杂物主要 (2)链状硫化锰，尺寸10μm左右，数量较少. 有以下几类（见表1和图1）： 由表2、图2可以看出，夹杂物a为球形硅酸 (1)不规则硫化锰，尺寸5~9μm,数量较多： 盐，Sum左右，夹杂物b为三角形硅铝酸盐夹杂， (2)中心为硅酸盐（主要是SiO2)边缘为硫化锰 5um左右，夹杂物c为链状硫化锰，10um左右， 球形夹杂物，尺寸在4~6um,此类夹杂数量较多： 夹杂物d为多边形硅酸盐，4μm左右. (3)长条形硅酸盐，尺寸10μm,数量较少. 1.21#~4#样显微夹杂物数量分析 由表1、图1可以看出，夹杂物b、c是中心为 对1#~4#样在640倍光学显微镜下进行夹杂物 硅酸盐边缘有一薄层为硫化锰的球形夹杂物，尺寸 数量统计，统计分4个尺寸级别，分别为0-2.5um、 4~6um:夹杂物d、e、g、h为多边形硫化锰夹杂， 2.5~5um、5~10μm、>10um,统计结果见图3. 收精日期：2007-02-01修回日期：2007-04-15 作者简介：王剑斌(1982一).男，硕士

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：2007−02−01 修回日期：2007−04−15 作者简介：王剑斌(1982—),男，硕士 不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较 王剑斌 1) 李京社 1) 唐海燕 1) 朱经涛 2) 汪春雷 2) 赖朝斌 2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 新余钢铁有限责任公司公司，新余 338001 摘 要 通过对新钢改进钢包吹氩工艺后的钢样电解分析发现，改进后的钢包吹氩工艺对大型夹杂物平均去除率达到 了 34.3%，特别是对于直径大于 300 µm 的大型夹杂物去除率达到 100%．利用扫描电镜对所取金相试样进行了夹杂物 分析，确定了钢液中夹杂物的类型主要有：硅酸盐和硫化锰．利用金相显微镜对金相样中的显微夹杂物进行统计分析 发现，改进吹氩方案下各个粒径范围的显微夹杂物都有一定减少，由此表明改进吹氩方案对显微夹杂物的去除有显著 效果．吹氩的合理与否将直接决定钢液中的大型夹杂物和显微夹杂物的去除率． 关键词 钢包；吹氩；大型夹杂物；显微夹杂物；扫描电镜 分类号 TF703.5+ 4 为了提高钢包吹氩精炼效果，新余钢铁公司炼 钢厂对钢包吹氩工艺进行了改进，调整了钢包吹氩 位置．为了检验改进后钢包吹氩的钢水精炼效果， 开展了本研究工作．在正常的转炉⎯钢包精炼⎯连 铸工艺条件下，共取了四个金相试样，编号为 1#、 2#、3#、4#，在铸坯上取了两个电解试样，编号 5#、 6#，其中 2#、3#、5#为原吹氩方案下所取的试样， 1#、4#、6#为在改进吹氩方案后所取的试样．利用 扫描电镜对金相试样进行夹杂物的成分、尺寸分析， 对电解试样进行电解，分析大型氧化物夹杂的总量 和粒径． 1 金相样分析 1.1 金相样扫描电镜分析 根据试样加工情况和所取试样的代表性，本文 选择 2#、4#的试样分析讨论． 1) 2#样分析结果． 通过扫描电镜的分析，2#试样中的夹杂物主要 有以下几类 (见表 1 和图 1)： (1) 不规则硫化锰，尺寸 5~9 µm，数量较多； (2) 中心为硅酸盐(主要是 SiO2)边缘为硫化锰 球形夹杂物，尺寸在 4~6 µm，此类夹杂数量较多； (3) 长条形硅酸盐，尺寸 10 µm，数量较少． 由表 1、图 1 可以看出，夹杂物 b、c 是中心为 硅酸盐边缘有一薄层为硫化锰的球形夹杂物，尺寸 4~6 µm；夹杂物 d、e、g、h 为多边形硫化锰夹杂， 尺寸为 5~9 µm；夹杂物 a 为球形硅锰酸盐，4 µm； 夹杂物 f 为条状硅酸盐，10 µm． 表 1 2#样夹杂物成分(质量分数) % No. SiO2 S MnO FeO Al2O3 a 75.81 1.63 12.93 5.34 4.29 b 86.17 3.46 5.13 5.25 c 79.24 6.53 8.95 5.28 d 24.82 48.29 26.89 e 24.91 53.15 21.93 f 93.76 6.24 g 2.63 23.89 56.21 17.27 h 25.09 41.62 33.29 2) 4#样分析结果． 通过扫描电镜的分析，4#试样中的夹杂物主要 有以下几类(见表 2 和图 2)： (1) 硅酸盐(硅锰酸盐,硅铝酸盐)，球形、多边 形和三角形，尺寸 5 µm 左右，数量最多； (2) 链状硫化锰，尺寸 10 µm 左右，数量较少． 由表 2、图 2 可以看出，夹杂物 a 为球形硅酸 盐，5 µm 左右，夹杂物 b 为三角形硅铝酸盐夹杂， 5 µm 左右，夹杂物 c 为链状硫化锰，10 µm 左右， 夹杂物 d 为多边形硅酸盐，4 µm 左右． 1.2 1#~4#样显微夹杂物数量分析 对 1#~4#样在 640 倍光学显微镜下进行夹杂物 数量统计，统计分 4 个尺寸级别，分别为 0~2.5 µm、 2.5~5 µm、5~10 µm、>10 µm，统计结果见图 3． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.011

Vol.29 Suppl.1 王剑斌等：不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较 ·123- 对应的粒径夹杂物数量分别为15.3个mm2、21个 /mm2、9.6个mm2,1#样与2#样相比0-2.5um、2.5~5 um、5~10μm范围的粒径的夹杂物数量分别减少 46.5%、27.6%、54.5%. 比较3#样和4#样中显微夹杂数量，3#样中的 0-2.5um、2.5~5um、5~10μm、>10μm夹杂物数 量分别为14.6个/mm2、20.4个/mm2、13.3个/mm2、 4.2个mm2,而4#样中对应的粒径夹杂物数量分别 为13.7个/mm2、17.8个/mm2、8.4个/mm2、3.1个 /mm2,4#样与3#样相比0-2.5μm、2.5-5μm、5~10 μm、>10μm范围的粒径的夹杂物数量分别减少 6.2%、12.8%、36.8%、26.2%.由此可以看出改进 吹氩方案对显微夹杂物的去除效果非常好， 30 28.6 29 口1#样 ■2#样 20.4 21.1 口3#样 20 14.6 117.8 口4#样 13.7 13.3 0 9.6 8.4 4.2 23 31 02.5 2.55 510 >10 夹杂物粒径/um 图3显微夹杂物数量 图12#样夹杂物图片 2 电解大样大型夹杂分析结果 表24#样夹杂物成分（质量分数） % 在铸坯上取两块试样，切割成电解大样进行电 No. SiO2 s MnO FeO Al203 解分析大型夹杂物的含量及粒径分布，其中5#样是 a 98.80 1.20 在原吹氩方案下取的铸坯电解大样，6#样为在改进 b 28.28 65.71 3.90 的吹氩方案下取的电解大样.将5#样和6#样进行大 c 24.17 50.99 24.84 样电解分析，表3为大样电解后的大型夹杂物分析 d 92.58 1.26 6.16 结果 由表3的结果可以看出，按原吹氩方案吹氩， 铸坯中的大型氧化物夹杂的总含量为38.5mg10 kg,其中<80m的占26.9%，80-140μm的占31.3%， 140-300um的占19.4%，>300μm的占22.4%，即 原吹氩方案所取的铸坯样中的大型氧化物夹杂物在 各个粒径范围都有较多分布. 改进方案吹氩后所取铸坯样中的大型氧化夹杂 的总含量为25.3mg10kg,其中<80um的占26.2%， 80-140μm的占45.2%，140-300μm的占28.6%， >300μm的大型氧化夹杂没有. 图24#样夹杂物图片 比较6#样与5#样的大型氧化物夹杂结果，可以 比较1#样和2#样中显微夹杂数量，2#样中的 看出，改进吹氩方案后所取铸坯样大型氧化物夹杂 0-2.5μm、2.5-5um、5-10μm夹杂物数量分别为 总量和各个粒径范围的大型氧化物夹杂数量都有不 28.6个/mm2、29个/mm2、21.1个/mm2,而1#样中 同程度的减少，其中总量减少34.3%，而<80um

Vol.29 Suppl.1 王剑斌等：不同钢包吹氩工艺对夹杂物去除效果的比较 • 123 • 图 1 2#样夹杂物图片 表 2 4#样夹杂物成分(质量分数) % No. SiO2 S MnO FeO Al2O3 a 98.80 1.20 b 28.28 65.71 3.90 c 24.17 50.99 24.84 d 92.58 1.26 6.16 图 2 4#样夹杂物图片 比较 1#样和 2#样中显微夹杂数量，2#样中的 0~2.5 µm、2.5~5 µm、5~10 µm 夹杂物数量分别为 28.6 个/mm2 、29 个/mm2 、21.1 个/mm2 ，而 1#样中 对应的粒径夹杂物数量分别为 15.3 个/mm2 、21 个 /mm2 、9.6 个/mm2 ，1#样与 2#样相比 0~2.5 µm、2.5~5 µm、5~10 µm 范围的粒径的夹杂物数量分别减少 46.5%、27.6%、54.5%． 比较 3#样和 4#样中显微夹杂数量，3#样中的 0~2.5 µm、2.5~5 µm、5~10 µm、>10 µm 夹杂物数 量分别为 14.6 个/mm2 、20.4 个/mm2 、13.3 个/mm2 、 4.2 个/mm2 ，而 4#样中对应的粒径夹杂物数量分别 为 13.7 个/mm2 、17.8 个/mm2 、8.4 个/mm2 、3.1 个 /mm2 ，4#样与 3#样相比 0~2.5 µm、2.5~5 µm、5~10 µm、>10 µm 范围的粒径的夹杂物数量分别减少 6.2%、12.8%、36.8%、26.2%．由此可以看出改进 吹氩方案对显微夹杂物的去除效果非常好． 图 3 显微夹杂物数量 2 电解大样大型夹杂分析结果 在铸坯上取两块试样，切割成电解大样进行电 解分析大型夹杂物的含量及粒径分布，其中 5#样是 在原吹氩方案下取的铸坯电解大样，6#样为在改进 的吹氩方案下取的电解大样．将 5#样和 6#样进行大 样电解分析，表 3 为大样电解后的大型夹杂物分析 结果． 由表 3 的结果可以看出，按原吹氩方案吹氩， 铸坯中的大型氧化物夹杂的总含量为 38.5 mg/10 kg，其中<80 m 的占 26.9%，80~140 µm 的占 31.3%， 140~300 µm 的占 19.4%，>300 µm 的占 22.4%，即 原吹氩方案所取的铸坯样中的大型氧化物夹杂物在 各个粒径范围都有较多分布． 改进方案吹氩后所取铸坯样中的大型氧化夹杂 的总含量为 25.3 mg/10 kg，其中<80 µm 的占 26.2%， 80~140 µm 的占 45.2%，140~300 µm 的占 28.6%， >300 µm 的大型氧化夹杂没有． 比较 6#样与 5#样的大型氧化物夹杂结果，可以 看出，改进吹氩方案后所取铸坯样大型氧化物夹杂 总量和各个粒径范围的大型氧化物夹杂数量都有不 同程度的减少，其中总量减少 34.3%，而<80 µm

·124· 北京科技大学学报 2007年增刊1 表3大样电解大型氧化物夹杂分析结果 夹杂物总量 夹杂物粒径分级 电解样 样号 质量/kg <80um 80-140um 140-300μm >300μm mg mg/10kg mgmg/10kg mg mg/10kg %mgmg/10kg mg mg/10kg 5# 1.74 6.7 38.5 1.810.326.92.112.131.31.37.519.41.58.622.4 6# 1.66 4.2 25.3 1.16.626.21.911.445.21.27.228.60.00.00.0 大型夹杂物减少率/% 34.3 35.9 5.8 4.0 100.0 80-140μm、140-300μm粒径下的夹杂物分别减少 34.3% 35.9%、5.8%、4.0%,>300μm的夹杂物全部去除. 参考文献 由此可见，改进后的钢包吹氩方案对铸坯中大 型夹杂物的去除效果非常明显，特别是对>300μm [】董履仁，刘新华，等，钢中大型非金属夹杂物.北京：治金工 的大型氧化物夹杂，可以达到100%去除. 业出版社，1991 [2)]鞍山科技情报研究所钢中非金属夹杂物.北京：治金工业出版 3结论 社，1980 3)张立峰，王新华.连铸钢中非金属夹杂物.山东治金，2005， 27(2:1 (1)钢中的显微夹杂物以球形硅酸盐夹杂物数 [4】张德堂，钢中非金属夹杂物鉴别.北京：国防工业出版社，1991 量最多，其次是不规则硫化锰，改进吹氩方案后钢 [5]Holappa L E K.Swedish Symposium On Non-Metallic Inclu- 中的显微夹杂尺寸有所变大且SO2含量增高： sions In Steel.1991:4 (2)改进的吹氩方案能够显著降低钢中显微夹 6)]樊晨，刘中柱，蔡开科，等.BOF一LF一CC工艺生产45号钢 杂的数量： 钢水洁净度的研究/第十二届全国炼钢学术会议论文.上海， (3)改进的吹氩方案对钢中大型非金属夹杂物 2002:349 有很好的去除效果，与改进前相比，夹杂总量减少 Study on inclusion removal of ladle argon blowing process WANG Jianbin,LI Jingshe,TANG Haiyan,ZHU Jingtao2,WANG Chunle2,LAI Chaobin2) 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Xinyu Iron and Steel Co.Ltd.,Xinyu 338001,China ABSTRACT Based on the improved ladle argon blowing in Xinyu Steel Plant,the average removal rate of macro-inclusions in steel can be reached 34.3%with electrolyzing analysis;especially,the macro-inclusions with a diameter above 300 um can be completely wiped off.The types of inclusions are mainly silicate and sulfide in the samples determined by SEM analysis.Microscope statistics analysis shows that the amount of mi- cro-inclusions in each diameter range has been decreased.The analyzing result also shows that the inclusion re- moval rate in the improved ladle argon blowing process is obviously increased.The argon blowing process di- rectly determines the removal rate of macro-inclusions and micro-inclusions. KEY WORDS ladle furnace;argon blowing;macro-inclusion:micro-inclusion;SEM

• 124 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 80~140 µm、140~300 µm 粒径下的夹杂物分别减少 35.9%、5.8%、4.0%，>300 µm 的夹杂物全部去除． 由此可见，改进后的钢包吹氩方案对铸坯中大 型夹杂物的去除效果非常明显，特别是对>300 µm 的大型氧化物夹杂，可以达到 100%去除． 3 结论 (1) 钢中的显微夹杂物以球形硅酸盐夹杂物数 量最多，其次是不规则硫化锰，改进吹氩方案后钢 中的显微夹杂尺寸有所变大且 SiO2 含量增高； (2) 改进的吹氩方案能够显著降低钢中显微夹 杂的数量； (3) 改进的吹氩方案对钢中大型非金属夹杂物 有很好的去除效果，与改进前相比．夹杂总量减少 34.3%． 参 考 文 献 [1] 董履仁，刘新华，等. 钢中大型非金属夹杂物. 北京：冶金工 业出版社, 1991 [2] 鞍山科技情报研究所.钢中非金属夹杂物. 北京：冶金工业出版 社，1980 [3] 张立峰，王新华. 连铸钢中非金属夹杂物. 山东冶金，2005, 27(2): 1 [4] 张德堂. 钢中非金属夹杂物鉴别．北京: 国防工业出版社，1991 [5] HoIappa L E K. Swedish Symposium On Non-Metallic Inclu￾sions In Steel. 1991: 4 [6] 樊晨，刘中柱，蔡开科，等. BOF－LF－CC 工艺生产 45 号钢 钢水洁净度的研究//第十二届全国炼钢学术会议论文. 上海， 2002: 349 Study on inclusion removal of ladle argon blowing process WANG Jianbin1), LI Jingshe1), TANG Haiyan1), ZHU Jingtao2), WANG Chunlei2), LAI Chaobin2) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Xinyu Iron and Steel Co. Ltd., Xinyu 338001, China ABSTRACT Based on the improved ladle argon blowing in Xinyu Steel Plant, the average removal rate of macro-inclusions in steel can be reached 34.3% with electrolyzing analysis; especially, the macro-inclusions with a diameter above 300 µm can be completely wiped off. The types of inclusions are mainly silicate and sulfide in the samples determined by SEM analysis. Microscope statistics analysis shows that the amount of mi￾cro-inclusions in each diameter range has been decreased. The analyzing result also shows that the inclusion re￾moval rate in the improved ladle argon blowing process is obviously increased. The argon blowing process di￾rectly determines the removal rate of macro-inclusions and micro-inclusions. KEY WORDS ladle furnace; argon blowing; macro-inclusion; micro-inclusion; SEM 表 3 大样电解大型氧化物夹杂分析结果 夹杂物总量 夹杂物粒径分级 样号 <80 µm 80~140 µm 140~300 µm >300 µm 电解样 质量 / kg mg mg/10kg mg mg/10kg % mg mg/10kg % mg mg/10kg % mg mg/10kg % 5# 1.74 6.7 38.5 1.8 10.3 26.9 2.1 12.1 31.3 1.3 7.5 19.4 1.5 8.6 22.4 6# 1.66 4.2 25.3 1.1 6.6 26.2 1.9 11.4 45.2 1.2 7.2 28.6 0.0 0.0 0.0 大型夹杂物减少率 / % 34.3 35.9 5.8 4.0 100.0