1、精選優質文檔-傾情為你奉上電渣重熔過程中夾雜物的控制 摘要：非金屬夾雜物在鋼的性能中起著重要的作用。它在鋼中的分布不僅破壞了基體的連續性，而且導致材料的塑性、韌性和疲勞性能降低，并且微孔和裂紋容易在夾雜物和鋼的界面形成疲勞斷裂或者引起其他缺陷，因此，在煉鋼過程中，必須要正確控制夾雜物。電渣重熔（ESR）技術能有效的去除鋼中的非金屬夾雜物，并能對鋼中夾雜物的分布進行改善，隨著鋼的質量要求的不斷提高，一般重熔技術已不能滿足潔凈鋼的生產要求。        關鍵詞：電渣重熔；夾雜物；控制   

2、0;                  前言        隨著現代化工業技術迅速發展，對各種鋼材純度的要求日趨嚴格，勢必對鋼材的強度、塑性及疲勞等性能指標提出更高的要求。非金屬夾雜物作為獨立相存在于鋼中，將導致應力集中，引起疲勞斷裂，嚴重影響了鋼的使用性能。同時，非金屬夾雜物的尺寸、形態及在鋼中的數量和分布，嚴重破壞了鋼基體的連續性，加大了鋼中組織的不均勻

3、性，必然造成鋼的使用壽命降低等系列問題。因此，非金屬夾雜物在鋼中的尺寸、形態、數量及分布是評定鋼材質量的一個重要指標。鑒于此，提高合金母材的質量和純度，生產出潔凈鋼，或有效控制非金屬夾雜物性質、形態及分布，是冶煉和鑄錠過程中的一個重要環節。電渣重熔的顯著優點之一就是可以顯著降低電渣鋼中非金屬夾雜物的數量，并改變其在鋼中的分布。但電渣重熔在去除原生夾雜物的同時將產生新的夾雜物，這些夾雜物會對鋼材質量產生影響。        1實驗材料與方法        將

4、電渣重熔后的1Cr13鋼鍛件（鍛壓工藝參數為鐓粗比4，拔長比1.7，始鍛溫度1180）升溫到650保溫6h，升溫到960保溫5h后霧冷到室溫，再升溫到770保溫8h后空冷到室溫，試樣取自鋼錠熱處理后鍛坯，制成尺寸為30mm×30mm×50mm的長方形試樣，經磨制、拋光、浸蝕（4%硝酸酒精）后，進行金相顯微組織觀察。采用蔡司Zeiss金相顯微鏡觀察夾雜物形態，利用日立公司的S-3000N電鏡進行顯微組織觀察和能譜分析，確定夾雜物的元素組成。        2實驗結果與分析   

5、     2.1顯微組織分析        1Cr13鋼電渣重熔顯微組織中夾雜物的形貌。黑褐色粒狀物經鍛壓后無變形只是破碎，初步確定為脆性夾雜。中淺灰色似紡錘體的物質經鍛壓后沿變形方向延伸成帶狀，具有良好的塑性，初步確定為塑性夾雜。        2.2掃描電鏡及能譜分析        本實驗采用金相法與微觀區域成分分析相結合，用金相顯微鏡和能譜分

6、析測試儀對1Cr13鋼鍛件成分進行分析，測定尺寸大于1m夾雜物的元素組成，并對個別元素進行面掃描分析，通過能譜儀對其進行成分分析，得出各元素的質量分數譜線。在本測試中Fe、Cr是1Cr13鋼的主要成分，在進行夾雜物成分分析時不予考慮。夾雜物中的Fe、Cr、F、O、Si和Ca元素進行能譜分析可以看出，F（wt%）=14.68%、Si（wt%）=3.3%、O（wt%）=11.61%、Ca（wt%）=0.33%，對比1Cr13鍛件用鋼的化學成分，O、F、Si和Ca都超出標準。1Cr13鋼夾雜物中塊狀的脆性夾雜物中含有的主要元素有O和Si，且分布較為集中，而F元素含量居高，由此可以推斷1Cr13鋼鍛件

7、中的塊狀脆性夾雜物為SiO2，但只占小部分，而CaF2夾渣占大部分。夾雜物中進行Mn元素和Mn、S元素的面掃分析可以看出，淺灰色似紡錘體的夾雜物主要以MnS形式存在，并對夾雜物中的Mn元素進行能譜分析得出，Mn（wt%）=0.23%，Mn（wt%）=0.18%，對比1Cr13鍛件用鋼的化學成分，均未超出標準。        2.3夾雜物的形成機制        結合電渣錠夾渣的形式和所采用的電渣重熔的渣系組成（CaF2和Al2O3）可知，1Cr13鋼中的夾

8、渣主要產生在距離鋼錠大頭300mm范圍內，是亞表層夾渣。在電渣重熔過程中，由于工藝參數設定不合理（電壓和電流值設定過低），導致渣池的過熱度不足，熔池溫度偏低，勢必造成鋼液和熔渣粘度大、流動性變差，嚴重影響鋼液中的夾雜物及固體渣塊的上浮，這是電渣重熔鋼錠形成夾雜物和夾渣的主要原因。重熔過程中的固態渣塊進入渣池后，未熔化的固體渣塊易隨金屬液滴的流動被帶進熔池，由于鋼液的流動性差，造成固體渣塊未能及時上浮，與純凈的鋼液一起凝固在鑄錠中，形成亞表層夾渣。且這種夾雜在后續冷熱加工過程中不易被發現，在成品鋼材中形成鑄造缺陷，危害很大。因此，煉鋼生產中必須嚴格注意電渣重熔工藝參數的選擇，防止亞表層夾渣的出現

9、，從根本上減少夾渣錠的產生。        3夾雜物運動方程        為了簡化計算，假設夾雜物為密度為2850kg的惰性球狀固體，分別選取直徑為1、3、5、8、10的夾雜物顆粒進行模擬。采用歐拉拉格朗日方法模擬鋼液中夾雜物的運動行為，此外，同時考慮重力、浮力、曳力、升力、附加質量力以及電磁壓力的作用。曳力是由于夾雜物和熔體存在相對速度而引起的力，其方向與夾雜物運動方向相反；升力是由于夾雜物旋轉引起；附加質量力是由于夾雜物與熔體存在加速度之差而引起的力

10、，其中，電磁壓力的產生。外加電流感應生出垂直紙面向外的磁場，在該磁場與電流作用下，將使鋼液產生指向結晶器中心的洛倫茲力；對于非金屬夾雜物是不導電的，本身不受到洛倫茲力的作用，而是受到一個相對于洛倫茲力方向相反的電磁壓力的作用。在電磁壓力的作用下，非金屬夾雜物向結晶器壁面產生定向遷移，加快了非金屬夾雜物與鋼液之間的相對運動速度，促進了非金屬夾雜物的去除。        4結論        （）電極中的非金屬夾雜物受到浮力、重力、曳力、升力以及附加質量力作用

11、，隨熔渣運動，最終大部分的夾雜物分別在渣池與空氣接觸面和渣池與結晶器側壁接觸面被捕獲，小部分夾雜物仍在渣中隨熔渣運動，極少數夾雜物會穿過凝固界面，進入鋼錠中。        （）重熔過程中直徑大的夾雜物的去除率大于直徑小的夾雜物。夾雜物粒徑從增加到10時：在電流為1200A時，夾雜物去除率從90.49增加到99.28；在電流為1500A時，夾雜物去除率從91.40增加到99.80；在電流為1800A時，夾雜物去除率從84.55增加到99.99。       

12、; （）當電流從1200A增加到1800A時，5種粒徑的夾雜物去除率均有增加。渣池與空氣接觸面捕獲顆粒比例隨電流強度增大的趨勢與總去除率相同，而懸浮在熔渣中夾雜物比例卻隨電流強度增加而減小，被渣與結晶器側壁接觸面捕獲到的夾雜物比例受電流強度與夾雜物粒徑大小不同的共同影響。        結束語        由于鋼液與熔渣接觸的比表面積很大，鋼液與熔渣反應充分，同時在洛倫茲力的作用下熔渣得到充分攪拌，鋼渣界面得以不斷更新，有利于熔渣對非金屬夾雜物的吸附。此外，重熔過程中熔渣和鋼液具有較高的過熱度，高溫的熔池促進一系列的物理化學反應的進行，提高鋼液的純凈度。               參考文獻&#