硅鈣鋇合金脫氧在u1mn、90a鋼生產(chǎn)中的應用

1重軌鋼用復合脫氧劑作為一種新型的脫氧劑，硅鈣鉻合金具有良好的脫氧和鋼質(zhì)凈化效果。從鋁、硅、鈣、鋇的脫氧能力看,從大到小依次為Ca>Ba>Al>Si。但是從物化性能(表1)來看,鋇和鈣相比,優(yōu)點為密度大、沸點高、蒸氣壓低。關于鋇系復合脫氧劑的研究,認為鋇系合金脫氧能力強,鋇的脫氧能力比鋁高二個數(shù)量級,能提高鈣的溶解度,能夠形成低熔點化合物,減少非金屬夾雜物含量,改變夾雜物形態(tài)。在2002年以前,包鋼生產(chǎn)重軌鋼使用的脫氧劑是硅鈣合金。隨著900A和高速軌的開發(fā),產(chǎn)品對鋼的潔凈度有了更高的要求,如T.O≤20×10-4%、AlL≤0.004%,以及對夾雜物類別的嚴格控制,因此在脫氧劑選擇上要求不但有優(yōu)良的脫氧功能,還要對夾雜物有一定的變性作用,同時有害元素含量較少。2脫氧效果和混合物質(zhì)的變質(zhì)作用2.1出鋼脫氧合金化lf爐內(nèi)擴散脫氧無鋁脫氧工藝生產(chǎn)重軌鋼的工藝路線為:轉爐冶煉→擋渣出鋼→脫氧合金化→LF冶煉→VD真空處理→連鑄保護澆注。脫氧方法為轉爐出鋼罐內(nèi)初脫氧,LF爐內(nèi)擴散脫氧。硅鈣鋇合金化學成分如表2,硅鈣合金化學成份如表3。2.2硅鈣鐵粉的脫氧效果2.2.1脫氧試驗結果分析表4為相同條件下轉爐出鋼前后測定鋼水氧活度值。圖1為采用硅鈣鋇合金脫氧,轉爐出鋼后罐內(nèi)鋼水溫度與氧活度的關系。理論可知,在相同條件下,鋼液溫度高,則鋼液中氧活度大。由表4可見,在轉爐終點鋼水溫度和活度氧相近,罐內(nèi)鋼水碳含量在0.6%～0.7%范圍內(nèi),即試驗條件基本相同的情況下,采用硅鈣鋇合金脫氧效果好。由圖1可見,采用硅鈣鋇合金脫氧,當鋼水溫度為1549℃時,趨勢線給出氧活度小于21×10-4%;與表4硅鈣合金脫氧情況相比,平均氧活度降低。文獻報道,硅鈣鋇合金脫氧能力強的原因是:Ba的脫氧能力大;Ba的沸點高于煉鋼溫度,蒸汽壓低;Ba的存在降低了Ca的蒸汽壓,提高了Ca的利用率;硅鈣鋇合金的比重比硅鈣合金大,因此利用率高。2.2.2中包全氧量分布表5可見采用硅鈣鋇合金脫氧鋼中全氧含量波動范圍和平均值較低。圖2可見硅鈣合金脫氧,中包全氧量主要分布在15～22×10-4%,小于10×10-4%所占比例為44%。與采用硅鈣鋇合金脫氧相比(圖3),全氧量小于20×10-4%所占比例為58%。因此采用硅鈣鋇合金脫氧鋼中全氧量有降低的趨勢。2.3其它硫化摻雜物圖4是硅鈣鋇脫氧劑下鋼軌軌頭中典型的硫化物夾雜形態(tài),可見,硫化物夾雜細小,分散。圖5是硅鈣脫氧劑下鋼軌軌頭中典型的硫化物夾雜形態(tài),可見,與圖4相比較,硫化物夾雜條狀較長。因此,在工藝條件不變的情況下,采用硅鈣鋇合金脫氧,鋼中硫化物夾雜細小、分散,非金屬夾雜物級別較低。硅鈣鋇合金加入鋼中,不但能提高對氧化物的變性作用,同樣也能提高對硫化物的變性作用。關于兩種脫氧劑對鋼中氧化物的作用,從表6可見,采用硅鈣鋇合金脫氧,相對D類夾雜物較多,B類氧化物較少。3硅鈣溶膠對生產(chǎn)中的影響3.1中間包鋼水全氧含量分布在納入生產(chǎn)后首次使用中,表7是中包鋼水和鑄坯中全氧含量,圖6為中間包鋼水全氧含量分布。可見,采用硅鈣鋇合金脫氧,鋼水中全氧含量平均為19.4×10-4%,<20×10-4%的爐次占71.4%,鑄坯中全氧含量全部≤20×10-4%。3.2900阿鋼的制造效果3.2.1脫氧劑脫氧結果在900A鋼生產(chǎn)中,使用碳化硅、硅鈣、硅鈣鋇脫氧劑脫氧結果如表8。可見,采用硅鈣鋇脫氧,鋼水全氧量全部小于20×10-4%,全氧含量分布見圖7。3.2.2a、b、d采用硅鈣鋇生產(chǎn)900A鋼,檢驗軌頭非金屬夾雜物(表9),可見級別較低,A、B、C≤1.5級,D<1級。本次生產(chǎn)的900A鋼,鋼中非金屬夾雜物、全鋁和全氧含量全部滿足“UIC860”標準要求,達到了時速200km客運專線用60kg/m鋼軌暫行技術條件。4硅鈣藻硅粉的脫氧機理(1)與硅鈣脫氧相比,采用硅鈣鋇合金脫氧能夠降低鋼中全氧及改善非金屬夾雜物;(2)硅鈣鋇脫氧劑能夠滿足900A鋼和高速軌鋼的生產(chǎn),并由此產(chǎn)生較大的潛在經(jīng)濟效益和社會效益。鋼中全氧來源于殘留在鋼液中的夾雜物和鋼液中自由氧在凝固中及凝固后發(fā)生氧化反應形成的氧。硅鈣鋇合金由于其脫氧能力較強,因此在相同條件下,鋼液中活度氧較低,即自由