冶炼16MnR及20g钢用铝的研究

冶炼16MnR及20g钢用铝的研究马钢一炼钢陈友根【摘要】通过冶炼16MnR及20g的工业试验研究，获得了吹氩后钢水实际氧含量与酸溶铝含量之间的关系为［O］实=99750(［Als］－0.0151)2+33；钢包加铝时铝的收得率与终点碳之间的关系为：ηAl=238.57［C］终－4.17。研究结果表明，脱氧用铝存在合适用铝量的问题，这对普通碳素钢的生产也具有一定的指导意义。【关键词】炼钢脱氧用铝量收得率1前言铝为重要的脱氧剂及合金元素，长期以来，冶金工作者对其在钢中的热力学行为进行了大量的研究。在常用的脱氧剂中铝和氧的亲合力最大，1600℃时ao3aAl2=4.3×10-14［1］；钢中酸溶铝的存在同时具有固氮及阻止奥氏体晶粒长大的作用。然而，与其它脱氧剂相比，铝的价格昂贵，收得率低，加铝量及酸溶铝成分难以掌握，脱氧产物不易上浮。本文根据16MnR及20g钢的工业性试验，旨在探讨用铝脱氧的限度、铝的收得率等，为炼钢过程合理用铝提供理论依据。2试验工艺条件50吨顶底复吹转炉，装入量72吨，平均出钢量65吨。冶炼钢种：16MnR、20g等；加铝方法：出钢过程加铝块、吹氩站喂铝线；氩后温度：1590~1610℃；吹氩方式：顶吹氩。3试验结果及分析3.1铝的脱氧限度3.1.1铝脱氧的理论限度铝脱氧的温度式为：lgK=－62780/T+20.17［1］（1）因氩后温度波动范围小，为方便计算，取氩后温度T=1600℃，则：ao3aAl2=4.3×10-14（2）根据氩后钢水成分、文献［2］及式（2）计算得对应的试验炉次的理论含氧量［O］理与Als的关系示于图1。从图中可以看出，铝的脱氧能力很强，尤其是低Als含量范围，脱氧效果更明显。当Als＞0.012%时，继续增加Als含量，脱氧趋势减缓；Als≈0.07%时，［O］理达到极低点；进一步增加Als含量，［O］理开始回升；与文献［1］相符合。3.1.2铝脱氧得实际效果图2是氩后钢水实际含氧量与钢中Als含量的关系。从图中可看出，［O］实与Als含量的关系曲线与图1所示的理论脱氧曲线相类似。图2和图1的主要区别在于：（1）出现极值点的Als含量不一样。对应于［O］理的极值点的Als≈0.07%，而对应于［O］实的极值点的Als≈0.015%。（2）［O］实比［O］理大得多。由图2可见，由于动力学条件的限制，实际铝脱氧过程远没达到平衡。对图2中实测数据经曲线拟合得［O］实与Als的关系在Als≤0.03%范围内为：［O］实=99750(［Als］－0.0151)2+33（3）试验结果表明，实际生产过程中，用铝脱氧时，理想的Als含量应低于0.015%，否则，既造成脱氧剂的浪费，又使钢中［O］实增加。3.1.3铝的脱氧指数定义［O］实/［O］理为脱氧指数。图3所示为试验炉次［O］实/［O］理与Als的关系。从图3中，Als≤0.028%时，脱氧指数随Als的增加而增加。也就是说，随着Als的增加，钢中实际含氧量偏离平衡的程度越来越大，两者之间存在很好的线性对应关系。经曲线拟合得：［O］实/［O］理=152.6［Als］+1.18（4）根据生产经验，脱氧指数在2.5~3.0之间较为合适，由式（4）计算的对应的Als含量范围为0.0086~0.012%，与3.1.1节的结论相一致。同时利用式（4）可计算出钢水中的实际含氧量为：［O］实=（152.6［Als］+1.18）［O］理（5）3.2铝的收得率铝与氧的亲合力比较大，在冶炼对Als含量有一定要求的钢种时，Als的命中率难以掌握。为此，在工业性试验的基础上对铝的收得率进行了研究。3.2.1铝的收得率与终点碳的关系铝的收得率主要与钢水含氧量、铝的加入量及加入方式等有关。我们在吨钢加铝量及加入方式基本不变的前提下，得出了铝的收得率ηAl与终点碳［C］终之间的关系如图4所示。从图中可以看出：随着［C］终的增加，ηAl呈线性增加。经曲线拟合得两者之间的关系为：ηAl=238.57［C］终－4.17（6）从式（6）可知，要提高铝的收得率，必须提高终点碳的命中率，减少钢水的过氧化程度。3.2.2结晶器内喂铝线时铝的收得率前期工作［3］向结晶器内喂铝线，喂线量为0.2~0.5kg/t钢时，铝的回收率达到40%~70%，比向大包加铝的回收率高得多，且回收率稳定可控。尤其在生产对Als含量有一定要求的钢种时，采用结晶器喂铝线有以下优点：（1）铝的收得率高且稳定；（2）Als的命中率高；（3）不会因钢水中Al2O3过高而导致水口堵塞。4结论（1）用铝脱氧，氩后钢水温度为1590~1610℃时，钢中实际含氧量与酸溶铝的关系在Als≤0.03%的范围内为：［O］实=99750(［Als］－0.0151)2+33理想的脱氧用铝应保证Als≤0.015%。（2）铝的收得率与钢水终点碳成正比，吨钢用铝量为0.4~0.8kg时，两者之间的关系为：ηAl=238.57［C］终－4.17终点碳越高，则铝的收得率就越高。（3）生产对酸溶铝含量有一定要求的钢种时，应采用结晶器喂铝线的工艺。参考文献1曲英：炼钢学原理，北京，冶金工业出版社，1980，P2092同上，P87~883金永明：结晶器喂丝工艺和在新钢种开发中的研究，马钢技术，1995，No.4P1.