帘线钢72A精炼过程研究

帘线钢72A精炼过程研究摘要:对首钢帘线钢72A精炼过程的钢液中酸溶铝、总氧、夹杂物成分和形貌进行了系统的分析，发现从LF结束到VD开始过程中酸溶铝增加很大;VD精炼处理后夹杂物熔点高。分析得出合金中铝以及喂Si－Ca丝导致了钢中酸溶铝的增加;夹杂物中Ca0含量过高、SiO2含量过低导致精炼结束后夹杂物处于高熔点区。提出降低脱氧剂中Ca含量，取消喂丝以及降低精炼渣碱度的改善措施。关键词:帘线钢;精炼;酸溶铝;总氧;夹杂物0引言钢帘线(SteelCord)也称钢丝帘线，它是橡胶骨架材料中发展前景最为广阔的产品，也是生产难度最大的产品，其质量问题主要是钢中的脆性夹杂物经常导致盘条在拉拔成钢丝过程中断裂。因此生产中，一般在出钢过程采用无铝脱氧，在精炼过程通过调整精炼合成渣来降低钢液中酸溶铝含量和总氧含量，最终减少钢中脆性夹杂物。首钢生产的帘线钢72A盘条在拉拔过程中曾出现过断丝问题，严重影响了生产效率。分析其断口发现夹杂物是引起断裂的主要原因，因此特组织一次工业试验，对整个LF一VD精炼过程中酸溶铝和总氧含量、夹杂物成分和形貌进行分析，以检验精炼效果，并提出合理建议。1研究方法1.1生产工艺首钢帘线钢72A生产工艺见图1。为了明确喂丝对精炼过程中酸溶铝和总氧的影响，组织了两炉工业试验。其中，第一炉在LF,VD中间进行了喂Si－Ca丝处理，第二炉LF精炼完毕后不经过喂丝直接进入VD精炼。1.2取样钢水取样采用特制的取样器，如图2所示。为防止取样器表层氧化膜对钢水试样污染，取样器内外原表层均用车床车去，使用之前真空塑封，用充分烘烤过的木质顶盖封住取样器上口。精炼过程中取样位置如图3所示，即在LF前后、VD前后分别取样。1.3分析检验对所取的钢水试样，线切割成Φ5㎜×50mm的钢棒采用远红外脉冲分析方法对总氧进行测定;取钢屑采用电感祸合等离子体质谱法(ICP一MS)对酸溶铝进行分析;钢水中非金属夹杂物采用扫描电镜进行SEM形貌分析和EDX成分分析。2试验结果讨论2.1酸溶铝在精炼过程中的变化精炼过程中酸溶铝变化如图4所示，可以看出两炉的酸溶铝变化规律基本一致。LF处理过程中酸溶铝有明显的减少，从24×10-6,37×10-6降低到了18×10-6，这是由于LF处理过程中铝和氧发生脱氧反应使酸溶铝有所减少。从LF到VD的过程中酸溶铝含量明显提高，从18×10-6增加到了34×10-6,40×10-6，分别增加了88.89%和122.22%。其中酸溶铝增加多的一炉正是经过喂Si一Ca丝处理的。一方面是由于在LF处理末期加入的合金中含有铝，另一方面喂入的Si-Ca线中含有铝，且喂入Si一Ca丝后，钢液中钙活度增大，钙通过还原包衬和渣中的Al2O3使得钢液中的酸溶铝含量增加。如反应[Ca]+1/3(Al2O3)=(Ca0)+2/3[Al]。因而从降低酸溶铝来控制夹杂物性质的角度看，喂Si-Ca线是不利的。VD精炼对冶炼72A起正反两方面的作用:一方面真空精炼能够起到脱氧、脱气，去除夹杂物等功能;另一方面高碳钢在低真空度的情况下反应(1)的△G0，反应向正方向进行，从而增加钢液中的酸溶铝，不利于夹杂物的塑性化。3[C]+(Al2O3)=2[Al]+3C0(1)△G0=1198499一388.7TJ/mol本次试验VD过程中酸溶铝分别由34×10-6,40×10-6降低到10×10-6,26×10-6，酸溶铝并没有增加。其原因一方面是由于真空度不高，另一方面是由于反应(1)主要发生在钢包壁的耐材处，动力学方面制约了反应的进行。2.2总氧在精炼过程中的变化总氧是钢中溶解氧和夹杂物中氧的总合，一直是用来衡量钢液纯净度的重要指标。因此降低钢液中的总氧是提高钢液纯净度的重要手段。该精炼过程中总氧(T[O])变化如图5所示。从图5可以看出，LF精炼开始时，钢中的T[O]在90×10-6、100×10-6。到LF精炼结束时，钢中的T[O]分别降为44×10-6,42×10-6。表明LF炉的脱氧效果很好。VD炉处理结束时，钢中的总氧降低到15×10-6,27×10-6，其原因一方面是由于钢液中夹杂物上浮到渣中从而使总氧降低;另一方面是真空脱氧的结果。表明在不用Al脱氧的情况下，钢水达到了较高的洁净度。一般要求帘线钢72A总氧小于20×10-6。但由于钢的脱氧需要高碱度渣，而高碱度渣不利于生成塑性夹杂物。一些钢厂采用低碱度渣来控制钢液中酸溶铝，尽管T[O]20×10-6，但最终使夹杂物处于塑性区，从而降低了断丝率。比如日本川崎公司帘线钢生产中采用碱度为1的精炼渣控制[Al]3×10-6，尽管T[0]达35×10-6，其拉拔过程的破断指数比较低。2.3精炼过程中顶渣成分分析对第二炉精炼过程的顶渣成分进行了对比分析，从图6可以看出，在精炼过程中，渣中Si02和Mg0变化不大，分别在20%和10%左右波动;在LF,VD过程中，钢液中酸溶铝含量降低，渣中A1203含量上升，主要原因是钢液中酸溶铝和氧发生了反应生成A1203上浮进入渣中;精炼过程中Ca0含量下降，主要原因为Ca扩散进入钢液，从随后的夹杂物成分分析可以发现，夹杂物中Ca0含量增加;顶渣碱度(Ca0/SiO2)在2.0左右，精炼过程中变化不大。2.4精炼过程中夹杂物的特征从夹杂物的SEM/EDX分析看出，Ca0-A1203-Si02系夹杂物约占80%，另外还有Ca0一A1203一SiO2一Mg0一Ti02系、A1203,SiO2夹杂物。精炼过程中典型夹杂物照片及成分如图7和表1，其中表1所示的成分是由EDX分析的元素含量换算成相应氧化物得到的。图7精炼过程中典型夹杂物照片表1图3中各夹杂物对应的成分与尺寸取样位置Al2O3/%CaO/%SiO2/%夹杂物尺寸/μmLF123.9439.9036.1450LF228.2447.5524.2030VD111.6868.2420.0615VD29.9265.2624.8160从图7可以看出，复合Ca0一Al203一SiO2系夹杂物为球形。从表1可以看出:(1)在LF过程中夹杂物中SiO2减少。(2)LF到VD精炼过程中，夹杂物中Al203含量减少，而Ca0含量增加，其原因是夹杂物中Al203部分被还原，喂入钙丝导致了夹杂物中Ca0增加。(3)VD处理前后夹杂物成分变化不大。(4)VD处理后夹杂物和顶渣趋于平衡。试样中Ca0一Al203一SiO2系夹杂物在相图中的分布如图8所示。可以看出精炼过程中的夹杂物主要有以下特点:(1)成分比较分散，其主要原因是钢水和夹杂物的反应没有达到平衡。(2)大多为高熔点夹杂，VD过程中夹杂物熔点大多都较高，在1500～2000℃之间。(3)夹杂物背离低熔点区域，主要是由于顶渣碱度(Ca0/SiO2=2)高，使夹杂中Ca0含量过高，SiO2含量过低。根据高熔点夹杂物变形指数一定低的原则，可以判断，首钢72A精炼后的夹杂物多为脆性夹杂物。USS/KOBE钢厂72A冶炼过程中的夹杂物在相图中的位置见图9，最后盘条中夹杂基本为塑性夹杂物。首钢72A精炼后的夹杂物中Al203的含量在10%～20%之间，与USS/KOBE钢厂相比(见图9)Al203的含量基本一致，但Ca0含量过高，SiO2含量低，使夹杂物背离于低熔点区，而位于其左下方。根据生产工艺以及渣一钢液一夹杂物三相平衡分析，其原因一方面是用Si一Ca一Ba脱氧和喂钙线引起的，另一方面是顶渣碱度过高导致。因此重新调整精炼工艺，取消喂Si一Ca丝，使用低碱度顶渣精炼，改变夹杂物成分，使其处于塑性区。3结论与建议生成可变形夹杂物是降低72A钢丝拉拔过程中断丝率的有效方法。夹杂物成分决定了夹杂物性质，而冶炼工艺是影响夹杂物成分的决定性因素。结合冶炼工艺及上述研究，得出以下结论并提出相关建议。(1)转炉出钢脱氧时采用不含Ca的脱氧剂。(2)LF处理效果较好，总氧和酸溶铝都有一定程度的降低，但夹杂物熔点较高。(3)LF处理结束到VD开始酸溶铝增长较大，是由于在LF处理中加入的合金中铝含量高，以及喂钙丝所致，因此应尽量降低合金中铝含量，并取消喂丝。(4)VD真空度不要太低，避免耐材中的Al203被碳还原引起钢中酸溶铝增加。(5)与低熔点夹杂物相比，首钢帘线钢72A夹杂物中Al203含量基本合适，但Ca0含量过高，SiO2含量过低。因此应该采用低碱度(Ca0/SiO2≤1)精炼渣来调整夹杂物成分，降低其熔点。