摘要：近年来，用户对钢铁材料的使用性能要求越来越苛刻，提高钢水洁净度、合理控制钢中夹杂物已成为各个钢铁企业的重要任务，而钢中氧化物夹杂过多与脱氧过程密不可分。通过工业试验和Ｘ荧光分析仪、扫描电子显微镜等手段系统地研究了不同脱氧方式对70号钢精炼过程钢中总氧含量、夹杂物演变规律和炉渣氧化性的影响。研究结果可为高品质制绳级别细钢丝用高碳钢的高洁净化控制提供理论依据和技术指导。
关键词：脱氧方式；70号钢；总氧含量；炉渣氧化性；夹杂物
目前，高碳钢生产过程普遍采用转炉出钢Si－Mn沉淀脱氧＋LF精炼过程合金扩散脱氧的脱氧模式，关于其精炼过程的脱氧工艺尚无进行深入的机理探讨，脱氧制度往往依靠生产经验，没有理论分析为依据，不同企业同钢种的脱氧剂种类和用量也有很大区别。因此，本文拟以新钢脱氧剂类型为基础，研究不同脱氧方式（数量和添加方式）对高碳钢炉渣氧势的控制能力以及对其钢中总氧（T.O）含量和夹杂物数量、尺寸及类型变化规律的影响机理,实现高品质制绳级别细钢丝（Φ0.3～0.8mm）用高碳钢的稳定生产提供理论依据和技术指导。
1 试验材料及方法
试验钢种为70号钢。新钢70号钢生产工艺流程：100ｔ顶底复吹转炉→吹氩站→LF精炼→连铸。在LF进站后先加石灰（5.5～6kg/t）和萤石（0.7～1.3kg/t）进行造渣精炼，待钢中硫含量合格后加入硅灰石（3～3.5kg/t）进行渣系改质。
LF精炼时间为30～40min，白渣时间不少于15min。精炼结束需开至喂线工位喂钙线50～300ｍ后再进行软吹，软吹时间为15～20min。本次试验选取新钢生产70号时同一浇次的5炉钢（分别标记为1号、2号、3号、4号和5号），5炉试验钢的脱氧方式如表3所示，脱氧剂的化学成分如表4所示。分别在LF进站、第一次送电结束、LF出站、软吹结束位置提取钢样和渣样，铸坯上截取钢样。采用Ｘ荧光分析仪检测各渣样的化学成分，采用红外吸收法检测各钢样的T.O含量，采用JMS－6480LV型扫描电镜（放大1000）和EDS能谱仪对钢样中的夹杂物数量、尺寸、形貌及成分进行观察和分析。
2 结果与讨论
2.1 脱氧方式对70号钢中T.O含量和炉渣成分的影响
不同脱氧方式的1号～5号试验钢在生产过程所取钢样的T.O含量变化规律可以看出：1）LF进站时，70号钢的T.O质量分数基本在0.006%左右。从LF进站→铸坯，1号～5号试验钢的T.O含量均呈现逐渐降低的趋势。在铸坯中，1号试验钢T.O质量分数最高，为0.0035%；4号、5号试验钢的T.O质量分数明显更低，分别为0.0015%、0.0013%。由于钢中总氧量ｗ（T.O）＝ｗ（O溶解）＋ｗ（O夹杂物）且铸坯中ｗ（O溶解）较低，因此T.O含量间接反映了钢中氧化物夹杂的数量。由此可见，本次试验采用分两阶段、每阶段三批次添加1.2kg/tSi－Ca复合脱氧剂的脱氧方式对于降低70号钢中的夹杂物数量最为有效。2）从LF进站→铸坯，70号钢中T.O含量的降低主要集中在LF进站→LF出站期间，在此期间，2号～5号试验钢的T.O含量降低趋势明显好于1号试验钢。此外，在第一次送电结束→LF出站期间，相比2号、3号试验钢，4号、5号试验钢的T.O含量降低趋势更加明显，从而导致其铸坯T.O也最低。由此可见，采用分两阶段、每阶段3批次添加Si－Ca复合脱氧剂（1.2kg/t）的脱氧方式可在第二次送电期间进一步实现钢中氧的脱除，从而控制70号钢铸坯具有更低的T.O含量和氧化物夹杂数量。可以看出：1）在LF精炼过程，采用不同脱氧方式对1号～5号试验钢的炉渣碱度影响不大。转炉钢水经硅锰脱氧合金化后到达LF工位时（LF进站），1号～5号试验钢的炉渣碱度控制在1.2～1.6；加入石灰（5.5～6kg/t）和萤石（0.7～1.3kg/t）后，炉渣碱度升高到2.4～2.8；在LF出站前加入硅灰石（3～3.5kg/t）进行改质后，其LF出站时的炉渣碱度又降到2.0左右。2）在LF精炼过程，1号～5号试验钢的炉渣ｗ（MnO＋FeO）与其钢中T.O含量的变化规律具有较好的一致性。1号、2号试验钢软吹结束时的炉渣氧化性较高，其ｗ（MnO＋FeO）分别为1.96%、1.23%，表明其精炼过程脱氧不完全，未达到白渣操作。
3号、4号、5号试验钢软吹结束后的炉渣氧化性明显降低，其ｗ（MnO＋FeO）分别降到0.78%、0.63%、0.52%，可以看出，采用分两阶段、每阶段3批次添加Si－Ca复合脱氧剂（1.2kg/t钢）的脱氧方式对于70号钢精炼过程炉渣脱氧效果更好。
2.2 LF精炼前后70号钢中夹杂物类型的变化
LF进站时和软吹结束后，可以看出：1）LF进站时，1号～5号试验钢中的夹杂物类型主要为SiO2、SiO2－MnO、AL2O3和CaO－SiO2－AL2O3－MnO等复合夹杂，其尺寸整体较大，介于4.13～91.60μｍ。其中，SiO2和SiO2－MnO主要是转炉出钢时硅铁、硅锰合金化形成的脱氧产物；单独AL2O3夹杂的存在主要是因为硅铁和硅锰合金中含有少量铝（1.46%），铝溶解在钢中快速与溶解氧结合所致。由于AL2O3属于不变形夹杂物，会严重恶化70号钢在后续加工过程的拉拔性能，因此需严格控制合金中的铝含量。2）软吹结束后，1号～5号试验钢中的夹杂物类型转变为AL2O3、CaO－SiO2、CaO－AL2O3、CaO－SiO2－AL2O3、CaO－SiO2－ＭｇO和CaO－SiO2－AL2O3－ＭｇO等复合夹杂，其尺寸减小到2.31～20.17μｍ。其中，CaO－SiO2、CaO－SiO2－AL2O3、CaO－SiO2－ＭｇO和CaO－SiO2－AL2O3－ＭｇO主要由精炼渣和脱氧剂造成的［9］，CaO－AL2O3为喂钙线后AL2O3的变质产物。
2.3 脱氧方式对70号钢中夹杂物数量和尺寸的影响
在扫描电镜1000倍下对每个试样连续观察50个视场，统计1号～5号试验钢不同取样位置钢中夹杂物（为了便于计算和分析，统计中将SiO2及其CaO、AL2O3、ＭｇO、MnO形成的二元或多元复合夹杂物统称为CaO－SiO2－AL2O3－ＭｇO－MnO夹杂）的数量。可以看出：1）在LF精炼过程，70号钢中CaO－SiO2－AL2O3－ＭｇO－MnO夹杂的数量最多，其次是AL2O3。从LF进站到铸坯，1号～5号试验钢中夹杂物的数量总体呈现降低的趋势，分别从31.6，28.5，35.7，42.8，33.1个／mm2降到21.8，15.8，15.4，11.3，10.2个／mm2。其中4号、5号铸坯中总夹杂物个数明显小于1号～3号铸坯。由此可见，采用分两阶段、每阶段3批次添加1.2kg/tSi－Ca复合脱氧剂的脱氧方式优化后的脱氧工艺对于降低70号钢中氧化物夹杂的数量更有利。2）从LF进站到LF出站，相比1号、2号试验钢，3号、4号和5号试验钢中AL2O3、CaO－SiO2－AL2O3－ＭｇO－MnO夹杂的数量降低趋势更加明显。从LF出站到软吹结束，5炉试验钢中AL2O3、CaO－SiO2－AL2O3－ＭｇO－MnO夹杂的数量显著降低，表明软吹过程70号钢中氧化物夹杂上浮去除的效果较好；但CaO－AL2O3数量略微升高，这可能是因喂钙线后钢中部分AL2O3转变成钙铝酸盐所致。3）从LF进站到铸坯，1号～5号试验钢中夹杂物的直径总体呈现降低的趋势，分别从6.28，6.41，7.03，6.36，7.12μｍ降到3.66，3.45，3.04，2.96，2.81μｍ。由此可见，采用不同脱氧方式对70号钢中夹杂物直径的影响不大。
3 结论
通过工业试验和Ｘ荧光分析仪、扫描电子显微镜等手段系统地研究了4种脱氧方式对70号钢精炼过程钢中总氧含量、夹杂物演变规律和炉渣氧化性的影响。1）与无脱氧剂、一次性加入0.4kg/tSi－Ca复合脱氧剂、一次性加入1.2kg/tSi－Ca复合脱氧剂的脱氧方式相比，采用分两阶段、每阶段3批次共添加1.2kg/tSi－Ca复合脱氧剂的脱氧方式可在LF精炼第二次送电期间进一步降低炉渣氧化性和实现钢中氧的脱除，从而控制70号钢铸坯具有更低的T.O含量和氧化物夹杂数量。3）采用分两阶段、每阶段3批次共添加Si－Ca复合脱氧剂1.2kg/t的脱氧方式后，70号钢软吹结束后的炉渣颜色转为白色，炉渣中ｗ（FeO＋MnO）降低到0.52%～0.63%，对应铸坯的T.O质量分数和氧化物夹杂数量可分别控制到0.0013%～0.0015%和10.2～11.3个／mm2。
参考文献
［1］蒋跃东，桂江兵，练瑞民，等.降低高碳钢线材中脆性夹杂物的试验研究［J］.钢铁研究，2006，34（2）：6－8.
［2］程德朝，孙玉强，石成刚.优质高碳钢线材中夹杂物研究［J］.金属制品，2005，31（5）：33－36.
［3］韩俊.高碳帘线钢氧化物夹杂控制［D］.武汉：武汉科技大学，2001.