低倍檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)20Cr 鋼存在低倍夾雜，利用掃描電鏡及能譜儀對(duì)低倍夾雜的形貌及化學(xué)成分進(jìn)一步分析，結(jié)果顯示該低倍夾雜的化學(xué)成分與大包渣成分接近，通過(guò)分析該爐鋼水冶煉過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該爐存在冶煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、大包下渣檢測(cè)未啟用、引流開(kāi)澆等異?，F(xiàn)象，該爐大包下渣檢測(cè)失靈，造成大包渣卷入中間包中，隨鋼流進(jìn)入結(jié)晶器后被凝固坯殼捕捉造成低倍夾雜超標(biāo)，針對(duì)此現(xiàn)象首先采取了穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏、加強(qiáng)大包下渣的監(jiān)測(cè)、定期對(duì)中包進(jìn)行排渣等措施，后期軋材低倍夾雜明顯減少，下一步通過(guò)中包技改，促進(jìn)夾雜物上浮，進(jìn)一步提高鋼材純凈度。

1引言     

20Cr 為低淬透性滲碳合結(jié)鋼，主要用于制造整體強(qiáng)度要求較高、表面耐磨損且形狀較為復(fù)雜、負(fù)荷不大的滲碳零件，如變速箱齒輪、齒輪軸、蝸桿、爪型離合器等。某公司該鋼種產(chǎn)量較大，有較為完善的產(chǎn)品質(zhì)量管控體系，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)于生產(chǎn)異常的爐次會(huì)加嚴(yán)檢測(cè)，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。    該爐20Cr 鋼的生產(chǎn)流程為: 70 t 電弧爐→70 tLF 精煉爐→150 方五機(jī)五流小方坯連鑄機(jī)，中間包鋼水容量為15 t，鑄機(jī)流間距為1.25 m。

2低倍夾雜形成原因分析     

因電爐出鋼后鋼水中P 含量超國(guó)標(biāo)上限，與后一爐次互兌鋼水倒包處理，導(dǎo)致該爐鋼在LF 精煉位冶煉130 min，嚴(yán)重超時(shí)，質(zhì)量處做異常處理，取雙倍樣檢驗(yàn)低倍夾雜情況，在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了低倍夾雜。

     為進(jìn)一步查清其來(lái)源，又利用掃描電鏡及能譜分析儀對(duì)夾雜物進(jìn)行了高倍檢測(cè)及成分分析。   夾雜物的主要成分為Ca、Al、Si、Mg 的氧化物，見(jiàn)表2; 以上元素都為易氧化元素，在夾雜物中都是以氧化物的形式存在，根據(jù)元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)可得到對(duì)應(yīng)氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

低倍夾雜的主要成分和精煉渣成分非常接近，因中包覆蓋劑及結(jié)晶器保護(hù)渣堿度均＜1，與該類夾雜物成分差別較大，排除中包液面或結(jié)晶器液面波動(dòng)卷渣的可能。相對(duì)于大包渣成分，該夾雜物中CaO 含量下降，Al2O3和MgO 含量相對(duì)上升，說(shuō)明大包渣進(jìn)入鋼水中后，與鋼中的成分或夾雜物進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。因20Cr 為含鋁鋼，在澆鑄過(guò)程中因大包引流開(kāi)澆，鋼水二次氧化較強(qiáng)，鋼中Al2O3夾雜含量增多，鋼水純凈度較差，大顆粒夾雜在隨鋼流的流動(dòng)過(guò)程中不斷與鋼中夾雜物碰撞長(zhǎng)大，導(dǎo)致該類夾雜物中的Al2O3含量升高; 冶煉后期中包耐材侵蝕較重，特別是沖擊區(qū)，因沖擊區(qū)較小，拉速較快，沖擊區(qū)內(nèi)無(wú)穩(wěn)流裝置，耐材侵蝕嚴(yán)重，侵蝕后的鎂質(zhì)耐材部分會(huì)進(jìn)入鋼水中，造成MgO 類夾雜物的增多。Ca、Al、Si、Mg 等基本呈均勻分布，無(wú)明顯聚集，S 主要沿該夾雜物邊緣分布，S 主要以CaS 或MnS 兩種形式存在，MnS 夾雜凝固點(diǎn)較低，一般是在鑄坯凝固冷卻過(guò)程中形成，因異相形核相對(duì)于均相形核所需的自由能更低，該類夾雜物通常會(huì)在鋼水中已存在的夾雜物表面生成并長(zhǎng)大，但因S 與Mn 存在部位并不重合，所以該類夾雜物應(yīng)為CaS 夾雜。由脫硫反應(yīng)可知，該夾雜物中的CaO 成分與鋼水中的S 發(fā)生了脫硫反應(yīng)，如式⑴所示; 該反應(yīng)產(chǎn)生的［O］進(jìn)一步與鋼中的［Al］反應(yīng)生成Al2O3，如式⑵所示:    由未反應(yīng)核模型可知，新生成的CaS 分布在大顆粒夾雜周圍，并且因反應(yīng)時(shí)間太短或擴(kuò)散速度太慢，生成物只沿夾雜物淺表層分布，同時(shí)該反應(yīng)也進(jìn)一步提高了夾雜物中Al2O3的含量，降低了CaO的數(shù)量，與大包下渣的推測(cè)相吻合。

    該爐鋼因磷高倒包冶煉時(shí)間較長(zhǎng)，高溫鋼水對(duì)鋼包包壁耐材侵蝕較為嚴(yán)重，導(dǎo)致渣中MgO 含量較正常爐次偏高約3 個(gè)百分點(diǎn)，并且因鋼水在包時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致開(kāi)澆燒氧引流，鋼水二次氧化嚴(yán)重。通過(guò)查找大包下渣檢測(cè)系統(tǒng)趨勢(shì)圖可知，該爐大包下渣檢測(cè)反應(yīng)遲鈍，大包下渣后水口關(guān)閉時(shí)間延遲約10 s，大量大包渣進(jìn)入到中包沖擊區(qū)中，因沖擊區(qū)較小，鋼水在沖擊區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間較短，爐渣隨鋼流進(jìn)入中包內(nèi)，中包容量較小，部分夾雜物來(lái)不及上浮又隨鋼流進(jìn)一步進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)。另外，該爐澆鑄斷面為150 mm2，水口為直通型，結(jié)晶器內(nèi)鋼水回流量較小，進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)的夾雜物上浮量很少，基本會(huì)隨鋼流進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)，并在鑄坯下行過(guò)程中不斷上浮被凝固坯殼捕捉，對(duì)應(yīng)的大顆粒夾雜通常位于軋材皮下位置。由以上分析可知，低倍夾雜形成的主要原因?yàn)?/span>:⑴電爐出鋼磷高導(dǎo)致倒包，鋼水倒包對(duì)耐材沖刷嚴(yán)重，二次氧化嚴(yán)重，增加了大包引流開(kāi)澆的幾率，進(jìn)一步造成鋼水的二次氧化，鋼水純凈度較差;⑵大包下渣故障檢測(cè)未檢測(cè)到大包下渣并及時(shí)關(guān)閉大包，造成大量大包渣進(jìn)入到中包內(nèi)，是造成低倍超標(biāo)的直接原因;⑶鑄坯斷面小、中包小、中包沖擊區(qū)較小，鋼水在中包內(nèi)的停留時(shí)間短，不利于夾雜物上浮，對(duì)鋼水的后期凈化作用有限。3解決措施 ⑴穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，減少因成分、設(shè)備異常等原因造成的倒包、停等等非正常作業(yè)。⑵大包下渣監(jiān)測(cè)實(shí)行設(shè)備檢測(cè)與人工觀察雙重控制，防止設(shè)備故障或檢測(cè)不準(zhǔn)確時(shí)造成大包大量下渣影響鋼水質(zhì)量，同時(shí)每個(gè)中包至少排渣一次，特別是在大包大量下渣時(shí)必須排渣處理，防止大包渣被卷入鋼水中污染鋼水，也便于人工判斷大包下渣狀況。⑶對(duì)中包進(jìn)行技改，擴(kuò)大中包容量，增加中包沖擊區(qū)體積; 安裝穩(wěn)流器，合理設(shè)置中包流場(chǎng)，使中包鋼水中夾雜物盡可能上浮。⑷通過(guò)穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏和加強(qiáng)大包下渣監(jiān)測(cè)，2022年2—6 月份低倍檢測(cè)合格率保持在較高的水平，總體呈上升趨勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ) ⑴通過(guò)對(duì)低倍夾雜的出現(xiàn)位置及主要成分的確定，與保護(hù)渣、中包覆蓋劑、大包渣等成分對(duì)比分析后，確定了低倍夾雜來(lái)自于大包渣。⑵通過(guò)分析冶煉過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)，找出了影響低倍夾雜的主要因素，如倒包、精煉時(shí)間長(zhǎng)，大包引流、大包下渣、中包較小等間接或直接導(dǎo)致了該爐鋼水潔凈度差，出現(xiàn)低倍夾雜。⑶針對(duì)低倍出現(xiàn)的原因有針對(duì)性地采取了穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，加強(qiáng)大包下渣監(jiān)控等措施，低倍夾雜數(shù)量出現(xiàn)了明顯下降，再無(wú)含大包渣成分的低倍出現(xiàn)，下一步通過(guò)進(jìn)一步的技改將更進(jìn)一步地提高鋼水質(zhì)量，減少低倍超標(biāo)缺