影響鋼水中氫含量的因素及控制

如圖5所示，在vd處理后，中包內(nèi)鋼液的平均[h]為1.7210-4%，在過程優(yōu)化后，通過vd處理后，中包內(nèi)鋼液的平均[h]為1.5810-4%，比優(yōu)化前相比下降了8.14%。6結(jié)語(1)季節(jié)、鋼液溫度、真空度、保真空時間、鋼包頂渣對鋼中氫含量均有影響。(2)對氫含量要求嚴(yán)格的鋼種要選擇在干燥季節(jié)冶煉,VD處理溫度<1635℃,真空度67Pa以下,頂渣堿度為4.0~4.8,渣厚<80mm,適當(dāng)延長真空保持時間,VD脫氫率較高,鋼液[H]較低。0氫或惡氫氫以離子或原子形式溶入液態(tài)或固態(tài)鋼中。氫是鋼中的有害元素,表現(xiàn)在兩個方面:一是溶入鋼中使鋼的塑性和韌性降低,引起所謂氫裂;二是當(dāng)氫從鋼中析出(變成分子的氫)時,造成內(nèi)部裂紋性質(zhì)的缺陷,白點是這類缺陷中最突出的一種。白點是由于鋼中氫含量過多和內(nèi)應(yīng)力共同作用造成的,鋼中氫是產(chǎn)生白點的必要條件。白點的存在對鋼的性能有極為不利的影響。它使鋼的力學(xué)性能降低,熱處理淬火時使零件開裂,使用時造成零件的斷裂。為了控制白點產(chǎn)生,一方面做好鑄坯和鋼材的保溫,減少鋼材應(yīng)力并使氫進(jìn)行擴散。另一方面要設(shè)法減少鋼中的氫含量。本文對影響鋼水中氫含量的各種因素進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析,根據(jù)分析結(jié)果,提出減少鋼中氫含量的技術(shù)措施并加以實施。1水蒸汽的進(jìn)入途徑氫在爐氣中的分壓力很低,大氣中氫的分壓力為0.053Pa,因此鋼中氫主要由爐氣中水蒸汽的分壓力決定。氫進(jìn)入鋼液的主要途徑:通過廢鋼表面的鐵銹(xFeO.rFe3O4.2H2O);鐵合金中的氫;增碳劑、脫氧劑、覆蓋劑、保溫劑、造渣劑中水分;未烘烤干的鋼包、中間包及中注管中的水分;結(jié)晶器滲水及大氣中的水分與鋼液和爐渣作用而進(jìn)入鋼液中。2鋼液中氫分子的擴散(1)通過擴散或?qū)α?鋼液中溶解的氫原子遷移到氣液相界面上。(2)氫原子由溶解狀態(tài)變化為吸附狀態(tài)。(3)表面吸附的氫原子相互作用生成氫分子。(4)氫分子從鋼液表面脫離。(5)氣體分子擴散進(jìn)入氣相后,被真空泵吸走。在煉鋼溫度下,步驟(2)、(3)、(4)、(5)進(jìn)行速度是相當(dāng)快的,在氣相壓力小于0.08MPa的真空中,氫分子的擴散速度也是相當(dāng)迅速的。因此,鋼液真空脫氫的限制性環(huán)節(jié)是步驟(1),溶解在鋼中的氫原子向氣—液界面的遷移。3影響因素分析：中氫含量3.1不同季節(jié)vd爐真空破空軟吹前后鋼液平均[h]在相同工藝條件下,分別選取潮濕和干燥季節(jié)生產(chǎn)的鋼種,在VD爐真空處理前和破空軟吹后,進(jìn)行定[H]試驗,不同季節(jié)VD爐真空處理前和破空軟吹后鋼液平均[H]見表1。由表1看出,因雨季空氣濕度大、原料水分偏高,VD真空處理前鋼液[H]潮濕季高于干燥季2.19×10-4%,同時由于潮濕季與干燥季節(jié)空氣的濕度和鋼包覆蓋劑水分含量的差異,造成VD破空軟吹期間增氫量提高33.3%。3.2vd包鋼水平其他條件相同,分別在VD處理溫度小于1615℃、1615~1635℃、大于1635℃的情況下,選取多爐鋼液。經(jīng)VD處理后,統(tǒng)計中包鋼水平均[H],結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,VD鋼中的[H]隨鋼液溫度的升高而增加,特別是當(dāng)鋼液溫度大于1635℃時,鋼液中的[H]顯著升高。3.3真空度對中包鋼水[h其他條件相同,選取多爐鋼液,在不同真空度下,進(jìn)行VD脫氫處理,統(tǒng)計中包鋼水平均[H],結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,真空度由50Pa到67Pa條件下,中包鋼水[H]變化不明顯;而當(dāng)真空度到80Pa時,中包鋼水[H]比真空度50Pa時增加了0.39×10-4%;當(dāng)真空度繼續(xù)到100Pa時,中包鋼水[H]比真空度50Pa時增加了0.85×10-4%。說明提高真空度,有利于溶解在鋼液中的自由氫原子從鋼液中排除,當(dāng)真空度小于67Pa時,脫氫效果不明顯,考慮成本問題,真空度為67Pa合適。3.4求取圖件的圖統(tǒng)計保持不同真空時間VD處理后鋼液中[H],可得到圖3。由圖3看出,在相同的冶煉條件下,適當(dāng)延長真空保持時間,會顯著提高VD的脫氫率,當(dāng)真空時間大于25min時,VD脫氫率趨于平緩。3.5剩余渣對鋼中氫的影響(1)包鋼液ph值統(tǒng)計結(jié)果其他條件相同,經(jīng)VD處理后,分別統(tǒng)計了多爐渣厚h>80mm、60mm<h<80mm及h<60mm的中包鋼液[H],統(tǒng)計結(jié)果見表2。由表2可以看出,隨著渣厚的降低,鋼液[H]逐漸降低。(2)vd處理后中包鋼液[h]其他條件相同,分別統(tǒng)計了多爐堿度R≥4.8、R=4.0~4.8、R≤4.0的鋼液,經(jīng)VD處理后中包鋼液[H]見表3。由表3看出,頂渣堿度R=4.0~4.8時,VD脫氫效率最高,中包鋼液[H]最低,當(dāng)堿度>4.8時,頂渣返干,VD脫氫率下降,中包內(nèi)鋼液[H]顯著增加。當(dāng)堿度≤4.0,頂渣變稀,軟吹鋼液容易裸露,造成鋼水增[H]。4烘烤時間及溫度(1)在潮濕季節(jié)對物料定期抽查水分含量。(2)LF爐使用的SiC等物料進(jìn)行烘烤,時間≥10min。(3)嚴(yán)格控制軟吹氬時氬氣流量,以不裸露鋼水為宜。(4)適當(dāng)延長真空保持時間5~10min。4.2保證vd鋼液溫度(1)優(yōu)化精煉后期配電、氬氣攪拌和SiC加入制度。適當(dāng)延長精煉終點小電流時間,氬氣中等偏低控制,嚴(yán)格控制精煉終點渣為玻璃渣,保證VD渣厚小于80mm,避免VD爐頂渣返干。(2)加強過程渣控制,避免VD爐頂渣返干。(3)優(yōu)化溫度控制制度,保證VD鋼液溫度低于1635℃,如鋼種需要VD鋼液溫度高于1635℃,可適當(dāng)延長真空保持時間。(4)VD處理前頂渣厚度h控制在<80mm。4.3控制鋼中[h]>2.010-4%時真空保持時間本著節(jié)能降耗的原則,根據(jù)不同鋼種氣體含量的要求,合理選擇VD真空保持時間。當(dāng)控制鋼中[H]<2.0×10-4%時,真空保持時間>8min;當(dāng)控制鋼中[H]<1.5×10-4%時,真空保持時間>15min;當(dāng)控制鋼中[H]<1.2×10-4%時,真空保持時間為>18min。5效果5.1優(yōu)化前后精制渣的率經(jīng)過對精煉后期配電、氬氣攪拌和SiC加入制度的優(yōu)化,VD脫氫率顯著提高。圖4為工藝優(yōu)化前后精煉終點渣的形貌。由圖4可知,工藝優(yōu)化前,頂