316不銹鋼無縫管

　　高質(zhì)量的316不銹鋼無縫管要求高的純凈度和組織均勻，即雜質(zhì)元素和非金屬夾雜少，碳化物細(xì)小且分布均勻。精煉渣具有脫氧、脫硫、去夾雜的作用，其性質(zhì)直接影響LF精煉過程的冶金效果。當(dāng)堿性還原渣同鋼液密切接觸時，鋼液中實際的氧、硫的數(shù)值大于同渣平衡的氧、硫的數(shù)值，使鋼液中的氧和硫向渣中擴(kuò)散；精煉渣中CaO、Al2O3等成分能夠與Si、Al、Mn等的脫氧產(chǎn)物結(jié)合成低熔點的化合物，從而降低脫氧產(chǎn)物的活度，強(qiáng)化脫氧反應(yīng)；由于精煉渣均由氧化物組成，氧化物之間的界面張力小，易于結(jié)合成低熔點化合物，而鋼液與脫氧產(chǎn)物間的界面張力大于渣和脫氧產(chǎn)物之間的界面張力，精煉渣可以吸收脫氧產(chǎn)物，使脫氧產(chǎn)物容易從鋼液中排除。此外，精煉渣融化后形成泡沫渣，渣層覆蓋鋼液，可有效防止氣體吸入，且有利于埋弧操作，減輕電弧對鋼包內(nèi)襯和鋼包蓋的損害，提高熱效率。因此，研究精煉渣成分變化及其對鋼潔凈度的影響，對LF精煉作用的充分發(fā)揮具有重要意義。

　　要對316不銹鋼無縫管中夾雜物進(jìn)行控制，首先要對鋼中夾雜物的種類、形貌進(jìn)行定性分析。根據(jù)精煉工藝可知：鋼中可能存在A類硫化物夾雜、B類氧化鋁夾雜、C類鋁酸鈣復(fù)合夾雜物以及鎂鋁尖晶石和氮化鈦夾雜等。由于全程采用沉淀脫氧工藝，爐渣對脫氧產(chǎn)物（主要是氧化鋁）的吸附作用尤為重要，通過氬氣弱攪拌等手段可改善夾雜物上浮的動力學(xué)條件，但是如果熔渣本身吸收夾雜物的性能不好，使得夾雜物不能從鋼水中徹底分離，會惡化316不銹鋼無縫管的機(jī)械性能。因此，精煉渣的組成、性質(zhì)直接影響316不銹鋼無縫管的使用性能。本研究系統(tǒng)地討論精煉渣成渣工藝和組成對成渣過程的影響作用規(guī)律，并對精煉渣的堿度和脫硫效果進(jìn)行系統(tǒng)探討，獲得能夠有效去除鋼中硫和氧化物夾渣的精煉渣系。

　　2、生產(chǎn)工藝對精煉成渣的影響

　　2.1、精煉渣組成

　　傳統(tǒng)的316不銹鋼無縫管精煉渣系主要是以CaO-Al2O3和CaO-SiO2-Al2O3的高堿度精煉渣系為主。由CaO-Al2O3二元相圖可知：渣中存在低熔點的化合物12CaO·7Al2O3，可通過調(diào)節(jié)精煉渣中Al2O3含量降低熔渣的熔點，改善合成渣精煉的動力學(xué)條件。SiO2屬于酸性氧化物，不利于精煉渣脫硫，但SiO2對熔渣的泡沫化性能有較大的影響。由CaO-Al2O3二元系和CaO-SiO2-Al2O3三元系表面張力圖可知，SiO2屬表面活性物質(zhì)，其含量增加可降低表面張力，促進(jìn)發(fā)泡，增加渣膜的彈性和強(qiáng)度。

　　2.2、生產(chǎn)工藝對渣成分的影響

　　生產(chǎn)316不銹鋼無縫管GCr15精煉過程采用三元精煉渣系，分別采取LD+LF+CC和LD+LF+VD+CC兩種工藝生產(chǎn)。本研究以精煉渣系中的3種主要成分為研究對象，探討其在精煉過程中的變化規(guī)律。圖1是不同成渣工藝路線從煉鋼出鋼到精煉結(jié)束過程中渣樣成分變化規(guī)律。圖2是不同成渣工藝路線精煉過程二元堿度的變化規(guī)律。

　　從兩種工藝路線來看，成渣的過程基本一致。主要分為兩個階段：

　　第1階段從轉(zhuǎn)爐出鋼到精煉站之前，轉(zhuǎn)爐冶煉采用高拉補(bǔ)吹操作，終點渣的堿度控制在3~3.5左右。出鋼時采用擋渣塞擋渣出鋼，出鋼過程加入脫氧劑脫氧和合金化，并在爐后加入二元合成渣進(jìn)行渣洗，以防止回磷。由于二元渣的加入，渣中CaO含量略有增加；轉(zhuǎn)爐吹煉過程中未用含鋁氧化物化渣，出鋼渣的Al2O3含量不高；煉鋼結(jié)束用鋁鎮(zhèn)定，渣中的Al2O3有所增加；利用硅鐵錳鐵進(jìn)行合金化，渣中的SiO2含量有所提高。

　　第2階段為鋼包精煉爐造渣過程，此過程中加入了合成渣、埋弧渣以及渣脫氧劑鋁和電石。在此過程中，渣中SiO2和Al2O3的含量會有明顯的降低。一方面在精煉過程中加入的脫氧劑鋁會將渣中的SiO2還原，鋼水會有不同程度的增硅現(xiàn)象；另一方面，主要是精煉過程中加入渣料，稀釋了渣中SiO2和Al2O3的濃度。

　　造渣過程前10min內(nèi)形成白渣，精煉結(jié)束后控制終渣堿度為4.5~5.0。高堿度、流動性好、氧化性低的鋼渣，利于鋼渣界面反應(yīng)，最大程度去除鋼中的氧，并使鋼中氧化物夾雜上浮，被精煉渣所吸收，提高鋼水的純凈度。

　　316不銹鋼無縫管從轉(zhuǎn)爐出鋼到精煉結(jié)束的成渣路線如圖1所示。由圖1可知：CaO在此過程含量基本維持不變；SiO2的含量是減少的，這是由于鋼水中有較多的酸溶鋁的緣故；而渣中Al2O3含量是略有增加的，一方面隨著鋼包處理時間的延長，大顆粒夾雜物有充足的時間上浮，另一方面精煉結(jié)束后對鋼水進(jìn)行弱攪拌，使細(xì)小的夾雜物能相互碰撞長大，上浮后被精煉渣所吸附，最后對鋼水進(jìn)行鈣處理，使Al2O3系夾雜物得到變性，有效避免堵水口情況的發(fā)生，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

　　2.3、精煉過程堿度的變化規(guī)律

　　精煉渣應(yīng)具有吸收脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜的能力，以便在鋼液進(jìn)行吹氬攪拌過程中最大限度地降低氧化物夾雜的數(shù)量。以日本山陽工藝為代表的高堿度（R=4.5）渣系精煉316不銹鋼無縫管，硫以及Al2O3夾雜含量都降到了很低的程度。

　　316不銹鋼無縫管精煉過程堿度的變化，以二元堿度為例，LD+LF+CC工藝，到達(dá)精煉站的堿度在3左右，精煉造渣過程堿度上升很快，精煉結(jié)束后的堿度維持在4~5之間；而LD+LF+VD+CC工藝精煉過程的堿度能達(dá)到6~7的水平，經(jīng)真空脫氣后，二元堿度略有下降，最后基本也在4左右。

　　3、精煉渣脫硫效果

　　合成渣配合埋弧渣一起使用，造渣過程埋弧效果好，大大提高了LF爐的熱效率，造渣10min后，基本形成了w（FeO+MnO）＜1%的渣系，且堿度較高，滿足了脫硫的熱力學(xué)條件，獲得了良好的脫硫效果。從表2可以看出：在平均噸鋼用量為9.31kg合成渣和2.79kg埋弧渣的條件下，脫硫率達(dá)到80%左右，尤其在造渣開始的10min內(nèi)，脫硫效果明顯，脫硫率達(dá)75%左右。

　　注：S1、S2、S3、S4分別表示轉(zhuǎn)爐出鋼時、精煉前、精煉10min后及精煉完成時的硫含量；η12、η14分別表示出鋼到精煉前及出鋼到精煉完成的脫硫率。

　　4、316不銹鋼無縫管中的氧含量

　　氧含量是衡量316不銹鋼無縫管質(zhì)量水平的一個重要指標(biāo)，對于鋁脫氧的316不銹鋼無縫管而言，要求鋼液中的溶解氧含量＜2×10-6。因此，去除鋼液中氧化物夾雜物就顯得尤為重要。

　　316不銹鋼無縫管中的全氧包括溶解氧和夾雜物中的氧，故從兩方面來討論氧的去除。一方面，鋼液中氧通過擴(kuò)散進(jìn)入精煉渣，因此要保證鋼渣氧化性低，只有鋼渣之間具有一定的氧勢差，鋼中的氧才能不斷地向渣中擴(kuò)散。精煉渣中的氧主要以FeO和MnO的形式存在，在316不銹鋼無縫管精煉過程的不同時期，取渣樣，采用化學(xué)分析法分析各組分含量，F(xiàn)eO和MnO兩者之和變化規(guī)律如圖3所示。結(jié)果表明：在造渣過程中，由于脫氧劑的加入，渣中氧急劇下降，還原渣形成后，渣中氧穩(wěn)定在1%左右。圖3：不同生產(chǎn)工藝精煉渣中FeO+MnO含量

　　另一方面，通過以上工藝可知：精煉過程盡早形成流動性較好的高堿度白渣，吸收鋼液中的非金屬夾雜物（主要是Al2O3），并且在生產(chǎn)過程中，盡量保證精煉后期有足夠的吹氬去除非金屬夾雜物的操作時間，以使316不銹鋼無縫管軋材上的全氧含量較低，提高316不銹鋼無縫管的抗疲勞壽命。

　　經(jīng)過此改進(jìn)工藝冶煉后的316不銹鋼無縫管，鋼材上全氧含量均＜12×10-6，最低的全氧含量為5×10-6，完全能滿足316不銹鋼無縫管的生產(chǎn)要求。

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