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,，通過分析該爐鋼水冶煉過程,，發(fā)現(xiàn)該爐存在冶煉時間過長,、大包下渣檢測未啟用、引流開澆等異?，F(xiàn)象,，該爐大包下渣檢測失靈，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、定期對中包進(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)量相對穩(wěn)定,，對于生產(chǎn)異常的爐次會加嚴(yán)檢測,，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,，質(zhì)量處做異常處理,，取雙倍樣檢驗(yàn)低倍夾雜情況，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)了低倍夾雜,。

     為進(jìn)一步查清其來源，又利用掃描電鏡及能譜分析儀對夾雜物進(jìn)行了高倍檢測及成分分析,。   夾雜物的主要成分為Ca,、Al、Si,、Mg 的氧化物,，見表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)晶器液面波動卷渣的可能,。相對于大包渣成分，該夾雜物中CaO 含量下降,，Al2O3和MgO 含量相對上升,，說明大包渣進(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,，在澆鑄過程中因大包引流開澆，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過程中不斷與鋼中夾雜物碰撞長大,，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)無穩(wěn)流裝置，耐材侵蝕嚴(yán)重,，侵蝕后的鎂質(zhì)耐材部分會進(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程中形成，因異相形核相對于均相形核所需的自由能更低,，該類夾雜物通常會在鋼水中已存在的夾雜物表面生成并長大,，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，與大包下渣的推測相吻合,。

    該爐鋼因磷高倒包冶煉時間較長,，高溫鋼水對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 個百分點(diǎn),，并且因鋼水在包時間長導(dǎo)致開澆燒氧引流,，鋼水二次氧化嚴(yán)重。通過查找大包下渣檢測系統(tǒng)趨勢圖可知,，該爐大包下渣檢測反應(yīng)遲鈍,，大包下渣后水口關(guān)閉時間延遲約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,，基本會隨鋼流進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)，并在鑄坯下行過程中不斷上浮被凝固坯殼捕捉,，對應(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,，鋼水倒包對耐材沖刷嚴(yán)重,，二次氧化嚴(yán)重，增加了大包引流開澆的幾率,，進(jìn)一步造成鋼水的二次氧化,，鋼水純凈度較差;⑵大包下渣故障檢測未檢測到大包下渣并及時關(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)的停留時間短，不利于夾雜物上浮，對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)測實(shí)行設(shè)備檢測與人工觀察雙重控制，防止設(shè)備故障或檢測不準(zhǔn)確時造成大包大量下渣影響鋼水質(zhì)量,，同時每個中包至少排渣一次,，特別是在大包大量下渣時必須排渣處理，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，使中包鋼水中夾雜物盡可能上浮,。⑷通過穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏和加強(qiáng)大包下渣監(jiān)測,，2022年2—6 月份低倍檢測合格率保持在較高的水平，總體呈上升趨勢,。

4結(jié)語 ⑴通過對低倍夾雜的出現(xiàn)位置及主要成分的確定,，與保護(hù)渣、中包覆蓋劑,、大包渣等成分對比分析后,，確定了低倍夾雜來自于大包渣。⑵通過分析冶煉過程的相關(guān)數(shù)據(jù),，找出了影響低倍夾雜的主要因素,，如倒包、精煉時間長,，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針對低倍出現(xiàn)的原因有針對性地采取了穩(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,，再無含大包渣成分的低倍出現(xiàn)，下一步通過進(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