冶煉16mnrar鋼液氫含量測定

冶煉16mnrar鋼液氫含量測定

在精煉過程中，由于氫剩余對鋼的質(zhì)量和性能的嚴(yán)重影響，。鋼中氫的存在會(huì)引起白點(diǎn)、層狀斷裂等缺陷,對鋼鐵的力學(xué)特性產(chǎn)生非常不好的影響,特別是它可形成孔隙,使裂縫更加敏感,嚴(yán)重降低鋼的強(qiáng)度、塑性、疲勞壽命和沖擊韌性等力學(xué)性能。研究表明,只要鋼中氫含量低于2.0×10-6就不出現(xiàn)白點(diǎn),但是隨著鋼中硫含量的急劇降低鋼材產(chǎn)生白點(diǎn)的敏感性急劇升高。為了降低鋼中氫的殘留,對煉鋼過程氫含量進(jìn)行準(zhǔn)確測定,并分析氫含量變化的原因,進(jìn)而嚴(yán)格控制鋼液氫含量,保證探傷合格率。1hydris方法為了測定某鋼廠在冶煉低合金鋼16MnR(AR)過程中氫的變化規(guī)律利用上海賀利氏定氫儀HYDRIS直接測定鋼包、中間包中鋼液的氫含量。它以氮?dú)庾鳛檩d氣通過探頭進(jìn)入鋼液并吸收鋼液中的氫,當(dāng)載氣與鋼液中氫含量達(dá)到平衡時(shí),利用鋼液中的氫和載氣中氣泡氫分壓的關(guān)系,采用熱導(dǎo)率檢測器(TCD)監(jiān)控載氣氮的熱傳導(dǎo)速率,通過內(nèi)置微處理器完成數(shù)據(jù)計(jì)算,確定鋼液中的氫含量。HYDRIS系統(tǒng)測量范圍是(0.5～14)×10-6,測量時(shí)間為30～120s,測量誤差小于0.15×10-6。對于鑄坯中的氫采用德國G8GALILEO-ON/H分析儀,對鑄坯及時(shí)線切割并用液氮保存,樣品在惰性氣流下加熱熔融,用熱導(dǎo)檢測器對H2進(jìn)行檢測。2廢鋼氫含量測定冶煉16MnR(AR)鋼的原料為高爐鐵水,加入量為50t,鐵水的原始?xì)浜科骄鶠?.0×10-6。廢鋼比為10%,廢鋼氫含量用G8分析儀進(jìn)行測定,分析最大氫含量為3.60×10-6,最小為1.80×10-6,平均3.05×10-6。利用賀氏定氫儀對轉(zhuǎn)爐復(fù)吹、LF精煉、澆注過程進(jìn)行氫含量的測定,其中轉(zhuǎn)爐復(fù)吹、LF精煉和澆注過程分別隨爐測定50爐、68爐和75爐。2.1轉(zhuǎn)爐復(fù)吹系統(tǒng)水質(zhì)的指標(biāo)在實(shí)際樣品中的含量所指表1是轉(zhuǎn)爐連續(xù)出鋼10爐的鋼液氫含量和轉(zhuǎn)爐輔料加入量的關(guān)系,表2是轉(zhuǎn)爐輔料含水量。由表1可知復(fù)吹和出鋼過程實(shí)際增氫量平均為1.73×10-6。假設(shè)轉(zhuǎn)爐復(fù)吹和出鋼過程輔料10%的水分進(jìn)入鋼液中,鋼水為50t,計(jì)算得到轉(zhuǎn)爐復(fù)吹過程增氫量為7.50×10-6,出鋼過程增氫0.45×10-6,另外廢鋼增氫量為0.30×10-6。因此,理論上轉(zhuǎn)爐復(fù)吹和出鋼過程總的增氫量為8.25×10-6,這個(gè)值明顯高于實(shí)際測得的增氫量1.73×10-6。這是由于轉(zhuǎn)爐復(fù)吹過程碳氧反應(yīng)期,氫向CO氣泡擴(kuò)散,氣泡上浮過程體積不斷增大,使氫分壓不斷降低,氣泡中氫分壓幾乎為零。西華特定律表達(dá)式為:式中w[H]為鋼液中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù);pH2為爐內(nèi)氫氣分壓。由式(1)可知,鋼液中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氫氣分壓的平方根成正比,因此吹氧有利于氫的析出。另外,在實(shí)際冶煉中,隨著脫碳速度的增大,排氫速度加快,脫碳速度和排氫速度的關(guān)系如下:式中VH為排氫速度;VC為脫碳速度;PCO為CO分壓;KH為氫溶解平衡常數(shù)。由式(2)可知,PCO和KH在實(shí)際冶煉過程中變化不大,因此鋼水的沸騰排氫速度和鋼水的脫碳速度成正比,所以轉(zhuǎn)爐復(fù)吹冶煉工藝本質(zhì)上是一種低氫冶煉的方法。由表1和表2可知,轉(zhuǎn)爐輔料水分是轉(zhuǎn)爐復(fù)吹過程氫含量增加的主要原因,其中水含量為4.52%的化渣劑的加入直接影響出鋼后的氫含量,最高達(dá)到5.6×10-6。在出鋼過程中由于鐵合金經(jīng)過烘烤,含水量非常少,故忽略不計(jì),出鋼過程中增氫主要是合成渣水分帶入鋼液所致因此轉(zhuǎn)爐復(fù)吹過程是增氫主要環(huán)節(jié),增氫主要是化渣劑水分帶入鋼液所致,同時(shí)廢鋼表面的鐵銹(xFeO·rFe3O4·2H2O)也是增氫的原因。在轉(zhuǎn)爐吹煉過程應(yīng)該嚴(yán)格控制合成渣、化渣劑等輔料的水分,必要時(shí)對其進(jìn)行烘烤,盡量使用新鮮石灰,對廢鋼進(jìn)行除銹除濕作業(yè)。2.2確定正確的吹強(qiáng)度表3是LF精煉過程各個(gè)時(shí)期鋼水氫含量的變化。由表3可知,在精煉過程中不同階段鋼水氫含量都有不同程度的增加。精煉過程總的增氫量平均為1.32×10-6,與轉(zhuǎn)爐復(fù)吹過程增氫量相當(dāng)。其中LF升溫過程平均增氫量為0.64×10-6,LF深脫硫期及合金化階段鋼水的增氫量平均為0.22×10-6,鈣處理和軟吹氬階段增氫量平均為0.46×10-6。因此,LF升溫階段和鈣處理階段是精煉的主要增氫過程。LF精煉升溫階段埋弧渣和精煉渣水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.2%和1.0%,加入量分別為600kg和140kg,尤其是精煉渣加入量較多,是引起氫含量增加的主要原因。同時(shí)由于弧流不穩(wěn)定導(dǎo)致爐氣中的氫氣被電離后直接進(jìn)入鋼水是氫含量增加的另外一個(gè)原因。所以應(yīng)嚴(yán)格控制埋弧渣和精煉渣的水分,避免增氫。圖1是大吹氬時(shí)間與增氫量的關(guān)系,圖2是SiCa線喂線長度與增氫量的關(guān)系。由圖1可知,隨著大吹氬時(shí)間增大增氫量有所上升,因此選擇適當(dāng)?shù)拇蟠禋鍙?qiáng)度,保證大吹氬時(shí)間在2～4min,是避免增氫的重要方法。雖然和碳氧反應(yīng)期排氫原理相似,吹氬是有利于排氫。但是由于大吹氬過程中,隨著氬氣壓力的增大,易于造成鋼液表面裸露與空氣接觸,導(dǎo)致氫含量的上升。由圖2可知,鈣處理階段增氫量和喂線量有關(guān)。鈣處理階段采用水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.133%左右的SiCa線,喂SiCa線前后增氫量隨著喂線量的增加有上升趨勢。若SiCa線中的水分全部溶于鋼水中,根據(jù):式中LSiCa為SiCa線長度;AH2O為水的分子量;AH為氫的原子量;ρSiCa為SiCa線密度;χH2O為SiCa線中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù);wsteel為鋼液的質(zhì)量?？捎?jì)算出最大喂289m的SiCa線,鋼水的增氫量僅為0.1×10-6,因此,喂線過程中增氫主要是喂線速度過快造成鋼液大面積裸露,高溫鋼水同空氣中的水分接觸發(fā)生吸氫反應(yīng)。為降低鈣處理過程中鋼水增氫量,必須選擇適當(dāng)?shù)奈咕€速度,防止喂線速度過快使鋼水翻卷。2.3鋼水氫含量變化表4是澆注過程中間包鋼水氫含量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),圖3是不同中間包爐次增氫量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。由表4可知,對澆注過程氫含量進(jìn)行連續(xù)測定,前18爐從大包到中間包氫含量變化不大;中間30爐氫含量明顯增加,經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)大包長水口套管密封不好,鋼液流入長水口時(shí)同空氣接觸發(fā)生吸氫反應(yīng)導(dǎo)致增氫,于是重新更換長水口;最后27爐氫含量無明顯增加,基本保持不變。隨爐測定的75爐中間包鋼水氫含量大包到中間包平均增氫-6因此要確保長水口套管密封良好,避免增氫。由圖3可知,中間包第1～3爐鋼液增氫量最大,達(dá)1.86×10-6,以后的爐次增氫量相對穩(wěn)定,這是由于澆注過程前3爐的爐襯中含水量較多,即使中間包進(jìn)行烘烤,爐襯仍含一定水分。所以對于新包,應(yīng)保證足夠的烘烤時(shí)間和烘烤溫度,尤其是新砌的鋼包。2.4內(nèi)部偏析和轉(zhuǎn)爐復(fù)吹的影響由表5可知,在鋼水條件和其它工藝相同的情況下,鑄坯中氫含量小于(2～3)×10-6時(shí)鋼板探傷合格率為100%,隨著鑄坯氫含量的增大,探傷合格率逐漸降低,鑄坯中氫含量大于(4～5)×10-6時(shí)鋼板探傷合格率急劇下降。這是由于氫在固態(tài)鋼中溶解度很小,在鋼水凝固和冷卻過程中,氫會(huì)和CO、N2等氣體一起析出,板坯中心偏析產(chǎn)生馬氏體或粒狀貝氏體時(shí),在中心偏析區(qū)的非金屬夾雜物等處析出H2,并且與該區(qū)域中形成的馬氏體或粒狀貝氏體內(nèi)的組織應(yīng)力共同作用,導(dǎo)致鋼板中心偏析部位產(chǎn)生發(fā)紋,最終造成鋼板在探傷時(shí)無法通過檢驗(yàn)。可見,為了保證鑄坯氫含量小于3×10-6,保證探傷合格率,一方面,轉(zhuǎn)爐復(fù)吹和LF精煉過程應(yīng)該嚴(yán)格控制原、輔料和渣料的水分,中間包要保證足夠的烘烤時(shí)間和烘烤溫度;另一方面,LF精煉過程要選擇適當(dāng)?shù)拇禋鍙?qiáng)度、合適的喂線速度以及確保長水口套管密封良好防止鋼水裸露;對于難以達(dá)到要求的爐次可考慮RH或VD真空處理。3增氫因素的影響1)轉(zhuǎn)爐復(fù)吹和LF精煉是增氫的主要環(huán)節(jié),分別增氫1.73×10-6和1.32×10-6。轉(zhuǎn)爐復(fù)吹過程輔料水分和廢鋼鐵銹是導(dǎo)致氫含量增加的主要因素,LF精煉增氫