钢中氢的来源和控制对策

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1、PowerDesign钢中氢的来源及控制对策交流作者：高祝兵主任重钢股份公司炼钢厂2011.3昆明通过采用浸入式直读测氢仪对“转炉炼钢+LF炉+连铸”过程中[H]的来源进行研究，试验结果表明：转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢水增[H]现象。增氢原因有：原辅材料及合金水分、系统耐材水分、耐材化学成分分解的碳氢化合物、钢液二次氧化导致钢水增[H]。分析影响钢液增氢的主要因素及环节，并提出了改进措施。转炉炼钢氢来源变化规律摘要关键词钢中氢的来源及控制对策1.前言1.前言氢在钢中的危害主要表现为引起“氢脆”，“白点”以及点状偏析、静载疲劳断裂等严重缺陷，“氢脆”将使钢的塑性下降，脆性

2、增大，并且在低于其极限强度的应力作用下造成钢结构或钢件的突然脆性断裂[1]。在冶金生产中氢会导致铸坯形成气泡、裂纹和针孔[2]。为了掌握炼钢过程中钢水氢含量变化规律，重钢引进Hydris定氢仪，对“转炉炼钢+LF炉+连铸”过程中[H]的来源进行研究，掌握了炼钢过程钢液氢含量变化规律及控制增氢的措施。钢中氢的来源及控制对策2.试验条件2.1试验工艺及主要设备参数80tLD-CB（冶炼周期31min）→80tLF（冶炼周期35—55min）→240×1400mm断面弧形板坯铸机（中包容量15t，浇注周期35min）。2.2试验方案为了检测钢液中真实的氢含量，采用浸入式直读测氢仪(Mu

3、lti—LabHydrisSystem)对“转炉炼钢+LF炉+连铸”各工位钢液在线测氢及对原辅料进行详细的水分分析，详细的测试方案见表1。名称检测内容转炉速补料水分含量、用量、补炉后烘烤时间转炉用辅料及合金水分含量及用量、加入时机出钢结束钢液测氢LF用辅料及合金水分含量及用量LF精炼过程钢液测氢连铸中间罐、结晶器覆盖剂水分含量及用量中间罐钢液测氢N2、O2、Ar气体水分含量表1钢液测氢试验方案钢中氢的来源及控制对策3.试验结果3.1原辅料水分炼钢过程辅料及合金水分含量分析结果见表2，从分析结果可以看出：转炉速补料、化渣剂等部分材料水分较高，部分试样水分接近20%，部分石灰制品水分

4、含量〉1.2%。名称试验炉数/炉水分含量/%转炉速补料2215～19镁球及化渣剂3.2～19.2转炉用其它辅料综合水分含量1.04～1.47转炉及LF各类合金＜0.05LF用辅料综合水分含量1.1～1.6中包渣＜0.40结晶器保护渣＜0.35N2、O2、Ar气体3≤4ppm表2炼钢过程辅料及合金水分含量钢中氢的来源及控制对策3.2各工位钢液[H]测试转炉炼钢+LF炉+连铸各工位各工位钢液[H]测试结果见表3，从表3可以看出：转炉冶炼、LF精炼、浇注过程均存在钢液增[H]现象，转炉冶炼过程增[H]量占中间罐总量的66.4%、LF占25.95%、浇注过程占7.57%。中间罐[H]〉5

5、.0ppm的炉次占44.8%，个别炉次含量高达9.8ppm。工序名称出钢结束LF升温后LF合金化后钙处理前精炼结束中间罐[H]含量/ppm表3炼钢过程不同工序[H]含量钢中氢的来源及控制对策4.分析与讨论4.1转炉冶炼过程中对[H]的影响4.1.1后吹过程原辅料水分对氢的影响转炉后吹过程中即：脱碳速度减弱，氧含量增加，炉温升高，炉内动力学热力学条件均有助于钢液增[H]的发生。当向炉内加入水分含量较高的原辅料将导致氢的平衡分压增加，[H]向钢中扩散速率增加，钢水[H]含量增加[2]，结果如表4。从表4可以看出：后吹过程中未加辅料炉次出钢后[H]平均含量为2.5ppm，比后吹过程中加

6、辅料的炉次低1.07ppm。项目辅料水分含量/%试验炉次辅料加入量/Kg出钢后[H]含量/ppm后吹过程加辅料3.0～5.5302903.57后吹过程未加辅料/2802.5表4转炉吹炼过程辅料加入时机与钢水[H]含量的关系钢中氢的来源及控制对策4.1.2耐材的影响转炉补炉后耐材干燥程度对钢液[H]含量有直接影响，2008年因转炉补炉后耐材未彻底干燥导致6炉钢[H]〉8.0ppm引发铸坯皮下气孔判废。4.1.3合金的影响试验过程中发现，使用电解法生产的合金对钢液氢含量影响较大，在相同的生产工艺条件下使用金属锰的炉次比未使用的炉次高1ppm，结果如表5。项目试验炉次加入量/Kg出钢后

7、[H]含量/ppm使用金属锰的炉次3011003.5使用低磷锰铁的炉次3011002.5表5合金对钢水[H]含量的影响钢中氢的来源及控制对策4.1.4出钢过程合金及辅料水分含量对[H]的影响合金及其它辅料水分含量对[H]的影响如图1所示，随着合金及其它辅料水分含量的增加，钢液中[H]含量增加。4.2LF精炼过程对[H]的影响4.2.1各种渣料水分与增氢量的关系LF精炼过程，随渣料中水分总量增加，化渣升温阶段氢含量量增加，结果如图2，该阶段增[H]量占LF总增[H]量的47.12%