脱氧工艺对硅钢夹杂物的影响

刘天泉，舒宏富，邵晓骐

（1.马钢股份公司；2.安徽焓谷工程技术中心 安徽马鞍山 243002）

脱氧工艺对硅钢氧化物数量、尺寸、类型有较大影响［1］。Kurosaki等［2］深入研究了氧化物种类对硅钢带钢晶粒长大和电磁性能的影响。结果表明，钢中的氧化物组成不同，对成品带钢晶粒长大和电磁性能的影响不尽相同。冶炼硅脱氧硅钢时，先加Mn后加Si进行脱氧，既可以减少MnO夹杂物的数量，形成的复合氧化物还可以作为MnS析出核心，降低成品带钢的铁损［3］。基于此，某厂采用三种工艺生无取向硅钢，分别是：铝脱氧喷粉、铝脱氧不喷粉和硅脱氧精炼工艺。本文采用ASPEX夹杂物自动分析仪［4］对不同工艺生产的无取向硅钢，从精炼终点→中包→热板过程中的夹杂物进行对比研究，以夹杂物数量密度［5］、尺寸和类型为评价指标，探讨不同脱氧工艺对夹杂物的影响，为现场生产提供指导。

1 试验工艺及方案

1.1 试验工艺流程

根据RH操作的不同，可以分为铝脱氧喷粉、铝脱氧不喷粉和硅脱氧工艺类型。

1.1.1 铝脱氧硅钢：铁水预处理→转炉→氩站改质→RH（喷粉、不喷粉）→CSP

1.1.2 硅脱氧硅钢：铁水预处理→转炉→氩站（不改质）→RH（不喷粉）→CSP

1.2 试样分析检验方法

采用桶样获取RH、中包钢水试样，取热板试样，共34个试样。桶样加工如图如图1所示。

图1 吊桶样加工示意图

采用ASPEX快速自动分析仪分析夹杂物的数量、尺寸、成分和形貌。夹杂物分析起步尺寸为1μm，检测面积约为100 mm2。

2 结果分析与讨论

2.1 夹杂物数量

2.1.1 试验结果

试验炉次夹杂物数量密度及面积率检验结果如表1所示。

2.1.2 夹杂物数量变化

不同工艺类型（铝脱氧喷粉、铝脱氧不喷粉和硅脱氧）条件下的夹杂物数量变化如图2和图3所示。

表1 试验炉次夹杂物数量数量密度及面积率

由图2和图3知：

对于RH终点平均夹杂物数量密度和面积率而言，铝脱氧不喷粉工艺＜铝脱氧喷粉工艺＜硅脱氧工艺，这是由于铝脱氧工艺采用铝脱氧，活度氧低于硅脱氧工艺，所以生成的夹杂物数量较少。同时，喷粉会生成CaS类夹杂物，也会使得夹杂物数量增加。

从RH→中包，由于RH破空后的钢包镇静和中间包内部分夹杂物上浮去除，所以夹杂物数量减少，铝脱氧不喷粉、铝脱氧喷粉和硅脱氧数量密度分别减少了26.8%、37.0%和37.9%。

RH-中包-热板的夹杂物数量密度及面积率呈现减少趋势。

2.2 夹杂物尺寸

不同工艺（铝脱氧喷粉、铝脱氧不喷粉和硅脱氧）条件下夹杂物尺寸如表2所示。

图2 试验炉次RH-中包的夹杂物数量密度及面积率

图3 RH-中包-热板的夹杂物数量密度及面积率

表2 试验炉次夹杂物尺寸

由表2知：

铝脱氧硅钢的尺寸分布在1μm-2μm的夹杂物比例为50.2%-60.5%，硅脱氧硅钢的尺寸分布在1μm-2μm的夹杂物比例则为72.3%-76.9%。这意味着，硅脱氧硅钢的小尺寸夹杂物比铝脱氧硅钢的多，一定程度上会影响硅钢的磁性能。

从RH→中包→热板，铝脱氧硅钢和硅脱氧硅钢的夹杂物尺寸变化不大。

从铝脱氧硅钢的RH夹杂物平均尺寸看，喷粉工艺＞5μm的夹杂物数量约是不喷粉工艺的2倍。这是由于粉剂中的CaO与钢中［S］反应生成CaS，且粉剂中的CaO与铝脱氧产物变性作用，生成CaS-Al-Oxides类夹杂物尺寸较大的缘故。从RH终点到中包过程的夹杂物尺寸呈现递增趋势，但变化幅度不大。同样，由于RH喷粉的作用，钢中含CaS类的夹杂物较多，从RH到中包尺寸持续长大，中包夹杂物尺寸＞5μm的数量约是不喷粉工艺的3倍。

2.3 夹杂物的类型

2.3.1 铝脱氧工艺的夹杂物类型

铝脱氧工艺的夹杂物的类型如表3和图4所示。

表3 试验炉次夹杂物类型组成

图4 铝脱氧夹杂物类型

从表3和图4可知：

从RH夹杂物类型看，铝脱氧喷粉条件下夹杂物以CaS类夹杂为主，平均占比达75.99%。铝脱氧不喷粉条件下CaS类夹杂的平均占比下降至11.97%。可见，CaS类夹杂物的主要来源为喷粉脱硫产物。

对于中包夹杂物的类型，铝脱氧喷粉工艺条件下，钢中夹杂物以CaS类夹杂为主，平均占比达69.5%。不喷粉条件下钢中夹杂物CaS类夹杂的平均占比下降至15.3%。

2.3.2 硅脱氧工艺夹杂物类型变化

试验炉次夹杂物类型组成如表4和图5所示。

表4 试验炉次夹杂物类型组成

图5 RH-中包-热板夹杂物类型变化

从表4和图5可以看出，

硅脱氧工艺夹杂物类型主要以高Si类、低Si类夹杂物为主，还有少量的Oxides类氧化物和极少量的Al2O3和CaS类夹杂。

从RH→中包，由于温度降低，SiO2析出，高Si类夹杂物增多，到热板以后，钢中夹杂物SiO2含量有降低趋势。

3 结论

通过试验得出以下结论：

铝脱氧硅钢活度氧低于硅脱氧硅钢，生成的夹杂物数量较少，所以铝脱氧不喷粉硅钢夹杂物数量最少，铝脱氧喷粉硅钢次之，硅脱氧硅钢最多，钢包镇静和中间包冶金作用使得夹杂物减少，RH-中包三种硅钢的夹杂物分别减少了26.8%、37.0%和37.9%。

夹杂物的尺寸从RH→中包→热板变化不大，硅脱氧工艺比铝脱氧工艺小。

铝脱氧喷粉条件下钢中夹杂物以喷粉脱硫产物CaS类夹杂物为主，RH平均占比达76.0%，经过镇静和中间包冶金作用，部分夹杂物聚齐上浮，到中包后平均占比达69.5%；铝脱氧不喷粉钢中夹杂物的主要以Oxides类夹杂物为主；硅脱氧工艺夹杂物类型主要以高Si类、低Si类夹杂物为主，含有少量的Oxides类氧化物及极少量的Al2O3和CaS类夹杂物。