非金属夹杂物形成的热力学分析及控制措施

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1、帘线钢非金属夹杂物形成的热力学分析及控制措施王勇王立峰张玮（首钢技术研究院）摘要：对帘线钢中CaO-SiO2-Al2O3系氧化物夹杂和TiN夹杂物的形成进行了热力学计算分析，结果表明：CaO-SiO2-Al2O3系夹杂塑性区成分范围为：Al2O3=15～25%，=0.30～0.60，形成塑性夹杂物要求钢中Al含量2～6×10-6，氧活度0.002～0.005%。TiN夹杂物只有在凝固过程才能析出，当钢中的氮含量为0.0045%，钛含量低于0.001%时即可以控制TiN的析出。此外，介绍了生产过程中夹杂物

2、的控制措施以及生产应用效果。关键词：帘线钢，非金属夹杂物，热力学，控制措施ThermodynamicAnalysisofFormationofNon-metallicInclusionsinTireCordSteelandControlMeasuresWangYongWangLifengZhangWei（ShougangResearchInstituteofTechnology）Abstract：Thermodynamicsmethodwasadoptedinthispapertocalculateth

3、eformationofCaO-SiO2-Al2O3andTiNinclusionintirecordsteel．TheresultshowsthatforCaO-SiO2-Al2O3inclusion,compositionofdeformableinclusionare:Al2O3=15～25%，=0.30～0.60．[Al]contentinliquidsteelshouldbecontrolledwithintherangeof2-6×10-6andoxygenactivitybe0.002-0

4、.005%soastogetdeformableinclusions.TiNinclusionformationonlytakeplaceinsolidificationprocess,whenNcontentis0.0045%,TiNformationcanbeinhibitedifTicontentiscontrolledbelow0.001%.Moreover,controlmeasuresanditsresultinindustrialproductionwasputforwardKeyword

5、s：tirecordsteel,non-metallicinclusions,thermodynamics，controlmeasures帘线钢对纯净度和非金属夹杂物有着非常严格的要求，不仅是夹杂物的数量和尺寸，还包括夹杂物性质，即要求夹杂物尽可能是在热轧过程变形性良好的塑性夹杂物【1-2】。帘线钢中夹杂物主要包括以下几类：9硫化物夹杂、氧化物夹杂以及TiN夹杂。其中硫化物夹杂（主要以MnS为主）在拉拔过程中变形性比较好，对帘线钢加工过程的危害相对较小。由于脱氧方式的原因，帘线钢中氧化物夹杂主要以CaO

6、-SiO2-Al2O3为主，部分含有MnO或MgO，此类夹杂物由于组成的不同，性质变化比较大，如果组成在塑性区范围内，则夹杂物熔点低，不仅在精炼过程中容易长大去除，即使滞留在钢液中的夹杂物也具有良好的变形性，能够在轧制过程中随机体发生变形而不会导致断丝。如果夹杂物组成不在塑性区，则熔点较高，变形性差，大多会滞留在钢液中，成为加工过程中断丝的主要诱因。TiN夹杂的性质是其熔点高，而且在加工过程不变形，对于盘条拉拔的不利影响更大，而且该类夹杂物的性质难以通过技术手段改变，只有控制其在钢液中的析出【3-5】。

7、帘线钢炼钢过程的主要任务之一就是通过控制夹杂物的组成来控制其变形性。另外，通过控制钢中Ti、N含量来控制TiN夹杂物的形成及析出，减小其对后道加工过程的危害，更好的满足用户的要求。本文在对帘线钢中氧化物夹杂和TiN夹杂形成热力学分析的基础上，介绍了生产过程中夹杂物的控制措施及实际应用效果。1氧化物夹杂的控制1.1氧化物夹杂形成的热力学分析及讨论帘线钢采用硅锰合金脱氧，其反应式为：（1）当钢中铝含量较高时，铝参与脱氧反应，反应式为：（2）（3）钢液中铝和硅的复合脱氧反应式可以表示为：（4）（5）由文献[6

8、-8]提供的钢液中硅、铝的活度相互作用系数和CaO-SiO2-Al2O3系中Al2O3和SiO2的活度数据，并带入帘线钢成分，即可由式(5)计算出式脱氧反应相平衡的钢液Al含量以及与CaO-SiO2-Al2O3系脱氧产物相平衡的钢液氧含量。利用以上方法，文献[9]进行了1873K温度下式(4)脱氧反应与CaO-SiO2-Al2O39系脱氧产物相平衡的钢液Al含量及氧活度的计算，结果见图1，图中标注了该三元系中塑性夹杂物的成分范围。可以看到，