由于新钢冶炼产能及品种结构的变化,钢中氢含量的情况被越来越关注。氢是钢中的有害元素,表现在两个方面: 一是溶入钢中使钢的塑性和韧性降低,引起氢裂; 二是当氢从钢中析出时,会造成内部裂纹性质的缺陷。白点是这类缺陷中最突出的一种,它使钢的力学性能降低,热处理淬火时使零件开裂,使用时造成零件的断裂。为了控制钢水中氢的产生,就必须设法在钢铁冶金过程中最大限度地控制水分的带入。从影响钢水中氢含量的炼钢辅料入手,从化合水的角度进行系统的检测和研究分析,提出了炼钢辅料中化合水的质量控制措施,并把对辅料功能、质量的关注上升到关注提高品种钢质量的高度[1] 。
炼钢辅料中化合水的检测
1 炼钢辅料的种类
炼钢用辅料品种较多,根据炼钢流程主要的炼钢用辅料分为以下几类: 铁水预处理类、转炉炼钢类、精炼炉类、中包连铸类等。
从钢中氢的来源理论分析: 氢在炉气中的分压力很低,大气中氢的分压力为0. 053 Pa,因此钢中氢主要是由炉气中水蒸汽的分压力决定的。氢进入钢液的主要途径如下: 通过废钢表面的铁锈( αFeO·γFe2O3·2H2O) ,铁合金中的氢,增碳剂、脱氧剂、覆盖剂、保温剂、造渣剂等炼钢辅料中的水分,未烘烤干的钢包、中间包及中注管中的水分,结晶器渗水及大气中的水分与钢液和炉渣作用而进入钢液中。
2.炼钢辅料中的化合水及其检测方法
对炼钢辅料中的水分通常会进行水分常规检测,这里的检测通常是指游离水的检测,而对于其化合水的检测,大多钢厂基本上没有开展此项工作。
游离水又称自由水分,是指物料中所含的水分超出与空气中水蒸汽分压相等时的多余水分,用一句通俗的话来表述就是物料在100 ℃左右的温度下干燥失重至恒量时丢失的水分,也就是通常的结算水分。
化合水是指辅料中的结晶水,及以OH -、H + 或H3O + 等形式存在于物料中的水。化合水通常在100 ℃左右的温度下干燥是不会丢失的( 少数物料如石膏类品种除外) 。
化合水的概念理论上有解释,但在相关的产品标准或分析检测标准中并没有相关的检测方法,为此我们使用了自已开发的化合水检测方法———无水高氯酸镁吸收重量法,主要原理是: 试样在管式炉中加热至1 000 ℃时,化合水从辅料中分解,通入高纯氩气作为载气,化合水随载气带出,由装有强力吸水剂无水高氯酸镁的吸收管吸收后称量,并通过吸收管的增重计算出辅料中结晶水的含量。该法在辅料的检测应用中重现性良好,其精密度和准确度符合检测误差要求。
3.炼钢辅料化合水的基本情况
我们对现有的部分炼钢辅料进行了化合水的检测。游离水与化合水含量之间没有直接的对应关系,主要的炼钢辅料的化合水含量比较高,总体的趋势是含钙、镁元素的辅料中化合水的含量较高,如低碳碱性覆盖剂、终渣改性球、铝钙钢水脱硫剂等,高含量的化合水对炼钢控氢是不利的。