CN101078673B - 一种测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法 - Google Patents
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Abstract
一种测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，属材料测试技术领域，用于解决以简便易行的方法实现转炉终点气体全分析取样的问题。其特别之处是，它包括样勺取钢水、钢水脱氧、石英管取样、淬火冷却、试样加工等步骤。本发明结合现有取样方式的优点，独创了一种方法简便、测试结果准确的转炉终点气体全分析取样方法。该方法特点如下：1.取样器能够适应转炉终点钢水高氧含量的特点，可以非常方便地对转炉吹炼终点时钢水中碳氧积含量进行测定；2.所取试样代表性强，试样精度高，成功率高达95％以上；3.在少投入、低成本条件下，实现了转炉终点钢水[O]、[N]、[H]气体含量全分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种简易而准确的转炉终点钢水气体全分析试样取样方法，属材料测试技术领域。
背景技术
钢中气体包括氢气、氮气和氧气三种，上述三种元素作为有害元素存在于钢中，其对钢材的影响主要表现在以下几方面：1、降低钢的机械性能，主要是降低钢的范性指标。2、形成裂纹源，或形成发纹。3、气体含量超过某临界含量时，会在钢材表面形成皮下气泡；4、加剧了钢材的中心疏松。5、氢还是产生白点的元素，易诱发氢致裂纹。现有转炉终点钢水气体全分析方法国外有采用专用的转炉终点钢水气体全分析设备及分析探头，将分析探头插入转炉终点钢水中一定时间，直接分析出钢水中氮、氧、氢三种气体中的一种或几种气体含量，并在仪器上显示结果。该方法分析设备投资较大，耗材费用高，分析成本高。
目前国内冶金行业普遍采用以试样测定钢中氢、氧、氮含量的方法，常用的取样方法及优缺点分析如下：(1)真空石英管取样：该方法多用于连铸机结晶器中取样，优点是取样方便，合格率高，代表性比较好，试样加工比较方便。缺点一是受真空度限制，试样直径偏小，部分试样表面有气孔；二是必须接近钢水表面才能进行取样，因此受到取样位置的限制，应用范围较窄。(2)气体取样器取样：该方法适用于钢水包和连铸中间包，优点是方法灵活，使用范围广；其缺点是：取样合格率低，经常出现空心及夹渣现象，使分析结果严重异常，试样代表性比较差。(3)样模取样：样模取样的优点是所取试样代表性强，也可在冶炼和浇注过程的大多数环节。其缺点一是操作不灵活；二是试样加工余量大，影响试样制备速度；三是样模在冷却过程中会形成中心疏松并产生偏析，甚至会出现中心缩孔，造成分析结果的严重偏差。(4)结晶器内石英管取样：该方法在结晶器取样时，一般要扒开钢水表面的钢渣再插入一定深度的石英管，提起石英管时应先用拇指将上口封死并保持一定倾斜度。其优点是试样代表性好，但是操作条件恶劣，适用范围较窄，国内仅见用于连铸机结晶器的相关报道。实践证明，取样方法对气体分析结果的代表性和准确性有非常重要的影响。过去人们对钢中气体分析试样的取制方法重视不够，因取样方法不规范或代表性差，造成气体分析结果的不稳定，不同批次的分析结果也没有可比性，不但造成大量的无效劳动，还给科研工作带来很不利的影响，有的甚至是误导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有取样技术的不足，提供一种方法简便、测量结果准确的测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，其特别之处是，它包括如下步骤：
a.样勺取钢水：将样勺勺头插入钢液容器内渣-钢界面以下300mm～500mm，舀取钢水一勺，样勺在拉出过程中确保钢水始终被终渣均匀覆盖；
b.钢水脱氧：在样勺内钢水被终渣覆盖条件下，将脱氧剂插入钢水中，对样勺内的钢水进行充分脱氧；
c.石英管取样：将带有吸球的石英管内空气排空，拨开终渣，迅速将取样用的石英管插入脱氧后的钢水中，吸取钢水；
d.淬火冷却：将取好试样的石英管淬火冷却，得到表面光滑的钢样；
e.试样加工：将所取钢样按规定要求加工成标准气体试样；
上述测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，所述脱氧剂为铝、镁、稀土元素或钛，加入量为钢水质量分数的0.1％～0.2％。
上述测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，所述石英管取样步骤中，石英管以垂直或低于10°的小角度插入钢水中15～25mm，石英管内吸取钢水高度大于50mm。
上述测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，所述淬火冷却步骤中试样需在10秒钟内冷却到室温。
本发明结合现有取样方式的优点，独创了一种方法简便、测试结果准确的转炉终点气体全分析取样方法。该方法特点如下：1.取样器能够适应转炉终点钢水高氧含量的特点，结合对所取试样中[O]、[N]、[H]气体含量全分析，以及红外碳、硫的化学分析，可以非常方便地对转炉吹炼终点时钢水中碳氧积含量进行测定；2、所取试样代表性强，试样精度高，成功率高达95％以上；3、在少投入、低成本条件下，实现了转炉终点钢水[O]、[N]、[H]气体含量全分析。本发明方法可用于转炉吹炼终点时钢水中碳氧积含量测定及转炉终点钢水、电炉氧化期钢水、电炉还原期钢水、精炼钢水、连铸中间包钢水、结晶器钢水的[O][N][H]气体含量全分析。
具体实施方式
本发明方法综合了现有技术中勺式取样和管式取样的优点，该方法的主要特点有两点：一是样勺取样后脱氧，使钢中溶解氧全部转化为夹杂氧。
转炉吹炼终点时，由于钢中氧的存在形式以溶解氧为主(一般为300～1000pppm左右，其至更高)，此外还有少量氧以夹杂物形式存在(一般为5ppm以下)。因此在该氧含量条件下取样时，如果不对钢水进行脱氧处理，试样就会产生气泡，故可用脱氧剂对转炉终点钢水进行强脱氧，使溶解氧全部与脱氧剂结合，从而方便取样和分析。此外，由于转炉吹炼终点时，钢中溶解氧远高于夹杂氧，故也用钢中全氧含量近似代替溶解氧含量。二是在取样前，要先用吸球将耐高温石英管内的空气排出，从而减轻高温钢水与空气接触并发生反应的可能性，大大提高了钢中气体含量的分析精度。以下给出几个具体实施例：
实施例一：
1、转炉冶炼时，当吹炼到钢水温度和钢中碳含量符合钢种要求时，倾动转炉到合适位置，然后用样勺从转炉内舀取转炉终点钢水一勺，要求：样勺要蘸好渣，勺头插入渣-钢界面以下300mm，样勺在拉出过程中应确保钢水始终被终渣均匀覆盖，防止钢水裸露；
2、在样勺内终渣覆盖条件下，将铝条插入样勺内的钢水中，对样勺内的钢水进行充分脱氧，脱氧剂铝条加入量为钢水质量分数的0.1％。此时钢水中非溶解氧较少，故分析时可用全氧代替溶解氧。
3、将两端开口的耐高温石英管的一端插入吸球内约10mm左右，用手将吸球压瘪，将吸球内残留的空气排空；然后将终渣拨开，露出钢水液面，迅速将取样用的耐高温石英管的另一端垂直或低于10°的小角度插入脱氧后的钢水中15mm处，缓慢松开吸球吸取一定高度的钢水，吸取高度50mm。
4、摘下吸球，将取好试样的耐高温石英管迅速放入冷水中淬火冷却，淬火时不断搅动试样，以确保试样能在10秒钟内冷却到室温。试样表面的石英管在淬火过程中自动炸裂，得到表面光滑的钢样。
5、将所取的气体分析试样在尽可能短的时间按规定要求加工成3个标准气体试样。
6、在规定的时间内，用气体分析设备进行分析，准确测定出钢产品用钢水中氮、氢、氧的气体含量。
7、对所取试样进行红外碳、硫分析，可以测定转炉吹炼终点钢水中的碳、硫含量。
8、结合气体分析结果及红外碳硫分析结果，可以测定出转炉吹炼终点时钢水中的碳氧积。
实施例二
1、转炉冶炼时，当吹炼到钢水温度和钢中碳含量符合钢种要求时，倾动转炉到合适位置，然后用样勺从转炉内舀取转炉终点钢水一勺，要求：样勺要蘸好渣，勺头插入渣-钢界面以下400mm，样勺在拉出过程中应确保钢水始终被终渣均匀覆盖，防止钢水裸露；
2、在样勺内终渣覆盖条件下，将铝条插入样勺内的钢水中，对样勺内的钢水进行充分脱氧，脱氧剂镁条加入量为钢水质量分数的0.20％。此时钢水中非溶解氧较少，故分析时可用全氧代替溶解氧。
3、将两端开口的耐高温石英管的一端插入吸球内约10mm左右，用手将吸球压瘪，将吸球内残留的空气排空；然后将终渣拨开，露出钢水液面，迅速将取样用的耐高温石英管的另一端垂直或低于10°的小角度插入脱氧后的钢水中20mm处，缓慢松开吸球吸取一定高度的钢水，吸取高度52mm。
4、摘下吸球，将取好试样的耐高温石英管迅速放入冷水中淬火冷却，淬火时不断搅动试样，以确保试样能在10秒钟内冷却到室温。试样表面的石英管在淬火过程中自动炸裂，得到表面光滑的钢样。
5、将所取的气体分析试样在尽可能短的时间按规定要求加工成3个标准气体试样。
6、在规定的时间内，用气体分析设备进行分析，准确测定出钢产品用钢水中氮、氢、氧的气体含量。
7、对所取试样进行红外碳、硫分析，可以测定转炉吹炼终点钢水中的碳、硫含量。
8、结合气体分析结果及红外碳硫分析结果，可以测定出转炉吹炼终点时钢水中的碳氧积。
实施例三：
1、转炉冶炼时，当吹炼到钢水温度和钢中碳含量符合钢种要求时，倾动转炉到合适位置，然后用样勺从转炉内舀取转炉终点钢水一勺，要求：样勺要蘸好渣，勺头插入渣-钢界面以下500mm，样勺在拉出过程中应确保钢水始终被终渣均匀覆盖，防止钢水裸露；
2、在样勺内终渣覆盖条件下，将铝条插入样勺内的钢水中，对样勺内的钢水进行充分脱氧，脱氧剂钛加入量为钢水质量分数的0.15％。此时钢水中非溶解氧较少，故分析时可用全氧代替溶解氧。
3、将两端开口的耐高温石英管的一端插入吸球内约10mm左右，用手将吸球压瘪，将吸球内残留的空气排空；然后将终渣拨开，露出钢水液面，迅速将取样用的耐高温石英管的另一端垂直或低于10°的小角度插入脱氧后的钢水中25mm处，缓慢松开吸球吸取一定高度的钢水，吸取高度51mm。
4、摘下吸球，将取好试样的耐高温石英管迅速放入冷水中淬火冷却，淬火时不断搅动试样，以确保试样能在10秒钟内冷却到室温。试样表面的石英管在淬火过程中自动炸裂，得到表面光滑的钢样。
5、将所取的气体分析试样在尽可能短的时间按规定要求加工成3个标准气体试样。
6、在规定的时间内，用气体分析设备进行分析，准确测定出钢产品用钢水中氮、氢、氧的气体含量。
7、对所取试样进行红外碳、硫分析，可以测定转炉吹炼终点钢水中的碳、硫含量。
8、结合气体分析结果及红外碳硫分析结果，可以测定出转炉吹炼终点时钢水中的碳氧积。
Claims (3)
1.一种测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，其特征在于，它包括如下步骤：
a.样勺取钢水：将样勺勺头插入钢液容器内渣-钢界面以下300mm～500mm，舀取钢水一勺，样勺在拉出过程中确保钢水始终被终渣均匀覆盖；
b.钢水脱氧：在样勺内钢水被终渣覆盖条件下，将脱氧剂插入钢水中，对样勺内的钢水进行充分脱氧；
c.石英管取样：将带有吸球的石英管内空气排空，拨开终渣，迅速将取样用的石英管插入脱氧后的钢水中，吸取钢水；
d.淬火冷却：将取好试样的石英管淬火冷却，淬火时不断搅动试样，以确保试样能在10秒钟内冷却到室温，试样表面的石英管在淬火过程中自动炸裂，得到表面光滑的钢样；
e.试样加工：将所取钢样按规定要求加工成标准气体试样。
2.根据权利要求1所述的测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，其特征在于：所述脱氧剂为铝或镁、稀土元素、钛，所述脱氧剂加入量为钢水质量分数的0.1％～0.2％。
3.根据权利要求2所述的测定碳氧积的转炉终点气体全分析取样方法，其特征在于：所述石英管取样步骤中，石英管以垂直或低于10°的小角度插入钢水中15～25mm，石英管内吸取钢水高度大于50mm。
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