生产铝镇静钢的工艺

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1、生产铝镇静钢的工艺 摘 要：在生产铝镇静钢的工艺条件下, 研究了钢包喂 CaSi 线处理后钢 中夹杂物的组成、形态、尺寸和分布等的变化规律。结果表明,喂线后钢 中钙铝比达到0.09以上时，钢中的Al O类夹杂物能获得较好的变性;夹 杂物中的钙铝比随喂线后钢中钙铝比的2 3增大呈线性增加趋势;较高的钢 中钙铝比有利于连铸坯中大颗粒夹杂物的去除， 有利于钢中夹杂物球化 率的提高。关键词：钢包喂线 夹杂物变性 钙铝比Influence of CaSi Wire Feeding in Ladle UponInclusion Modification in SteelZhang Jian Jiang J

2、unpu(University of Science & Technology Beijing)Gao Zhe Zhou Guoping(Tianjin Steel Pipe Co.)Abstract：This paper investigated the steelmaking process of Al-killed steel on the industrial scale and minutely researched into the modification tendency of the composition, morphology and dimension of inclu

3、sions in steel during CaSi wire feeding in ladle. The results of study show that alumina (Al2O3) inclusions in steel can expectably be modified into low melting point calcium aluminate phases with the Ca/Al ratio in liquid steel of no less than 0.09 after wire feeding. Moreover, with the increasing

4、of Ca/Al ratio in liquid steel, the Ca/Al ratio in calcium aluminate inclusions will linearly increases. In addition, the high value of Ca/Al ratio in steel shall be favourable to the removing of the inclusions with big size in slabs and the increasing of the ratio of spheroidal inclusions in steel.

5、Keywords：CaSi wire feeding in ladle inclusion modification ratio of Ca/Al1前言向铝镇静钢中喂CaSi线对钢液进行钙处理的主要目的是:将铝脱氧 而产生的高熔点的脆性 Al O 夹杂物变性成为含钙量较高的低熔点钙铝 酸盐夹杂(如12CaO*7Al O),同时减少钢中有害的沿晶界分布的II类硫 23化物的数量， 改变其组成和性质， 从而有利于洁净钢水， 改善钢质量， 解决 浇注过程中的水口堵塞问题1。本文针对如图 1 所示的铝镇静钢生产的 工艺条件,对钢包内钢水钙处理(喂CaSi线)后钢中夹杂物的组成、形态、 尺寸和分布等的变

6、化规律进行了研究和分析，以期对实际生产中的钢水 钙处理提供参考。1丸点庇电炉CAFL1和出世炉LF4空 CA共存。在喂线后,夹杂物中的含钙量即钙铝比(Ca/Al)都较喂线 前提咼，特别是，随着钢中钙铝比】Ca/Al的提咼，钙铝酸盐夹杂中钙的 相对含量显著增加，这种趋势可以从图2中清楚地看出。喂线后钢中钙铝 比较高的952 735炉(0.113)和952 745炉(0.090),其钙铝酸盐夹杂中的(Ca/Al)比分别为1.077和0.885,由此对应的夹杂物相一般为C A或12 7C A 和 CA 共存。12 73各工艺点处钢中钙铝酸盐夹杂物的含钙水平的变化规律,以及与金相、电镜分析结果的良好对

7、应关系表明，钢水经喂CaSi线处理后,钢中的 铝酸盐类夹杂物得到了不同程度的变性,尤其是当钢中含钙量较高使钢 中钙铝比大于0.09时,Al O类夹杂物多变性成为12CaO.7Al O或成分接 近12CaO*7Al O的低熔点钙铝酸盐夹杂物,从而获得了良好的钙处理效231.D 柔瑶加环駛辰 一城性河汩黒果0. M 0. as D. 1Q站“ 11图2 喂线后夹杂物中钙铝比随钢中钙铝比变化的趋势3.2 喂线过程中钢中夹杂物尺寸的变化在喂CaSi线前后各工艺点处钢样的夹杂物尺寸分级数据如表2所 示。从表 2 中可见:(1) 在喂线试验的条件下,从喂线前、喂线后、中间包到连铸坯的诸 工艺点处的钢样中，

8、夹杂物尺寸基本在20 p m以下,小颗粒的夹杂物占绝 大多数，1 p m3 p m的小夹杂占67.86 %90.68 %平均为81.45 %;大 于5 p m的夹杂物仅占1.45 %12.5 %,平均4.27 %。(2) 钢中钙铝比Ca/Al 高的炉次离04工艺点(连铸坯)较早时，钢 中10 p m20 p m的夹杂物即消失。(3) 由表3将钙铝比大于0.09的试验炉次喂线前后的夹杂物分级数 量直观地示于图3,从图3中可见,与喂线前相比,具有较高钙铝比的952 735 炉和 952 745 炉炉次其连铸坯中各个尺寸级别的夹杂物数量都有较 大幅度的降低。而对钢中钙铝比较低的952738炉和952

9、739炉,连铸坯 中大于3 p m的夹杂物数量与喂线前相比有不同程度的增加或相近。(4) 喂线后随着钢中钙铝比的增加，连铸坯中1 p m3 p m的小颗粒 夹杂物比例有增加趋势，而较大颗粒的夹杂物特别是大于5 p m的夹杂物 比例下降趋势明显。(5) 从连铸坯中夹杂物的绝对数量来看,随着钢中钙铝比的增加,大 于5 p m的夹杂物数量逐渐减少。如Ca/Al比为0.108的952 735炉,60 个视场中未发现有大于5 p m的夹杂;而Ca/Al比为0.048的952 739 炉,5 p m10 p m的夹杂物为9.34个/mm2,10 p m20 p m的夹杂物为4.67 个/mm2。表 2 喂

10、线前后各工艺点处钢中夹杂物尺寸分布情况炉号工 艺占八、钙铝比夹杂 总数/个.mm-21VDW3m3VDW5m5VDW10m10VDW20m/ 个.mm-2百分 率/%/个.mm-2百分 率/%/个.mm-2百分 率/%/ 个. mm-2百分 率/%010.04186.74144.7277.5035.0118.754.672.502.331.2500.11175.0149.3985.3323.3413.332.331.330095273237500.10144.7382130.7290.32111.678.062.331.610004142.39128.33390.1614.019.840000

11、010.014231.09198.4185.8628.0112.124.672.020000.06191.4161.0684.1518.679.769.344.882.331.2295373291800.05254.4324212.4283.4930.3511.939.343.672.330.9204130.7288.7067.8632.6825.009.347.1400010.016161.06137.7285.5121.0113.04002.331.4500.04333.8291.7887.4132.689.799.342.800095273260900.04275.4384249.779

12、0.6821.017.634.671.690004112.0481.7072.9216.3414.589.348.334.674.17010.029200.75144.7272.0939.6819.7714.016.982.331.1600.09312.7233.4374.6353.6917.1623.347.462.330.7595274209500.093398.0474.7076.1921.0121.432.332.38000100.379.3779.0716.3416.284.674.650047注:01-喂线前 02-喂线后 03-中间包 04-连铸坯3啦刖负悶乩矶2003-5S-1

13、0天盘农犹寸-貯图 3 高钙铝比连铸坯中夹杂物数量与喂线前的比较3.3 喂线过程中钢的清洁度的变化 为综合评价钢中夹杂物的数量和尺寸,定义钢的夹杂物指数 I 如下:/二工:d“J八柑.加 式中B夹杂物的当量直径(取B=4 p m) d不同尺寸级别夹杂物的平均直径/p m n 各尺寸级别的夹杂物个数/个 S视场面积/mm2(S=0.00714 mm2)N视场数(N260) 根据图像仪测量的数据,计算得各炉次在各工艺点处的夹杂物指数I 值列于表 3 。表 3 各工艺点处钢样的夹杂物指数炉号喂线前 / 个.mm-2喂线后 / 个.mm-2中间包 / 个.mm-2连铸坯 / 个.mm-2n /%952

14、735124.88102.4281.4178.2037.38952738135.97125.47162.8294.5430.4795273998.62196.08154.6592.206.51952745147.06222.9262.7364.7855.95注:n为与喂线前相比铸坯钢样的夹杂物指数I值下降的百分比显然，从喂线前到连铸坯的过程中总的趋势是i值降低，钢的清洁程 度提高了。但是不同的钙铝比和钢中含钙量的炉次,清洁度的改善程度各 不相同。钢中含钙量低、钙铝比小的炉次i值降低较少，清洁程度改善不 大，如952 739炉单位面积的当量夹杂物数量仅降低6.51 %。反之喂线 后钢中含钙量较高

15、、钙铝比较大的炉次,i值降低较多，钢的清洁程度大 大提高，如952 745炉和952 735炉I值分别降低55.95 %和37.38 %。在所考察的 4 炉次中,值得注意的是 952 745 炉,经喂线处理后,钢中 夹杂物数量增多,夹杂物尺寸也略有增大,但到中间包时钢中夹杂物数量 显著减少,夹杂物的尺寸也大为变小,总的趋势表现为 I 值大幅度降低, 钢的清洁程度提高较多。表现出喂线后钢中夹杂物改性继而上浮去除的 趋势。3.4 钢中夹杂物球化率的变化未经喂 CaSi 线处理的铝镇静钢中的夹杂物多为含 AlO 较高的高熔 点夹杂,它们在炼钢温度下为固态,析出的形状多为不规则或带棱角状。 经钙处理后

16、,含 AlO 较高的高熔点夹杂物变性成为富钙的钙铝酸盐或其 23 复合夹杂,其熔点较低,在钢液温度下为液态球状,凝固时以球状存在于 钢中。从这个角度考虑,若经喂 CaSi 线处理后,钢中的夹杂物得到较好的 变性处理,则最后留在钢中的球状夹杂物也应该多些。此处定义钢中夹杂 物的球化率0如式(2):g0 =(60 个视场中球状夹杂物的个数/60个视场中夹杂物总数)X100%(2)这样可从另一个侧面,以球化率 0 来表征喂钙处理效果。由图像分析仪测得的各工艺点处钢中夹杂物的球化率0数值示于 表 4。显然不同炉次的夹杂物球化率 0 变化差异较大,喂线后钢中含钙 量高,含硫量低且 Ca/Al、Ca/S

17、大的炉次 952 735 炉和 952 745 炉连铸坯 中夹杂物中的球化率较高,并且与喂线前相比,连铸坯中夹杂物的球化率 分别提高了 40.19 %和30.02 %。相反,Ca/Al较低的952 738炉和952 739 炉, 连铸坯中夹杂物的球化率较低, 并从喂线前到连铸坯的过程中钢中夹 杂物的球化率降低了。特别是 952 739 炉, 连铸坯中夹杂物球化率 0 最 g 低为 45.83 %, 而且流程中球化率 0 降低也最多, 达 16.78 %。g表 4 各工艺点处钢中夹杂物的球化率的变化炉钢中夹杂物的球化率0 /%n/%Ca中间 包钙中间 包钙(w)/X10-6铝比 (Ca/ Al)

18、TD硫比 (Ca/ S)TD号喂线、几前喂线 后中间 包连铸 坯95273536.2544.0069.3550.8240.19170.1080.1995273849.4962.2054.1348.21-2.59200.0520.1395273955.0752.4552.5445.83-16.78110.0480.1195274546.5145.5247.6260.4730.02190.0930.23注:n为连铸坯中夹杂物球化率与喂线前相比升高的百分率4 钢中 AlO 类夹杂物变性效果的讨论23对于低硫的铝镇静钢而言, 喂 CaSi 线的主要作用应该是改变 AlO23 夹杂或含Al O成分较高的

19、夹杂物的性质。正如表5所示,随着夹杂物中 钙含量的增加:Al O夹杂物将沿23Al O CaO.6Al O CaO.2Al O CaO.Al O 12CaO.7Al O 3CaO.Al O 的路 线改变性质:其熔点不断降低，形成I A夹杂时熔点达到最低14550 12 7因此，钢中含铝量一定时，随着向钢水中喂入CaSi线钢中钙含量的增加, 钙将不断地将铝从Al O夹杂中置换出来发生如式(3)所示的反应,必 23然使得夹杂物中的钙含量不断增加。 3.1 中所描述的钢中钙铝比增大、 夹杂物中钙含量随之增加正是这一规律的体现。钙铝酸盐化学式 简写化学组成(w)/%熔点/c显微硬度CaOAl O2 3

20、/kg.mm-23CaO.Al O23CA362381535一12CaO.7Al O23C A12748521455一CaO.Al O23CA35651605930CaO.2Al O23CA2227817501100CaO. 6Al O23CA689218502200Al O2 30100202030004000表 5 CaO-Al O 系的 5 个中间相及其物理性质2 3x Ca +y(AlO)= x(CaO).(y-l/3x)23(AlO)+2/3xAl(3)23 inclusion需要指出的是钢中存在的钙铝酸盐并不是以上述5个稳定的钙铝酸 盐相中的某一相单独存在,而常常是一个夹杂物中同时

21、存在两个或两个 以上的稳定相,处于一个稳定相向另一个稳定相转变的过程中,因而夹杂 物的 Ca/Al 也就介于某两个稳定相对应的钙铝比 Ca/Al 之间。并在低含 钙量的钢中出现富钙的钙铝酸盐夹杂；CA、C A、C A,而含钙量高的钢中 12 73也出现了少量的低钙钙铝酸盐,这说明在钙处理的过程中,微观来看钢中 的夹杂物和钙的分布是不均匀的,在低钙的钢水中存在着一些富钙的微 小区域,少量的高钙低熔点的钙铝酸盐即在此小区域内形成；反之,高含 钙量的钢水中也存在着低钙的微小区域,而形成个别的低钙钙铝酸盐,甚 至存在未经变性的 Al O 颗粒。23另外,钢中少量存在的来源于各种途径的其它氧化物如MgO

22、、SiO等,2 也和钙铝酸盐相聚集形成各种复杂的氧化物夹杂如 CaO.Al O.2SiO、 3CaO.AlO.3SiO 等。这些复杂的氧化物又可能和硫化物相复合,形成更为2 32复杂的氧硫复合夹杂物。因此,钢中最后存在的夹杂物多为以钙铝酸盐为 主要成分同时含有少量其它氧化物或硫化物的复合夹杂物。根据以上分析，在铝镇静钢中喂入CaSi线，理想的目标是将AlO夹23 杂全部变性成为低熔点的C A球状夹杂物,但在实际的生产中这几乎是 难以实现的，所能做到的是将大部分的尤其是大颗粒的Al O类夹杂转变 23为主要成分接近C A的低熔点复合钙铝酸盐，使保留在钢中的Al O类夹12 72 3杂或低熔点钙铝

23、酸12盐7数量尽可能少,尺寸尽可能小,将其对钢的质2量3和浇 注性能的不良影响控制在很小的程度内。喂线试验中的 952 735炉和952 745炉基本是这样的,在本次试验的条件下，其对应的钙铝比Ca/Al大于 0.09。需要指出的是,喂线后最低钢中钙铝比的确定。在实际生产中有着 重要的现实意义,它是预报和控制喂线工艺的基础4。5结论(1) 钢水经喂CaSi线处理后，钢中的铝酸盐类夹杂物得到了不同程 度的变性。喂线后夹杂物中的钙铝比随喂线后钢中钙铝比的增加有线性 增大的趋势。(2) 在试验的工艺条件下，钙处理铝镇静钢连铸坯中，13卩m的小 颗粒夹杂为绝大多数，大于5 p m的夹杂只占很小一部分(

24、5 %以下)，几乎 没有发现大于20 p m的夹杂。(3) 高的钙铝比有利于夹杂物的减少，特别是有利于大于5 p m的夹 杂物数量及其所占比例的下降。当喂线后钙铝比大于0.09时，连铸坯中 各个尺寸级别的夹杂物数量都有较大幅度的下降，没有发现10 p m以上 的大颗粒夹杂物。(4) 试验条件下， 喂线处理后， 钢中钙铝比对钢中夹杂物球化率的变 化影响很大。随着钢中钙铝比的增大，喂线后比喂线前钢中夹杂物球化率 提高的幅度加大。(5) 在铝镇静钢中喂入CaSi线，理想的目标是将Al O夹杂全部变性23成为低熔点的C A，实际生产中只能将Al O转变为成分接近C A的低熔12 72 312 7点复合钙铝酸盐。(6) 在本次试验条件下，当喂线后钢中的钙铝比达到0.09以上时，钢 中的AlO类夹杂物能获得良好变性，钢中综合夹杂物指数显著下降，钢23的洁净度得到改善。作者简介：联系人:张建， 博士研究生， 北京(100083)北京科技大学冶金学 院作者单位：张建(北京科技大学) 姜钧普(北京科技大学) 高喆(天津钢管公司) 周国平(天津钢管公司)