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1、生产铝镇镇静钢的的工艺摘要：在生产产铝镇静静钢的工工艺条件件下,研研究了钢钢包喂CCaSii线处理理后钢中中夹杂物物的组成成、形态态、尺寸寸和分布布等的变变化规律律。结果果表明,喂线后后钢中钙钙铝比达达到0.09以以上时,钢中的的Al22O3类夹杂杂物能获获得较好好的变性性;夹杂杂物中的的钙铝比比随喂线线后钢中中钙铝比比的增大大呈线性性增加趋趋势;较较高的钢钢中钙铝铝比有利利于连铸铸坯中大大颗粒夹夹杂物的的去除,有利于于钢中夹夹杂物球球化率的的提高。关键词：钢包喂线夹杂物变性钙铝比Inflluennce of CaSSi WWiree Feeediing in Laddle UpoonInnc
2、luusioon MModiificcatiion in SteeelZhanng JJiannJiaang Junnpu（Uniiverrsitty oof SScieencee & Tecchnoologgy BBeijjingg）Gao ZheeZhoou GGuoppingg（Tiaanjiin SSteeel PPipee Coo.）Absttracct：Thiis ppapeer iinveestiigatted thee stteellmakkingg prroceess of Al-killledd stteell onn thhe iinduustrriall sccalee
3、 annd mminuutelly rreseearcchedd innto thee moodifficaatioon ttenddenccy oof tthe commpossitiion, moorphholoogy andd diimennsioon oof iincllusiionss inn stteell duurinng CCaSii wiire feeedinng iin lladlle. Thee reesullts of stuudy shoow tthatt allumiina (All2O3) iincllusiionss inn stteell caan eexpe
4、ectaablyy bee moodiffiedd innto loww meeltiing poiint callciuum aalumminaate phaasess wiith thee Caa/All raatioo inn liiquiid ssteeel oof nno llesss thhan 0.009 aafteer wwiree feeediing. Mooreooverr, wwithh thhe iincrreassingg off Caa/All raatioo inn liiquiid ssteeel, thee Caa/All raatioo inn caalci
5、ium aluuminnatee inncluusioons willl llineearlly iincrreasses. Inn adddittionn, tthe higgh vvaluue oof CCa/AAl rratiio iin ssteeel sshalll bbe ffavoouraablee too thhe rremoovinng oof tthe incclussionns wwithh biig ssizee inn sllabss annd tthe inccreaasinng oof tthe rattio of sphherooidaal iincllusii
6、onss inn stteell.Keeywoordss：CaSSi wwiree feeediing in laddleiincllusiion moddifiicattionnrattio of Ca/Al1前言向铝铝镇静钢钢中喂CCaSii线对钢钢液进行行钙处理理的主要要目的是是:将铝铝脱氧而而产生的的高熔点点的脆性性Al22O3夹杂物物变性成成为含钙钙量较高高的低熔熔点钙铝铝酸盐夹夹杂(如如12CCaO*7All2O3),同同时减少少钢中有有害的沿沿晶界分分布的类硫化化物的数数量,改改变其组组成和性性质,从从而有利利于洁净净钢水,改善钢钢质量,解决浇浇注过程程中的水水口堵塞塞问题1。本
7、本文针对对如图11所示的的铝镇静静钢生产产的工艺艺条件,对钢包包内钢水水钙处理理(喂CCaSii线)后后钢中夹夹杂物的的组成、形形态、尺尺寸和分分布等的的变化规规律进行行了研究究和分析析,以期期对实际际生产中中的钢水水钙处理理提供参参考。图1炼炼钢生产产工艺流流程简图图2试验验条件在如如图1所所示的工工艺流程程中,对对34MMn5钢钢种进行行喂线试试验。在在每个试试验炉次次喂线前前、喂线线后、连连铸中间间包及连连铸铸坯坯处取得得钢水铸铸态样和和铸坯铸铸态样。钢钢包和连连铸中间间包内钢钢水用真真空取样样器吸取取。其中中喂线前前钢样在在喂CaaSi线线前3 minn以内于于钢包内内取得,喂线后后钢
8、样在在喂CaaSi线线后3 minn以内取取得,连连铸中间间包内的的钢样在在大包开开浇后114223 mmin时时取得,铸坯试试样则从从每炉的的第4至至第6根根管坯上上切取。对对所取试试样,按按要求切切取、磨磨平和抛抛光制成成金相试试样,并并进行了了较系统统的金相相分析、SSEM分分析和图图像仪分分析。3试验验结果3.1夹杂物物中相对对含钙量量的变化化选选择有代代表性的的试验炉炉次,对对其喂线线前、喂喂线后、中中间包以以及连铸铸坯处的的钢样进进行了较较仔细的的扫描电电镜分析析,通过过整体观观测和随随机分析析,得到到如表11的结果果。表1各工艺艺点处钢钢中及夹夹杂物中中的平均均钙铝比比炉号钙铝比
9、CCa/AAl连铸坯夹夹杂物中中钙铝比比Ca/Al喂线前喂线后中间包钢中夹杂物中中钢中夹杂物中中钢中夹杂物中中95277350.04400.19970.11131.07770.10081.00020.966695277380.01170.04420.06690.27790.05520.59920.333895277390.01160.11190.04460.21170.04480.59990.422195277450.02290.23300.09900.88850.09930.86680.7776从表表1中可可以看出出,喂线线前夹杂杂物中的的平均钙钙铝比(Ca/Al)在0.04220.2300
10、之间,按此推推算所形形成的钙钙铝酸盐盐夹杂物物当为CCA6或CAA6和All2O3、CAA2共存。在在喂线后后,夹杂杂物中的的含钙量量即钙铝铝比(CCa/AAl)都都较喂线线前提高高,特别别是,随随着钢中中钙铝比比Caa/All的提提高,钙钙铝酸盐盐夹杂中中钙的相相对含量量显著增增加,这这种趋势势可以从从图2中中清楚地地看出。喂喂线后钢钢中钙铝铝比较高高的9552 7735炉炉(0.1133)和9952 7455炉(00.0990),其钙铝铝酸盐夹夹杂中的的(Caa/All)比分分别为11.0777和00.8885,由由此对应应的夹杂杂物相一一般为CC12A7或C122A7和C3A共存。各工工
11、艺点处处钢中钙钙铝酸盐盐夹杂物物的含钙钙水平的的变化规规律,以以及与金金相、电电镜分析析结果的的良好对对应关系系表明,钢水经经喂CaaSi线线处理后后,钢中中的铝酸酸盐类夹夹杂物得得到了不不同程度度的变性性,尤其其是当钢钢中含钙钙量较高高使钢中中钙铝比比大于00.099时,AAl2O3类夹杂杂物多变变性成为为12CCaO.7All2O3或成分分接近112CaaO*77Al22O3的低熔熔点钙铝铝酸盐夹夹杂物,从而获获得了良良好的钙钙处理效效果。 图2喂喂线后夹夹杂物中中钙铝比比随钢中中钙铝比比变化的的趋势3.2喂线过过程中钢钢中夹杂杂物尺寸寸的变化化在在喂CaaSi线线前后各各工艺点点处钢样样
12、的夹杂杂物尺寸寸分级数数据如表表2所示示。从表22中可见见:(1)在喂线线试验的的条件下下,从喂喂线前、喂喂线后、中中间包到到连铸坯坯的诸工工艺点处处的钢样样中,夹夹杂物尺尺寸基本本在200 mm以下,小颗粒粒的夹杂杂物占绝绝大多数数,1 m3 m的小小夹杂占占67.86 %990.668 %平均为为81.45 %;大大于5 m的的夹杂物物仅占11.455 %12.5 %,平均均4.227 %。(2)钢中钙钙铝比Ca/Al高的炉炉次离004工艺艺点(连连铸坯)较早时时,钢中中10 m20 m的的夹杂物物即消失失。(3)由表33将钙铝铝比大于于0.009的试试验炉次次喂线前前后的夹夹杂物分分级数
13、量量直观地地示于图图3,从从图3中中可见,与喂线线前相比比,具有有较高钙钙铝比的的9522 7335炉和和9522 7445炉炉炉次其连连铸坯中中各个尺尺寸级别别的夹杂杂物数量量都有较较大幅度度的降低低。而对对钢中钙钙铝比较较低的9952 7388炉和9952 7399炉,连连铸坯中中大于33 mm的夹杂杂物数量量与喂线线前相比比有不同同程度的的增加或或相近。(4)喂线后随着钢中钙铝比的增加,连铸坯中1 m3 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 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 m的夹杂物数量逐渐减少。如
14、Ca/Al比为0.108的952 735炉,60个视场中未发现有大于5 m的夹杂;而Ca/Al比为0.048的952 739炉,5 m10 m的夹杂物为9.34 个/mm2,10 m20 m的夹杂物为4.67 个/mm2。表2喂喂线前后后各工艺艺点处钢钢中夹杂杂物尺寸寸分布情情况炉号工艺点钙铝比夹杂总数数/个.mm-221D3mm3D5mm5D10m10DD200m/个.mmm-22百分率/%/个.mmm-22百分率/%/个.mmm-22百分率/%/个.mmm-22百分率/%9527735010.044186.74144.7277.55035.00118.7754.6772.5002.3331
15、.255020.1113175.07149.3985.33323.33413.3332.3331.33300030.1008144.72130.7290.332111.678.0662.3331.6110004142.39128.333390.11614.0019.84400009537738010.0114231.09198.4185.88628.00112.1124.6772.02200020.0669191.41161.0684.11518.6679.7669.3444.8882.3331.222030.0552254.44212.4283.44930.33511.9939.3443.6
16、772.3330.92204130.7288.77067.88632.66825.0009.3447.144009527739010.0116161.06137.7285.55121.00113.004002.3331.455020.0446333.80291.7887.44132.6689.7999.3442.80000030.0448275.44249.7790.66821.0017.6334.6771.6990004112.0481.77072.99216.33414.5589.3448.3334.6774.1779527745010.0229200.75144.7272.00939.6
17、6819.77714.0016.9882.3331.166020.0990312.79233.4374.66353.66917.11623.3347.4662.3330.755030.099398.00474.77076.11921.00121.4432.3332.3880004100.3779.33779.00716.33416.2284.6774.65500注:011-喂线线前002-喂喂线后03-中间包包044-连铸铸坯图3高高钙铝比比连铸坯坯中夹杂杂物数量量与喂线线前的比比较3.3喂线过过程中钢钢的清洁洁度的变变化为综合合评价钢钢中夹杂杂物的数数量和尺尺寸,定定义钢的的夹杂物物指数II
18、如下:(1)式中BB夹夹杂物的的当量直直径(取取B=44 mm)dii不不同尺寸寸级别夹夹杂物的的平均直直径/mnii各各尺寸级级别的夹夹杂物个个数/个个S视场面面积/mmm2(S=0.0007114 mmm2)N视场数数(N60)根根据图像像仪测量量的数据据,计算算得各炉炉次在各各工艺点点处的夹夹杂物指指数I值值列于表表3。表3各工艺艺点处钢钢样的夹夹杂物指指数炉号喂线前/个.mm-22喂线后/个.mm-22中间包/个.mm-22连铸坯/个.mm-22/%9527735124.88102.4281.44178.22037.3389527738135.97125.47162.8294.5543
19、0.447952773998.662196.08154.6592.2206.5119527745147.06222.9262.77364.77855.995注:为为与喂线线前相比比铸坯钢钢样的夹夹杂物指指数I值值下降的的百分比比显然然,从喂喂线前到到连铸坯坯的过程程中总的的趋势是是I值降降低,钢钢的清洁洁程度提提高了。但但是不同同的钙铝铝比和钢钢中含钙钙量的炉炉次,清清洁度的的改善程程度各不不相同。钢钢中含钙钙量低、钙钙铝比小小的炉次次I值降降低较少少,清洁洁程度改改善不大大,如9952 7399炉单位位面积的的当量夹夹杂物数数量仅降降低6.51 %。反反之喂线线后钢中中含钙量量较高、钙钙铝比
20、较较大的炉炉次,II值降低低较多,钢的清清洁程度度大大提提高,如如9522 7445炉和和9522 7335炉II值分别别降低555.995 %和377.388 %。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Al2O3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,
21、含Al2O3较高的高熔点夹杂物变性成为富钙的钙铝酸盐或其复合夹杂,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g如式(2):g=(60个个视场中中球状夹夹杂物的的个数/60个个视场中中夹杂物物总数)1000%(2)这样样可从另另一个侧侧面,以以球化率率g来表征征喂钙处处理效果果。由图像像分析仪仪测得的的各工艺艺点处钢钢中夹杂杂物的球球化率g数值示示于表44。显然然不同炉炉次的夹夹杂物球球化率g变化差差异较大大,喂线线后钢中中含钙量量高,含含硫量
22、低低且Caa/All、Caa/S大大的炉次次9522 7335炉和和9522 7445炉连连铸坯中中夹杂物物中的球球化率较较高,并并且与喂喂线前相相比,连连铸坯中中夹杂物物的球化化率分别别提高了了40.19 %和330.002 %。相反反,Caa/All较低的的9522 7338炉和和9522 7339炉,连铸坯坯中夹杂杂物的球球化率较较低,并并从喂线线前到连连铸坯的的过程中中钢中夹夹杂物的的球化率率降低了了。特别别是9552 7739炉炉,连铸铸坯中夹夹杂物球球化率g最低为为45.83 %,而而且流程程中球化化率gg降低也也最多,达166.788 %。表4各各工艺点点处钢中中夹杂物物的球化化
23、率的变变化炉号钢中夹杂杂物的球球化率g/%/%Ca(w)/110-66中间包钙钙铝比(CCa/AAl)TTD中间包钙钙硫比(CCa/SS)TDD喂线前喂线后中间包连铸坯952773536.22544.00069.33550.88240.119170.10080.199952773849.44962.22054.11348.221-2.559200.05520.133952773955.00752.44552.55445.883-16.78110.04480.111952774546.55145.55247.66260.44730.002190.09930.233注:为为连铸坯坯中夹杂杂物球化化
24、率与喂喂线前相相比升高高的百分分率4钢中中Al22O3类夹杂杂物变性性效果的的讨论对于于低硫的的铝镇静静钢而言言,喂CCaSii线的主主要作用用应该是是改变AAl2O3夹杂或或含All2O3成分较较高的夹夹杂物的的性质。正正如表55所示,随着夹夹杂物中中钙含量量的增加加,All2O3夹杂物物将沿AAl2O3CaaO.6All2O3CaaO.2All2O3CaaO.Al2O3122CaOO.7All2O33CCaO.Al2O3的路线线改变性性质22,其其熔点不不断降低低,形成成C122A7夹杂时时熔点达达到最低低14555。因因此,钢钢中含铝铝量一定定时,随随着向钢钢水中喂喂入CaaSi线线钢中
25、钙钙含量的的增加,钙将不不断地将将铝从AAl2O3夹杂中中置换出出来发生生如式(3)所所示的反反应33,必必然使得得夹杂物物中的钙钙含量不不断增加加。3.1中所所描述的的钢中钙钙铝比增增大、夹夹杂物中中钙含量量随之增增加正是是这一规规律的体体现。表5CCaO-Al22O3系的55个中间间相及其其物理性性质钙铝酸盐盐化学式简简写化学组成成(w)/%熔点/显微硬度度CaOAl2OO3/kg.mm-223CaOO.Al2O3C3A623815355-12CaaO.77Al22O3C12AA7485214555-CaO.Al2O3CA356516055930CaO.2All2O3CA222781755
26、011000CaO.6All2O3CA68921855022000Al2OO3-0100202203000040000xCaa+yy(All2O3)=x(CCaO).(y-1/33x)(Al22O3)inncluusioon+22/3xxAl(3)需要要指出的的是钢中中存在的的钙铝酸酸盐并不不是以上上述5个个稳定的的钙铝酸酸盐相中中的某一一相单独独存在,而常常常是一个个夹杂物物中同时时存在两两个或两两个以上上的稳定定相,处处于一个个稳定相相向另一一个稳定定相转变变的过程程中,因因而夹杂杂物的CCa/AAl也就就介于某某两个稳稳定相对对应的钙钙铝比CCa/AAl之间间。并在在低含钙钙量的钢钢中出
27、现现富钙的的钙铝酸酸盐夹杂杂;CAA、C112A7、C3A,而而含钙量量高的钢钢中也出出现了少少量的低低钙钙铝铝酸盐,这说明明在钙处处理的过过程中,微观来来看钢中中的夹杂杂物和钙钙的分布布是不均均匀的,在低钙钙的钢水水中存在在着一些些富钙的的微小区区域,少少量的高高钙低熔熔点的钙钙铝酸盐盐即在此此小区域域内形成成;反之之,高含含钙量的的钢水中中也存在在着低钙钙的微小小区域,而形成成个别的的低钙钙钙铝酸盐盐,甚至至存在未未经变性性的All2O3颗粒。另外外,钢中中少量存存在的来来源于各各种途径径的其它它氧化物物如MggO、SSiO22等,也也和钙铝铝酸盐相相聚集形形成各种种复杂的的氧化物物夹杂如
28、如CaOO.Al2O3.2SiiO2、3CCaO.Al2O3.3SiiO2等。这这些复杂杂的氧化化物又可可能和硫硫化物相相复合,形成更更为复杂杂的氧硫硫复合夹夹杂物。因因此,钢钢中最后后存在的的夹杂物物多为以以钙铝酸酸盐为主主要成分分同时含含有少量量其它氧氧化物或或硫化物物的复合合夹杂物物。根据以以上分析析,在铝铝镇静钢钢中喂入入CaSSi线,理想的的目标是是将All2O3夹杂全全部变性性成为低低熔点的的C122A7球状夹夹杂物,但在实实际的生生产中这这几乎是是难以实实现的,所能做做到的是是将大部部分的尤尤其是大大颗粒的的Al22O3类夹杂杂转变为为主要成成分接近近C122A7的低熔熔点复合合
29、钙铝酸酸盐,使使保留在在钢中的的Al22O3类夹杂杂或低熔熔点钙铝铝酸盐数数量尽可可能少,尺寸尽尽可能小小,将其其对钢的的质量和和浇注性性能的不不良影响响控制在在很小的的程度内内。喂线线试验中中的9552 7735炉炉和9552 7745炉炉基本是是这样的的,在本本次试验验的条件件下,其其对应的的钙铝比比Ca/Al大大于0.09。需需要指出出的是,喂线后后最低钢钢中钙铝铝比的确确定。在在实际生生产中有有着重要要的现实实意义,它是预预报和控控制喂线线工艺的的基础4。5结论(11)钢水水经喂CCaSii线处理理后,钢钢中的铝铝酸盐类类夹杂物物得到了了不同程程度的变变性。喂喂线后夹夹杂物中中的钙铝铝
30、比随喂喂线后钢钢中钙铝铝比的增增加有线线性增大大的趋势势。(2)在试验验的工艺艺条件下下,钙处处理铝镇镇静钢连连铸坯中中,13 m的小小颗粒夹夹杂为绝绝大多数数,大于于5 m的夹夹杂只占占很小一一部分(5 %以下),几乎乎没有发发现大于于20 m的的夹杂。(3)高的钙铝比有利于夹杂物的减少,特别是有利于大于5 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 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Al2O3夹杂全部变性成为低熔点的C12A7,实际生产中只能将Al2O3转变为成分接近C12A7的低熔点复合钙铝酸盐。(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Al2O3类夹杂物能获得良好变性,钢中综合夹杂物指数显著下降,钢的洁净度得到改善。作者简介介：联系系人:张张建,博博士研究究生,北北京(11000083)北京科科技大学学冶金学学院作者者单位：张建（北北京科技技大学）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）