钙处理钢中夹杂物的演化机制及工艺优化研究

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钙处理被广泛应用于解决Al脱氧产物引起的水口堵塞问题,为了提高钙的收得率并改善夹杂物变性效果,本文以某CSP厂经BOF-LF-CC工艺生产的Q235、SPA-H、DC01钢为研究对象,通过精炼与连铸工序过程样的提取及夹杂物表征,揭示了钢中夹杂物的演变路径,采用热力学计算,明确了典型夹杂物的生成条件,在此基础上,进一步提出了钙处理工艺的优化措施。采用SEM+EDS表征了精炼及连铸工序过程中典型夹杂物特征,结果表明:LF进站时,钢中夹杂物以球状、棱角状、簇状的Al2O3为主;加钙前的精炼过程中,大部分Al2O3转变成块状的高熔点MgO·Al2O3尖晶石类夹杂,单独的Al2O3只占少部分;钙处理后,钢中夹杂物以Al2O3-Ca O-MgO+(CaS)、CaO-Al2O3+(CaS)复合夹杂物为主;中包和铸坯中,夹杂物均以低熔点的Al2O3-Ca O-MgO复合夹杂物为主,含有少量CaO-Al2O3夹杂物。钙处理钢中主要夹杂物的演变路径可用下式表示:Al2O3→MgO·Al2O3(·xCa O)→Al2O3·xCa O(·yMg O)+(CaS)→Al2O3·xCa O(·yMg O)。典型夹杂物的生成热力学计算表明:当试验钢中Al含量在0.010.05%范围内,只要有微量的Mg(0.3ppm),就能使Al2O3转变成MgO·Al2O3尖晶石;当Al2O3-Ca O-MgO复合氧化物中Mg O含量≤15%,Al2O3含量在42%68%时,炼钢温度下夹杂物就可能以液态形式存在;1873K下,欲使钢中Al2O3夹杂变性为低熔点的12C·7A,Q235、SPA-H、DC01钢中[Ca]需分别达到0.0018%、0.0014%、0.0016%;当钢中[S]=0.0034%时,[Ca]≥0.0050%,就会生成CaS夹杂,而当钢中[S]降至0.0010%时,[Ca]≥0.0169%才可能生成CaS;Al-S平衡曲线表明,体系平衡态从C/L→C·A/C·2A时,与CaS平衡所需的[S]增加,当CaS与Al2O3或者Ca Al2O4饱和的变性夹杂物接触时会变得不稳定,CaS对夹杂物中的Al2O3变性而被消耗;冷凝过程中,当钢液温度分别降至1775.7K、1800.8K时,SPA-H与DC01钢凝固前沿会析出CaS夹杂,而Q235钢中,钢液温度降至液相线前时,Ca S就已经开始生成,表明Q235钢中初始S含量过高。通过工艺过程取样分析与理论研究,提出了钙处理工艺的优化措施:喂线点下方附近的透气砖吹氩量不宜过大,一般控制在120NL/min左右较佳,另一透气砖氩气流量与出口压力分别控制在520NL/min、0.33Mpa左右,吹氩效果比较理想;计算表明,CaAl线与SiCa线的理论喂线速度分别为2.43.6m/s、2.13.1m/s,Ca Al线实际喂线速度较合理,SiCa线喂线速度偏大;水口堵塞物主要为Al2O3和未变性彻底的高熔点钙铝酸盐,在钢包顶渣对Al2O3部分变性的基础上,仍需保证足够的钙线喂入量,Q235、SPA-H钢需要增加喂线量,才能达到夹杂物彻底变性的效果;顶渣的硫容量与碱度变化趋势基本一致,在保证化渣良好的情况下,应适当提高精炼渣的碱度;当渣中MgO含量从5%增加到10%时,相同温度下,渣的液相区面积扩大,而Al2O3和SiO2在一定范围内可以降低精炼渣熔点;精炼渣的二元碱度控制在410,w(Ca O)/w(Al2O3)在1.52.5时,渣中Al2O3活度小,Ca O活度较大,有利于精炼渣吸附Al2O3夹杂。
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