钢包精炼Ca处理包芯线熔化行为及工艺优化研究

发布时间：2020-07-08 18:27

【摘要】：钙处理工艺能将钢中高熔点Al_2O_3夹杂物改性为低熔点钙铝酸盐,使夹杂物更容易碰撞长大、上浮去除,从而提高钢液洁净度,然而目前实际生产中钙处理效果并不理想,钙的收得率有待提高。本文以国内某CSP厂生产的Q235钢为研究对象,现场调研并分析了SiCa线处理过程中Q235钢的浸入式水口结瘤物及钢中夹杂物的形貌特征,采用热力学与动力学理论解析了夹杂物的改性效果,利用FLUENT软件模拟了Si Ca包芯线喂入1873K钢液后的熔化特征,计算了底吹氩的钢包流场、夹杂物在钢中的运动特征及钙在钢液中的扩散行为,同时解析了钙在钢中的气化行为以及不同尺寸、不同结构、不同钙合金的包芯线对Ca处理效果的影响,提出了吹氩参数与喂线参数的优化方案,主要结论如下:(1)分析了水口结瘤堵塞物,研究了夹杂物的演变路线,结果如下:Ca处理前后夹杂物以Al_2O_3→MgO·Al_2O_3→Al_2O_3·xCaO(·yMgO)+(CaS)→Al_2O_3·xCaO(·yMgO)的演变规律变化;水口结瘤物主要为未改性的Al_2O_3、MgO·Al_2O_3以及改性不充分的钙铝酸盐组成,钙的改性效果不理想;提高钙的收得率、改善钢液流场特征能提升钙处理效果。(2)模拟了包芯线的熔化特征,分析了钙的气化行为,研究了包芯线尺寸/结构的优化方案,结果如下:包芯线喂入钢液后迅速升温,钢皮还未完全熔破时,SiCa合金就已经熔化,当钢皮完全熔化时,SiCa合金液体进入钢液。钢皮厚度为0.74mm、内芯半径4.28mm的Si Ca线在1873K钢液中的熔化时间为0.94s。钙喂入钢液后不会立刻气化,只有当钙的蒸气压大于钢液静压力与大气压之和时,钙才开始气化。钙在钢液中的气化行为属于均相形核,钙遇上钢液中的氩气泡时,钙的气化行为属于异相形核,异相形核更容易发生,导致钙的烧损,优化钙的扩散行为应尽可能的防止钙与氩气泡的接触。包芯线的熔化时间与包芯线钢皮厚度、内芯半径大小成正比,设计包芯线尺寸大小,应将单位时间钢水对钙的吸收量作为重要指标进行分析,尺寸不同的包芯线往往能得到相同的Ca处理效果。采用截面不规则形式的包芯线,可望防止径向偏离与喂线断线现象。现场Ca处理过程中,采用纯钙包芯线往往比钙合金形式的包芯线处理效果更好。(3)模拟了钢包底吹氩钢液的流场特征与钙在钢液中的扩散行为,提出了喂线参数的优化方案,结果如下:钢液随着氩气泡的带动在钢包中做循环流动,其流动特征为一个与氩气泡上升路线相切的大圆环,吹氩流量较大,钢液混匀时间越短,钢液中夹杂物的运动轨迹与钢液的流动曲线高度相似,夹杂物尺寸越大越容易被去除,由于钙与钢液之间的粘度较大,钙喂入钢液后主要在喂线区域扩散,而后上浮。Si Ca包芯线的喂入速度应控制在3.15~4.72m/s。采用倾斜喂入包芯线的方式进行Ca处理,更有利于防止径向偏离与卷渣现象,SiCa线喂线量在400m~500m、纯钙线喂线量在300~600m之间时,钙的收得率波动不大且较高,成品[Ca]含量也较高。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF769
【图文】：

理的理论基础及其应用效果氧工艺能降低钢液的氧含量，产生的高熔点（2052℃）Al2O3能，使其聚集上浮去除，从而达到提高钢液洁净度的目的[1-2]。尺寸（<30μm）Al2O3很难通过吹氩措施去除，从而影响浇注[3]。液中具有脱氧（D[O]）、脱硫（D[S]）及晶界净化等多种作 Al2O3、MgO·Al2O3夹杂物变性为低熔点的液态夹杂物，从而，经过吹氩措施后上浮去除，因此，Ca 处理在炉外精炼工艺用[4-5]。 Al2O3夹杂物的变性钢中高熔点的 Al2O3夹杂物转换为低熔点的钙铝酸盐，如图 1

武汉科技大学硕士学位论文 MgO·Al2O3夹杂物的变性究[7-9]表明，在铝脱氧钢中 Al2O3夹杂大多在 Ca 处理前已与 MHamoen 等[10]认为在 LF 精炼和 Ca 处理过程中，低碳铝镇静钢中会转换为 MgO·Al2O3，这是由于炉渣或者炉衬与钢水之间，钙处理后夹杂物转性为(MgO)·CaO·Al2O3。[11]利用文献的数据[12]推导了 1873K 下 Ca 对 MgO·Al2O3尖晶石力学方程，如式（1-1）所示，其中，式中各反应物与生成物示。2323（s）Ca 2 MgO AlO 2Mg O CaO 2AlO

包芯线的结构大致包括合金棒形式、钢皮裹覆钙合金形式以及双层钢皮形式，如图 1.3 所示。图1.3 包芯线截面示意图(1)合金棒包芯线的熔化行为喂线技术研究早期，直接将合金棒喂入钢液，合金包芯线常压铸成圆柱体长条、长方体长条的形式，截面图如图 1.4 所示。图1.4 合金棒芯线截面示意图

【参考文献】

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本文编号：2746886