钙处理钢中夹杂物的演化机制及工艺优化研究

发布时间：2020-08-18 10:47

【摘要】：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Al_2O_3为主;加钙前的精炼过程中,大部分Al_2O_3转变成块状的高熔点MgO·Al_2O_3尖晶石类夹杂,单独的Al_2O_3只占少部分;钙处理后,钢中夹杂物以Al_2O_3-Ca O-MgO+(CaS)、CaO-Al_2O_3+(CaS)复合夹杂物为主;中包和铸坯中,夹杂物均以低熔点的Al_2O_3-Ca O-MgO复合夹杂物为主,含有少量CaO-Al_2O_3夹杂物。钙处理钢中主要夹杂物的演变路径可用下式表示:Al_2O_3→MgO·Al_2O_3(·xCa O)→Al_2O_3·xCa O(·yMg O)+(CaS)→Al_2O_3·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0.01~0.05%范围内,只要有微量的Mg(0.3ppm),就能使Al_2O_3转变成MgO·Al_2O_3尖晶石;当Al_2O_3-Ca O-MgO复合氧化物中Mg O含量≤15%,Al_2O_3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Al_2O_3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Al_2O_3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Al_2O_3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2.4~3.6m/s、2.1~3.1m/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Al_2O_3和未变性彻底的高熔点钙铝酸盐,在钢包顶渣对Al_2O_3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Al_2O_3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4~10,w(Ca O)/w(Al_2O_3)在1.5~2.5时,渣中Al_2O_3活度小,Ca O活度较大,有利于精炼渣吸附Al_2O_3夹杂。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF703.54
【图文】：

还会补加合金进一步脱氧。在生n 及其组合的 SiMn、SiAl 合金等，图 1.1图 1.1 中可以看出，C 的脱氧能力与真空度，而 Al、Si、Mn 的脱氧能力依次减弱。

3的熔点高达2052℃，在钢液中以固态形式存在，呈群簇状、块状等。图1.2为Al2O3夹杂物的三维形貌图。图1.2 不同形态的Al2O3夹杂物[6~7](a)-簇状Al2O3，(b)-块状Al2O3在吹氩搅拌过程中，尺寸较大的簇状Al2O3夹杂很快从钢液中上浮去除，而30μm以下的簇状Al2O3夹杂以及小尺寸的块状Al2O3则容易滞留在钢液中，严重影响钢材的使用性能与钢水的连浇性[8]。首先，Al2O3夹杂损害了钢基体的连续性，导致钢材组织不均匀，恶化了钢的力学性能及加工性能。其次，浇铸时Al2O3夹杂易黏附在浸入式水口（SEN）内壁上

在SEN内的黏附、长大，可能会堵塞水口，引起断浇[8]。图1.3为水口堵塞物的形图1.3 水口堵塞物形貌[9](a)-SEN横截面 (b)-堵塞物微观形貌

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本文编号：2796126