钙处理钢水浸入式水口堵塞成因分析

基于对钙处理钢浇铸过程水口堵塞实物显微组织结构的观察,对钙处理钢水浸入式水口堵塞成因进行了分析,提出防止水口堵塞的措施.结果发现,CaO·6 Al2O3和CaO·2Al2O3是水口主要堵塞物;水口内壁氧化铝层一方面来源于水口内表层的基质料,另一方面来源于水口耐火材料与钢中[Al]s的反应产物,所形成的氧化铝层和钢中钙反应生成难溶的铝酸钙,同时吸附钢中铝酸钙夹杂而造成水口堵塞.防止水口堵塞的有效措施是进行钙处理、提高钢水纯净度以及改善水口材质和形状.     

钙处理对LG510钢夹杂物的影响及热力学分析

在热力学计算的基础上,对某厂钙处理前后的汽车大梁钢LG510进行取样研究,探讨钙处理对汽车大梁钢LG510夹杂物的影响。结果表明,钙处理后钢中Al2O3夹杂物得到有效变性,夹杂物的数量明显减少,夹杂物尺寸也明显减小,夹杂物形状更加规则;钢液相线温度为1873K、钢中w[Al]为0.028%时,钢中w[O]、w[Ca]分别控制在2.8×10-6~11.5×10-6、0.14×10-6~7×10-6范围内,Al2O3夹杂变性效果良好;同时将钢中w[S]控制在0.011%以下,既可生成液态铝酸钙夹杂物,也可减少CaS夹杂生成。     

钙处理过程夹杂物演变及热力学分析

通过检测分析钙处理前后钢中夹杂物的形貌和成分的变化,探讨钢液钙处理过程中夹杂物演变规律.利用热力学计算,优化钙处理工艺.结果表明,钙处理可以将钢液中不规则固态夹杂物改性为球形液态夹杂物;1873 K下,当[ Al ]为0.030%时,[O]控制在5×10-6~17×10-6,[Ca]控制在0.7×10-6~30×10-6,钢中夹杂物变性效果良好;当[Al]为0.030%时,[ S]控制在6×10-6~19×10-6,既能使钢中Al2 O3夹杂生成液态铝酸钙夹杂物,同时又可以减少CaS生成.     

钙处理齿轮钢中氧硫复合夹杂物的热变形能力

采用金相分析、扫描电镜和能谱仪等分析手段,研究了钙处理加硫的DIN 18CrNiMo7-6齿轮钢中氧硫复合夹杂物的形貌、成分和热变形行为. 结果表明:外围硫化物的钙抑制了氧硫复合夹杂物的变形,当外围硫化物的钙原子分数约为5.0%时抑制作用达到饱和;高熔点核心氧化物的面积分数增加,复合夹杂物的变形能力降低,而低熔点核心氧化物对复合夹杂物变形能力的影响不明显.     

IF钢生产过程非金属夹杂物行为研究

对首钢京唐生产IF钢的同一浇次前2炉的RH精炼、镇静和中间包浇铸过程进行了系统取样,并利用Aspex自动扫描电子显微镜分析统计了钢中夹杂物的成分、尺寸等信息.研究发现,Al2O3-TixO复合夹杂物在Ti合金化和二次氧化的情况下都会生成,并随着精炼的进行逐渐转变为Al2O3,这与热力学计算的结果一致;而Al2O3可以作为Al2O3-TixO的形核核心,形成Al2O3-TixO包裹Al2O3的夹杂物,并且在Al2O3-TixO转变为Al2O3的过程中会导致钢滴进入夹杂物内部,从而形成Al2O3包裹钢滴的夹杂物.     

钙处理钢水中非金属夹杂物的形态

通过理论计算和真空感应炉中钢水钙处理试验，研究了钙处理地钢中非金属夹杂物形态的影响。试验结果与理论计算基本一致。     

钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响

通过对LF前—LF后—中间包—连铸工艺生产40Cr钢各环节系统取样,以及电子显微镜对夹杂物的形貌、尺寸及组成的分析,发现40Cr铸坯中含有大量CaO(CaS)-Al2O3-MgO类复合夹杂.采用Factsage计算得到的CaO-CaS-Al2O3三元相图对钙处理后CaO(CaS)-Al2O3夹杂形成过程进行了理论计算;并对实际发现的CaO(CaS)-Al2O3-MgO类复合夹杂物的面扫描分布进行描边处理,探讨了该类夹杂物的组成和形成过程.经Factsage理论计算发现,CaO-CaS-Al2O3三元相图中液相区各成分质量分数为CaO 32%～58%、CaS 0%～5%以及Al2O342%～65%,钙处理后CaO含量有逐渐增加,CaS含量有逐渐减小趋势.结合夹杂物的面扫描分布发现,CaO(CaS)-Al2O3-MgO类复合夹杂物的组成为xCaO·yAl2O3+mMgO·nAl2O3+Al2O3+CaS,钙处理后Ca能够使Al2O3变性为CaO-Al2O3,但同时夹杂物中也有很高的CaS成分,随着钙处理的充分进行,CaS将由内及外向CaO-Al2O3逐渐转变.     

含钛高强钢中夹杂物析出行为研究

以不同钛含量(0.032%~0.153%)的高强钢为研究对象,利用SEM、EDS等对钢中氧化物及氮化物夹杂的形貌、组成、数量及尺寸分布进行表征,结合热力学与动力学计算,对TiN的析出行为进行分析。结果表明,当钢中Ti含量较低(0.032%)时,冶炼过程会形成富含MgAl_2O_4的多边形高熔点固态夹杂,易造成水口堵塞;当Ti含量大于0.106%时,钢中形成了富含TiAl_2O_5的液态球形夹杂,可通过上浮去除,不易堵塞水口;Ca处理能将低钛钢中的夹杂改性为低熔点的铝酸钙,不仅降低了水口堵塞风险,还能还原夹杂物中的Ti,提高Ti的收得率。含钛高强钢中夹杂物平均尺寸为1~2μm,氮化物平均尺寸为1~3μm,其均随着Ti含量的增加而稍有增加。当Ti含量小于0.04%时,将钢中N含量控制在0.0018%以下,能有效减小TiN的析出尺寸;当Ti含量大于0.1%时,实际工业生产中很难阻止TiN的液析,但可通过提高钢中细小氧化物的数量,来细化TiN的尺寸。     

高级别管线钢钙处理冶金效果研究

针对管线钢L360QS进行了钙处理实验研究,考查钢液中[Ca]、[S]对夹杂物变性的影响.结果表明,钢中的硫被脱到0.002%～0.003%(质量分数)范围内的较低水平,脱硫率最高达85.0%,与实验预期吻合.随着钢液中[S]增加,夹杂物中CaS+MnS的平均质量分数相应增加,但夹杂物中的CaS含量不一定增加.钙对夹杂物变性作用非常明显,[Ca]相对高的管线钢,其夹杂物绝大多数都变性为球形的含CaS钙铝酸盐复合夹杂,不存在MnS夹杂和MgO.Al2O3夹杂.为使氧化夹杂和硫化夹杂都变性完全,钢液中的硫的质量分数应控制在0.002%左右,钙的质量分数应控制在0.003 5%～0.004 0%,且[Ca]/[S]>1.9.     

帘线钢中Ti夹杂物研究

为完善Ti夹杂去除工艺以控制其生成和尺寸,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪测定了80级帘线钢冶炼过程钢水样中Ti含量,发现平均Ti含量在电炉出钢→精炼→连铸工序呈先上升后下降趋势.TiN生成热力学、凝固偏析及长大动力学计算表明:在目前南钢80级帘线钢炼钢和连铸控制条件下,TiN只能在凝固率大于98%的两相区或固相区生成;凝固冷却速率越大,TiN析出尺寸越小;TiN析出尺寸为3～7 μm,与实际金相样观察到的尺寸基本一致.     

Determination of inclusions in liquid steel after calcium treatment

Nozzle blocking was eliminated by calcium-treated liquid steel through changing the chemical and phase composition of alumina inclusions in aluminium-killed steel. Three different methods were applied to determine the composition of inclusions in liquid steel: total oxygen content samples, sampling spoon samples, and “lollipop” steel samples. The results show that calcium modification of liquid steel influences the inclusion composition varying from 2wt% to 14wt% depending on the method used. The composition of inclusions contains mainly Al₂O₃-CaO only, or is associated with SiO₂ or MgO depending on the initial input. The methods used in this study are indicators of the inclusion composition but can be improved to quantify the inclusion size.     

高级别管线钢钙处理效果评价标准

对X70管线钢进行了六炉钙处理实验.结果表明:钙处理后管线钢生产的后续工序中钢中钙含量显著下降,夹杂物组成和形貌发生显著变化;二次氧化会降低管线钢钙处理效果,但钢中溶解钙和较高CaO含量的CaO-Al2O3复合夹杂可对钢水二次氧化产生的Al2O3发生改性作用;高级别管线钢钙处理效果与钢中钙含量、氧含量、硫含量、钢水二次氧化程度以及钙处理后续时间等有关,采用钢中Ca含量、[%Ca]Tot/[%Al]s、[%Ca]Tot/T[O]、ACR和[%Ca]Tot/[%S]作为钙处理效果的评判标准均存在缺陷.本文建议钙处理效果评判标准为:①铸坯中心部位或轧后板带中心部位不存在单纯的MnS夹杂;②中间包和结晶器中夹杂的nCaO/Al2O3应该与12CaO.7Al2O3相近;③钙处理后夹杂的nCaO/Al2O3应稍高于12CaO.7Al2O3的夹杂.同时还必须注意钙处理应在最后精炼工序的后期进行,尽量防止钢水的二次氧化.     

钢液钙处理脱氧脱硫的动力学

通过对钢液钙处理脱氧脱硫过程动力学的研究发现,当钙粒以喂线的形式注入钢水中时,一部分钙溶解,另一部分变为钙气泡,气泡在上浮的过程中与钢液中的氧、硫反应.钙粒的粒径越大,气化后的气泡在钢液中的停留时间和平均上浮速率就越大,脱氧脱硫的传质系数越小;在炼钢温度范围内,上浮速率及停留时间与钢液温度几乎没有关系,但传质系数随温度的增加而增加;随着钢液中氧、硫含量的增加,钙粒的最佳粒径增加;在一定的钢液深度和一定的氧、硫含量时,钙脱氧脱硫的利用率随其粒径的增加而减小;在温度为1 823 K、钢液中硫的质量分数为0.012%以及钢水包的深度为3 m情况下,当Ca的粒径小于0.002 m时,理论上Ca全部转化;当Ca的粒径在0.002～0.003 m时,钙的转化率为84.4%.     

钙处理工艺对低碳冷镦钢洁净度的影响

对钙处理工艺过程中夹杂物变性处理需要的钙含量以及硫化钙的生成条件进行了热力学计算,确定了LF处理后硫含量需控制的上限和钙处理后钙含量所需的下限;实验研究了温度和喂钙线量对钙收得率的影响以及钙处理后弱吹氩时间与钢中钙和铝的损失的关系.以理论计算和实验结果为基础,优化钙处理工艺,保证LF处理后钢液含硫不大于0.007%(质量分数),按每炉钢喂钙线100～200 m、喂钙线后弱吹氩25 min,最终低碳冷镦钢夹杂物合格率达提高到92%.     

Inclusion variations and calcium treatment optimization in pipeline steel production

SiCa line and SiCaBaFe alloy were injected into liquid pipeline steel at the end of LF refining as calcium treatment, and samples were taken from the ladles, mould, and slabs. Analysis of Ca content and inclusions shows that Ca content in steel decreases obviously in the following process after calcium treatment; the compositions, morphology, and sizes of inclusions also vary much in the production; primary inclusions in the ladles prior to calcium treatment are mainly Al₂O₃ inclusions, but they turn to fine irregular CaS-CaO-Al₂O₃ compound inclusions after the treatment, then become fine globular CaO-Al₂O₃ inclusions in the mould, and finally change to a few larger irregular CaS-CaO-Al₂O₃ complex inclusions in the slabs. Thermodynamic study reveals that inclusion variations are related with the preferential reactions among Ca, Al₂O₃, and S and the precipitation of S in CaO-Al₂O₃ inclusions with high sulfur capacity. New evaluation standards for calcium treatment in high-grade pipeline steel were put forward according to the inclusion variations and requirements of pipeline steel on inclusion controlling, and the calcium process was studied and optimized.     

Al脱氧弹簧钢钙处理过程中铝酸钙硫化物析出热力学分析

通过钢液与夹杂物间的热力学平衡计算,对Al脱氧弹簧钢钙处理过程中铝酸钙硫化物的析出行为进行热力学分析,探讨[Al]、[Ca]、[S]浓度和钢液温度对Al2O3夹杂物变性行为的影响。结果表明,1600℃钢液温度下,w[Al]=0.03%时,Al2O3生成为低熔点12CaO·7Al2O3时的w[Ca]0.0034%,其值随钢液温度降低而减小,随铝含量增大而增大。CaS析出时的临界钙含量随钢液温度降低而显著减小,当w[S]0.005%时,w[Ca]随w[S]变化而显著变化。要使钢中夹杂物控制在低熔点12CaO·7Al2O3区域,需控制w[S]0.0037%,该值随钢液温度的降低或铝含量的增大而减小。     

82A钢凝固过程中TiN夹杂析出热力学和动力学

用热力学和动力学方法研究82A钢液凝固过程元素偏析及其对TiN夹杂析出的影响.热力学分析表明, Ti的偏析比远高于N的偏析比;凝固冷却速度从6 K/min增至600 K/min过程中,凝固冷却速度对Ti、N凝固偏析比影响不大;钢液初始Ti含量降至0.000 2%、初始氮含量为0.002%～0.004%时,在凝固末期仍有TiN夹杂析出.动力学分析表明,随着钢液凝固冷却速度的加快,凝固析出的TiN颗粒尺寸明显变小.