钙处理时机对LF-RH精炼过程Al2O3基夹杂物的影响

为研究LF-RH精炼工艺生产Q690钢时不同钙处理时机下夹杂物特征的变化,开展工业试验对RH精炼前后钙处理炉次取样进行定量分析对比。钙处理后夹杂物中CaO质量分数持续增加,CaS质量分数瞬态增加,夹杂物熔点降低。RH精炼前钙处理炉次中,RH精炼过程夹杂物的成分接近低熔点区,结束时夹杂物数量密度和面积分数分别为15个/mm2和0.01%。RH精炼后钙处理炉次中,RH精炼过程夹杂物依旧为高熔点Al₂O₃-MgO类型,结束时夹杂物数量密度和面积分数分别降至1个/mm2和0.002 5%。RH精炼前钙处理会使RH精炼过程夹杂物熔点以及夹杂物与钢液间的接触角降低,导致夹杂物去除驱动力降低,从而抑制夹杂物的去除。因此LF-RH精炼工艺生产铝脱氧钢时,为提高精炼过程钢中非金属夹杂物的去除效率,应在RH精炼后进行钙处理操作。     

钙处理对20CrMnTiH齿轮钢中非金属夹杂物的影响

铝脱氧齿轮钢中易生成大量的高熔点Al₂O₃类夹杂物,容易导致水口结瘤及钢材性能恶化,目前较常采用钙处理将钢中高熔点的Al₂O₃类夹杂物改性为低熔点的钙铝酸盐类夹杂物。合理的钙处理可以减轻水口结瘤并提高连铸过程钢液的可浇性,工业试验研究了喂钙前钢液中T.Ca含量、喂钙速度、喂钙量、净空高度及渣厚等参数对齿轮钢中钙收得率的影响,并在1.5 m·s?1的喂钙速度条件下研究了不同喂钙量对钙处理过程中齿轮钢中非金属夹杂物改性的影响。研究结果表明,当喂钙前钢液中T.Ca的质量分数小于10×10?6,喂钙速度为1.5 m·s?1,适当降低喂钙量和净空高度和渣厚,钢液中钙收得率均高于20%。当钢液中T.Ca的质量分数高于17×10?6时,钢中生成大量高熔点CaS型夹杂物,三元相图中夹杂物的平均质量分数远离液相区。随着齿轮钢中T.Ca含量的增加,夹杂物的平均尺寸和数密度逐渐增加。热力学计算结果与工业试验钙处理对钢中非金属夹杂物改性效果具有较好的一致性。      

非钙处理对高等级齿轮钢夹杂物的影响

 为解决水口堵塞、B类夹杂物超标及控制Ds类夹杂物,通过热力学计算和工业试验研究了SCr420H齿轮钢钙处理与非钙处理对中间包夹杂物的影响。研究发现,非钙处理炉次中间包夹杂物数量低于钙处理炉次。非钙处理炉次中间包夹杂物主要为棱角状镁铝尖晶石;钙处理炉次夹杂物主要为Al₂O₃-CaO-MgO与CaS复合球状夹杂物。优化工艺后非钙处理炉次中间包高熔点尖晶石类夹杂物数量大幅降低,水口堵塞及B类夹杂物问题得到解决。非钙处理圆钢夹杂物评级结果为,A类不大于0.5,B类不大于0.5级,C类为0,D(细)类不大于1.0级,D(粗)类不大于0.5级,Ds类不大于1.0级。     

MnS在Ti-Al复合脱氧氧化物上的析出研究

采用高温电阻炉,通过改变不同冷却条件和不同硫含量,系统研究了Ti-Al复合脱氧夹杂对MnS夹杂物析出量和形貌的影响。试验结果表明:冷却速率对MnS的析出有着重要的影响。当钢液中硫的质量分数从0.001%增加到0.01%时,在炉冷条件下,MnS析出量随着钢液中硫含量的增加而增加。但是在水冷条件下,MnS的析出量不随钢液中硫含量的增加而变化。当钢液中w([S])0.008%时,所有氧化物夹杂表面都会析出MnS夹杂;当0.002%≤w([S])0.008%时,复合氧化物夹杂中MnO+SiO2含量越高,MnS越容易在氧化物上面析出。复合夹杂物中Ti3O5和Al2O3对MnS的析出没有明显影响。当w([S])0.002%时,基本没有MnS夹杂析出。MnS在低熔点氧化物上呈镶嵌状析出,在高熔点上呈包裹状析出。     

含硫含铝钢浇铸结瘤原因分析及改进

对含硫含铝齿轮钢连铸结瘤原因进行了分析,并通过工艺优化改善了钢水可浇性,得出如下结论:1)含硫含铝齿轮钢中CaS与高熔点的Ca-Al-Mg-O复合夹杂物是引起浇铸结瘤的主要原因;2)变性处理及喂入硫线后,夹杂物化学成分及液化程度主要受钢中氧硫比决定,提高钢中氧含量有利于提高夹杂物中CaO比例,改善钢水可浇性;3)采用弱脱氧工艺,夹杂物中CaO比例明显提高、CaS比例大幅降低,可显著改善含硫含铝齿轮钢钢水可浇性,连浇炉数由2~4炉提升至7炉以上。     

管线钢硫化物钙处理技术分析

在对管线钢中硫化物的作用进行综合分析的基础上,结合莱钢的生产实践,利用冶金热力学原理,分析计算了管线钢硫化物的钙处理工艺条件,并对管线钢中的夹杂物进行了检测分析。结果表明,莱钢生产管线钢时,大部分炉次精炼终点氧质量分数高于理论计算钙处理所需的目标氧质量分数3.42×10-6,钢中钙质量分数未达到理论计算钙硫平衡时所需的量,硫化物夹杂物变性并不完全,钢中存在MnS、MnS CaS复合夹杂物。     

铝脱氧55Cr3弹簧钢轻钙处理的实践与分析

为改善铝脱氧55Cr3弹簧钢连铸过程水口结瘤和连浇性差问题，讨论了不同钙线加入量时夹杂物的演变规律并开展工业试验。结果表明，将55Cr3钢的喂钙线长度由100 m减少到50 m的轻钙处理，钢液中钙含量控制到0.001 7%左右，氧含量约为0.002 6%，整体上夹杂物平均成分的熔点靠近1 600℃液相线，CaS夹杂物的面积密度小于0.7个/mm2，水口结瘤问题得到了改善，平均连续浇注炉数从5～6炉提高到8～10炉，并且夹杂物评级结果合格率高达98%以上，轻钙处理技术取得了较好的效果。     

钢液钙处理过程有效钙硫比对303 t超大钢锭中硫化物形貌的影响

通过工业实验研究了钙处理对303 t的16Mn重型管板铸锭中硫化物形貌的控制.未钙处理的锻件缺陷主要分布在轴向上靠近顶部、径向上在距中心1/2以内位置,缺陷主要为大尺寸Ⅱ类MnS夹杂物.采用Micro-CT检测了铸锭顶部中心位置MnS夹杂物三维分布,夹杂物为长条状和片状,数密度为0.77 mm^-3,最大直径为1370μm.在真空脱气后对钢液进行钙处理,钙处理不仅将钢液中原生Al₂O₃夹杂物改性为液态钙铝酸盐,并且钙会在钢液凝固和冷却过程中优于锰先与硫结合生成CaS.通过FactSage热力学计算得到,钙处理将MnS夹杂物的析出温度由1244.7℃降低至1227.9℃,同时减少了MnS夹杂物析出量.钙在改性硫化物之前先改性了钢中氧化物,因此提出了有效钙硫比Ca/Seff.用来表征钙处理对硫化物形貌的影响,Ca/Seff.的含义为改性硫化物的有效钙和钢中硫的原子浓度比,可以直接根据钢液的总氧T.O含量、总硫T.S含量和总钙T.Ca含量计算得到,此公式适用于硫质量分数小于30×10^-6的低硫钢.随着钢中C...     

含硫-铝钢GS35C-A硫化钙夹杂热力学分析和工艺改进

针对试验GS35C-A钢（/%:0.34～0.35C,0.20～0.22Si,0.69Mn,0.013～0.016P,0.026～0.045S,0.027～0.046A1,0.000 8～0.001 9Ca）夹杂物变性进行了热力学计算,并对工艺1[BOF-LF（硫合金化）-RH-钙处理-CC]和优化工艺2[BOF-LF-RH-钙处理-硫合金化-CC]对应的钢中夹杂物形貌及数量进行了研究。结果表明:（1）随着钢液中[S]的升高,生成CaS所需的平衡钙含量降低,钙处理变性生成低熔点夹杂物时钢液中的[Al]逐渐降低;（2）优化工艺2后RH离站Ca、S含量分别从优化前（工艺1）的0.001 9%和0.045%降至0.000 8%和0.026%,平均连浇炉数由原2.5炉提高至8炉;（3）优化前（工艺1）中间包典型夹杂物组分为硫化钙包裹的镁铝尖晶石,优化后（工艺2）中间包夹杂物为铝酸钙;RH离站、中间包钢中每mm²夹杂物个数分别从优化前9.09和6.23降至5.06和3.76。     

钙处理对无取向硅钢总氧含量的影响

在RH破真空后,往钢液中喂硅钙线,通过比较喂钙前后钢液中T．O、N以及夹杂物尺寸、数量的变化,来研究钙处理对无取向硅钢总氧含量的影响。热力学计算表明无取向硅钢中由于铝含量较高,钢中自由氧含量低,钢中总氧含量基本可以代表钢中氧化夹杂物的含量。钙处理可以明显降低无取向硅钢的总氧含量,这主要是由于钙处理会使钢液中夹杂物变性长大,密度减小,从而有利于夹杂物的上浮去除。     

超低氧齿轮钢非金属夹杂物控制热力学计算及应用

 利用热力学软件计算了齿轮钢氧含量与夹杂物成分的关系、夹杂物转变条件。结果表明,超低氧20 CrMoH钢中具有较高塑性的非金属夹杂物成分为：SiO2 0%~10%、Al2O3 22%~55%、CaO 42%~60%、MgO 5%~10%,与之平衡的时钢液中铝含量在0.020%左右,钙含量>0.7×10-6,氧含量在0.0005%左右;选择组成为CaO>40%、Al2O3≤37%、MgO10%、(%CaO+%MgO)/%SiO2为10、SiO2含量尽量低的渣系,钢中Al2O3、MgO•Al2O3夹杂物可转变为低熔点的钙铝酸盐。上述结果在工业试验中得到了验证。     

超低氧钢中硫化钙夹杂析出的热力学讨论及控制

 对超低氧试验钢中硫化钙夹杂析出的热力学分析表明,在本试验钢成分条件下,钢液在液相线温度以上不会自发生成硫化钙夹杂,硫化钙夹杂是钢液凝固过程中,随着钢液中［Al］、［S］溶解度的降低,［S］与钢液中较低熔点的CaO Al2O3类及CaO MgO Al2O3夹杂物表层的CaO反应析出形成;同时,通过计算得到,本试验钢在凝固过程中不析出硫化钙夹杂的条件为将硫的质量分数控制在0.0004%以下。     

Effect of Sulfur in Steel on Transient Evolution of Inclusions During Calcium Treatment

In the current study, the effect of S content in the molten steel on inclusions during calcium treatment was studied using an induction furnace. The calcium in steel decreased from 48 to 2 ppm, and the sulfur in steel changed a little with time. When sulfur content in steel was as low as 25 ppm during calcium treatment, inclusions shifted from CaO-Al₂O₃-CaS to Al₂O₃-CaO with about 35 pct CaO. When the sulfur increased over 90 ppm, more CaS-CaO formed just after the addition of calcium, and then the CaS content decreased from over 45 pct to lower than 15 pct and inclusions were mostly Al₂O₃-CaO-CaS and Al₂O₃-CaO with a high Al₂O₃ content. Thermodynamic calculation predicted the variation of the composition of inclusions, indicating good agreement with the measurement, while a certain deviation existed, especially for heats with 90 and 180 ppm sulfur. A reaction model was proposed for the formation of CaO and CaS, which considered the reaction between calcium vapor bubbles in the zone and the dissolved oxygen and sulfur in the molten steel, as described by a Langmuir-type adsorption isotherm with a reaction occurring on the remaining vacant sites. The variation of transient CaS inclusions was discussed based on the thermodynamic calculation and the morphology evolution of typical inclusions containing CaS.     

CSP生产低碳铝镇静钢的钙处理

通过对国内某钢厂CSP工艺生产的低碳铝镇静钢钙处理前后钢中夹杂物类型的变化研究,从热力学上分析了钢中Al2O3夹杂物的变性机理及夹杂物中wCaS较高的原因。同时,重点描述了钢中夹杂物不同类型的发展过程和夹杂物中CaS的存在形式。研究结果表明,钙处理后钢中镁铝尖晶石和钢中Ca、S元素会结合并相互扩散;且在现有工艺条件下,钢中wS过高使钢液钙处理后钢中原有的高熔点镁铝尖晶石夹杂物没有转变为低熔点夹杂物,同时也是钢中生成了大量CaS的主要原因;在现有工艺水平下,钢中wT[Ca]应控制在0.001 4%~0.002 8%较为合适。     

铝镇静钢中夹杂物钙处理改性及其影响因素

 钙处理广泛应用于铝镇静钢中非金属夹杂物的改性,但在工业实践中的改性效果差别很大。为了探究钙处理效果差异的原因,通过工业试验和热力学计算研究了铝镇静钢钙处理前后非金属夹杂物的演变,并讨论了钙处理改性夹杂物的影响因素。结果表明,浇铸末期钢液中的T[O]和T[N]质量分数分别为0.002 9%和0.003 9%。精炼前期钢中夹杂物Al₂O₃质量分数达90%以上,钙处理后,钢液中钙质量分数快速增加至0.002 5%,同时夹杂物中CaO质量分数由钙处理前的4%迅速增加到23%,Al₂O₃质量分数由钙处理前的82%降低至70%,夹杂物由团簇状Al₂O₃转变为球形的Al₂O₃-CaO复合夹杂物,夹杂物平均成分靠近液相区。由于二次氧化,浇铸时钢中的T[O]和T[N]含量升高,夹杂物的尺寸和数密度增加,因此,需要加强钢液的保护浇铸。在连铸与轧制过程中,夹杂物中CaO质量分数由中间包中的20%增加至轧材中的37%,Al₂O₃质量分数由中间包内的77%降低至56%,夹杂物的平均成分向液相区移动,但夹杂物类型不发生改变,仍为球形的钙铝酸盐。通过热力学计算得到本研究中试验钢种夹杂物“液态窗口”对应的钙质量分数为0.001 1%～0.002 8%,此外钢液成分对钙处理的“液态窗口”影响很大。随着钢液中T[O]含量升高,“液态窗口”变宽,但所需喂钙量增加;随着钢液中T[S]含量增加,“液态窗口”变窄;钢液中的T[Al]含量对“液态窗口”无明显影响。     

Q355B铝镇静钢夹杂物演变及钙处理工艺优化

 基于某钢厂Q355B铝镇静钢冶炼过程生成高熔点夹杂物,出现探伤不合格的问题,通过全流程取样分析钢中夹杂物的演变规律,发现原工艺LF精炼过程钙处理前夹杂物主要为低CaO含量的CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物,Al₂O₃质量分数约为77%。钙处理后,钢液中CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物向液相区左侧CaO含量高的区域靠近,Al₂O₃质量分数减少至32%;同时,CaS在钙铝酸盐表面异质形核,出现CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物,夹杂物中CaS质量分数增加至23%。应用热力学平衡模型计算钙处理钢液中S-Ca、Al-Ca及Al-S反应平衡曲线。结果表明,在1 873 K下生成C₃A、C₁₂A₇、CA_L等低熔点钙铝酸盐类夹杂物,钢液内w([Al])和w([Ca])的关系应分别满足 w([Al])2/w([Ca])3≤7.83×103、2.36×105、1.18×107,w([Al])和w([S])的关系应分别满足 w([S])3×w([Al])2≤7.79×10-12、8.36×10-11、8.14×10-10;当钢液中w([Al])为0.007 5%时,w([Ca])和w([S])分别控制在0.000 62%～0.001 9%、0.001 6%～0.005 1%范围内有利于生成理想液态产物C₁₂A₇。结合夹杂物分析及热力学计算,优化调整了脱氧、喂线等生产工艺,将铝块加入量由0.8 kg/t降低至0.7 kg/t,喂硅钙线量由300 m/炉降低至200 m/炉,并进行全流程取样分析夹杂物变化。发现钙处理后,CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物中,CaS质量分数降低至约5%,夹杂物分布在低熔点液相区域附近,铸坯中钢液w([Ca])由0.003 1%降低至0.001 5%～0.002 2%;最终夹杂物体系为(CaS)-CaO-(MgO)-Al₂O₃低熔点复合相夹杂物,防止了高熔点钙铝酸盐类夹杂物及CaS类夹杂物的产生,提高了铸坯质量。     

帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

 非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。     

Ce/Mg处理对M50轴承钢洁净度的影响

采用真空感应熔炼工艺冶炼航空轴承钢M50,对比分析了Ce处理、Mg处理和Ce–Mg复合处理对氧、硫含量和夹杂物分布特征的影响,结合热力学计算,阐明了加入Ce、Mg元素对钢液洁净度的影响机理。研究发现,Ce具有很强的脱氧、脱硫能力,加入Ce会优先生成Ce₂O₂S夹杂物,随着钢液中氧含量的降低,Ce还会与As等有害杂质元素结合,起到净化钢液的效果。过量的Ce会加剧其与镁铝尖晶石材质耐火材料的反应,导致钢中夹杂物数量的增加,Ce的质量分数为0.018%时,钢中夹杂物的尺寸和数量最小;添加Mg不仅可以脱氧、脱硫,还可以抑制Ce与镁铝尖晶石耐材的反应,Ce–Mg复合处理可以显著降低钢中的夹杂物的尺寸和数量,将钢中的氧的质量分数降低至0.00075%。