文献综述钙处理.ppt

1、1,钢中Al2O3夹杂物的钙处理改性,储万熠 冶金1302 41321058,2,问题描述,钢中存在氧化铝夹杂物,Al2O3夹杂物熔点高，变形性差，对钢的轧制性能有不好的影响。 Al2O3夹杂物多为枝晶形态，会在钢内部产生许多应力集中的点，影响钢的强度。 钢水中的Al2O3夹杂物在连铸的时候会附着在水口附近的耐火材料上，积累过多造成水口结瘤。,张立峰等. 钢中夹杂物系统分析技术及应用J. 钢铁, 2014, 49(2): 1-28,3,Tundish nozzle after five heats of continuous casting steel.,Shengping et al, He

2、. Morphology Control for Al2O3 Inclusion Without Ca Treatment in High-Aluminum SteelJ. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015, 46(2): 585-594,4,问题原因,钢中氧化铝夹杂物的来源,金属铝是炉外精炼中非常重要的脱氧剂，可以将钢中溶解氧降至2-3ppm。 使用金属铝脱氧后会生成大量Al2O3夹杂物，这也是氧化铝的主要来源。 当铝与渣中FeO,MnO,SiO2或耐火材料作用时,都有可能生成再氧化产物。 耐火材料既可能剥落进入钢液,形成大颗粒

3、夹杂物。,5,Al脱氧平衡曲线,Shengping He et al. Morphology Control for Al2O3 Inclusion Without Ca Treatment in High-Aluminum SteelJ. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015, 46(2): 585-594,6,解决办法,钙处理工艺,钙处理的主要机理是利用喂入的钙对高熔点的Al2O3进行变质处理即形成液态低熔点的12CaO7Al2O3 和3CaOAl2O3。 钙处理可将MnS，Al2O3类夹杂变成球形钙铝酸盐或CaO-CaS-Al2

4、O3夹杂。 钢中其他元素（如Mn）对夹杂物成分的低熔点区也有影响。,7,Ca-Al-O相图中存在的低熔点区,8,RH-钙处理后夹杂物在Al2O3-CaO-MgO相图中的分布,林路等. RH-喂线钙处理的管线钢X80非金属夹杂物变性效果分析J. 特殊钢, 2010, 31(5): 51-54,9,Mn元素对MnO-SiO2-Al2O3系夹杂物液相区的影响,Xiaofei He et al. Research on Transformation Mechanism of Oxide Inclusion in Tire Cord SteelJ. Transactions of the Indian

5、Institute of Metals, 2014, 67(6): 919-926,10,钙处理后典型夹杂物扫描照片,孙彦辉和方忠强.钙处理中间产物的形成及其对氧化铝夹杂的改性J. 北京科技大学学报, 2014, 36(12): 1615-1625,11,N Verma et al. Transient Inclusion Evolution During Modification of Alumina Inclusions by Calcium in Liquid Steel: Part II. Results and DiscussionJ. Metallurgical and Mater

6、ials Transactions B, 2011, 42(4): 720-729,Modification route of modification of alumina inclusions by calcium, as illustrated by inclusions exposed by bromine-methanol solution,12,赵东伟等. 钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响J. 北京科技大学学报, 2013, 35(9): 1138-1143,CaO(CaS)-MgO-Al2O3类夹杂物演变规律示意图,13,新的问题,钙处理中存在的问题,钙的加入量需要多

7、少 钙处理的时间 如何防止钙在加入钢液前的氧化 防止钢液的二次氧化,14,新的问题,钙的加入量需要多少,Ying Ren et al. Detection of Non-metallic Inclusions in Steel Continuous Casting BilletsJ. Metallurgical and Materials Transactions B, 2014, 45(4): 1291-1303,Calculated stability diagram of Al-Ca-O system in the molten steel at 2146 K (1873 C).,15,

8、新的问题,钙处理的时间,Ca加入后Ca元素有这样的存在形式： Ca(s) Ca(g) Ca+S=(CaS) 夹杂物中的CaS需要一定的时间释放。,16,新的问题,如何防止钙在加入钢液前的氧化,Ca作为一种很活泼的金属，在加入钢包中之前要做好保护措施，防止其氧化。 Ca加入的种类，钙粉填充的钙线还是实心钙线。 Ca线喂入的方法,17,新的问题,某种喂钙线的设备示意图,18,新的问题,钙线的种类,钙铁线是用粉末状填充的,比较软,喂人钢水中较浅;如果钢水上面的渣层过厚或结块,钙铁线就喂不进去一漂浮在渣层上造成浪费。 实芯纯钙线采用是厚壳包芯线,内芯是采用高压拉拔成丝的高密度实芯纯钙棒,喂线时不会带人

9、其他氧化物而污染钢液。厚的外钢壳和高密度的实芯纯钙棒可以将钙喂人钢水的更深部位,并在临界深度以下停留较长的时间,从而得到较高的钙收得率。,19,张宝等. 实芯纯钙线在LF精炼过程中的应用J. 特殊钢, 2011, 32(5): 44-46,CaFe线、实芯纯钙线和钢水量对钢中钙含量(a)、钙收得率(b)和吨钢钙消耗量(c)的影响,20,新的问题,钙线喂入的方法,上文说到“厚的外钢壳和高密度的实芯纯钙棒可以将钙喂人钢水的更深部位,并在临界深度以下停留较长的时间,从而得到较高的钙收得率。” 但是使用实芯纯钙线的成本必定很高，是否可以从喂入方法上解决钙收得率的问题？,21,新的问题,深枪喂线工艺,在

10、喷枪喂线工艺中,耐火材料喷枪插入离钢液面约1.83m的深度。惰性气体(通常是氩气)从枪孔喷射出.农钢包内形成一种环流状态。 然后借助于机械方式把用钢皮包住的钙线以30.5m/min到305m/min的速度通过喷枪孔射入钢包,直到进入钢液中约1s后溶解。 第二代喂线技术的开发集中在吹入气体量的降低上,所需气体量用于保持枪孔的畅通并不粘钢。枪孔几何形状的改进已减小了气体量,它约是第一代喷枪喂线技术气体需要量的50%。 现在,该气体流量与流经钢包多孔透气砖的变量相当,作用于钢包内的搅拌能也大大降低。此外,对钢水的钙处理效率更高,甚至几乎不与大气接触。,22,深枪喂线工艺示意图,Mark J Enge

11、l. 采用先进的深枪喂钙线钢包处理法改进工艺控制及提高钢质量J. 钢铁钒钛, 1993, 14(1): 63-68,采用不同Pferrocal工艺钙的收得率,23,新的问题,防止钢液的二次氧化,二次氧化主要是指钢水中的合金元素与空气中的氧、炉渣、耐火材料中的氧化物发生化学发应!生成新的氧化物相而污染钢水。 二次氧化控制不好，造成钢水中夹杂物含量增多，精炼及钙处理成果浪费。,24,新的问题,开浇阶段SPA-H钢中夹杂物的组成分布,25,开浇阶段SPA-H钢中夹杂物的组成分布,开浇前，钙铝酸盐夹杂物中CaO含量较高。这是由于钙处理时喂入了过量的钙，绝大多数夹杂物成分偏离了低熔点区。 开浇后，受二次

12、氧化的影响，夹杂物中Al2O3含量升高。有一部分夹杂物进入低熔点区，但大部分夹杂物因过高的Al2O3和CaO含量仍处于低熔点区之外。 尔后，浇注过程逐渐平稳，大部分夹杂物分布在低熔点区附近，但CaO含量仍较高。,26,不同观点,低熔点夹杂物是否有利,主要来说，钙处理是为了钙处理的主要机理是利用喂入的钙对高熔点的Al2O3进行变质处理即形成液态低熔点的12CaO7Al2O3 和3CaOAl2O3。 但在某一些文献中发现了不一样的观点: 低熔点夹杂物在连铸过程中，会聚集成较大尺寸的夹杂物，轧制过程中变形为大型条串状夹杂物。 所以在钙处理时，应将夹杂物控制在高熔点。,27,不同观点,采用新工艺后不同

13、工序阶段夹杂物组成分布 (a) After RH (b) After Ca treatment (c) plate,王新华等. X80管线钢板中条串状CaO-Al2O3系非金属夹杂物的控制J. 金属学报, 2013, 49(5): 553-561,28,不同观点,低熔点夹杂物是否有利,对X80管线钢板B类夹杂物采用了新的控制策略。 将控制重点由以往侧重在钢液钙处理后去除低熔点CaO一A12O3系夹杂物,改为在钙处理前强化去除钢液中夹杂物、尤其是较大尺寸夹杂物。 为此将RH精炼时间增加了一倍采取新控制策略后,RH精炼后夹杂物数量大幅度降低,钙处理效果显著提高。 钢板中检测到的夹杂物全部为高熔点C

14、aO一CaS系夹杂,B类夹杂物检验绝大多数为0级。,29,参考文献,1.徐匡迪. 关于洁净钢的若干基本问题J. 金属学报, 2009, 45(3): 257-269 2.赵东伟等. 钙处理对铝镇静钢中非金属夹杂物变性效果的影响J. 北京科技大学学报, 2013, 35(9): 1138-1143 3.张立峰等. 钢中夹杂物系统分析技术及应用J. 钢铁, 2014, 49(2): 1-28 4.林路等. RH-喂线钙处理的管线钢X80非金属夹杂物变性效果分析J. 特殊钢, 2010, 31(5): 51-54 5.孙彦辉和方忠强.钙处理中间产物的形成及其对氧化铝夹杂的改性J. 北京科技大学学报,

15、 2014, 36(12): 1615-1625 6. Shengping He et al. Morphology Control for Al2O3 Inclusion Without Ca Treatment in High-Aluminum SteelJ. Metallurgical and Materials Transactions B, 2015, 46(2): 585-594 7. N Verma et al. Transient Inclusion Evolution During Modification of Alumina Inclusions by Calcium i

16、n Liquid Steel: Part II. Results and DiscussionJ. Metallurgical and Materials Transactions B, 2011, 42(4): 720-729,30,参考文献,8. Xiaofei He et al. Research on Transformation Mechanism of Oxide Inclusion in Tire Cord SteelJ. Transactions of the Indian Institute of Metals, 2014, 67(6): 919-926 9. Ying Ren et al. Detection of Non-metallic Inclusions in Steel Continuous Casting BilletsJ. Met