钢包喂CaSi线对钢中夹杂物变性的影响

钢包喂CaSi线对钢中夹杂物变性的影响张建姜钧普高喆周国平摘要：在生产铝镇静钢的工艺条件下,研究了钢包喂CaSi线处理后钢中夹杂物的组成、形态、尺寸和分布等的变化规律。结果表明,喂线后钢中钙铝比达到0.09以上时,钢中的Al2O3类夹杂物能获得较好的变性;夹杂物中的钙铝比随喂线后钢中钙铝比的增大呈线性增加趋势;较高的钢中钙铝比有利于连铸坯中大颗粒夹杂物的去除,有利于钢中夹杂物球化率的提高。关键词：钢包喂线夹杂物变性钙铝比InfluenceofCaSiWireFeedinginLadleUponInclusionModificationinSteelZhangJianJiangJunpu（UniversityofScience&TechnologyBeijing）GaoZheZhouGuoping（TianjinSteelPipeCo.）Abstract：ThispaperinvestigatedthesteelmakingprocessofAl-killedsteelontheindustrialscaleandminutelyresearchedintothemodificationtendencyofthecomposition,morphologyanddimensionofinclusionsinsteelduringCaSiwirefeedinginladle.Theresultsofstudyshowthatalumina(Al2O3)inclusionsinsteelcanexpectablybemodifiedintolowmeltingpointcalciumaluminatephaseswiththeCa/Alratioinliquidsteelofnolessthan0.09afterwirefeeding.Moreover,withtheincreasingofCa/Alratioinliquidsteel,theCa/Alratioincalciumaluminateinclusionswilllinearlyincreases.Inaddition,thehighvalueofCa/Alratioinsteelshallbefavourabletotheremovingoftheinclusionswithbigsizeinslabsandtheincreasingoftheratioofspheroidalinclusionsinsteel.Keywords：CaSiwirefeedinginladleinclusionmodificationratioofCa/Al1前言向铝镇静钢中喂CaSi线对钢液进行钙处理的主要目的是:将铝脱氧而产生的高熔点的脆性Al2O3夹杂物变性成为含钙量较高的低熔点钙铝酸盐夹杂(如12CaO*7Al2O3),同时减少钢中有害的沿晶界分布的Ⅱ类硫化物的数量,改变其组成和性质,从而有利于洁净钢水,改善钢质量,解决浇注过程中的水口堵塞问题［1］。本文针对如图1所示的铝镇静钢生产的工艺条件,对钢包内钢水钙处理(喂CaSi线)后钢中夹杂物的组成、形态、尺寸和分布等的变化规律进行了研究和分析,以期对实际生产中的钢水钙处理提供参考。图1炼钢生产工艺流程简图2试验条件在如图1所示的工艺流程中,对34Mn5钢种进行喂线试验。在每个试验炉次喂线前、喂线后、连铸中间包及连铸铸坯处取得钢水铸态样和铸坯铸态样。钢包和连铸中间包内钢水用真空取样器吸取。其中喂线前钢样在喂CaSi线前3min以内于钢包内取得,喂线后钢样在喂CaSi线后3min以内取得,连铸中间包内的钢样在大包开浇后14～23min时取得,铸坯试样则从每炉的第4至第6根管坯上切取。对所取试样,按要求切取、磨平和抛光制成金相试样,并进行了较系统的金相分析、SEM分析和图像仪分析。3试验结果3.1夹杂物中相对含钙量的变化选择有代表性的试验炉次,对其喂线前、喂线后、中间包以及连铸坯处的钢样进行了较仔细的扫描电镜分析,通过整体观测和随机分析,得到如表1的结果。表1各工艺点处钢中及夹杂物中的平均钙铝比炉号钙铝比Ca/Al连铸坯夹杂物中钙铝比Ca/Al喂线前喂线后中间包钢中夹杂物中钢中夹杂物中钢中夹杂物中9527350.0400.1970.1131.0770.1081.0020.9669527380.0170.0420.0690.2790.0520.5920.3389527390.0160.1190.0460.2170.0480.5990.4219527450.0290.2300.0900.8850.0930.8680.776从表1中可以看出,喂线前夹杂物中的平均钙铝比(Ca/Al)在0.042～0.230之间,按此推算所形成的钙铝酸盐夹杂物当为CA6或CA6和Al2O3、CA2共存。在喂线后,夹杂物中的含钙量即钙铝比(Ca/Al)都较喂线前提高,特别是,随着钢中钙铝比［Ca/Al］的提高,钙铝酸盐夹杂中钙的相对含量显著增加,这种趋势可以从图2中清楚地看出。喂线后钢中钙铝比较高的952735炉(0.113)和952745炉(0.090),其钙铝酸盐夹杂中的(Ca/Al)比分别为1.077和0.885,由此对应的夹杂物相一般为C12A7或C12A7和C3A共存。各工艺点处钢中钙铝酸盐夹杂物的含钙水平的变化规律,以及与金相、电镜分析结果的良好对应关系表明,钢水经喂CaSi线处理后,钢中的铝酸盐类夹杂物得到了不同程度的变性,尤其是当钢中含钙量较高使钢中钙铝比大于0.09时,Al2O3类夹杂物多变性成为12CaO.7Al2O3或成分接近12CaO*7Al2O3的低熔点钙铝酸盐夹杂物,从而获得了良好的钙处理效果。图2喂线后夹杂物中钙铝比随钢中钙铝比变化的趋势3.2喂线过程中钢中夹杂物尺寸的变化在喂CaSi线前后各工艺点处钢样的夹杂物尺寸分级数据如表2所示。从表2中可见:(1)在喂线试验的条件下,从喂线前、喂线后、中间包到连铸坯的诸工艺点处的钢样中,夹杂物尺寸基本在20μm以下,小颗粒的夹杂物占绝大多数,1μm～3μm的小夹杂占67.86%～90.68%平均为81.45%;大于5μm的夹杂物仅占1.45%～12.5%,平均4.27%。(2)钢中钙铝比［Ca/Al］高的炉次离04工艺点(连铸坯)较早时,钢中10μm～20μm的夹杂物即消失。(3)由表3将钙铝比大于0.09的试验炉次喂线前后的夹杂物分级数量直观地示于图3,从图3中可见,与喂线前相比,具有较高钙铝比的952735炉和952745炉炉次其连铸坯中各个尺寸级别的夹杂物数量都有较大幅度的降低。而对钢中钙铝比较低的952738炉和952739炉,连铸坯中大于3μm的夹杂物数量与喂线前相比有不同程度的增加或相近。(4)喂线后随着钢中钙铝比的增加,连铸坯中1μm～3μm的小颗粒夹杂物比例有增加趋势,而较大颗粒的夹杂物特别是大于5μm的夹杂物比例下降趋势明显。(5)从连铸坯中夹杂物的绝对数量来看,随着钢中钙铝比的增加,大于5μm的夹杂物数量逐渐减少。如Ca/Al比为0.108的952735炉,60个视场中未发现有大于5μm的夹杂;而Ca/Al比为0.048的952739炉,5μm～10μm的夹杂物为9.34个/mm2,10μm～20μm的夹杂物为4.67个/mm2。表2喂线前后各工艺点处钢中夹杂物尺寸分布情况炉号工艺点钙铝比夹杂总数/个.mm-21＜D≤3μm3＜D≤5μm5＜D≤10μm10＜D≤20μm/个.mm-2百分率/%/个.mm-2百分率/%/个.mm-2百分率/%/个.mm-2百分率/%952735010.04186.74144.7277.5035.0118.754.672.502.331.25020.113175.07149.3985.3323.3413.332.331.3300030.108144.72130.7290.32111.678.062.331.610004142.39128.33390.1614.019.840000953738010.014231.09198.4185.8628.0112.124.672.0200020.069191.41161.0684.1518.679.769.344.882.331.22030.052254.44212.4283.4930.3511.939.343.672.330.9204130.7288.7067.8632.6825.009.347.1400952739010.016161.06137.7285.5121.0113.04002.331.45020.046333.80291.7887.4132.689.799.342.8000030.048275.44249.7790.6821.017.634.671.690004112.0481.7072.9216.3414.589.348.334.674.17952745010.029200.75144.7272.0939.6819.7714.016.982.331.16020.090312.79233.4374.6353.6917.1623.347.462.330.7500.0998.0474.7076.1921.0121.432.332.38003304100.3779.3779.0716.3416.284.674.6500注:01-喂线前02-喂线后03-中间包04-连铸坯图3高钙铝比连铸坯中夹杂物数量与喂线前的比较3.3喂线过程中钢的清洁度的变化为综合评价钢中夹杂物的数量和尺寸,定义钢的夹杂物指数I如下:(1)式中B——夹杂物的当量直径(取B=4μm)di——不同尺寸级别夹杂物的平均直径/μmni——各尺寸级别的夹杂物个数/个S——视场面积/mm2(S=0.00714mm2)N——视场数(N≥60)根据图像仪测量的数据,计算得各炉次在各工艺点处的夹杂物指数I值列于表3。表3各工艺点处钢样的夹杂物指数炉号喂线前/个.mm-2喂线后/个.mm-2中间包/个.mm-2连铸坯/个.mm-2η/%952735124.88102.4281.4178.2037.38952738135.97125.47162.8294.5430.4795273998.62196.08154.6592.206.51952745147.06222.9262.7364.7855.95注:η为与喂线前相比铸坯钢样的夹杂物指数I值下降的百分比显然,从喂线前到连铸坯的过程中总的趋势是I值降低,钢的清洁程度提高了。但是不同的钙铝比和钢中含钙量的炉次,清洁度的改善程度各不相同。钢中含钙量低、钙铝比小的炉次I值降低较少,清洁程度改善不大,如952739炉单位面积的当量夹杂物数量仅降低6.51%。反之喂线后钢中含钙量较高、钙铝比较大的炉次,I值降低较多,钢的清洁程度大大提高,如952745炉和952735炉I值分别降低55.95%和37.38%。在所考察的4炉次中,值得注意的是952745炉,经喂线处理后,钢中夹杂物数量增多,夹杂物尺寸也略有增大,但到中间包时钢中夹杂物数量显著减少,夹杂物的尺寸也大为变小,总的趋势表现为I值大幅度降低,钢的清洁程度提高较多。表现出喂线后钢中夹杂物改性继而上浮去除的趋势。3.4钢中夹杂物球化率的变化未经喂CaSi线处理的铝镇静钢中的夹杂物多为含Al2O3较高的高熔点夹杂,它们在炼钢温度下为固态,析出的形状多为不规则或带棱角状。经钙处理后,含Al2O3较高的高熔点夹杂物变性成为富钙的钙铝酸盐或其复合夹杂,其熔点较低,在钢液温度下为液态球状,凝固时以球状存在于钢中。从这个角度考虑,若经喂CaSi线处理后,钢中的夹杂物得到较好的变性处理,则最后留在钢中的球状夹杂物也应该多些。此处定义钢中夹杂物的球化率Φg如式(2):Φg=(60个视场中球状夹杂物的个数/60个视场中夹杂物总数)×100%(2)这样可从另一个侧面,以球化率Φg来表征喂钙处理效果。由图像分析仪测得的各工艺点处钢中夹杂物的球化率Φg数值示于表