获得更高纯净度、更高均匀性的产品是目前钢铁生产和研究的热点，是冶金技术的发展方向。就目前的生产技术条件，钢中杂质元素含量的控制已经达到较高水平。而随着钢水中杂质元素含量的进一步降低，钢中夹杂物对钢铁产品产生的不良影响作用就更加明显，因此，根据产品的不同质量要求来控制和改善钢中夹杂物的性状就显得尤为重要。 1钙处理的意义
在实际生产中最为典型、应用最为广泛的夹杂物变性处理技术是铝脱氧钢的钙处理。钢水中铝含量越高，可能生成的Al2O3也越多，也就越易产生水口结瘤现象。铝脱氧后，Al2O3与钢水中的残铝达到了化学平衡状态，再通过钙处理可以将钢中Al2O3 夹杂转变成低熔点的复合氧化物，有利于其聚合长大从钢水中排除，不仅可以防止水口冻结，而且可以减少钢中氧化物夹杂的数量；同时，滞留在钢中的夹杂物其形状几乎为圆形并无规则地分布于钢中，可以减轻对钢性能的危害。 2水口结瘤的现状
根据近几年的生产实践，连铸机发生中包水口结瘤时造成拉速降低、结晶器液面波动范围扩大、铸坯表面缺陷增加，以至水口堵塞、钢水低温回炉、甚至停机等事故。根据对应的钢水成分以及当时的生产状况和结瘤物成分做了定量分析，从中得到一定规律并指导今后的操作，不断优化钢水的钙处理工艺，从根本上避免水口结瘤现象的发生。
2.1水口结瘤原因
为保证钢水中低的含氧量，采用钢水铝终脱氧工艺，脱氧后的钢水中会残留一定量的铝，不同的钢种残铝含量也不相同。
观察由于结瘤换下的浸入式水口，从渣线处的横向断层可发现：水口壁呈三层结构。最外层为原质层，原质层外侧的渣线部位稍有侵蚀。内层则侵蚀不明显，有玻璃相烧结层，颜较深、光滑致密，厚度3～5mm。烧结层内附着了10～13mm厚的疏松结瘤物质。这层物质比较粗糙，呈颗粒状聚集，使水口内壁凹凸不平，结瘤物颜也深浅不一。由铁和灰白或茶红颗粒组成的，分析这些疏松的附着物，颗粒内部成分为Al2O3。而在Al2O3颗粒的外围，则形成了FeAl2O4。因此可以初步推断：在浇注过程中如果发生钢水吸氧现象，则钢中的残铝会发生脱氧反应，造成钢液表面的[Al]浓度下降；并可能会生成少量[Fe
O]，这些FeO与Al2O3结合为一种铁铝尖晶石成分 (FeAl2O4熔点1780℃)，粘附到水口内壁上。由于铝镇静钢有较强的还原性，极易吸收空气中的氧，发生二次氧化，生成Al2O3夹杂物和FeO，共同造成了水口堵塞。特别是钢包开浇第一炉时，由于钢流的急剧冲刷和飞溅，会使钢水卷入大量空气和中包衬上脱落的耐火材料碎屑，并发生了二次氧化和吸氮现象，中包钢水[O]、[N]含量明显偏高。随着浇注状态的逐渐稳定，[O]、[N]含量也逐步降低。而之后的炉次因大包烧眼造成了长水口安装延迟，[O]、牙刷消毒器[N]量有所增加；随着中包内液态渣的逐步形成，钢中气体含量维持在恒定水平。所以，中包第一炉钢水的二次氧化和夹杂物增加，是造成开浇初期水口结瘤的主要原因。
2.2确定合理的钙含量
对钢水成分做了统计分析，发现影响塞棒行程的因素只有钙和铝两种成分比较显著，其它合金元素的影响并不明显。铝的含量与行程呈现弱的正相关性，即铝含量越高的炉次，越易发生行程上涨。而钙呈强负相关，钙越低行程越易上涨，钙高则行程下降。对钙和铝的相对含量即[Ca]/[Al]比分析，则效应更加明显，钙铝比控制在一定范围内可避免结瘤现象。
塞棒行程的变化情况与中间包内钢水的铝、钙、钙铝比存在一定的相关关系。 [Ca]/[Al]>0.
05可避免水口结瘤。有时低的钙铝比也未必一定造成水口结瘤，这是由于炼钢生产中的工序环节较多，如果每个工序都能做到操作稳定，把钢水中的Al2O3等夹杂物和总氧量控制在比较低的水平、铸机做好保护浇注，同样可以避免结瘤。但当[Ca]/[Al]>0.08时，有行程明显降低趋势，说明钢水对塞棒和上水口的侵蚀作用加剧，为防止耐材侵蚀造成事故，更应该避免钙铝比过高。所以根据分析结果，若保持塞棒开度稳定，既不发生结瘤也不侵蚀塞棒和水口，钙铝比最好控制在0.05～0.08的范围内。控制合适的钙铝比，可以在钢水发生轻微的二次氧化时，钙先于铝发生脱氧反应，对钢水中的残铝有保护作用，并且钙的脱氧产物能进一步与Al2O3结合为低熔点铝酸钙(12CaO·7 Al2O3，熔点1455℃，浇注温度下为液态)，从而保证钢水的可浇注性。
3钙处理的方式
部分钢厂在实际生产中采取在大包开浇前向中间包内投加钙铁粉的处理措施来防止中间包发生水口结瘤，效果有时并不理想。因为Ca在钢液中的溶解度很小，1550游梁式抽油机℃时仅为0.028%，溶解过程受边界层扩散的限制，在局部达到饱和后，其余的钙会变为蒸气蒸发(沸点1460℃墨水生产)，所以钙的回收率很难保证。除上述原因外，中间包内的液态渣还容易将钙铁合金包裹，使其难以熔化，也无法保证钙处理效果。
为了达到合适的钙铝比，仅用增加Ca质脱氧剂的方法消耗量太大，经济上不合理，并且钙铁合金脱氧会影响耐材的寿命。按照脱氧能力“强-弱-强”的方式，进行脱氧及合金化操作来提高钢水的前期脱氧效果，降低后期铝的加入量，并能保证钙处理后合适的钙含量。在防止吹炼终点钢水过氧化的基础上，出钢过程先加入强复合脱氧剂，然后加合金化元素，最后进行喂钙线工艺，即通过提高前期的脱氧效果来降低后期铝的加入量。
3.1喂Ca-Si线的冶金效果
喂Ca-Si线技术是继喂Al技术后的又一精炼手段，向钢液中喂Ca-Si线，进行钙处理具有良好的冶金效果，喂线后钢液中的钙、铝比达到0.05以上时，钢中夹杂能获得较好的变性，夹杂物球化率的提高，有利于改善力学性能；改善钢水流动性，易于浇注，提高成材率。
喂线处理具有操作简便、调节灵活、合金收得率高等优点。还可降低能源和材料费用，提高熔炼中合金元素的吸收，同时 ,还可改善连铸装置和钢模内的钢液流动性和浇铸性，减少向大气中的飞溅。并可降低设备费用和生产消耗，芯线的钢壳可保护活性粉剂在保存和运输时不受大气和湿气作用，防止其在通过渣层时的氧化，保证所需刚性以便插入熔体的给定深度。
3.2喂Ca-Si线的工艺研究
通过对实际生产的总结，我们可以发现：
(1)在喂线试验的条件下，随时间的增加，中间包钢水的总钙含量减少。喂线过程中钢水中钙与Al2O3颗粒作用生成钙铝酸盐夹杂，并和钢中硫反应生成CaS夹杂，这些夹杂在喂线后钢水停留过程中部分上浮，停留时间越长，上浮越多，从而钢中剩余的总钙量也就越少。
(2)中间包内钢水的总钙量随喂线量的增加而线性增加。有关研究表明：喂钙量小于0.02 %（质量分数）时，钢中残余钙量随喂钙量线性增加。
(3)较高的钢水温度有利于钢水对钙的吸收。钢水温度的提高有利于钢中形成的CaO数量的增加，从而有利于钙回收率的提高。
4在实际生产中钙处理的应用
喂线技术的关键是确定合理的喂线速度、喂线温度、喂线量、喂线位置及喂线时的渣况和
等离子体发生器
氩气搅拌等条件。一般情况下，喂线深度为钢液深度的杯芳烃 60 %～70 %高度时，能使芯线与钢液充分反应，得到高而稳定的回收率。根据理论计算和生产实际得到1520~1600℃时，喂Ca-Si芯线的速度分别为0.7～1. 5 m/s。
喂线温度以浇注温度为基准，并考虑喂线和镇静时的温降而确定：喂线量由钢种成分目标控制量、回收率、单位长度芯线重量和芯线成分确定;生产中发现精炼效果最佳的氩气压力为0. 2～0.5 MPa ,氩气流量为80～140 L/min。
考虑到吹氩搅拌的最佳效果，为保证高而稳定的合金回收率，要求炉渣脱氧良好 ( FeO ≤0. 5 %)。
但是钙处理存在着问题：虽然钢中氧化物夹杂的数量可以大幅度减少，但残留下来的夹杂物往往尺寸比较大，由于CaO ·Al2O3夹杂物不易变形，轧制过程中会在夹杂物周围沿变形方向形成微裂纹、空洞，导致钢的一系列性能的恶化。这就需要我们在精炼喂线后，保证好软吹时间，从而使夹杂物充分上浮，提高钢材的质量。
5结语
在实际生产过程中，根据不同的钢种，通过喂Ca-Si线的方式将钙铝比控制在0.05～0.08的范围内，可阻止浇注过程Al2Oudn3的生成，减少钢液中铝烧损并去除Al2O3夹杂物，以防止结瘤的发生。
赵赢
2011年11月20日
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