D0L:10.13374/.issn1001-053x.2011.04.011 第33卷第4期 北京科技大学学报 Vol.33 No.4 2011年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2011 38 CrMoAl高铝钢钢水可浇性控制 何生平12四张国兴1,2 曾建华》王 谦1,2 1)重庆大学材料科学与工程学院，重庆4000442)重庆大学重庆市冶金工程重点实验室，重庆400044 3)攀钢集团研究院有限公司，成都611731 ☒通信作者，E-mail:heshp@cqu.edu.cn 摘要38 CrMoAl高铝钢由于A1含量较高[A]=0.7%~1.1%,质量分数)，在连铸过程中容易导致水口的堵塞，因此需要 对钢中A山O,夹杂物进行形态控制，保证钢水的可浇性.热力学计算和实验研究结果显示：钢中高含量的A1对渣中即使少量 的Si02都具有较强的还原性；不采用传统的精炼喂钙线工艺，而进行转炉出钢过程渣洗操作，能将高熔点的A山，0，转变为低 熔点的球状钙铝酸盐夹杂.同时，采用C0一AL,0,基中间包覆盖剂，以避免钢渣反应导致钢中夹杂物含量增加.工业性试验 结果表明，钢水洁净度较高，可浇性好，连续浇注5炉后，水口内壁基本无结瘤现象 关键词炼钢：氧化铝：夹杂物：可浇性 分类号TF703.6 Castability control of high Al steel 38CrMoAl during continuous casting HE Sheng ping,ZHANG Guo-xing2),ZENG Jian-hua,WANG Qian' 1)College of Materials Science and Engineering.Chongqing University,Chongqing 400044,China 2)Chongqing Key Laboratory of Metallurgical Engineering.Chongqing University.Chongqing 400044,China 3)Pangang Group Research Institute Co.Lid..Chengdu 611731.China Corresponding author,E-mail:heshp@cqu.edu.cn ABSTRACT High [Al]content in 38CrMoAl([Al]=0.7%-1.1%)is liable to cause nozzle blockage in continuous casting. Shape control of AlO,inclusions is needed to ensure the castability of molten steel.The results of thermodynamic calculations and ex- periments demonstrate that high content [Al]in the steel has strong reducibility to SiO in slag even with a small quantity,and Al2O with a higher melting point can be changed to spherical calcium aluminate inclusions with a lower melting point through slag infiltration during converter tapping instead of the conventional calcium wire feeding process.Meanwhile,the slag-steel reaction,which may cause an increase in the amount of inclusions,can be avoided by using tundish covering fluxes based on Ca0-Al2O with low SiO content. The results of industrial tests show that the steel's cleanness is higher and the castability of molten steel is better.The nozzle has no blockage after five heats of continuous casting steel. KEY WORDS steelmaking:alumina;inclusions:castability 传统的高铝钢中[Al]质量分数一般为12C0·7Al,0,·为了达到钙处理的效果，热力学计 0.03%~0.06%,精炼工艺不合理或保护浇注效果算和生产实践证明，要求钢中[Ca]/[A]> 较差，会导致钢中高熔点的AL,03夹杂较多，钢水可0.1041；但对于Al含量更高的钢种38 CrMoAl 浇性较差，使得水口结瘤严重，甚至引起浇注的中([]=0.7%~1.1%)，为了达到这一指标，钢中 断.对这类高铝钢，需要将钢中夹杂物进行变性处的C含量将非常高.考虑到钢中元素活度系数的 理，使之成为低熔点的化合物-].在精炼工艺中， 影响，以生成12Ca0·7A山，03低熔点钙铝酸盐夹杂 主要采取钙处理工艺，使钢中A山203夹杂转变为低 为例，采用Factsage热力学软件计算得到1600℃时 熔点的xCaO·yA山O3复合夹杂并促使其上浮，如 Ca0活度为0.5，Al,03活度为0.039，钢中[Al]按 收稿日期：201006-21
第 33 卷 第 4 期 2011 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 4 Apr． 2011 38CrMoAl 高铝钢钢水可浇性控制 何生平1，2) 张国兴1，2) 曾建华3) 王 谦1，2) 1) 重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044 2) 重庆大学重庆市冶金工程重点实验室，重庆 400044 3) 攀钢集团研究院有限公司，成都 611731 通信作者，E-mail: heshp@ cqu． edu． cn 摘 要 38CrMoAl 高铝钢由于 Al 含量较高( ［Al］= 0. 7% ～ 1. 1% ，质量分数) ，在连铸过程中容易导致水口的堵塞，因此需要 对钢中 Al2O3 夹杂物进行形态控制，保证钢水的可浇性． 热力学计算和实验研究结果显示: 钢中高含量的 Al 对渣中即使少量 的 SiO2 都具有较强的还原性; 不采用传统的精炼喂钙线工艺，而进行转炉出钢过程渣洗操作，能将高熔点的 Al2O3 转变为低 熔点的球状钙铝酸盐夹杂． 同时，采用 CaO--Al2O3 基中间包覆盖剂，以避免钢渣反应导致钢中夹杂物含量增加． 工业性试验 结果表明，钢水洁净度较高，可浇性好，连续浇注 5 炉后，水口内壁基本无结瘤现象． 关键词 炼钢; 氧化铝; 夹杂物; 可浇性 分类号 TF703. 6 Castability control of high ［Al］steel 38CrMoAl during continuous casting HE Sheng-ping1，2) ，ZHANG Guo-xing1，2) ，ZENG Jian-hua3) ，WANG Qian1，2) 1) College of Materials Science and Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China 2) Chongqing Key Laboratory of Metallurgical Engineering，Chongqing University，Chongqing 400044，China 3) Pangang Group Research Institute Co． Ltd． ，Chengdu 611731，China Corresponding author，E-mail: heshp@ cqu． edu． cn ABSTRACT High ［Al］ content in 38CrMoAl ( ［Al］= 0. 7% － 1. 1% ) is liable to cause nozzle blockage in continuous casting． Shape control of Al2O3 inclusions is needed to ensure the castability of molten steel． The results of thermodynamic calculations and experiments demonstrate that high content ［Al］in the steel has strong reducibility to SiO2 in slag even with a small quantity，and Al2O3 with a higher melting point can be changed to spherical calcium aluminate inclusions with a lower melting point through slag infiltration during converter tapping instead of the conventional calcium wire feeding process． Meanwhile，the slag-steel reaction，which may cause an increase in the amount of inclusions，can be avoided by using tundish covering fluxes based on CaO-Al2O3 with low SiO2 content． The results of industrial tests show that the steel’s cleanness is higher and the castability of molten steel is better． The nozzle has no blockage after five heats of continuous casting steel． KEY WORDS steelmaking; alumina; inclusions; castability 收稿日期: 2010--06--21 传 统 的 高 铝 钢 中［Al］质 量 分 数 一 般 为 0. 03% ～ 0. 06% ，精炼工艺不合理或保护浇注效果 较差，会导致钢中高熔点的 Al2O3 夹杂较多，钢水可 浇性较差，使得水口结瘤严重，甚至引起浇注的中 断． 对这类高铝钢，需要将钢中夹杂物进行变性处 理，使之成为低熔点的化合物［1--3］． 在精炼工艺中， 主要采取钙处理工艺，使钢中 Al2O3 夹杂转变为低 熔点的 xCaO·yAl2O3 复合夹杂并促使其上浮，如 12CaO·7Al2O3 ． 为了达到钙处理的效果，热力学计 算和 生 产 实 践 证 明，要 求 钢 中［Ca］/［Al］ ＞ 0. 10 ［4--5］; 但 对 于 Al 含 量 更 高 的 钢 种 38CrMoAl ( ［Al］= 0. 7% ～ 1. 1% ) ，为了达到这一指标，钢中 的 Ca 含量将非常高． 考虑到钢中元素活度系数的 影响，以生成 12CaO·7Al2O3 低熔点钙铝酸盐夹杂 为例，采用 Factsage 热力学软件计算得到 1 600 ℃ 时 CaO 活度为 0. 5，Al2O3 活度为 0. 039，钢中［Al］按 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.011
·414… 北京科技大学学报 第33卷 1%计，则此时钢中的溶解钙含量达到0.049%，已 次氧化反应，对提高高铝钢钢水的洁净度和可浇性 超过Ca在钢中的溶解度，见图1，因此理论上通过 具有重要意义. 钙处理显然不能满足A山0，夹杂物的形态控制要 1出钢和精炼过程钢中夹杂物的控制 求.除此之外，传统的中包覆盖剂和连铸保护渣中 S02含量较高，连铸过程的钢渣反应一方面使得钢 攀钢38 CrMoAl钢的生产工艺见图2，内控成分 中夹杂物增多，另一方面使得熔渣成分和性能发生 见表1.该钢中铝含量高，加入量大，为确保成分合 较大的改变，不利于浇注过程的稳定6].因此为了 格，充分利用生产流程中各工序的成分调节功能，采 保证高铝钢连铸过程的顺行，除对脱氧产物进行变 用分步配铝工艺，即在出钢过程、LF精炼处理过程 性处理和加强保护浇注外，减少或避免钢渣间的二 分批加入铝或含铝合金，并在RH工序将成分调整 2000 到内控目标.由于转炉下渣的影响，钢包渣中Si02 含量较高，有必要讨论钢渣反应的热力学趋势.钢 100 中A1与渣中Si02反应如下9： 1a-0.031746k 1600 4Al+3Si02=2Al203+3Si 铁液+ △G°=-720680+133T,Jmol- (1) 1400 反应的吉布斯自由能 1200 铁液+和 △G=△G°+RTIn- zo,as (2) 100g95099609709809910 so.dk (FeVutFr+Cal 钢中组元活度通过相互作用系数（表2）获 图1FeCa二元相图 得.熔渣组元活度以简单的Ca0-A山，0，-SiO2三 Fig.1 Phase diagram of the Ca-Fe binary system 元系为例，通过Factsage热力学软件求得，见图3. 铁水员脱该 复吹转的 LF炉 RH 大方还连铸机 图2攀钢38 CrMoAl高铝钢生产工艺流程 Fig.2 Production process of 38CrMoAl steel in Pangang 表138 CrMoA钢化学成分（质量分数） Table 1 Composition of 38CrMoAl steel % C Si Mn Cr Mo Als P 0.35-0.40 0.25-0.400.40-0.60 1.40-1.55 0.15-0.20 0.70-1.10 ≤0.20 ≤0.015 表21873K时FeC-X熔体元素活度相互作用系数心 Table 2 Activity interaction coefficients of elements in the Fe-CX melt system at 1873 K 0 C Si Mn Ca Cr Mo -1.98 0.035 0.033 0.091 0.056 0.056 0.043 -0.047 Si -0.23 0.056 0.11 0.18 0.11 0.002 0.058 -0.0003 热力学计算表明，在38 CrMoAl钢水成分条件 中Si02含量来看（图4），渣中Si02含量将还原到较 下，当炉渣中w(Si02)>2%时，未发现△G>0的区 低的水平.钢渣反应使得钢水增硅的同时，反应生 域，说明钢中高含量的A1对渣中即使少量的SiO2 成的A山203夹杂也会增多，所以对转炉下渣量应进 都具有较强的还原性.从生产过程各工位点钢包渣 行控制
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 1% 计，则此时钢中的溶解钙含量达到 0. 049% ，已 超过 Ca 在钢中的溶解度，见图 1，因此理论上通过 钙处理显然不能满足 Al2O3 夹杂物的形态控制要 求． 除此之外，传统的中包覆盖剂和连铸保护渣中 SiO2 含量较高，连铸过程的钢渣反应一方面使得钢 中夹杂物增多，另一方面使得熔渣成分和性能发生 较大的改变，不利于浇注过程的稳定［6--8］． 因此为了 保证高铝钢连铸过程的顺行，除对脱氧产物进行变 性处理和加强保护浇注外，减少或避免钢渣间的二 图 1 Fe--Ca 二元相图 Fig． 1 Phase diagram of the Ca-Fe binary system 次氧化反应，对提高高铝钢钢水的洁净度和可浇性 具有重要意义． 1 出钢和精炼过程钢中夹杂物的控制 攀钢 38CrMoAl 钢的生产工艺见图 2，内控成分 见表 1． 该钢中铝含量高，加入量大，为确保成分合 格，充分利用生产流程中各工序的成分调节功能，采 用分步配铝工艺，即在出钢过程、LF 精炼处理过程 分批加入铝或含铝合金，并在 RH 工序将成分调整 到内控目标． 由于转炉下渣的影响，钢包渣中 SiO2 含量较高，有必要讨论钢渣反应的热力学趋势． 钢 中 Al 与渣中 SiO2 反应如下［9］: 4Al + 3SiO2 2Al2O3 + 3Si ΔG— = － 720 680 + 133T，J·mol － 1 ( 1) 反应的吉布斯自由能 ΔG = ΔG— + RTln a2 Al2O3 a3 Si a3 SiO2 a4 Al ( 2) 钢中组元活度通过相互作用系数 ( 表 2 ) 获 得［9］． 熔渣组元活度以简单的 CaO--Al2O3 --SiO2 三 元系为例，通过 Factsage 热力学软件求得，见图 3． 图 2 攀钢 38CrMoAl 高铝钢生产工艺流程 Fig． 2 Production process of 38CrMoAl steel in Pangang 表 1 38CrMoAl 钢化学成分( 质量分数) Table 1 Composition of 38CrMoAl steel % C Si Mn Cr Mo Als P S 0. 35 ～ 0. 40 0. 25 ～ 0. 40 0. 40 ～ 0. 60 1. 40 ～ 1. 55 0. 15 ～ 0. 20 0. 70 ～ 1. 10 ≤0. 20 ≤0. 015 表 2 1 873 K 时 Fe--C--X 熔体元素活度相互作用系数ej i Table 2 Activity interaction coefficients of elements in the Fe-C-X melt system at 1 873 K i j O S P C Si Mn Al Ca Cr Mo Al － 1. 98 0. 035 0. 033 0. 091 0. 056 0. 056 0. 043 － 0. 047 — — Si － 0. 23 0. 056 0. 11 0. 18 0. 11 0. 002 0. 058 — － 0. 000 3 — 热力学计算表明，在 38CrMoAl 钢水成分条件 下，当炉渣中 w( SiO2 ) ＞ 2% 时，未发现 ΔG ＞ 0 的区 域，说明钢中高含量的 Al 对渣中即使少量的 SiO2 都具有较强的还原性． 从生产过程各工位点钢包渣 中 SiO2 含量来看( 图 4) ，渣中 SiO2 含量将还原到较 低的水平． 钢渣反应使得钢水增硅的同时，反应生 成的 Al2O3 夹杂也会增多，所以对转炉下渣量应进 行控制． ·414·
第4期 何生平等：38 CrMoA!高铝钢钢水可浇性控制 ·415 Sio Sio 0940.1 09 0.1 0.8g02 0.8A 0.2 07 0.3 7 0.3 07 0.6 04 6 04 05 0.4 0.6 03/ 07 0.3/ 02/ 0以 08 03 0.8 0w5 09 0.1∠ 0.9 m00区 C4009080.70.605040.30.20.11.0 Ga00.90.80.706050403020.110 摩尔分数 摩尔分数 图31600℃时Ca0Si02-A山203三元系等活度图.(a)Si02:(b)A山203 Fig.3 Calculated isoactivity curves in the Ca0-6i02Al2 temary system at 1 873 K:(a)Si02:(b)Al2O 在Ca0-Al,03二元系中，组成介于3Ca0·A山203~ 8△ Ca0·AL,03的低熔点区域，以12Ca0·7AL,03熔点最 6 低.根据上述要求，转炉出钢过程加入渣料成分设 4 计为表3，并控制渣料粒度在5~15mm. 表3高碱度精炼渣成分（质量分数） Table 3 Composition of refining slag with high basicity 0 前 筑后LF前L山F后H前H后 Ca0 Al203 SiO2 Mgo CaF2 P 工位点 ≥70 ≤5 ≤5 ≤6 ≥6≤0.10 图4不同工位点渣中S02含量变化情况 Fig.4 Variation of SiO,content at different work stations 经过转炉渣洗操作后，到LF进站和出站进行 在出钢脱氧合金化过程中，生成的脱氧产物主 取样分析，钢中典型夹杂物及能谱分析见表4.由此 要是AL,O3·正是由于38 CrMoAl钢中铝含量大大高 可见，经过转炉渣洗操作后，钢水即使未经喂钙处 理，钢中也未发现棱角状的A山，03夹杂物，而是低熔 于传统的高铝钢，对A山，03夹杂物的形态控制不宜 点的球状夹杂物，从能谱分析结果推测，生成的夹杂 采取钙处理工艺，这是因为一方面受制于钢中钙的 物以CaO-Al2O3系为主，其组成点大致位于 溶解度限制，另一方面大量喂人钙线将使得成本增 3Ca0·Al203~12Ca0·7Al,03,在炼钢温度下是 加.为了控制钢中A山，0，夹杂物形态，可以采用含 液态. Ca0的渣料和夹杂物充分作用，直接生成低熔点的 化合物.在生产实践中，渣洗是获得洁净钢并能适 2连铸过程钢中夹杂物的控制 当进行脱硫和脱氧的最简便的精炼手段.转炉出钢 由于钢中A!含量极高，钢中溶解氧含量很低， 渣洗有效地利用了出钢过程中钢水的混冲作用，将 伴随着温度降低的二次脱氧产物含量很少，但是钢 熔渣液滴乳化，可以使钢渣界面扩大数百倍，增加渣 水具有强烈吸气趋势，因此加强保护浇注特别重要. 与钢中夹杂物接触和充分反应的机会.钢液的紊乱 从5炉连续浇注数据来看，从RH精炼结束到铸坯， 搅动同时又促进渣滴的碰撞、合并、长大而加速 整个连铸过程平均增氨7×10-6，保护浇注效果 上浮 较好 转炉出钢过程具有良好的动力学条件，有利于 除此之外，传统的碱性或酸性中包渣中SO,含 加强熔渣与脱氧产物之间的反应、聚集和上浮.与 量高，必然会发生钢渣二次氧化反应，因此中包渣宜 此同时，可为后续精炼过程提供充分的时间，促进夹 采用低SiO2或无SiO2渣系.试验过程采用Ca0- 杂物的进一步上浮和去除0，所以转炉采用渣洗操 A山20，基渣系，其成分见表5. 作.出钢过程加入的渣料成分和加入量主要根据铝 图5为统计的两轮试验共计7炉钢水主要工位 脱氧生成的AL,O3量来确定，其目的是使生成的 点总氧的变化.由图可知，钢水经过LF和RH精炼 A山20，与加入的渣料作用形成低熔点钙铝酸盐，即 处理，钢中T[0]平均为11.2×10-6(9×10-6
第 4 期 何生平等: 38CrMoAl 高铝钢钢水可浇性控制 图 3 1 600 ℃时 CaO--SiO2 --Al2O3 三元系等活度图 . ( a) SiO2 ; ( b) Al2O3 Fig． 3 Calculated iso-activity curves in the CaO-SiO2 -Al2O3 ternary system at 1 873 K: ( a) SiO2 ; ( b) Al2O3 图 4 不同工位点渣中 SiO2 含量变化情况 Fig． 4 Variation of SiO2 content at different work stations 在出钢脱氧合金化过程中，生成的脱氧产物主 要是 Al2O3 ． 正是由于 38CrMoAl 钢中铝含量大大高 于传统的高铝钢，对 Al2O3 夹杂物的形态控制不宜 采取钙处理工艺，这是因为一方面受制于钢中钙的 溶解度限制，另一方面大量喂入钙线将使得成本增 加． 为了控制钢中 Al2O3 夹杂物形态，可以采用含 CaO 的渣料和夹杂物充分作用，直接生成低熔点的 化合物． 在生产实践中，渣洗是获得洁净钢并能适 当进行脱硫和脱氧的最简便的精炼手段． 转炉出钢 渣洗有效地利用了出钢过程中钢水的混冲作用，将 熔渣液滴乳化，可以使钢渣界面扩大数百倍，增加渣 与钢中夹杂物接触和充分反应的机会． 钢液的紊乱 搅动同时又促进渣滴的碰撞、合并、长大而加速 上浮． 转炉出钢过程具有良好的动力学条件，有利于 加强熔渣与脱氧产物之间的反应、聚集和上浮． 与 此同时，可为后续精炼过程提供充分的时间，促进夹 杂物的进一步上浮和去除［10］，所以转炉采用渣洗操 作． 出钢过程加入的渣料成分和加入量主要根据铝 脱氧生成的 Al2O3 量来确定，其目的是使生成的 Al2O3 与加入的渣料作用形成低熔点钙铝酸盐，即 在 CaO--Al2O3 二元系中，组成介于 3CaO·Al2O3 ～ CaO·Al2O3 的低熔点区域，以 12CaO·7Al2O3 熔点最 低． 根据上述要求，转炉出钢过程加入渣料成分设 计为表 3，并控制渣料粒度在 5 ～ 15 mm． 表 3 高碱度精炼渣成分( 质量分数) Table 3 Composition of refining slag with high basicity % CaO Al2O3 SiO2 MgO CaF2 P ≥70 ≤5 ≤5 ≤6 ≥6 ≤0. 10 经过转炉渣洗操作后，到 LF 进站和出站进行 取样分析，钢中典型夹杂物及能谱分析见表 4． 由此 可见，经过转炉渣洗操作后，钢水即使未经喂钙处 理，钢中也未发现棱角状的 Al2O3 夹杂物，而是低熔 点的球状夹杂物，从能谱分析结果推测，生成的夹杂 物以 CaO--Al2O3 系 为 主，其 组 成 点 大 致 位 于 3CaO·Al2O3 ～ 12CaO·7Al2O3，在 炼 钢 温 度 下 是 液态． 2 连铸过程钢中夹杂物的控制 由于钢中 Al 含量极高，钢中溶解氧含量很低， 伴随着温度降低的二次脱氧产物含量很少，但是钢 水具有强烈吸气趋势，因此加强保护浇注特别重要． 从 5 炉连续浇注数据来看，从 RH 精炼结束到铸坯， 整个连铸过程平均增氮 7 × 10 － 6 ，保护浇注效果 较好． 除此之外，传统的碱性或酸性中包渣中 SiO2 含 量高，必然会发生钢渣二次氧化反应，因此中包渣宜 采用低 SiO2 或无 SiO2 渣系． 试验过程采用CaO-- Al2O3 基渣系，其成分见表 5． 图 5 为统计的两轮试验共计 7 炉钢水主要工位 点总氧的变化． 由图可知，钢水经过 LF 和 RH 精炼 处理，钢中 T［O］平均为 11. 2 × 10 － 6 ( 9 × 10 － 6 ～ ·415·
·416· 北京科技大学学报 第33卷 表4LF进站和出站钢中典型夹杂物形貌和成分 Table 4 Shape and composition of typical inclusions in molten stee pre-and post-LF refining (a)F进站 (b)LF进站 (e)F出站 (d)LF出站 100m 60 jm 100an 60m 夹杂物成分（质量分数）/堡 工位点 0 Mg Ca Fe (a)LF进站 36.64 2.05 22.58 38.74 (b)F进站 33.64 1.98 22.90 0.69 40.80 (e)LF出站 34.78 1.86 20.11 2.09 41.16 (d)F出站 31.77 3.65 18.75 7.53 35.67 262 表5试验用中包覆盖剂组成 铝酸盐和硫化钙的复合夹杂物为主，通过金相夹 Table 5 Composition of tundish covering fluxes for industrial tests 杂统计分析表明，铸坯中10~20m夹杂物占 质量分数/% Ca0/A203 91.11%,21~30m夹杂物占8.89%，未发现大 Si0, Mgo CaF2 Na20 型夹杂物. 1.0wL.5 <5 <8 <10 5~10 30 13×10-),结晶器中T[0]平均为11.3×10-6(7× 106~14×10-6),铸坯T[0]平均为11.5× x20 10-6(10×10-6~12×10-6),表明连铸过程钢中 10 T[0]基本没有增加，说明浇注过程因吸气产生的 F进站H出站 中可包 结品器 铸坏 二次氧化产物基本得到排除，没有因为钢渣间二 工位点 次氧化引起钢中夹杂物增加.表6为铸坯中典型 图5不同工位点钢中总氧含量的变化趋势 的夹杂物形貌，以球状低熔点钙铝酸盐夹杂物、钙 Fig.5 Variation of total oxygen content at different work stations 表6铸坏中典型夹杂物形貌和成分 Table 6 Shape and composition of typical inclusions in blooms (a)铸坯夹杂物 (6)铸坯夹余物 夹杂物成分（质量分数）/： 图例 0 Mg Ca Fe (a）,1 36.42 2.7428.9129.752.1736.42 (a）.224.05 15.9023.0736.9824.05 30 um 40 um 电子图像1 电子语传！ 36.56 6.20 26.34 0.5828.90 1.43 上述分析结果表明，38 CrMoAl连铸过程中钢水 3结论 洁净度较高，而且钢中夹杂物主要是低熔点的球状 钙铝酸盐夹杂物，在中包浇注温度下基本为液态夹 (1)热力学计算和生产实践研究表明，在高铝 杂物，减少了高熔点夹杂物在水口内壁附着和聚集. 钢精炼过程中，钢中高含量的A1对渣中即使少量的 采用上述夹杂物控制手段，并配合连铸工序水口密 S02都具有较强的还原性，减少或避免钢渣反应有 封圈+吹氩、塞棒吹氩、防堵水口等综合防堵技术措 利于降低钢中A山，03夹杂物. 施，确保了连铸的顺利进行.在浇注过程中，未出现 (2)不采用精炼喂钙线法对钢中非金属夹杂物 跳塞棒的现象，拉速恒定时，塞棒开口度基本上没有 进行形态控制，而通过采用转炉出钢过程渣洗操作， 变化.连浇5炉后，观察水口内壁光滑、干净，基本 利用出钢过程良好的动力学条件，促进熔渣和夹杂 无结瘤物，见图6. 物之间的充分作用，能将AL,0,夹杂物转变成低熔
北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 表 5 试验用中包覆盖剂组成 Table 5 Composition of tundish covering fluxes for industrial tests CaO/Al2O3 质量分数/% SiO2 MgO CaF2 Na2O 1. 0 ～ 1. 5 ＜ 5 ＜ 8 ＜ 10 5 ～ 10 13 × 10 － 6 ) ，结晶器中 T［O］平均为 11. 3 × 10 － 6 ( 7 × 10 － 6 ～ 14 × 10 － 6 ) ，铸 坯 T ［O］平 均 为 11. 5 × 10 － 6 ( 10 × 10 － 6 ～ 12 × 10 － 6 ) ，表明连铸过程钢中 T［O］基本没有增加，说明浇注过程因吸气产生的 二次氧化产物基本得到排除，没有因为钢渣间二 次氧化引起钢中夹杂物增加． 表 6 为铸坯中典型 的夹杂物形貌，以球状低熔点钙铝酸盐夹杂物、钙 铝酸盐和硫化钙的复合夹杂物为主． 通过金相夹 杂统计 分 析 表 明，铸 坯 中 10 ～ 20 μm 夹 杂 物 占 91. 11% ，21 ～ 30 μm夹杂物占 8. 89% ，未发现大 型夹杂物． 图 5 不同工位点钢中总氧含量的变化趋势 Fig． 5 Variation of total oxygen content at different work stations 上述分析结果表明，38CrMoAl 连铸过程中钢水 洁净度较高，而且钢中夹杂物主要是低熔点的球状 钙铝酸盐夹杂物，在中包浇注温度下基本为液态夹 杂物，减少了高熔点夹杂物在水口内壁附着和聚集． 采用上述夹杂物控制手段，并配合连铸工序水口密 封圈 + 吹氩、塞棒吹氩、防堵水口等综合防堵技术措 施，确保了连铸的顺利进行． 在浇注过程中，未出现 跳塞棒的现象，拉速恒定时，塞棒开口度基本上没有 变化． 连浇 5 炉后，观察水口内壁光滑、干净，基本 无结瘤物，见图 6． 3 结论 ( 1) 热力学计算和生产实践研究表明，在高铝 钢精炼过程中，钢中高含量的 Al 对渣中即使少量的 SiO2 都具有较强的还原性，减少或避免钢渣反应有 利于降低钢中 Al2O3 夹杂物． ( 2) 不采用精炼喂钙线法对钢中非金属夹杂物 进行形态控制，而通过采用转炉出钢过程渣洗操作， 利用出钢过程良好的动力学条件，促进熔渣和夹杂 物之间的充分作用，能将 Al2O3 夹杂物转变成低熔 ·416·
第4期 何生平等：38 CrMoA!高铝钢钢水可浇性控制 ·417· deposits and inclusion composition in the continuous casting of steels.Iron Steelmaker,2003.32(12):53 [4]Gao H C,Liu M L.Zhang L M,et al.Case study of submerged entry nozzle clogging on CSP line.Iron Steel,2005,40(11):21 (高海潮，刘茂林，张良明，等.CSP连铸浸入式水口结瘤案例 研究.钢铁，2005,40(11)：21) [5]He S P,Wang C R.Lai Z Y,et al.Development of LF refining slag and research on the cleanness of ML08Al CC billets.J Unin Sci Technol Beijing.2007.29(Suppl 1):18 (何生平，汪灿荣，赖兆奕，等.M081钢精炼渣开发及铸坯 洁净度研究.北京科技大学学报，2007,29（增刊1）：18) [6]Yoon B H,Heo K H,Kim JS,et al.Improvement of steel clean- 图6连续浇注5炉后中包水口 liness by controlling slag composition.fronmaking Steelmaking. Fig.6 Tundish nozzle after five heats of continuous casting steel 2002,29(3):215 点的球状钙铝酸盐夹杂. [7]Wang WL,Blazek K.Cramb A.A study of the crystallization be- havior of a new mold flux used in the casting of transfomation-in- (3)采用Ca0-Al,03系中包覆盖剂，可避免连 duced-plasticity steels.Metall Mater Trans B,2008,39(1):66 铸过程因钢渣反应引起钢中夹杂物增加.38 CrMoAl [8]He S P.Wang Q.Zeng J H.et al.Properties control of mold flu- 钢洁净度处于较高水平，钢水可浇性好，连浇5炉无 xes for high aluminum steel.J fron Steel Res.2009.21(12):59 水口内壁结瘤现象. (何生平，王谦，曾建华，等。高铝钢连铸保护渣性能的控制. 钢铁研究学报，2009,21(12)：59) 参考文献 [9]Huang X H.Ferrous Metallurgy Principle.Beijing:Metallurgical [1]Geldenhuis J MA.Pistorius PC.Minimisation of calcium addi- Industry Press,2002 tions to low carbon steel grades.fronmaking Steelmaking,2000, (黄希祜.钢铁治金原理.北京：冶金工业出版社，2002) 27(6):442 [10]Wang Q.He S P.Optimization of LF refining process and slag [2]Coletti B.Vantilt S.Blanpain B.et al.Observation of calcium for low carbon aluminum containing steel.J Unin Sci Technol Bei- aluminate inclusions at interfaces between Ca treated Al-killed img,2007,29(Suppl1):14 steels and slags.Metall Mater Trans B.2003,34(5):533 (王谦，何生平.低碳含铝钢LF炉精炼工艺及精炼渣的优 [3]Fuhr F,Cicutti C.Walter G,et al.Relationship between nozzle 化.北京科技大学学报，2007,29（增刊1）：14)
第 4 期 何生平等: 38CrMoAl 高铝钢钢水可浇性控制 图 6 连续浇注 5 炉后中包水口 Fig． 6 Tundish nozzle after five heats of continuous casting steel 点的球状钙铝酸盐夹杂． ( 3) 采用 CaO--Al2O3 系中包覆盖剂，可避免连 铸过程因钢渣反应引起钢中夹杂物增加． 38CrMoAl 钢洁净度处于较高水平，钢水可浇性好，连浇 5 炉无 水口内壁结瘤现象． 参 考 文 献 ［1］ Geldenhuis J M A，Pistorius P C． Minimisation of calcium additions to low carbon steel grades． Ironmaking Steelmaking，2000， 27( 6) : 442 ［2］ Coletti B，Vantilt S，Blanpain B，et al． Observation of calcium aluminate inclusions at interfaces between Ca treated Al-killed steels and slags． Metall Mater Trans B，2003，34( 5) : 533 ［3］ Fuhr F，Cicutti G，Walter G，et al． Relationship between nozzle deposits and inclusion composition in the continuous casting of steels． Iron Steelmaker，2003，32( 12) : 53 ［4］ Gao H C，Liu M L，Zhang L M，et al． Case study of submerged entry nozzle clogging on CSP line． Iron Steel，2005，40( 11) : 21 ( 高海潮，刘茂林，张良明，等． CSP 连铸浸入式水口结瘤案例 研究． 钢铁，2005，40( 11) : 21) ［5］ He S P，Wang C R，Lai Z Y，et al． Development of LF refining slag and research on the cleanness of ML08Al CC billets． J Univ Sci Technol Beijing，2007，29( Suppl 1) : 18 ( 何生平，汪灿荣，赖兆奕，等． ML08Al 钢精炼渣开发及铸坯 洁净度研究． 北京科技大学学报，2007，29( 增刊 1) : 18) ［6］ Yoon B H，Heo K H，Kim J S，et al． Improvement of steel cleanliness by controlling slag composition． Ironmaking Steelmaking， 2002，29( 3) : 215 ［7］ Wang W L，Blazek K，Cramb A． A study of the crystallization behavior of a new mold flux used in the casting of transformation-induced-plasticity steels． Metall Mater Trans B，2008，39( 1) : 66 ［8］ He S P，Wang Q，Zeng J H，et al． Properties control of mold fluxes for high aluminum steel． J Iron Steel Res，2009，21( 12) : 59 ( 何生平，王谦，曾建华，等． 高铝钢连铸保护渣性能的控制． 钢铁研究学报，2009，21( 12) : 59) ［9］ Huang X H． Ferrous Metallurgy Principle． Beijing: Metallurgical Industry Press，2002 ( 黄希祜． 钢铁冶金原理． 北京: 冶金工业出版社，2002) ［10］ Wang Q，He S P． Optimization of LF refining process and slag for low carbon aluminum containing steel． J Univ Sci Technol Beijing，2007，29( Suppl 1) : 14 ( 王谦，何生平． 低碳含铝钢 LF 炉精炼工艺及精炼渣的优 化． 北京科技大学学报，2007，29( 增刊 1) : 14) ·417·