第9期 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 ·1139· 钙处理可将钢水中固态的A12O3夹杂变性为 和3)的全流程系统取样，每炉分别在LF处理前后 液态的钙铝酸盐以避免铝镇静钢连铸时水口堵塞， 及中间包用特制提桶取样器取提桶样和渣样，在对 当钢水中硫含量较低时，钙处理还可以改善钢材机 应炉次的铸坯处切取铸坯样.对所取提桶样以及铸 械加工性能山：但当钢水中硫含量较高时，钙处理 坯样切取金相样和气体样 工艺掌握不好不但不能使氧化物和硫化物夹杂很好 1.3综合分析 地变性，反而会造成水口堵塞使浇注困难②.国内 每个金相试样经磨制、抛光后在S-360电子扫 外对钙处理的研究3-司论述很多，但多数是针对 描显微镜下连续观察30~40个视场，观察视场中夹 含硫低的钢种(%S]≤0.01)，对含硫高的铝镇静钢钙 杂物的种类并结合扫描电镜确定夹杂物成分：采用 处理及其夹杂物变性研究则相对较少.本文主要针 TC-600氧氯联合测定仪对气体样O和N进行检测 对[%S]≥0.01钢种的钙处理前后钢中夹杂物的变化 分析 规律进行研究，对较高硫含量的钢种的CaO(CaS)- A2O3-MgO夹杂物具体组成、形成过程进行了分 2结果分析与讨论 析. 2.1化学分析结果 表1给出了所取铸坯化学成分及T.O含量 1实验方法 控制水平.表1可知铸坯中全氧控制水平依次为 1.1生产工艺流程 0.0019%、0.0018%和0.0015%，说明T.0含量控制 杭钢炼钢厂采用50t转炉→LF精炼炉→ 较为稳定，整体洁净度水平较高 中间包→方坯连铸机生产40Cr钢，转炉入炉铁 2.2夹杂物在Ca0-CaS-Al203三元相图演 水[%S<0.04:转炉吹炼后挡渣出钢：出钢过程中 变规律分析 加入硅铁、铝锰铁等进行预脱氧：LF精炼过程进 40Cr铸坯中发现大量CaO(S)-Al2O3-Mg0类 行升温、造渣脱硫以及合金化操作，精炼时间约 复合夹杂物，其电镜扫描结果如图1所示。 30min.LF精炼后加入60~70m纯钙线，钙收得 由于检测到夹杂中MgO质量分数基本位于 率约为20%30%：同时进行约10mi血软吹氩搅拌， 5%~10%之间，因此重点探讨了Ca0-CaS-Al203类 经过中间包浇注生产200mm×200mm方坯 夹杂物组成以及形成规律.为了更好地显示不同点 1.2系统取样 位上夹杂物在相图中的演变规律以及夹杂物的变性 根据转炉炼钢厂的生产实际，以40Cr为实验 效果，本实验利用FactSage软件绘制1600°C时的 钢种，在LF前（进站前5min)、LF后（喂完钙线后 CaO-CaS-Al2Og三元相图，并把各个点位上主要的 10min)、中间包（液面稳定后）和铸坯（铸坯纵向中 夹杂物在CaO-CaS-Al2O3三元相图中进行标记，以 心位置处)进行了一个浇次共计三炉（标记为1、2 便观察其在各个点位上的演变规律，如图2所示 表1铸坯样化学成分（质量分数） Table 1 Composition of casting billet samples % 炉号 C Si Mn P Cr Ca T.0 1 0.408 0.320 0.613 0.0195 0.0096 0.981 0.0011 0.0019 0.391 0.221 0.586 0.0180 0.0136 0.903 0.0015 0.0018 3 0.421 0.229 0.552 0.0195 0.0105 0.956 0.0012 0.0015 (a) (b) 500 400 300 200 0 Ca 100 Mg 5μm 4 能量/keV 图140Cr铸坯中典型夹杂物.(a)形貌：(b)能谱图 Fig.1 Typical inclusions in the 40Cr slab:(a)topography;(b)energy spectrum第 9 期 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 1139 ·· 钙处理可将钢水中固态的 Al2O3 夹杂变性为 液态的钙铝酸盐以避免铝镇静钢连铸时水口堵塞， 当钢水中硫含量较低时，钙处理还可以改善钢材机 械加工性能 [1]；但当钢水中硫含量较高时，钙处理 工艺掌握不好不但不能使氧化物和硫化物夹杂很好 地变性，反而会造成水口堵塞使浇注困难 [2] . 国内 外对钙处理的研究 [3−5] 论述很多，但多数是针对 含硫低的钢种 ([%S]60.01)，对含硫高的铝镇静钢钙 处理及其夹杂物变性研究则相对较少. 本文主要针 对 [%S]>0.01 钢种的钙处理前后钢中夹杂物的变化 规律进行研究，对较高硫含量的钢种的 CaO(CaS)- Al2O3-MgO 夹杂物具体组成、形成过程进行了分 析. 1 实验方法 1.1 生产工艺流程 杭钢炼钢厂采用 50 t 转炉 →LF 精炼炉 → 中间包 → 方坯连铸机生产 40Cr 钢，转炉入炉铁 水 [%S]<0.04；转炉吹炼后挡渣出钢；出钢过程中 加入硅铁、铝锰铁等进行预脱氧；LF 精炼过程进 行升温、造渣脱硫以及合金化操作，精炼时间约 30 min. LF 精炼后加入 60∼70 m 纯钙线，钙收得 率约为 20%∼30%；同时进行约 10 min 软吹氩搅拌， 经过中间包浇注生产 200 mm×200 mm 方坯. 1.2 系统取样 根据转炉炼钢厂的生产实际，以 40Cr 为实验 钢种，在 LF 前 (进站前 5 min)、LF 后 (喂完钙线后 10 min)、中间包 (液面稳定后) 和铸坯 (铸坯纵向中 心位置处) 进行了一个浇次共计三炉 (标记为 1、2 和 3) 的全流程系统取样，每炉分别在 LF 处理前后 及中间包用特制提桶取样器取提桶样和渣样，在对 应炉次的铸坯处切取铸坯样. 对所取提桶样以及铸 坯样切取金相样和气体样. 1.3 综合分析 每个金相试样经磨制、抛光后在 S-360 电子扫 描显微镜下连续观察 30∼40 个视场, 观察视场中夹 杂物的种类并结合扫描电镜确定夹杂物成分；采用 TC-600 氧氮联合测定仪对气体样 O 和 N 进行检测 分析. 2 结果分析与讨论 2.1 化学分析结果 表 1 给出了所取铸坯化学成分及 T.O 含量 控制水平. 表 1 可知铸坯中全氧控制水平依次为 0.0019%、0.0018%和 0.0015%，说明 T.O 含量控制 较为稳定，整体洁净度水平较高. 2.2 夹杂物在 CaO − CaS − Al2O3 三元相图演 变规律分析 40Cr 铸坯中发现大量 CaO(S)-Al2O3-MgO 类 复合夹杂物，其电镜扫描结果如图 1 所示。 由于检测到夹杂中 MgO 质量分数基本位于 5%∼10%之间，因此重点探讨了 CaO-CaS-Al2O3 类 夹杂物组成以及形成规律. 为了更好地显示不同点 位上夹杂物在相图中的演变规律以及夹杂物的变性 效果，本实验利用 FactSage 软件绘制 1600◦C 时的 CaO-CaS-Al2O3 三元相图，并把各个点位上主要的 夹杂物在 CaO-CaS-Al2O3 三元相图中进行标记，以 便观察其在各个点位上的演变规律，如图 2 所示. 表 1 铸坯样化学成分 (质量分数) Table 1 Composition of casting billet samples % 炉号 C Si Mn P S Cr Ca T.O 1 0.408 0.320 0.613 0.0195 0.0096 0.981 0.0011 0.0019 2 0.391 0.221 0.586 0.0180 0.0136 0.903 0.0015 0.0018 3 0.421 0.229 0.552 0.0195 0.0105 0.956 0.0012 0.0015 图 1 40Cr 铸坯中典型夹杂物. (a) 形貌；(b) 能谱图 Fig.1 Typical inclusions in the 40Cr slab: (a) topography; (b) energy spectrum