832 工程科学学报，第43卷，第6期 15 3.5 (a) (b) 3.0 10 2.5 2.0 unun xe 1.5 1.0 12141618202224262830 12141618202224262830 T.Cain steel/10* T.Ca in steel/10 60 120 (c) (d) 90 60 30 0 12 141618202224262830 12141618202224262830 T.Ca in steel/10- T.Ca in steel/10- 图14不同T.Ca含量对钢中非金属夹杂物的影响.(a)最大尺寸：(b)平均尺寸；(c)数密度：(d)面积分数 Fig.14 Effect of T.Ca on nonmetallic inclusions in steel:(a)maximum diameter,(b)average diameter,(c)number density:(d)area fraction 2400 ☑100%liquid▣20%liquid 50 2200 M:Mgo Liquidus A:ALO, 40 2000 Q (Mn) 9 Liquid (Cr) 30 1800 CaS (T.A0.025% T.Mg)0.0003% (T.O) 0.0014% 20 1600 Ca0() w(T.S) 0.0020% (Fe) Bal. 0(y 1400 10 中 Solidus 0 1200 0 10 2030 40 50 1000 T.Ca in steel/10- 图16100%液相和20%液相的夹杂物喂钙窗口的对比 80 12 1416 18202224262830 Fig.16 Comparison between 100%and 20%liquid windows of calcium T.Ca in steel/10 treatment 图15不同T.Ca质量分数条件下钢中非金属夹杂物固液相线温度 变化 度相应增加，热力学计算结果表明夹杂物的熔点 Fig.15 Effect of T.Ca on solidus and liquidus of nonmetallic inclusions 逐渐增加，当钢中T.Ca质量分数高于17×106，夹 有较大影响，适当降低喂钙量，采用1.5ms的喂 杂物的液相线温度高于2000℃.为提高齿轮钢的 钙速度，控制净空高度和渣厚之和小于800mm可 洁净度，优化产品性能，齿轮钢中合理的钙处理的 以提高钙收得率至20%以上； 钢中T.Ca质量分数上限是17×106 (2)当钢液中T.Ca质量分数小于17×106范围内， 致谢 钙处理对钢中非金属夹杂物的改性效果较好，改性 后钢中非金属夹杂物的主要成分为Al2O3 CaO-MgO, 本文作者感谢燕山大学高钢中心(HSC)、先 夹杂物的平均成分靠近低熔点区域 进制造用高品质钢铁材料开发与智能制造北京市 (3)随着齿轮钢中T.Ca含量的增加，夹杂物 国际科技合作基地(ICSM)、稀贵金属绿色回收与 中CaS含量逐渐增加，夹杂物的平均尺寸和数密 提取北京市重点实验室(GREM)和北京科技大学有较大影响，适当降低喂钙量，采用 1.5 m·s−1 的喂 钙速度，控制净空高度和渣厚之和小于 800 mm 可 以提高钙收得率至 20% 以上； （2）当钢液中 T.Ca 质量分数小于 17×10−6 范围内， 钙处理对钢中非金属夹杂物的改性效果较好，改性 后钢中非金属夹杂物的主要成分为 Al2O3 ·CaO·MgO， 夹杂物的平均成分靠近低熔点区域. （3）随着齿轮钢中 T.Ca 含量的增加，夹杂物 中 CaS 含量逐渐增加，夹杂物的平均尺寸和数密 度相应增加，热力学计算结果表明夹杂物的熔点 逐渐增加，当钢中 T.Ca 质量分数高于 17×10−6，夹 杂物的液相线温度高于 2000 ℃. 为提高齿轮钢的 洁净度，优化产品性能，齿轮钢中合理的钙处理的 钢中 T.Ca 质量分数上限是 17×10−6 . 致谢 本文作者感谢燕山大学高钢中心（HSC）、先 进制造用高品质钢铁材料开发与智能制造北京市 国际科技合作基地（ICSM）、稀贵金属绿色回收与 提取北京市重点实验室（GREM）和北京科技大学 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 5 10 15 Maximum diameter of inclusion/μm T.Ca in steel/10−6 (a) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 T.Ca in steel/10−6 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Average diameter of inclusion/μm (b) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 T.Ca in steel/10−6 10 20 30 40 50 60 Number density of inclusion/mm−2 (c) 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 T.Ca in steel/10−6 0 30 60 90 120 Area fraction of inclusion/10−6 (d) 图 14    不同 T.Ca 含量对钢中非金属夹杂物的影响. （a）最大尺寸；（b）平均尺寸；（c）数密度；（d）面积分数 Fig.14    Effect of T.Ca on nonmetallic inclusions in steel: (a) maximum diameter; (b) average diameter; (c) number density; (d) area fraction 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Solidus Temperature/ ℃ T.Ca in steel/10−6 Liquidus 图 15    不同 T.Ca 质量分数条件下钢中非金属夹杂物固液相线温度 变化 Fig.15    Effect of T.Ca on solidus and liquidus of nonmetallic inclusions A: Al2O3 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 M: MgO A: Al2O3 CaS (1) CaO w(C) w(Si) w(Mn) w(Cr) w(T.Al) w(T.Mg) w(T.O) w(T.S) w(Fe) 0.19% 0.24% 0.89% 1.09% 0.025% 0.0005% 0.0014% 0.0020% Bal. SiO2 (1) MgO (1) CaO (1) Al2O3 (1) Liquid MA CaS Contents of each phase/10−6 T.Ca in steel/10−6 100% liquid 20% liquid 图 16    100% 液相和 20% 液相的夹杂物喂钙窗口的对比 Fig.16    Comparison between 100% and 20% liquid windows of calcium treatment · 832 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期