工程科学学报.第43卷，第6期：825-834.2021年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.6:825-834,June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.14.004;http://cje.ustb.edu.cn 钙处理对20 CrMnTiH齿轮钢中非金属夹杂物的影响 季莎)，张立峰2)区，罗艳，王伟健)，王新东)，张建元) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)燕山大学亚稳材料科学技术国家重点实验室，秦皇岛0660043)凌源钢铁股份有 限公司技术中心，凌源122500 ☒通信作者，E-mail:hanglifeng@ysu.edu.cn 摘要铝脱氧齿轮钢中易生成大量的高熔点A,O3类夹杂物.容易导致水口结瘤及钢材性能恶化，目前较常采用钙处理将 钢中高熔点的AO类夹杂物改性为低熔点的钙铝酸盐类夹杂物.合理的钙处理可以减轻水口结瘤并提高连铸过程钢液的 可浇性，工业试验研究了喂钙前钢液中T.C含量、喂钙速度、喂钙量、净空高度及渣厚等参数对齿轮钢中钙收得率的影响， 并在1.5ms的喂钙速度条件下研究了不同喂钙量对钙处理过程中齿轮钢中非金属夹杂物改性的影响.研究结果表明，当喂 钙前钢液中T.Ca的质量分数小于10×106.喂钙速度为1.5ms,适当降低喂钙量和净空高度和渣厚，钢液中钙收得率均高于 20%.当钢液中T.Ca的质量分数高于17×106时，钢中生成大量高熔点CS型夹杂物，三元相图中夹杂物的平均质量分数远 离液相区.随着齿轮钢中T.C含量的增加，夹杂物的平均尺寸和数密度逐渐增加.热力学计算结果与工业试验钙处理对钢 中非金属夹杂物改性效果具有较好的一致性 关键词钙处理：钙收得率：非金属夹杂物：齿轮钢：热力学计算 分类号TF703.5 Effect of calcium treatment on nonmetallic inclusions in 20CrMnTiH gear steel JI Sha,ZHANG Li-feng,LUO Yan",WANG Wei-jian,WANG Xin-dong,ZHANG Jian-yuan 1)School of Metallurgy and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Lab of Metastable Materials Science and Technology,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China 3)Technology Center,Lingyuan Iron and Steel Co.Ltd.,Lingyuan 122500,China. Corresponding author,E-mail:zhanglifeng @ysu.edu.cn ABSTRACT Obtaining high-quality gear steel calls for strict requirements on the oxygen content,shape,composition,size,and distribution of nonmetallic inclusions to ensure high-quality steel and castability of the molten steel during the continuous casting process.Al2O,inclusions with high melting point are easily generated in Al-deoxidized gear steel,and they easily result in nozzle clogging and deterioration in the properties of the steel.A reasonable calcium treatment can reduce the nozzle clogging and increase improving the castability of the molten steel,and thus it has been widely used in steel plants.Calcium treatment is often used to convert Al2O;inclusions with high melting point to calcium aluminate with low melting point.The factors of calcium treatment on nonmetallic inclusions in gear steel were investigated through industrial trials.The dependency of calcium yield on various factors,namely,the amount of calcium addition,feeding speed of calcium wire,and feeding position and slag thickness were discussed.The effect of the amount of calcium addition on nonmetallic inclusions in the molten steel was studied at a feeding rate of 1.5 m-s With the initial mass fraction ofT.Ca lower than 10x10 in the steel and a feeding rate of 1.5 ms,the calcium yield can be higher than 20%if the amount of calcium addition,clearance height,and slag thickness during the refining process are appropriate.Large numbers of nonmetallic Cas inclusions with high melting point are formed in the molten steel with the mass fraction of T.Ca higher than 17x10,and the inclusions 收稿日期：202004-14 基金项目：国家自然科学基金资助项目(U1860206.51725402)钙处理对 20CrMnTiH 齿轮钢中非金属夹杂物的影响 季    莎1)，张立峰2) 苣，罗    艳1)，王伟健1)，王新东1)，张建元3) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083    2) 燕山大学亚稳材料科学技术国家重点实验室，秦皇岛 066004    3) 凌源钢铁股份有 限公司技术中心，凌源 122500 苣通信作者，E-mail：zhanglifeng@ysu.edu.cn 摘    要    铝脱氧齿轮钢中易生成大量的高熔点 Al2O3 类夹杂物，容易导致水口结瘤及钢材性能恶化，目前较常采用钙处理将 钢中高熔点的 Al2O3 类夹杂物改性为低熔点的钙铝酸盐类夹杂物. 合理的钙处理可以减轻水口结瘤并提高连铸过程钢液的 可浇性，工业试验研究了喂钙前钢液中 T.Ca 含量、喂钙速度、喂钙量、净空高度及渣厚等参数对齿轮钢中钙收得率的影响， 并在 1.5 m·s−1 的喂钙速度条件下研究了不同喂钙量对钙处理过程中齿轮钢中非金属夹杂物改性的影响. 研究结果表明，当喂 钙前钢液中 T.Ca 的质量分数小于 10×10−6，喂钙速度为 1.5 m·s−1，适当降低喂钙量和净空高度和渣厚，钢液中钙收得率均高于 20%. 当钢液中 T.Ca 的质量分数高于 17×10−6 时，钢中生成大量高熔点 CaS 型夹杂物，三元相图中夹杂物的平均质量分数远 离液相区. 随着齿轮钢中 T.Ca 含量的增加，夹杂物的平均尺寸和数密度逐渐增加. 热力学计算结果与工业试验钙处理对钢 中非金属夹杂物改性效果具有较好的一致性. 关键词    钙处理；钙收得率；非金属夹杂物；齿轮钢；热力学计算 分类号    TF703.5 Effect of calcium treatment on nonmetallic inclusions in 20CrMnTiH gear steel JI Sha1) ，ZHANG Li-feng2) 苣 ，LUO Yan1) ，WANG Wei-jian1) ，WANG Xin-dong1) ，ZHANG Jian-yuan3) 1) School of Metallurgy and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Key Lab of Metastable Materials Science and Technology, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China 3) Technology Center, Lingyuan Iron and Steel Co. Ltd., Lingyuan 122500, China. 苣 Corresponding author, E-mail: zhanglifeng@ysu.edu.cn ABSTRACT    Obtaining  high-quality  gear  steel  calls  for  strict  requirements  on  the  oxygen  content,  shape,  composition,  size,  and distribution  of  nonmetallic  inclusions  to  ensure  high-quality  steel  and  castability  of  the  molten  steel  during  the  continuous  casting process.  Al2O3 inclusions  with  high  melting  point  are  easily  generated  in  Al-deoxidized  gear  steel,  and  they  easily  result  in  nozzle clogging and deterioration in the properties of the steel. A reasonable calcium treatment can reduce the nozzle clogging and increase improving the castability of the molten steel, and thus it has been widely used in steel plants. Calcium treatment is often used to convert Al2O3 inclusions with high melting point to calcium aluminate with low melting point. The factors of calcium treatment on nonmetallic inclusions  in  gear  steel  were  investigated  through  industrial  trials.  The  dependency  of  calcium  yield  on  various  factors,  namely,  the amount of calcium addition, feeding speed of calcium wire, and feeding position and slag thickness were discussed. The effect of the amount of calcium addition on nonmetallic inclusions in the molten steel was studied at a feeding rate of 1.5 m·s−1. With the initial mass fraction of T.Ca lower than 10×10−6 in the steel and a feeding rate of 1.5 m·s−1, the calcium yield can be higher than 20% if the amount of calcium addition, clearance height, and slag thickness during the refining process are appropriate. Large numbers of nonmetallic CaS inclusions with high melting point are formed in the molten steel with the mass fraction of T.Ca higher than 17×10−6, and the inclusions 收稿日期: 2020−04−14 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（U1860206，51725402） 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期：825−834，2021 年 6 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 6: 825−834, June 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.14.004; http://cje.ustb.edu.cn