1、简单和谐的人际关系,团结协助的合作氛围,积极向上的工作态度,荣辱与共的团队精神,钙处理钢中夹杂物行为研究,武钢股份条材总厂CSP分厂2012年07月19日,易卫东 夏春祥 王春锋,一、前言；二、工业试验；三、试验过程数据及理论分析；四、工艺优化及实施效果；五、结论,主要内容,CSP(Compact Strip Production薄板坯连铸连轧)的工艺特点是将传统钢铁企业的炼钢、热轧两个独立工序有机结合，高温铸坯经均热炉短暂加热，直接轧制，从而缩短工艺流程，减少能源消耗，降低生产成本。第一条CSP产线于1989年在美国投产，目前已在世界上得到广泛应用，其中代表产线有德国蒂森、美国纽克、韩国浦项
2、等。该技术是世界钢铁行业最先进的前沿技术之一。目前世界上已有60余条产线，仅国内就有10余条。,工艺简介,1. 前言,产线四大特点,低消耗 成材率平均高于传统工艺近2%； 清洁化 能耗低于传统工艺50-60%； 高效率 从铁水到热轧材的生产周期2.5h，而传统工艺“炼钢+热轧”的生产周期10h； 低成本 吨材成本低于传统工艺150元；,由于薄板坯连铸用浸入式水口较常规板坯用水口细小，浇铸铝镇静钢时水口很容易结瘤，对生产稳定顺行造成较大影响。因此，为解决钢水浇铸困难问题，各钢厂一方面提高钢水洁净度，另一方面在精炼结束采用钙处理工艺来改善钢中夹杂物形态减少或防止水口结瘤现象发生。武钢CSP产线在初
3、期生产铝镇静钢时虽然也采用钙处理工艺，但还是经常出现水口结瘤，从而导致塞棒上涨、液位波动、卷渣等系列问题，严重时会导致生产中断，这对生产和带钢表面质量都带来较大影响，导致改判率居高不下。,1. 前言,工艺流程一、LD-Ar-LF(钙处理)-CSP；工艺流程二、LD-Ar-RH(不进行钙处理)-CSP；,1. 前言,1. 前言,2.工业试验,对Q235B钢一个浇次连续6炉钢进行试验，考察不同钙处理条件下钢中夹杂物变化情况。工艺流程如下：铁水脱硫预处理150t转炉冶炼（出钢脱氧）氩站吹氩（提前造渣）LF炉精炼 钙处理出LF炉CSP连铸(1100mm70mm)。转炉出钢采用挡渣塞和挡渣球挡渣，并加锰
4、铁和铝铁脱氧；氩站加铝丸脱氧，并提前造渣；LF精炼进行造渣、脱硫、升温、成分调节等处理，精炼结束对钢水进行钙处理，钢水离站前软吹氩，进一步去除夹杂，之后运往连铸平台进行浇铸。 试验过程对LF处理开始、造渣后、钙处理前后、中间包钢水进行取样分析，试样加工后作金相显微镜、电子探针、扫描电镜检验及化学分析。,3.1 LF精炼过程钢中T.O和N含量变化,3.试验过程数据及理论分析,图1 LF精炼过程钢中w(T.O)和w(N)平均含量变化,图1给出了LF精炼过程钢中w(T.O)和w(N)含量平均值变化趋势，由图1可知钙处理后与w(T.O)量与w(N)含量都呈增加趋势，需要抑制精炼后期和浇铸过程钢水的二次
5、氧化。,3.试验过程数据及理论分析,3.2 钢中夹杂物尺寸与分布,表1 LF精炼工序夹杂尺寸分布,表1 给出了LF精炼工序钢中夹杂尺寸分布。喂线前、后和中包钢样的金相显微统计没有观察到20m的夹杂物，夹杂物基本10m，其中2.5m的夹杂物数量占夹杂物总量55以上。喂钙线后钢包钢水中2.5m夹杂物比例减少，钙处理对夹杂物的聚合变性作用使5m夹杂物比例增加。到中间包后，钢水中2.5m的细微夹杂物比例明显增加，且夹杂物尺寸基本在在5m以内。,3.试验过程数据及理论分析,3.3夹杂物的变化,a Al2O3 b MnS c Al2O3MgO图2 钙处理前典型夹杂物形貌,图3 钙处理后钢中夹杂物形貌,3.
6、试验过程数据及理论分析,图4 中包夹杂物形貌,中包钢水典型夹杂物形貌（如图4所示）。夹杂物主要呈球状，尺寸较小，这类夹杂物主要为CaO-Al2O3-MgO-CaS复合夹杂。,3.试验过程数据及理论分析,3.4 钙处理对夹杂物的控制,3.4.1钙处理对Al2O3夹杂物的控制,铝镇静钢钙处理可以将钢中固态Al2O3夹杂变性为液态铝酸钙，抑制水口堵塞。随着钙加入量的不同，钢中Al2O3会转变成多种形式的铝酸钙1，其中12CaO7Al2O3、3CaOAl2O3在炼钢温度下为液态。钙和钢中Al2O3主要发生下列反应2：3Ca（Al2O3）3（CaO）2Al （1）,一定温度下，要生成液态铝酸钙需对钢中C
7、a、Al含量进行控制。,3.试验过程数据及理论分析,图5 不同温度下Ca-Al平衡曲线,图5可知，钢包钢水中只需少量钙即可将Al2O3转变成CA；随着温度降低，钢中Al2O3转变成液态铝酸钙所需钙含量逐渐减少。当1600钢中Al=0.035%时，控制钢中生成C12A7的最少钙含量约26ppm；1550时最少钙含量约为18ppm。钙处理结束钢水温度约1590，平衡条件下，钢水中钙含量可将钢中Al2O3夹杂转变为液态铝酸钙。,3.4.2钙处理对硫化钙夹杂物控制,3.试验过程数据及理论分析,由表（2）式作出不同温度下生成不同铝酸钙盐的Al-S平衡曲线图6。,钢中CaS的生成可以由下式进行计算确定2:
8、3（CaO）3S2Al3（CaS）（Al2O3） （2）,钙与硫有较强的亲和力，当钢中硫含量较高时，钙会与S首先反应生成高熔点CaS。实际生产中，硫含量较低时（0.01），钢中也会有CaS复合夹杂生成（如图3、图4所示），这主要是因为液态钙铝酸盐有较高硫容量，随着温度降低，液态铝酸钙盐中会有CaS富集析出5。,图6 1873K、1823K时生成不同铝酸钙时Al-S平衡曲线,3.试验过程数据及理论分析,由图6看出，随着钢中硫含量增加，生成液态铝酸钙的难度也在增加，并且随着温度降低，与生成液态铝酸钙的平衡硫也随之降低。钢中有C3A生成时，很难避免CaS的析出，这与实际金相观察结果一致。,图7 不同
9、温度下Ca-S平衡曲线,3.试验过程数据及理论分析,图7给出了不同温度下Ca-S平衡曲线。由图看出，随着温度降低，Ca-S平衡曲线下移，生成CaS所需的Ca和S逐渐降低，但中包钢水温度下中并没有纯固态CaS生成。对中包钢水金相样的观察也没发现纯CaS，CaS主要以CaO-Al2O3-CaS复合形式存在。,3.5最佳喂钙量的计算方法,3.试验过程数据及理论分析,钙处理过程喂线长度可由下式计算6。,（3）,实际生产钢中Als一般控制在0.020.04，根据（3）式计算结果可得出钙加入量，以控制钢中生成液态铝酸钙来改善钢水流动性、防止水口堵塞现象发生。,4.工艺优化及实施效果,4.1 工艺优化措施,
10、由上述分析可知，为减少或防止水口结瘤，一方面应减少钢中高熔点夹杂的生成，另一方面通过钙处理对夹杂物形态进行控制。因此，从以下方面进行改进：,提高转炉终点命中率，降低终点O含量，终点O控制在0.065以内，减少内生夹杂的生成。对炉渣进行改质，适当提高LF精炼炉渣碱度（CaO/SiO26）：钢水到LF炉后快速造高碱度渣，并保证炉渣流动性，一方面改善炉渣对钢中夹杂的吸附，另一方面提高炉渣脱硫效果。降低钢中S，将钢中S控制在0.006以内，减少CaS的生成。适当降低精炼过程钢中铝含量，w(Als)控制在0.03左右，提高钙处理工艺的稳定性。对喂钙线线速度进行调整，提高钢水钙收得率（Ca约12），减少了
11、钙线加入量。延长钙处理前后软吹氩时间，钙前软吹12min，钙后软吹5min，一方面促进钙对夹杂物的变性，另一方面促进夹杂物充分上浮。加强保护浇铸，减少或防止钢水二次氧化，减少细微夹杂的生成。,4.工艺优化及实施效果,通过以上七个方面的工艺优化后，钙处理对夹杂物控制效果明显改善，钢水连浇炉数稳步提高，水口结瘤断浇次数明显减少，夹杂缺陷发生率也有所降低。对2011年110月碳素结构钢和低碳铝镇静钢（约2400炉）生产指标进行统计，并和工艺优化前的效果进行比较，结果见表4。,表4 钙处理工艺技术应用的重点经济技术指标统计表,（1）试验结果表明，为减少或防止水口结瘤，一方面应减少钢中高熔点夹杂的生成，
12、另一方面通过钙处理对夹杂物形态进行控制；合适的钙处理工艺能够使钢中Al2O3和硫化物夹杂转变为液态铝酸钙或CaO-Al2O3-CaS系夹杂，实现对钢中夹杂物形态的控制。（2）热力学计算结果表明，LF精炼温度下，为使钢中Al2O3转变为液态铝酸钙所需的钙含量至少为0.0011；随着温度降低，与生成液态铝酸钙的平衡硫也随之降低；当Als=0.035%，生成产物为3CaOAl2O3时，为避免CaS的析出，需将S控制在32106以内。（3）通过造渣工艺、脱氧工艺以及钙处理工艺等的优化，武钢CSP连铸因塞棒上涨和水口结瘤造成的断浇由优化前的3.6次/月降低到1.5次/月；连浇炉数提高到13.2炉；夹杂改判率也得到了明显改善。,5.结论,Thank you for your attention! 谢谢，欢迎指导！,
