金属钙线在钢包精炼中的应用

李 容， 张金柱 刘立德 江金东

(1．贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 550025;2．首钢水城钢铁(集团)有限责任公司，贵州 六盘水 553028)

1 前言

喂钙线是钢水炉外精炼过程中脱硫、脱氧、改变夹杂物形态的处理技术之一，其特点是简单易行、投资少、见效快，目的是把比重轻、沸点低、－易氧化以及在钢水中溶解度很小的钙，比喷吹法更经济有效地加入到钢水中［1～2］。目前较多钢厂采用硅钙粉混合包芯线进行钙处理，旨在使Al2O3夹杂变为低熔点的钙铝酸盐，有利于夹杂物的上浮提高钢水的洁净度，增强钢水的流动性［3～5］。由于硅钙合金粉易于氧化，可因储运条件不同发生不同程度的氧化，导致硅钙包芯线的含氧量升高，降低了操作的可控性和稳定性。金属钙线在技术上消除了储运过程中金属钙的氧化，为准确控制精炼过程中钙的加入量创造了条件;有利于降低生产成本，稳定钙的收得率［6］。本文针对首钢水城钢铁(集团)有限责任公司炼钢厂转炉70#钢的生产实际，探讨了金属钙线对钢水脱硫、脱氧和夹杂物变性的影响。

2 实验

首钢水城钢铁(集团)有限责任公司炼钢厂转炉出钢量约100 t/炉次。实验用金属钙线的主要成分和规格如表1所示。喂线前70#钢的 C、Si、Mn、P 含量分别为 0.5581% ～0.6688%、0.1706% ～0.2157%、0.602% ～0.661%、0.0125% ～0.0201%，各炉次的 S、O、Ca含量参见表2和表3。采用WX－5BF双流半自动喂线机将金属钙线拉出矫直，分别以3 m/s、4 m/s的速度经导管喂入钢水包深部进行钢液钙处理。喂线温度为1545～1560℃，喂线长度60 m。喂线2 min后在钢包中取样进行化学成分分析，并对连铸坯取样按标准制成拉伸试样进行力学性能检测。

表1 金属钙线主要成分和规格Table1 Main components and specifications of calciumpacked wire

3 结果与讨论

3．1 钙收得率

金属钙的化学性质非常活泼，与氧和硫的亲合力大，其特点是熔点低、蒸汽压高，烧损严重，不易于加入钢中。金属钙线喂入钢包后，金属钙在钢液中受热可分别以固态、液态或气态的形式溶解于钢液。对一定规格型号的金属钙线以适宜的速度喂入钢液有利于钙的溶解;若喂入速度过慢，金属钙在进入钢包中下部区域之前即可因受热气化而逸出使液面沸腾，降低钙的利用率;若喂入速度过快，金属钙线由钢包底部返回中上部区域时因受热气化而逸出可使液面沸腾加剧，显著降低钙的利用率。

钢液以3 m/s的速度喂入金属钙线后，钢中钙含量的变化如表2所示。喂线前钢液中的残钙量为11～13 ppm，平均残钙量为11.6 ppm，喂线后，钢液的钙含量增加到24～31 ppm，平均钙含量为27.8 ppm，钙的平均增量为16.2 ppm。六十米金属钙线全部溶解于100 t钢液，理论上钢中的钙含量可增加51.6 ppm，钙的平均收得率为31.38%。以4 m/s的速度喂入金属钙线后，钢液的平均钙含量由12.6 ppm增加到21.2 ppm，钙的平均增量为8.6 ppm，钙的平均收得率为16.66%(参见表3)。通过对二者进行比较分析，可以认为，喂线速度过快是后者的收得率显著降低的主要原因。与其他加钙方法相比，如喂入硅钙芯线法钙的收得率约为13%、喷吹粉末法钙的收得率约为5%、直接加入法钙的收得率为1% ～2%［7］，喂入金属钙线可成倍提高钙在钢中的收得率。

表2 喂线速度为3 m/s时钢中S、O、Ca的成分变化Table 2 The change components of S，O，Ca in steel by feeding calcium-packed wire at 3 m/s

表3 喂线速度为4 m/s时钢中S、O、Ca的成分变化Table 3 The change components of S，O，Ca in steel by feeding calcium-packed wire at 4 m/s

3．2 脱硫

钢液以3m/s的速度喂入金属钙线后，钢中硫含量的变化如表2所示。喂线前钢液中的最高硫含量为191 ppm，最低值为73 ppm，平均值为126.6 ppm;喂线后钢液中的最高硫含量降低到130 ppm，最低值为 50 ppm，平均值为85.8 ppm;平均脱硫量为40.8 ppm，平均脱硫率为31.85%，最高脱硫率为37.17%，最低脱硫率为28.82%，波动范围相对较小。将平均脱硫量与钙的平均增量和钙的理论增量比较可知，平均脱硫量大于钙的理论增量和平均增量之差，表明硫的脱除并非全部以CaS的形式而实现。基于喂线前后的平均Ca/S比由0.11增加到0.37和相关报道［8］，可以认为钢中残余的硫主要仍以MnS形式存在。

钢液以4 m/s的速度喂入金属钙线后，钢中硫含量的变化如表3所示。喂线前钢液中的最高硫含量为127 ppm，最低值为78 ppm，平均值为100.2 ppm;喂线后钢液中的最高硫含量降低到110 ppm，最低值为 60 ppm，平均值为 84.2 ppm;平均脱硫率为16.65%，最高脱硫率为23.07%。与上述结果相比，平均脱硫率显著降低。喂线速度过快，沸腾飞溅和表面燃烧加剧，金属钙的蒸发量增加，溶解于钢液中的钙量相对减少，应该是脱硫率降低的主要原因。

3．3 脱氧

喂线前钢液中的平均氧含量为19.2 ppm时(参见表2)，以3m/s的速度喂入金属钙线后，钢液的平均氧含量降低到14 ppm，平均脱氧率为27.25%;以4 m/s的速度喂入金属钙线时，钢液的平均氧含量由20.6 ppm降低到15.8 ppm(参见表3)，平均脱氧率为23.14%，明显低于上述结果，可以认为，喂线速度过快，既不利于脱硫，也不利于脱氧。

钢中呈溶解态的平衡氧含量理论上随溶解于钢中的钙含量的增加而降低。比较喂线前后钢中钙氧含量的变化:喂线速度为3 m/s时，平均钙含量增加16.2 ppm，平均氧含量降低5.2 ppm(参见表2);喂线速度为4 m/s时，平均钙含量增加8.6 ppm，平均氧含量降低4.8 ppm(参见表3);可以认为符合化学反应热力学规律。由于钢中的钙和氧均以夹杂物形式和溶解状态存在，因此钢中氧含量的降低主要取决于脱氧产物的长大，并在合适的条件下克服钢液的粘滞阻力而上浮脱除。研究表明，钙脱氧产物CaO可与A12O3作用生成熔点较低的铝酸盐熔体，有利于溶解脱氧、脱硫产物而长大上浮，实现钢液精炼过程的脱氧和脱硫［9］。

此外，生产试验表明，加钙钢液未发生水口结瘤和堵塞。基于相关报道［10］，可以认为钢中链状Al2O3夹杂物基本消失。

4 结论

(1)以3 m/s喂入金属钙线后钙的平均收得率为31.38%，平均脱硫率为31.85%，平均脱氧率为27.25%;以4 m/s喂入金属钙线后钙的平均收得率为16.66%，平均脱硫率为16.65%，平均脱氧率为23.14%。喂线速度过快，导致钙的收得率降低，既不利于脱硫也不利于脱氧。

(2)采用金属钙线处理可以防止钢液发生水口结瘤和堵塞。

［1］ 任福林，谭和平，李金荣，等．钢包喂线工艺的应用［J］．特殊钢，1995(3):47-50．

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［7］ 腾梅，张秉英，郑学锋，等．钢包喂金属钙包芯线工艺研究［J］．钢铁，1998，33(12):21-24．

［8］ 邢卫红，腾梅，张秉英，等．钢包喂金属钙线对钢液质量影响的研究［J］．钢铁研究学报，1995(5):15-18．

［9］ 张建，姜均普，高品，等．钢包喂Ca－Si线对钢中夹杂物变性的影响［J］．炼钢，2000，4(16):26-30．

［10］ 腾梅，邢卫红，张秉英，等．钢包喂线—提高钢质量的重要途径［J］．钢铁研究学报，1994(6):21-26．