鋼水精煉過程中進行鈣處理，對於矽還原的鋼種，向鋼液中餵入矽鈣線，有利於鋼水進行深脫氧，去除鋼液中殘餘氧及金屬氧化物，提高鋼水純淨度；對於矽、鋁還原的鋼種，向鋼液中餵入矽鈣線，能夠改變高熔點的鋁氧化物夾雜的形態，形成低熔點的鈣 - 鋁化合物，有利於鋁氧化物的去除，提高鋼水清潔度，改善鋼液的澆鑄性能，減輕中間包水口堵塞問題，保證連鑄順利進行，改善鋼的質量，提高合金收得率，降低生產成本。
基本介紹
- 中文名：鈣處理技術
- 外文名：calcium treatment
- 工藝方法：含鈣粉劑噴射到鋼液內的噴粉法
- 處理目的：去除微量有害元素
- 套用：鋼鐵冶金
- 優點：去除鋼液中殘餘氧及金屬氧化物
簡介,鈣處理原理,鈣處理的深脫氧機理,鈣處理對Al2O3夾雜物的變性,鈣處理工藝的發展,鈣處理效果的影響因素及規範要求,鈣處理條件,餵線深度和速度,餵線位置,餵線,吹氬流量控制,吹氬處理時間,鈣處理效果的討論,
簡介
鋼水精煉時殘留於鋼液中的氧化物及脫氧產物形成夾雜物懸浮於鋼液中，這在煉鋼生產中幾乎是不可避免的，其中部分夾雜物熔點很高（Al2O3熔點2050 ℃），在鋼液中呈固態存在，連鑄過程中很容易在中間包水口處聚集，引起堵塞，造成連鑄斷澆；鋼材中的夾雜物在軋制過程中會被破碎，沿軋制方向連續分布，造成重皮夾雜等嚴重缺陷，甚至產生大量軋後廢品。
提高鋼水純淨度，降低鋼中氧含量和氧化物夾雜，一直是鋼鐵冶金中的一大難點，在“預處理鐵水→K- OBM- S→VOD→LF→CCM”不鏽鋼生產工藝中，LF鋼包爐是最後一道精煉工序，對提高鋼水純淨度，降低軋後重皮、夾雜廢品起著非常重要的作用。
在LF爐工序進行鋼水精煉時，向鋼水中餵入矽鈣線，有利於鋼水深脫氧，改變鋁氧化物夾雜的形態，促進高熔點的鋁氧化物上浮。
鈣處理原理
鈣處理的深脫氧機理
鋼水精煉時生成大量脫氧產物，如FeO、Cr2O3、MnO、NiO等，向鋼液中餵入矽鈣線，就能夠進行深脫氧，還原鋼中金屬氧化物，減少鋼中氧化物。
鈣是強脫氧劑，且沸點低（1 484 ℃），進入鋼液後很快成為蒸汽，在上浮過程中與鋼中氧及氧化物作用生成鈣的氧化物，降低鋼中氧化物含量，有利於鋼液中非金屬夾雜物的去處，提高鋼的純潔度。
鈣處理對Al2O3夾雜物的變性
鋁脫氧的鋼中存在的氧化鋁夾雜物多數熔點很高，在連鑄溫度下呈固態，很容易在中間包水口處聚積引起堵塞。而殘留在鋼中的Al2O3夾雜物與鋼的基體相比呈硬脆性，在軋制過程中很容易破碎並且延軋制方向連續分布，從而造成嚴重的缺陷。
向鋁脫氧的鋼液中餵入矽鈣線，就能夠改變鋁氧化物夾雜的形態。鈣是強脫氧劑，且沸點低，進入鋼液後很快成為蒸汽，在上浮過程中與鋼中氧作用生成鈣的氧化物。
鋁鎮靜鋼中的氧化物主要為團絮狀Al2O3。將Al2O3簇狀夾雜改質為球狀鋁酸鈣夾雜的主要理論依據為Ca O－Al2O3二元相圖。Ca O和Al2O3可以生成5種化合物。在煉鋼溫度下，生成CA6、CA2、C12A7的可能性更大。
鋁酸鈣是球狀夾雜，較易從鋼液中除去，即使仍有少量殘留，它對鋼材性質的影響也比固態氧化鋁小。採用鈣處理工藝可以對鋼液中Al2O3和MnS等夾雜物進行改性。即通過增加鋼中有效鈣含量，一方面使大顆粒Al2O3夾雜物變成低熔點複合夾雜物，促進其上浮，淨化鋼水；另一方面，在鋼水凝固過程中提前形成的高熔點CaS(熔點2500 ℃)質點，可以抑制鋼水在此過程中生成MnS的總量和聚集程度，並把MnS部分或全部改性成CaS，即形成細小、單一的CaS相或CaS與MnS的複合相。
鈣處理工藝的發展
金屬Ca的熔點為1123K，沸點為1756K，密度為1.55g/cm3（20℃），在煉鋼餵鈣過程中Ca呈現氣態。在爐外精煉技術還沒有發展完善時，早期的鈣處理工藝中，只是簡單的將鈣的合金加入鋼液中，其不是很好，主要表現在鈣的收得率很低，這與鈣本身的一些性質有關。
隨著工藝的發展進步，結合一些爐外精煉手段，進而衍生出比較普遍的兩種Ca處理方法，噴粉法和餵線法。通過惰性氣體噴吹的方式將含Ca粉劑注入鋼液，稱之為噴粉法；普及程度最高的餵線法是用一些低碳的鐵皮將含Ca的粉劑包製成鈣線，再通過餵線機把包芯線注入鋼液。
上述兩種方法，通過不同的方式將含Ca的粉劑注入鋼液，可以極大的提高有效接觸面積從而提高Ca的收得率。餵鈣線是根據二十世紀八十年代的餵線技術發展得來的，這成為向鋼液中添加Ca的重要手段，逐漸取代了噴粉餵鈣的技術。
鈣處理效果的影響因素及規範要求
鈣處理條件
要處理Al2O3夾雜，必須有合適的Ca/Al比，據文獻介紹，當鋼中Ca/Al>0.14可減少水口堵塞；要獲得較高的球狀夾雜物比率。
此外，處理硫化物夾雜，必須有合適的Ca/S比，當鋼液中Ca/S≥1.2時能取得滿意的處理效果。鈣的沸點為1 484℃，它在鋼液中的溶解度很小，因此要想最經濟地達到合適的Ca/Al、Ca/ T[O]和Ca/S，必須降低鋼水中的T[O]和[S]之後再進行鈣處理。
對於普通鋁鎮靜鋼，為提高鈣處理轉變Al2O3為C12A7的效率，應控制鋼水中的硫含量小於0.01%。
餵線深度和速度
包芯線餵入一定深度時開始熔落，其深度應保證熔落分散的鈣氣泡受到較大的鋼水靜壓力，促使其在浮到鋼液面以前就儘可能完全消耗。合適的餵線速度可以提高鈣的收得率。如果速度過快，一方面會因局部產生的大量鈣蒸氣而使得鋼液劇烈翻騰，大量鈣蒸氣直接揮發到空氣中；另一方面因鈣蒸氣來不及溶解而大量上浮，從而降低其收得率。
反之，如果速度過慢，會導致餵入深度不足，在其能完全溶解於鋼液前便上浮到鋼液面而浪費掉。把握好速度才會在餵線後的吹氬、成分調整中起作用。達到這樣的深度需要一定的餵線速度來保證。
餵線位置
餵線位置對於鈣元素的收得率有很大影響，矽鈣線餵入點的水平位置應選擇在鋼液下降流的中心位置，這樣無論Ca是以氣態還是以液態進入鋼液，都會在下降流的作用下，強制其下降，然後再上浮，或隨包底抽吸流被帶到透氣磚的上升流中去，從而延長了其在鋼液中的停留時間，使其充分發揮作用。
餵線
掌握最佳餵線量很困難，但它卻是既能達到鈣處理目的又能降低成本的關鍵，生產中不能不考慮。餵線量過大，導致鈣含量偏高，當鈣含量超過一定含量時(～34×10-6)，CaS開始析出，能夠迅速惡化鋼水的流動性和可澆性，另外，鋼水中ω[Ca]高會發生水口侵蝕問題。餵線量過小，不足以使Al2O3夾雜全部改質，達不到鈣處理目的。
實踐中，最佳餵入量需要根據芯線的種類和質量來確定。傳統的Ca Si線餵入量是基於鈣能夠與鋼水中Al2O3結合成C12A7得出的。按鈣收得率12%左右計算，鈣餵入量為0.21 kg/t左右。
吹氬流量控制
鋼包底吹氬條件下鋼液中夾雜物的去除主要依靠氣泡的浮選作用，即夾雜物與氣泡碰撞並粘附在氣泡壁上，然後隨氣泡上浮而被去除。大顆粒夾雜物更容易被氣泡捕獲，而小氣泡比大氣泡更有利於捕獲夾雜物。採用高強度吹氬，只能使氣泡粗化而達不到有效去除夾雜物的目的。
影響夾雜物上浮效果的決定因素是噸鋼攪拌功率和攪拌時間，通過改變氬氣流量的大小，把攪拌功率調到一個合適的範圍內，既不捲渣，又有利於夾雜物聚集上浮。在生產現場，為均勻成分和溫度，促進夾雜物排除，同時避免大面積裸露鋼液或發生鋼渣卷混現象，降低氬氣的消耗。
吹氬處理時間
（1） 餵線前吹氬時間，餵線過程“同時吹氬”已經成為大多數人的共識，但是餵線前吹氬更加有利於鋼液的混勻，有利於餵線時鈣的充分利用。
（2）餵線後吹氬時間，餵線後為排除遺留在鋼液中的反應產物，就要保證一定的吹氬時間。整個吹氬過程包括均混時間和鋼液淨化時間。根據全浮力模型的觀點，驅動鋼液流動的能量是由氣泡浮力作功提供的。為充分排除鋼中夾雜，吹氬攪拌時間可按循環時間推算。
計算結果表明，兩者所需時間大致相等。因此，在鋼液溫度無需調節或只富裕5 ℃左右時，也應爭取吹氬36～47 s。這樣鋼液仍可實現2～4次循環，即降溫不多，還可將鋼液的成分、溫度顯著均勻，有助於提高澆鑄質量。生產中，要求儘可能長時間吹氬，不僅達到成分、溫度均勻的目的，還可提高鋼水純淨度。
鈣處理效果的討論
鋼水鈣處理時，若鋼中溶解鈣和酸溶鋁含量控制不當，即Al2O3夾雜物改性不充分，非但不能生成液態的12Ca O·7Al2O3，反而可能產生高熔點的固態鈣、鋁複合夾雜，不僅起不到淨化鋼水和解決水口堵塞的作用，結瘤現象反而會比沒有進行鈣處理時更嚴重。
鋼水氧化性強弱對後續鈣處理的效果有直接影響。如果轉爐終點氧含量過高，就會造成脫氧產物增多，後續鈣處理比較麻煩。從脫氧操作來看，鋼水氧含量基本上控制在60×10－6上下，為後續鈣處理創造了條件。
