一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法

摘要

本发明属于炼钢炉外精炼技术，具体涉及一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于所述加钙方法采用复合结构的钙芯线，所述钙芯线由钙芯、中间层和外包层构成，所述外包层包覆于中间层外表面，中间层包覆于钙芯外表面，所述钙芯直径为6～8mm；所述钙芯线的入射高度距所述钢包内钢液液面正上方38～42cm，其入射角为与所述钢包内钢液液面呈53°～57°的夹角。本发明的优点是，采用复合结构的钙芯线能够有效解决钢水钙处理时的喷溅问题，同时通过采用最佳的喂入速度、入射高度和入射角度来提高钙芯线的喂线成功率，提高金属钙的收得率。

权利要求

1.一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，涉及钢包内的钢液，其特征在于所述加钙方法采用复合结构的钙芯线，所述钙芯线由钙芯、中间层和外包层构成，所述外包层包覆于中间层外表面，中间层包覆于钙芯外表面，所述钙芯直径为6～8mm；所述钙芯线的入射高度距所述钢包内钢液液面正上方38～42cm，其入射角为与所述钢包内钢液液面呈53°～

57°的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，当所述钙芯直径为6.3～6.4mm时，所述钙芯线的入射高度距所述钢包内钢液液面正上方40～

40.5cm，其入射角为与所述钢包内钢液液面呈55°～55.3°的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述中间层呈中空圆柱状或中空的近似圆柱状，所述圆柱状或近似圆柱状的柱面上具有轴向开口。

4.根据权利要求3所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述开口呈紧密接触状。

5.根据权利要求1所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述中间层是粉状物料填塞层。

6.根据权利要求1、3或5所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述的中间层厚度为0.2～1.5mm。

7.根据权利要求5所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述的粉状物料填塞层为如下物质：硅铁粉、铁粉、铝粉或铝皮、硅钙粉、稀土、铝酸钙粉中的一种或一种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述钙芯直径由钢包的内径大小决定，钢包内径越大钙芯直径越大，最小直径为6mm，最大直径为

8mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述钢包内钢液的深度是所述钢包内径的1.2～1.3倍。

10.根据权利要求1所述的一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，其特征在于，所述加钙方法，其钙芯线的喂入速度为： ；

式中V为理论喂线速度，h为钢包内钢液深度，A为速度修正系数，该系数与芯皮熔化时间、入射角度有关，b为芯皮总厚度，D为钙芯线直径。

说明书

一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法

技术领域

[0001] 本发明属于炼钢炉外精炼技术，具体涉及一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法。

背景技术

[0002] 钙处理是20世纪70年代发展起来的一种钢水精炼手段，历史上，曾经有过向钢包内直接加入钙合金、向钢液内喷吹钙合金等方法，但由于处理效果不稳定或成本过高等原因已渐被淘汰，现在应用的是钢包喂钙线方法。它是将钙合金（Ca、Ca-Si、Ca-Fe等）用钢皮包裹制成包芯线，通过喂丝机的导引管将其以很高的速度插入钢液。喂丝过程中同时伴随惰性气体搅拌，以增加Ca在钢液中的停留时间和进行良好的混合。这种方法在全世界的钢铁企业中得到了广泛应用并取得了极大成功。钢包喂钙线的主要处理效果为：

[0003] （1）降低钢液中的O、S含量，同时钢水中含有一定量的钙可提高钢水的流动性。

[0004] （2）钢液中的氧化物夹杂不形成串簇状而转变为均匀分散的含Ca氧化物夹杂，从而减少夹杂物尺寸，在钢材轧制时不会变形。改善钢液洁净度。

[0005] （3）在Al镇静钢中加入Ca易把Al2O3夹杂变成液态钙铝酸盐，便于它聚合长大上浮，提高了钢液洁净度，从而防止水口堵塞。

[0006] 但由于金属钙的熔点低（845℃）、沸点低（1450℃），在钢液中极易气化上浮到钢渣表面上，与空气中的氧及渣液中的氧化物产生剧烈反应，所以喂钙线时需要尽量将包芯线喂入到钢液最深处，利用钢液的静压力，防止金属钙快速气化，从而延长金属钙在钢液中停留时间，达到对钢液进行钙处理的作用。

[0007] 现有的几种类型的含钙或钙合金的包芯线仍有下列缺陷：（1）含硅低钙合金包芯线，例如CaSi包芯线：其缺点是在炉外精炼过程中进行钙处理时不仅造成钢水增硅，且处理成本高，因此不适用于低Si钢种进行钙处理。（2）含硅钙粒、铁粒、钙粒混合物包芯线，例如Fe+Ca粉包芯线：其缺点是粉状金属钙比表面积大，易被氧化。另外，在精炼温度下，当外包层熔化后，裸露的金属钙快速气化，易造成钢渣液面激烈翻腾和飞溅，不仅钙的收得率低（钙的收得率仅8%—12%），还会造成钢水增氮及产生不安全因素。（3）含纯钙丝包芯线，例如钙丝直径7.5毫米、铁皮厚度0.55毫米包芯线：其缺点是虽然钙的收得率较前两种大大提高，但在钢水钙处理过程中，不仅钢渣喷溅严重，还会造成钢水会增氮5—8PPM及严重危及钢厂生产安全。

[0008] 喂线方法是影响钙收得率的重要因素之一，喂线速度太快或太慢都会将合金释放于钢液的上部，从而降低甚至破坏处理过程；喂线的最佳速度能使包芯线的外皮在钢包的底部附近开始熔化，从而将其所包裹的钙芯释放于该处，达到使钙芯在被处理的钢液中有最长的停留（或与熔体的作用）时间。

[0009] 在现有的喂线技术中，通常将最佳喂线速度近似的简化为与钢包中钢液高度有关的函数，即V=KH，式中V为最佳喂线速度，H为钢液的真实深度，K为速度修正常数，也即最佳喂线速度仅仅是钢包中钢液深度的函数。由此所得的喂线速度显然是粗略估算出来的，并不是最佳的喂线速度，其金属钙的利用率并未达到最佳。

发明内容

[0010] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，该加钙方法采用了复合结构的钙芯线，通过设置钙芯线的最佳入射高度、入射角度以及钙芯直径和芯皮厚度来确保钙处理过程的成功，同时根据公式计算出最佳喂线速度进行喂入，达到包芯线芯皮在钢包的底部附近开始熔化，从而将其所包裹的钙芯释放于该处，使钙在钢液中有最长的停留（或与熔体的作用）时间，以获取钙最高的利用率。

[0011] 本发明目的实现由以下技术方案完成：

[0012] 一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，涉及钢包内的钢液，其特征在于所述加钙方法采用复合结构的钙芯线，所述钙芯线由钙芯、中间层和外包层构成，所述外包层包覆于中间层外表面，中间层包覆于钙芯外表面，所述钙芯直径为6～8mm；所述钙芯线的入射高度距所述钢包内钢液液面正上方38～42cm，其入射角为与所述钢包内钢液液面呈53°～57°的夹角。

[0013] 当所述钙芯直径为6.3～6.4mm时，所述钙芯线的入射高度距所述钢包内钢液液面正上方40～40.5cm，其入射角为与所述钢包内钢液液面呈55°～55.3°的夹角。

[0014] 所述中间层呈中空圆柱状或中空的近似圆柱状，所述圆柱状或近似圆柱状的柱面上具有轴向开口。

[0015] 所述开口呈紧密接触状。

[0016] 所述中间层可以是粉状物料填塞层。

[0017] 所述的中间层厚度为0.2～1.5mm。

[0018] 所述的粉状物料填塞层为如下物质：硅铁粉、铁粉、铝粉（铝皮）、硅钙粉、稀土、铝酸钙粉等中的一种或一种以上的混合物。

[0019] 所述钙芯直径由钢包的内径大小决定，钢包内径越大钙芯直径越大，最小直径为6mm，最大直径为8mm。

[0020] 所述钢包内钢液的深度是所述钢包内径的1.2～1.3倍。

[0021] 所述加钙方法，其钙芯线的喂入速度为： ；

[0022] 式中V为理论喂线速度，h为钢包内钢液深度，A为速度修正系数（与芯皮熔化时间、入射角度有关），b为芯皮总厚度，D为钙芯线直径。

[0023] 本发明的优点是，

[0024] （1）由于中间层的存在，可以根据钢包的大小、冶炼钢种的情况，调整钙芯直径、外附着层的厚度以及相关组分，在加大钙芯外附着层厚度的情况下，仍然能保证钙芯线具有适宜的柔韧度，从而保证包芯线能顺利的喂入到钢包的底部附近，增大了金属钙所受到的静压力、延长了金属钙的作用时间，提高了金属钙的利用率；同时，作为中间层的粉状填充料，由于这些粉状料之间存在很多微观细孔，减缓了热量的传递，减弱了金属钙芯的气化现象，从而提高了金属钙的收得率；

[0025] （2）合理的入射高度和入射角度大大提高了钙芯线喂线时的成功率，避免了入射高度过高和入射角度偏差所引起的钙芯线无法深入钢液底部的问题；

[0026] (3)通过公式所计算出的钙芯线最佳喂入速度，能使钙芯线的外层在钢包的底部附近开始融化；钙芯线的最佳喂入速度由钙芯线直径、芯皮总厚度、钢液深度等参数计算而来，在此种喂入速度之下，可有效避免钙芯线过早熔化或喂入过程中发生向上屈曲现象而无法深入钢液底部的问题；

[0027] （4）大大提高了钢水精炼钙处理过程中金属钙的利用率及回收率，彻底解决了钢渣喷溅及钢水增氮问题。

附图说明

[0028] 图1为本发明中加钙方法示意图；

[0029] 图2为钙芯线喂入钢液时入射高度偏高的示意图；

[0030] 图3为钙芯线喂入钢液时入射角度不对的示意图。

具体实施方式

[0031] 以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

[0032] 如图1-3，图中标记1-4、分别为：钙芯线1、导引管2、钢包3、钢液4；

[0033] 其中c为入射高度、α为入射角度。

[0034] 如图1所示，下列实施例中具体涉及一种用于钢液脱氧钙处理的加钙方法，该加钙方法采用复合结构的钙芯线1，之后通过喂丝机的导引管2将钙芯线1以最佳的喂线速度插入钢包3内的钢液4，其中导引管2的管口（即钙芯线1的入射高度c）距钢包3内的钢液4液面38～42cm，钙芯线1的入射角度α为与钢包3内钢液4液面呈53°～57°的夹
角。

[0035] 钙芯线1采用复合结构，具体由钙芯、中间层和外包层构成，外包层包覆于中间层外表面，中间层包覆于钙芯外表面；其中钙芯的直径为6～8mm，中间层厚度为0.2～1.5mm，中间层呈中空圆柱状或中空的近似圆柱状，并且该圆柱状或近似圆柱状的柱面上具有轴向开口，该开口呈紧密接触状，此处所称的紧密接触状指的是开口的两边不可出现搭接现象，必须呈对接或近似对接的姿态，其间的狭缝一般情况下不大于0.5mm；在中间层和外包层之间可设置有粉状物料填塞层，该粉状物料填塞层为如下物质：硅铁粉、铁粉、铝粉、硅钙粉、稀土、铝酸钙等中的一种或一种以上的混合物，填塞不同材质的粉料主要是考虑到不同钢种的需要，同时具有一定的合金调质作用。

[0036] 钙芯的直径由钢包3的内径大小决定，钢包3内径越大钙芯直径越大，最小直径为6mm，最大直径为8mm；钢包3内钢液4的深度是钢包3内径的1.2～1.3倍，即让钢液的静压大于金属钙的蒸汽压，避免金属钙气化。

[0037] 此外钙芯线的最佳喂入速度的计算公式为： ；

[0038] 式中V为理论喂线速度，h为钢包钢液深度，A为速度修正系数（与芯皮熔化时间、入射角度有关），b为芯皮总厚度，D为钙芯线直径。

[0039] 实施例一：本实施例中复合结构钙芯线的规格参数及喂线时的综合参数如下：

[0040] （1）本实施例复合结构钙芯线的直径D为9mm；

[0041] （2）外包层：钢带厚0.5mm；

[0042] （3）中间层：钢带厚0.8mm；

[0043] （4）钙芯直径:6.4mm；

[0044] （5）钢包内径:3010mm，钢液深度:3700mm；

[0045] （6）钙芯线的入射角度α为53°，喂入速度为3m/s。

[0046] 如图1、2所示，在将钙芯线1喂入钢包3内的钢液4中时，除钙芯线1的入射高度c不同之外，其余各参数均相同；使用效果如下表所示：

[0047]钙芯线入射高度c（CM） 25 30 38 40 42 50 55
钙收得率（%） 23.5 26.3 34.3 35.0 33.6 26.8 21.7

[0048] 从本实施例中的结果可以看到，在钙芯线1喂入钢液4中时，将入射高度c设置在38cm以下或42cm以上时，会出现金属钙收得率较低甚至出现钙芯线1无法成功插入钢液4底部的情况（如图2所示）；而当将入射高度c控制在38～42cm内时，钙芯线1可以成功插入钢液4的底部（如图1所示），获得较高的金属钙收得率，尤其是当钙芯线1的入射高度c为40cm时，其金属钙收得率最高，可达35%。

[0049] 实施例二：本实施例中复合结构钙芯线的规格参数及喂线时的综合参数如下：

[0050] （1）本实施例复合结构钙芯线的直径D为9mm；

[0051] （2）外包层：钢带厚0.5mm；

[0052] （3）中间层：钢带厚0.8mm；

[0053] （4）钙芯直径:6.4mm；

[0054] （5）钢包内径:3010mm，钢液深度:3700mm；

[0055] （6）钙芯线的入射高度为40cm，喂入速度为3m/s。

[0056] 如图1、2所示，在将钙芯线1喂入钢包3内的钢液4中时，除钙芯线1的入射角度α不同之外，其余各参数均相同；使用效果如下表所示：

[0057]钙芯线入射角度α 35 40 45 53 55 57 65 70
钙收得率（%） 21.5 26.1 27.9 35.0 35.8 34.6 30.8 27.9

[0058] 从本实施例中的结果可以看到，在钙芯线1喂入钢液4中时，将入射角度α设置在53°～57°之外时，会出现金属钙收得率较低甚至出现钙芯线1无法成功插入钢液4底部的情况（如图3所示）；而当将入射角度α控制在53°～57°内时，钙芯线1可以成功插入钢液4的底部（如图1所示），获得较高的金属钙收得率，尤其是当钙芯线1的入射角度为
55°时，其金属钙收得率最高，可达35.8%。

[0059] 实施例三：本实施例将进行两个批次的试验，第一批次中复合结构钙芯线的规格参数及喂线时的综合参数如下：

[0060] （1）本批次复合结构钙芯线的直径D为8.9mm；

[0061] （2）外包层：钢带厚0.5mm ；

[0062] （3）中间层：钢带厚0.8mm；

[0063] （4）钙芯直径：6.3mm；

[0064] （5）钢包内径：3400mm，钢液深度为：4250mm；

[0065] （6）钙芯线的入射高度c为40cm，入射角度α为55°。

[0066] 第二批次中复合结构钙芯线的规格参数及喂线时的综合参数如下：

[0067] （1）本批次复合结构钙芯线的直径D为10.1mm；

[0068] （2）外包层：钢带厚0.55mm ；

[0069] （3）中间层：钢带厚1mm；

[0070] （4）钙芯直径：7.0mm；

[0071] （5）钢包内径：3400mm，钢液深度：4250mm；

[0072] （6）钙芯线的入射高度c为40cm，入射角度α为55°。

[0073] 为了对比本发明中所采用的最佳喂线速度计算公式和现有技术中所采用的最佳喂线速度计算公式，即公式 与公式V=KH（式中V为喂线速度，H为钢液的真实深度，K为速度修正常数）之间的对比，分别对以上两个批次的钙芯线进行喂线试验，每个批次中除喂线速度不同之外，其余各参数均相同；使用效果如下表所示：

[0074]项目 按V=KH计算的速度（m/s） 钙收得率（%） 钙收得率（%）
按 计算的速度（m/s）
第一批次 4.186 28.9 3.2 35.9
第二批次 4.186 23.3 6.1 29.8

[0075] 从本实施例中第一批次的结果可以看到，使用本发明中的公式所计算得到的最佳喂线速度可以获得更高的金属钙收得率，因为其综合考虑了在喂线过程中的各个参数，包括芯皮厚度，钙芯线直径，芯皮熔化时间、入射角度、入射高度、钢液深度等，因此由该公式计算得出的最佳喂线速度相较于公式V=KH计算得出的最佳喂线速度更为准确，可以获得更高的金属钙收得率。此结论同样可从第二批次的结果中得到验证。

[0076] 实施例四：本实施例将进行两个批次的试验，第一批次中复合结构钙芯线的规格参数及喂线时的综合参数如下：

[0077] （1）本批次复合结构钙芯线的直径D为8.9mm；

[0078] （6）外包层：钢带厚0.5mm ；

[0079] （7）中间层：钢带厚0.8mm；

[0080] （8）钙芯直径：6.3mm；

[0081] （9）钢包内径：3400mm，钢液深度为：4250mm；

[0082] （6）钙芯线的喂入速度为3m/s。

[0083] 第二批次中复合结构钙芯线的规格参数及喂线时的综合参数如下：

[0084] （1）本批次复合结构钙芯线的直径D为9.9mm；

[0085] （2）外包层：钢带厚0.5mm ；

[0086] （3）中间层：钢带厚0.8mm；

[0087] （4）钙芯直径：7.3mm；

[0088] （5）钢包内径：3400mm，钢液深度：4250mm；

[0089] （6）钙芯线的喂入速度为3m/s。

[0090] 为了确定钙芯直径与其入射高度和入射角度之间的关系，我们针对钙芯直径在6～8mm区间的两个批次的复合结构钙芯线进行了喂线试验，每个批次进行试验时，均确保其喂入速度、钢包内径且钢液深度相同，对其入射高度和入射角度做出变化，试验结果如下表所示：

[0091]钙芯线入射高度c（CM） 38 38 38 39 39 39 40 40 40 41 41 41 42 42 42
钙芯线入射角度α 53 55 57 53 55 57 53 55 57 53 55 57 53 55 57
第一批次钙收得率（%） 33.9 34.5 34.3 34.3 34.6 35.1 34.7 35.9 34.3 34.2 34.7 35.1 33.8 34.7 34.1第二批次钙收得率（%） 33.3 34.2 34.7 33.8 34.6 34.5 34.1 34.6 34.9 34.8 35.6 34.7 34.3 34.0 33.8[0092] 从本实施例中第一批次的结果可以看到，当钙芯直径为6.3mm时，若将其入射高度设置为40cm、入射角度设置为55°时，可以获得最高的金属钙收得率；从本实施例中第二批次的结果可以看到，当钙芯直径为7.3mm时，若将其入射高度设置为41cm、入射角度设置为55°时，可以获得最高的金属钙收得率。

[0093] 综合第一批次和第二批次的数据，可以发现，当钙芯直径在6～8mm区间内时，随着钙芯直径的增大，为获得最高金属钙收得率，喂线的最佳入射高度和最佳入射角度也随之增大，复合结构钙芯线的入射高度和入射角度均与钙芯直径呈正比关系。可见，钙芯直径对于其喂线时的入射高度和入射角度存在影响。