主题：【资料】钢中的碱土金属

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钢中的碱土金属二
5.往钢水中加入碱土金属的实践
      用钙进行钢的脱氧和变质处理时, 硅钙, 硅钙铁, KMK,KKA, 及其它合金(表1) 是用得最广泛的材料。
近年来, 在寻求含钙与稀土的中间合金的新组成方面，出现了一种“狂热病”。许多教学、科研单位与生产机构以及企业, 都加入了研制、提出、或发明新成份中间合金的行列, 并研制、提出、或发明了数百种中间合金，只可惜其大多数都因缺少科学和生产依据而没有得到采用。
绝大多数被工业采用的含钙合金的缺点，是往钢水中加入它们时, 会因发生激烈的反应而使熔池沸腾和烟气强烈析出。解决这个问题的途径是各种各样的。其一就是限制合金的含钙量, 以及通过往其中补充加入能与钙结合为高熔点牢固化合物元素的办法而优化其组成。其次就是为合金选择成分，减少和完全消除融熔状态时的不混区。第三就是改变往钢水中加钙的工艺, 这时, 碱土元素的缺点
—高汽化趋向--将转变成为优点:  对钢水进行强烈搅拌, 生成高度发育的气体-金属相间界面, 以及大大加快钢水同所加入合金相作用的物理化学过程。往金属熔体深部喷吹碱金属和碱土金属粉就是这种解决办法的实例。
马尔普列斯和皮尔斯, 罗蒙迈尔斯温克尔, Н.А.沃罗诺娃, М.Ф.西多连科等是最先对这个方法进行过详细研究的人。然而只是在近几年, 才详细拟定了许多工艺方法,建造了许多可以用粉剂在大钢包中处理钢水的装置[5]。
      采用传统的, 往炉子或钢包中加入硅钙或其它含钙合金的方法进行脱氧和变质处理，都有一个利用率低(5-10%)的问题, 因此, 不仅铁合金消耗量大,而且结果也不稳定。采用这种加入合金的方法，残余钙的含量通常都不超过0.0015%, 即或同时加入铝(300-500克/吨)也如此。
  直接往钢锭模、中铸管或铸型中加入经过破碎的-粒度较好的-合金, 可以取得好得多的结果。采用这种方法时，钙在钢中的残余含量，容易通过改变加入量或其成份的方法，在0.003-0.008% 的范围内进行调节, 这对氧化物和硫化物夹杂的变质处理来说是完全足够了的。

表1. 一些简单和复合变质剂的成份,%(重量)
          变质剂          Si    Ca    Ba    AL        Fe
          硅铁(75#)    74-80    -      -    ≤1.5    其余
          硅钙(Ca20)    45-56  20-25    -    1.0-2.0    20
          硅钙(Ca30)    56-67  30-37    -    1.2-2.0    3-6
          硅钡(Ba25)      -      -    25-30  ≤3.0    ≤15
          硅钙钡(Ba10)  其余    ≥15  ≥10  ≤2.0    ≤10
          硅钡(Ba15)    50-75    -      Ba    10      其余
          复合合金      40-75    10    15    10        ,,
          Kalsibar      55-60    15-20  14-18    -        ,,
          Xhaiperkal*  38-40    10-13  9-12  19-21      ,,
              注 * 其组成中含有约2%的REM。
     
      用于大钢锭(12吨或更大)时, 元素在冒口附近部分和冷却锥的金属中的宏观不均匀性, 因为钢锭结晶和脱氧产物疏散条件的不同而有可能扩大是这个方法的缺点。
      借助于铁杆或铁管往钢水深部插入铁合金, 曾经取得过很好的结果。这种往深部加入易汽化和易氧化元素（包括REM）的方法, 在日本重要干管用板卷的冶金生产中, 曾经取得过明显的发展。
      射弹法。另一种往钢水深部加入含钙合金的方法就是射弹法(SCAT法)。在这种已经用于“Sumitomo Kinzoku Koge”K.K.公司冶金工厂的方法条件下, 是用压缩空气向钢水“发射”直经为25--31mm，里面装满硅钙粉的长条形铝弹进行脱氧。     
铝弹发射速度为40发/分。在高压气体的作用下, 这种子弹将深深地钻入钢水( 通常是装在钢包里的 )中, 从而使金属很好地脱氧。为了保证钢水得到均匀的处理, 同时还进行吹氩。
      然而由于钙从钢水的快速蒸发, 在成品金属中只能剩下总量为0.0005-0.002%的钙, 这有可能不足以保证使非金属夹杂物产生稳定的变质作用。
      用包芯线加钙。钢包装满以后, 采用往钢水中均匀而又快速地加入铝线进行脱氧的方法已为世界各国冶金工作者所孰知。后来, 又研制出了用来加钙的类似方法。这时, 是直接将含钙合金线输入钢包、浇铸漏斗或中间包中。输线速度在0.05-5.2公尺/秒范围内加以调整。线的芯部为纯钙或钙与铝的合金(比例为6:4 或8:2)。钢带厚度为0.2-0.4mm。  钢皮的用途不仅在于使包芯线具有一定的强度, 而且在于用来延缓钙或其合金与钢水的接触, 因而可以将合金加入到钢水的深部。钙的收得率达15-25%。
喷吹法。1970年, 德国“Thyssin Niederhein A.G.”公司曾经详细地制订了具有重要用途(供大型输油船和船舶, 海上采油焊接平台及原子动力工程用的)厚板生产方法。该方法曾在冶炼成份均匀, 硫和非金属夹杂物含量低, 组织球化好, 各向同性, 不会生成梯形断口（经常出现在重要构件与钢板表面平行的焊缝下面）的钢的方面发挥过很大作用。
      一般说来, 梯形断口在复杂应力结构中的形成是以金属中是否存在在轧制方向上被伸长了的条形硫化物和氧化物夹杂为条件。
      这就是所谓的CaB-法或TN-法。其实质在于使钢水在120吨的钢包中受到以氩气流为载体的钙或镁的粉状化合物或合金的喷吹处理。
在往钢包出钢以前, 先用铝对钢进行深脱氧。在1600℃条件下, 钙的蒸气压可为0.18-0.37Mpa。钙的蒸汽泡将向钢水表面上飘去。气泡向上飘起时, 由于钢液静压的减小, 它的体积会逐渐加大。不过, 同时将进行{Ca}+{S}=CaS的反应, 由于这样, 气泡的体积又将被减小。 图6示意地绘出了这个过程。仅当使气泡在其上升时间内完全消逝的情况下才能达到对钙的完全利用。这些见解, 如同对钢的脱硫率的要求一样, 被当成了确定粉剂供给速度和数量的计算基础。
      例如, 曾经确定: 当必须把中碳钢钢水的含硫量从0.04% 降到 0.006% (脱硫率85% )时, 每吨钢需要加入0.97千克钙或0.38千克镁。 选择这些材料时, 总是追求最廉价的结果, 而这又与所冶练的钢的含碳量和含硅量有关。
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