姜  霞     陈奎生    宁俊才

 

安阳市太行冶金有限公司位于河南省北部，晋冀鲁豫四省交汇处，京广铁路、京九铁路、一0七国道、京珠高速、大广高速和南水北调中线工程纵贯南北，构成了豫北区域性中心城市独特的交通优势。

我公司产品主要是多元铁合金系列，氮化合金和冶金耐火材料，主要供应国内几家大中型钢铁冶炼企业，在二十多年的市场营运中，赢得了良好的声誉。尤其是近年来我国钢铁事业的飞速发展，对多元复合型合金材料的需求量也日益增长。因此，我公司为适应市场的需求，联合北京钢铁研究总院，北京科技大学共同研究，针对不同钢种，研制开发出多种炉外精炼工艺应用的钙基系列包芯线产品。

随着炼钢工艺的发展，炼钢用复合脱氧剂受到普遍的重视和应用，对钢质的提高和生产的顺行都取得了良好的效果。目前，我国各钢铁公司在精炼工艺中采用复合脱氧剂的品种很多。成分变化范围很大，加入的方法各异，使用效果也不尽相同。从炼钢连铸工艺的顺行和钢质出发，选择更合理的复合脱氧剂组成是非常必要的。

我公司于上世纪九十年代研制开发出的钙铁包芯线和钙铝包芯线，经十多年来在重钢、湘钢、新钢、广钢、烟钢等大中型钢铁企业的应用，均取得了显著的脱氧效果。这两项研究成果已申请了国家专利，专利号分别为：200610018079.6；200610018080.9。在此成果的基础上，我们又根据不同的钢种先后研究开发出了钙镁包芯线、钙铝硅包芯线、钙钡硅包芯线、钙硅钡铝包芯线等钙基系列的多元合金包芯线。使钙基系列包芯线成为我公司的主打产品和支柱产业。

炉外精炼工艺环节的同仁们都知道，创造良好的生成液态脱氧生成物的条件，是减少Al2O3数量，快速脱氧，提高Ca、Al的脱氧能力，充分发挥复合脱氧剂中各元素的脱氧特点和作用。因为，在出钢时加入了Si系铁合金进行了Si的调整和脱氧，已充分发挥了Si的脱氧量大（每千克Si结合1.143千克氧）和廉价的特点，一般将[O]降到（80-120）×10-6此时，也调整了钢液中需要的Si含量，这就为提高强脱氧元素Ca、Al的脱氧效率，减少消耗创造了条件。脱氧时是快速的不均反应，脱氧剂和[O]的强烈反应随着元素的溶解便趋于平衡，脱氧数量降低。

脱氧剂中的元素和[O]接触时都会产生脱氧反应，因为元素含量很高，其反应的标准吉布斯自由能ΔGΘ的负值比溶解均匀后的负值大很多，喂线时，在和[O]接触处分别生成Al2O3、CaO（熔点各为2050℃和2570℃），

因脱氧产物产生的区域不同，很难因碰撞产生低熔点的夹杂物，使Ca、Al的溶解量增大，元素的脱氧效率降低。因在钢液中生成的Al2O3 夹杂物不易排除，也增大了钢液的粘度，增加了堵水口和包眼结瘤的可能性，为此，应调整配比改变这种脱氧状态。

复合脱氧剂中恰当的Ca、Al 含量配比是保证生成液态夹杂物的关键。Ca、Al搭配比Mn、Si，Si、Al，Ca、Si等搭配好，一是两种元素的脱氧能力都很大，易产生脱氧生成物；相互溶解成C12A7 后，使Al、Ca的脱氧能力增大；二是脱氧产物是液态的，比其它元素组合形成的脱氧生成物的熔点都低。综合脱氧能力提高了约15倍，在复合脱氧剂溶解时溶体中Ca、Al和[O]原子同时接触，很易碰撞、反应，促使生成低熔点的夹杂物，克服了喂Al线和CaSi线早期生成的脱氧产物不易上浮去除的缺点，提高钢液的“有效”脱氧是避免先期形成的夹杂物（Al2O3）沾污钢液。由扫描分析得出，钢液中残存的夹杂物为高Al、Ca含量的球形夹杂。

有效提高复合脱氧剂中主脱氧元素的脱氧能力，可减少钢液中的[Ca]、[Al]、[O]的含量，改善了钢液的纯净度，降低了脱氧元素的消耗，即提高了元素的脱氧利用率。虽然脱氧元素的化合价未发生变化，但是增大了反应的数量。复合脱氧剂中Al的脱氧能力提高了，同时，也减少了Ca的消耗，总的脱氧能力增大说明平衡的，线存的、消耗的，溶解的脱氧元素含量减少，脱氧效率提高。表明Ca提高了Al的脱氧能力，Al也弥补了Ca脱氧消耗大的缺陷。可以认为溶滴在和[O]接触反应脱氧量增大的同时，溶解的Al、Ca数量减少了。合适的复合脱氧剂组合成包芯线脱氧，Ca 、Al 的用量少且脱氧量大，这是复合脱氧剂具有更高的脱氧能力所产生的效果。

事实证明，钙元素是复合脱氧剂中的重要元素，钙可以和多种元素相搭配，组合成多功能的复合型脱氧剂。以钙基元素为主的多功能复合脱氧剂的应用，使钢水的可浇性好，不易发生大包、中包水口阻塞事故，洗水口现象不明显，说明产品搭配适当，适合生产需要，能最大限度地解决目前生产中存在的问题，有效防止水口结瘤。

综上所述，在Ca 、Al脱氧的过程中，Ca是Al脱氧的促进剂，也是减（低消）耗剂，也是夹杂物的改质剂，不仅使生产工艺通畅而且提高了钢质使[O]更低，也降低了成本，所以，Ca在炼钢过程中成为不可缺少的元素之一。

从炼钢的过程看，出钢时钢液的混冲是合金化和实现脱氧的良好阶段，在精炼过程中喂线是沉淀脱氧的重要手段，可实现Si脱氧后的再次沉淀深度脱氧。

随着炼钢生产的发展，钙在精炼生产工艺中的应用量大增。钙在钢液中的反应作用可有效减低和消除一些有害元素（如 Se、Te、Sn、As、Sb等）的危害，它们和Ca在反应中形成了一种化合物，因此减少了钢中有害元素的析集所造成的危害。用Ca和Al复合脱氧时，Ca 、Al 的平均消耗约为95g和75g，我国2007年年产钢已达4.5亿吨以上，如若推广采用此项新技术，按10%的钢产量（4500万吨）使用金属钙，年消耗钙约为4.3万吨。如若按20%的钢产量（9000万吨）使用金属钙，年消耗钙量即可达9万吨左右，用量是相当可观的。

经计算，Ca、Al搭配组成的复合脱氧剂在精炼脱氧过程中的综合成本比单纯用Al元素脱氧时，生产每吨钢可节约8元，这是一项可观的数字。在今后的工作中，不断开发、研制、设计出更符合各钢种的生产需求是至关重要的。对此，各钢铁企业也应对钙基系列脱氧剂的应用，引起新的认知程度，使钙产品在炼钢世界上得到广泛应用和开发。

从长期生产实践中证实，复合脱氧剂的有机组成已取得了很好的效果，也增强了对复合脱氧剂的认识。在各个不同钢种的生产实践中，根据具体情况，我们仍然有进一步改进脱氧剂组成的必要。设计出既符合不同钢种的炼钢要求又易于钙基合金和多元合金生产的复合脱氧剂，最大限度地提高钢质量，全方位降低复合脱氧剂的消耗，降低成本，保证炉外精炼工艺和连铸工艺的顺利进行。