钙在钢脱氧方面的应用

钙在钢液脱氧方面的应用随着对铸钢件质量要求的日益提高，一些高档次铸件，只用铝进行终脱氧已不能满足要求，因此，用铝、钙复合脱氧受到广泛重视。终脱氧时，将铝、钙配合使用，不仅可进一步降低钢中氧含量，且还可改善非金属夹杂物，但由于钙密度仅是钢的1/5，沸点为1492℃，低于钢液温度，且其活性很强，用于炼钢时很难准确加以控制。这一制约因素，限制了钙在铸钢方面的推广应用。近20多年来，对钙在钢中作用的认识不断深化，应用工艺方法也逐步成熟，现在，可说是进入实用阶段了。（1）钙的脱氧作用从氧化物标准生成自由能来看，钙脱氧能力强于铝和镁，但钙在钢中溶解度很小，且沸点又比钢液温度低得多，如单独用钙脱氧，则钙很难与钢液中氧充分作用。对含高镍、高锰的钢种，由于钙在其中的溶解度较高，脱氧效果也较好。铝和钙配合使用，有互补增益的效果，可将钢中的氧含量降低到0.002%以下。不仅可有效防止铸件产生气孔，还可因降低钢中溶氧量和夹杂物含量而改善钢液流动性，提高铸件表面质量。（2）钙对非金属夹杂物的作用用铝脱氧，在钢中形成的夹杂物Al2O3非常细小，不易上浮而进入熔渣。钢中加钙后形成的氧化物CaO可以与Al2O3作用，形成多种铝酸钙，颗粒增大，易于上浮。有的铝酸钙在炼钢温度下为液态，还易于携带其他夹杂物上浮。故钢液中加铝后再加入钙，可显著提高非金属夹杂的脱除速率。有研究工作表明，对碳含量低的钢种，只用铝终脱氧，无论采取何种措施，都不足以避免产生Ⅱ-型非金属夹杂物。对铸件质量要求较高时，加钙处理更十分必要。有报道：用铝终脱氧的钢，再加钙处理，静置2min后，钢中氧化物夹杂总量可减少60%~70%。美国一铸钢厂的试验结果表明，钢液加钙处理后，由于非金属夹杂含量减少，且形态为Ⅰ-型，钢在-18℃下的冲击韧度值平均提高70%。（3）加钙方法用钙处理钢液虽有很多好处，但由于钙密度小、沸点低、活性强，实际应用有很多困难。为此，开发了多种向钢中加钙的方法，如喷粉法、喂线法、铝弹投射法和直接加入合金的方法。最简便的方法是将钙与其他元素配成合金，降低其活性，以便直接加入钢液中。这种方法较适于用小型熔炼设备的铸钢厂。硅钙合金是熔炼铸铁常用的合金，但在炼钢温度下，硅钙合金活性太高，直接将其加入钢液，因反应强烈，效果不稳定。以一定量的钡取代硅钙合金中的钙，可显著降低合金活性，能较好地用于处理钢液。在此条件下，钡的主要作用是作为缓冲剂。即使采用加有缓冲剂的合金，钙的收得率也远低于用喷射法加入的硅钙合金，对此应心中有数。美国联合碳化物公司，早已生产硅-钙-钡合金（Calsibar），作为处理钢液的脱氧剂。由于钙和铝配合使用有互补增益的效果，硅-钙-钡合金通常都和铝配合使用。为现场使用方便起见，后来又生产一种名称为“Hypercal”的硅-钙-钡-铝合金。这两种含钙合金的密度都高于硅钙合金，活性低于硅钙合金，可在出钢时将块状合金投入钢液中，操作较方便。虽然这两种合金中的钙含量较硅钙合金低，但加入钢液中的收得率较高，可减少钙的加入量，且处理效果更为稳定。用硅-钙-钡合金处理钢液时，合金最好在加铝后加入，也可与铝同时加入。对不同钢种，用量不完全相同，可作以下考虑：对碳钢和低合金钢，每吨钢液可加入0.5kg铝和2~2.5kg硅-钙-钡合金；钙在奥氏体不锈钢中的溶解度较高，加钙还可改善钢液流动性，为得到最佳流动性，一般可只加硅-钙-钡合金，不再加铝。为充分脱氧、防止铸件产生气孔，可适当增加合金用量，如每吨钢液可加合金2.5~3.5kg；对铁素体不锈钢，由于钙溶解度低，不加铝就不能得到满意脱氧效果。