钢中非金属夹杂物精准钙处理在线指导软件

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢铁产量已经达到了饱和状态，提升钢产品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的生产是钢材生产的关键，其连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响。热轧板带表面缺陷大部分是连铸坯表面缺陷遗传而来。高质量铸坯的生产成了连铸生产企业和连铸工作者的主要目标。

高温钢液在连铸过程中凝固成型，连铸坯的偏析、裂纹、疏松、夹杂物等质量问题基本上都产生于或源自连铸凝固过程。要实现高质量铸坯的连铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。

（1）含钙合金质量稳定性研究 - 钙的包芯线质量及性质研究：研究不同质量级别的硅钙线、纯钙线、钙铁线、钙铝线等包芯线中含钙金属或台金的化学成分、物相结构，评估其中杂质元素成分及其台金被氧化的程度，提升硅钙线质量的稳定性。 - 钢包精炼过程喂钙线过程中金属钙收得率的影响研究：研究在不同钙线种类、钙线尺寸、外壳铁皮闭台方式等多种参数下，确定稳定提升钙元素收得率的有效方法。 - 钢中夹杂物钙处理改性方式研究：系统调研炼钢过程中除钙线外其他合金化用铁台金中金属钙元素的质量分数，并对钙元素在铁台金中的存在形式开展系统研究。研究含钙铁台金加入后钙元素在钢中的收得率情况和对钢中非金属夹杂物的影响。确定精炼过程中含钙铁台金的加入对钢中非金属夹杂物的改性机理。

（2）钙处理精准改性钢中非金属夹杂物热力学研究 - 钙处理相关热力学参数的测定：评估现有钙处理相关热力学数据的准确性，确定其适合的应用条件和误差；对钢液中Ca-O反应相关反应的吉布斯自由能和相互作用系数等热力学参数进行测量，对误差较大的热力学参数进行修正，保证热力学计算预测钙处理改性夹杂物的准确性。 - 不同条件下钢中溶解钙和全钙的关系研究：通过实验室实验研究在不同初始钢液成分的条件下，向钢中加入不同含量的钙，测量和计算其钢中全钙含量、溶解钙含量和非金属夹杂物中的钙含量，并与热力学计算得到的理论值相对比，揭示钢中溶解钙和全钙关系的实际规律，为实现钙处理改性夹杂物热力学计算在工业中的应用奠定基础。

图1：夹杂物钙处理典型热力学计算结果

（3）钙处理改性钢中非金属夹杂物反应动力学研究 - 钙处理改性钢中非金属夹杂物瞬态变化机理研究：研究不同钢液成分和不同温度条件下，向钢中加入不同含量的含钙合金，研究钢中非金属夹杂物的改性机理，从而明确钙处理后每一时刻钢液中非金属夹杂物的形成机理和变化规律。 - 建立钢包精炼过程钙处理改性钢液中夹杂物反应动力学预报模型：基于数学模拟计算钢液流场、温度场变化，同时计算出钢液中钙的浓度和钢中非金属夹杂物的空间分布，将钢包分为不同的反应区域；通过对钢包内不同反应区内、以及不同反应区之间相互反应相耦合计算，预测钢包中不同位置钢液和夹杂物成分变化。 - 凝固和冷却过程钙处理钢中夹杂物转变动力学研究：基于实验室试验和工业试验结果，通过动力学计算研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物转变的动力学模型，预测不同成分和不同尺寸的夹杂物在不同温度下转变速率，实现钙处理后全流程中不同时刻下钢中夹杂物成分、数量和尺寸预测。

（4）精准钙处理在线指导软件 - 本模型综合考虑钢液条件，如钢中铝含量、硫含量、洁净度水平、以及钢液温度等，通过反应模型对最优的加钙量进行计算。在实际生产过程中，钙处理前在线获得钢液成分环境，将实际处理条件输入模型计算，可直接给出最优的钙线喂入量，直接指导现场的钙处理操作。 - 成熟程度及推广应用情况：已经经过实验室试验和工业应用；目前宝钢梅山钢铁有限公司、凌源钢铁有限公司、宝钢不锈钢公司正已经使用钙处理热力学模型在线指导钢水钙处理。 - 投资估算和经济效益分析：此前的应用和推广成功的为企业解决了钙处理引起的夹杂物产品质量问题和水口结瘤问题，避免过量的钙线喂入，降低了产品成本，为企业带来了可观的经济效益。 - 成果亮点： 1. 以在钢水温度下生成全液态夹杂物、半液态夹杂物等为计算目标，通过建立的钙处理改性钢中非金属夹杂物精准热力学模型，计算钢中不同总氧含量、不同酸溶铝含量、不同钢水温度、不同钙线参数等因素下，实现钢中夹杂物有效改性的最优加钙量。 2. 建立钙处理改性钢中夹杂物精准热力学计算模型，并已经获批了软件著作权。 3. 此前的应用和推广成功的为企业解决了钙处理引起的夹杂物产品质量问题和水口结瘤问题，避免过量的钙线喂入，降低了产品成本，为企业带来了可观的经济效益。

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢铁产量已经达到了饱和状态，提升钢产品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的生产是钢材生产的关键，其连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响，热轧板带表面缺陷大部分是连铸坯表面缺陷遗传而来。高质量铸坯的生产成了连铸生产企业和连铸工作者的主要目标。高温钢液在连铸过程中凝固成型，连铸坯的偏析、裂纹、疏松、夹杂物等质量问题基本上都产生于或源自连铸凝固过程。要实现高质量铸坯的连 铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。

（1）含钙合金质量稳定性研究

钙的包芯线质量及性质研究：研究不同质量级别的硅钙线、纯钙线、钙铁线、钙铝线等包芯线中含钙金属或台金的化学成分、物相结构，评估其中杂质元素成 分及其台金被氧化的程度，提升硅钙线质量的稳定性。

钢包精炼过程喂钙线过程中金属钙收得率的影响研究：研究在不同钙线种类、钙线尺寸、外壳铁皮闭台方式等多种参数下，确定稳定提升钙元素收得率的有效 方法。

钢中夹杂物钙处理改性方式研究：系统调研炼钢过程中除钙线外其他合金化 用铁台金中金属钙元素的质量分数，并对钙元素在铁台金中的存在形式开展系统 研究。研究含钙铁台金加入后钙元素在钢中的收得率情况和对钢中非金属夹杂物 的影响。确定精炼过程中含钙铁台金的加入对钢中非金属夹杂物的改性机理。

（2）钙处理精准改性钢中非金属夹杂物热力学研究

钙处理相关热力学参数的测定：评估现有钙处理相关热力学数据的准确性，确定其适合的应用条件和误差；对钢液中Ca-O反应相关反应的吉布斯自由能和相互作用系数等热力学参数进行测量，对误差较大的热力学参数进行修正，保证热力学计算预测钙处理改性夹杂物的准确性。

不同条件下钢中溶解钙和全钙的关系研究：通过实验室实验研究在不同初始 钢液成分的条件下，向钢中加入不同含量的钙，测量和计算其钢中全钙含量、溶 解钙含量和非金属夹杂物中的钙含量，并与热力学计算得到的理论值相对比，揭 示钢中溶解钙和全钙关系的实际规律，为实现钙处理改性夹杂物热力学计算在工业中的应用奠定基础。

图1夹杂物钙处理典型热力学计算结果

钙处理改性钢中非金属夹杂物反应动力学研究

钙处理改性钢中非金属夹杂物瞬态变化机理研究：研究不同钢液成分和不同 温度条件下，向钢中加入不同含量的含钙合金，研究钢中非金属夹杂物的改性机 理，从而明确钙处理后每一时刻钢液中非金属夹杂物的形成机理和变化规律。

建立钢包精炼过程钙处理改性钢液中夹杂物反应动力学预报模型：基于数学 模拟计算钢液流场、温度场变化，同时计算出钢液中钙的浓度和钢中非金属夹杂 物空间分布，将钢包分为不同的反应区域；通过对钢包内不同反应区内、以及不 同反应区之间相互反应相耦合计算，预测钢包中不同位置钢液和夹杂物成分变化。

凝固和冷却过程钙处理钢中夹杂物转变动力学研究：基于实验室试验和工业 试验结果，通过动力学计算研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物转变的动力 学模型，预测不同成分和不同尺寸的夹杂物在不同温度下转变速率，实现钙处理 后全流程中不同时刻下钢中夹杂物成分、数量和尺寸预测。

（4）精准钙处理在线指导软件

本模型综合考虑钢液条件，如钢中铝含量、硫含量、洁净度水平、以及钢液 温度等，通过反应模型对最优的加钙量进行计算。在实际生产过程中，钙处理前 在线获得钢液成分环境，将实际处理条件输入模型计算，可直接给出最优的钙线 喂入量，直接指导现场的钙处理操作。

成熟程度及推广应用情况:

已经经过实验室试验和工业应用;

目前宝钢梅山钢铁有限公司、凌源钢铁有限公司、宝钢不锈钢公司正已经使 用钙处理热力学模型在线指导钢水钙处理;

投资估算和经济效益分析:

此前的应用和推广成功的为企业解决了钙处理引起的夹杂物产品质量问题 和水口结瘤问题，避免过量的钙线喂入，降低了产品成本，为企业带来了可观的 经济效益。

成果亮点:

1、以在钢水温度下生成全液态夹杂物、半液态夹杂物等为计算目标，通过建立的钙处理改性钢中非金属夹杂物精准热力学模型，计算钢中不同总氧含量、不同酸溶铝含量、不同钢水温度、不同钙线参数等因素下，实现钢中夹杂物有效改性的最优加钙量。

2、建立钙处理改性钢中夹杂物精准热力学计算模型，并已经获批了软件著作权。

3、此前的应用和推广成功的为企业解决了钙处理引起的夹杂物产品质量问题和水口结瘤问题，避免过量的钙线喂入，降低了产品成本，为企业带来了可观的经济效益。