高强度船板钢钙处理热力学计算分析-夹杂物变质研究和应用

通过钙处理过程中Fe-Al-Ca-O-S体系的热力学平衡计算,得出在1 873 K时各种平衡态下的[Al]-[O]、[Al]-[Ca]、[Al]-[S]平衡曲线图,并系统分析了各组元对夹杂物变质的影响。研究发现F-级高强度船板钢[Al]为0.02%~0.03%时,为保证夹杂物充分变质,钢中[O]控制在25×10~(-6)以下;钢液中生成12CaO·7Al_2O_3的[Ca]为15.24×10~(-6)~19.97×10~(-6),生成3CaO·Al_2O_3的[Ca]为70.87×10~(-6)~92.88×10~(-6);适当低的钢液温度有利于生成CaS,抑制MnS的聚集析出。120 t BOF-LF-VD-板坯连铸流程生产F-级高强度船板钢DNV F40(/%:0.092C,0.41Si,1.56Mn,0.015P,0.002S,0.032A1,0.035Nb,0.035Ni,0.010Ti,0.080V)的结果表明,当LF精炼渣组成/%:24.9Al_2O_3,55.6CaO,7.7MgO,8.0SiO_2,1.24TFe,加钙前钢中铝含量0.03%,氧含量0.0010%时,每炉钢水喂纯钙线150 m(0.21 kg/m),钢中夹杂物由加钙前Al_2O_3变质为球形钙铝酸盐夹杂物。     

新兴铸管钢水钙处理热力学计算及效果

针对新兴铸管炼钢部HRB500钢水钙处理做了热力学计算和现场取样分析。热力学计算结果表明,只需要加入较少的钙,即可使Al2O3变性为CaO·Al2O3,当钢中[Al]=0.006%时,夹杂物变性为12CaO·7Al2O3需要[Ca]≥4.1×10-6。在钢中[Al]含量不变化的情况下,随着钢水温度的降低,钢中的[Ca]含量也随之下降,才能满足夹杂物的成分在12CaO·7Al2O3附近。取样分析结果表明,目前喂CaSi线不足,夹杂物变性不完全。     

SWRCH22A冷镦钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

文中通过热力学软件FactSage 7.0和工业实践,对1 873 K下SWRCH22A冷镦钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学进行研究.计算结果表明,当冷镦钢中[Al]含量增加到2×10-6以上时,平衡时钢中对应生成液态夹杂物、MnO·Al2O3和Al2O3,表明冷镦钢出钢过程应先加铝再加锰以降低精炼渣的氧化性.当冷镦钢中的[Mg]含量超过0.5×10-6时,钢中夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3;当钢中的[Mg]含量超过约9×10-6时,钢中夹杂物主要为MgO;随着钢中[Al]含量的提高,生成尖晶石夹杂物所需的最小[Mg]含量逐渐增大.当冷镦钢钢液中[Ca]含量超过约1.3×10-6时,钢中生成的夹杂物主要为液态钙铝酸盐;当钢液中的[Ca]超过约13×10-6时,钢中开始生成固态CaO夹杂物.冷镦钢中形成液态钙铝酸盐夹杂物所需的最小[Ca]含量随着钢中[Al]含量的提高逐渐增大.实验检测和热力学计算结果基本吻合,此外,研究发现,纯铁液的脱氧热力学与冷镦钢差异较大,因此,不能采用纯铁液的脱氧热力学指导冷镦钢生产实践.     

低碳铝镇静钢中(CaO)_x(Al_2O_3)_y及CaS的形成与控制

生产低碳铝镇静钢过程中,为了控制夹杂物形态,一般要对其进行钙处理。如何使钙处理过程中生成液态的钙铝酸盐夹杂是生产控制的难点和重点。通过理论计算得出在一定条件下[Ca]-[Al]、[S]-[Al]关系图,以某低碳铝镇静钢为例,当w([Al])为0.03%时,控制w([Ca])为(9~15.8)×10-6,可以生成成分接近(CaO)12(Al2O3)7的液相夹杂。钢中w([S])为30×10-6,w([Al])为0.03%~0.04%,温度降低到1 723 K以下时,在(CaO)12(Al2O3)7上会析出CaS。     

铝酸钙夹杂物的生成机制研究

运用异质形核理论解释了钢中钙对夹杂物变性的机制过程,计算得出1 873 K下w[Al]s为0.03%时,均质形核生成Al2O3钢中溶解氧的质量分数需达到39.2×10-6,而当反应达到平衡后钢中溶解氧的质量分数为3.3×10-6。脱氧后加入钙靠均质形核很难生成CaO,钙、氧原子主要以Al2O3质点为核心在其表面上生成,生成反应为:[Ca]+(x+1/3)Al2O3=CaO.xAl2O3+2/3[Al],生成过程为Al2O3→CA6→CA2→CA→CxAy液相,并通过SEM/EDS验证了夹杂物变性的机制过程。     

超低氧齿轮钢28MnCr5中镁铝尖晶石夹杂物的控制

利用FactSage软件对28MnCr5钢液和镁铝尖晶石夹杂物的平衡反应进行了分析,当w[Al]在0.02%~0.04%之间,w[Mg](0.39~0.42)×10-6的临界范围时开始生成镁铝尖晶石。计算发现:在现有28MnCr5钢精炼工艺条件下,钢液中会不可避免生成镁铝尖晶石夹杂物。当钢液w[Mg]8.5×10-6时,加入钙不能使其转变成低熔点液态夹杂物;而当钢液w[Mg]小于此值时,增加w[Ca]时,夹杂物按照"镁铝尖晶石→CaO-Al2O3-MgO系液态夹杂物→CaO"路径转变,钢液w[Ca]增加至3×10-6左右时均能将其转化为CaO-Al2O3-MgO系液态夹杂物。计算表明,精炼渣还原提供的[Ca]不能使28MnCr5钢中镁铝尖晶石夹杂物完全变性,须采用向钢液中喂钙线等手段来提高钢液中的钙含量。     

SWRCH22A冷锻钢100 t LF精炼造渣制度的分析和工艺优化

为减少钢中夹杂物和对夹杂物变性处理,防止连铸水口结瘤,对100 t LF 5炉SWRCH22A冷镦钢（/%:0.18~0.20C,0.44~0.62Si,0.85~0.89Mn,0.012~0.015P,0.006~0.009S,0~0.004Ca,0.000 7~0.0010B,0.011~0.088Als）夹杂物钙处理进行了Ca-Al,Al-O,Al-S,Ca-S平衡热力学计算和氧氮分析。得出1 873 K[Ca]-[Al],a[O]-[Al]和[S]-[Al]平衡曲线,1 823~1 923 K[Ca]-[S]平衡曲线,和5炉钢对应的实测值。通过分析,得出优化LF精炼工艺:（1）精炼终渣MgO=6%、SiO₂<6%、CaO/Al₂O₃=1.6~1.8;（2）转炉下渣量700 kg左右,精炼终渣量2 000 kg左右;（3）根据精炼终渣CaO/Al2O3=1.6~1.8的目标来决定造渣料的加入量;（4）避免喂钙线时钢水剧烈翻腾,并防止精炼结束到中间包过程钢水的氧化     

L360QS钢钙处理的热力学分析与试验研究

针对管线钢L360QS,利用活度相互作用系数和Bjorkvall方法对钙处理过程进行热力学分析,并对管线钢进行了实验室的钙处理试验和工业试验。热力学分析结果表明,当钢中a(Als)=0.045%时,如果要生成12CaO·7Al2O3夹杂且避免CaS夹杂析出,则应控制钢液中a(Ca)在33.21×10-6左右,a(S)0.002 563%。钙处理试验表明,CaS夹杂数量随着钢液中钙含量的增加而增多,且含MgO·Al2O3尖晶石的夹杂物有所减少。为使氧化夹杂和硫化夹杂变性完全,应控制钢液中w(S)≈0.002%,w(Ca)=0.003 5%~0.004 0%,且w(T.Ca)/w(S)1.9。工业试验结果表明夹杂物变性良好,达到预期效果。     

钙处理对含铝冷镦钢夹杂物的影响

利用扫描电镜对80 t LF钢液喂钙处理前后的冷镦钢SWRCH22A中夹杂物形态和组成的变化进行了分析和研究,对钙处理钢中夹杂物的变性进行了热力学计算。研究表明,SWRCH22A钢液钙处理后夹杂物中的Mn被Ca置换,中间包内钢中Al₂O₃夹杂变性生成低熔点铝酸钙夹杂12CaO·7Al₂O₃;如要钢液钙处理生成易上浮排除的液态12CaO·7Al₂O₃夹杂的必要条件是[Al]_T²/[Ca]_T³≤10.58×10⁴。     

Q345精炼过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

Q345钢采用铝硅锰复合脱氧,在LF精炼过程中,钢—渣—夹杂物—耐火材料—合金—空气多元体系下夹杂物成分会发生转变。由于纯铁液脱氧热力学不能指导工业生产实践,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究。结合Factsage7. 0热力学计算,分析了Q345钢LF精炼脱氧、耐材侵蚀、钙处理等引起的钢液[Al]、[Si]、[Mg]、[Ca]含量变化对夹杂物成分的影响。转炉出钢采用铝硅锰复合脱氧,脱氧产物主要为Al2O3,随着钢中[Mg]含量上升,夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3尖晶石。钙处理会将夹杂物由MgO·Al2O3尖晶石转变为液态Ca-Al-Mg氧化物,但当喂钙过量时,夹杂物中CaO含量偏高,会影响夹杂物改性效果。利用Factsage7. 0热力学软件分析出的夹杂物成分与直接检测结果一致。     

20CrMoH钢精炼过程中T[O]和夹杂物的研究

为优化生产工艺,改变冶炼方法和炉渣组成,进行了齿轮钢20CrMoH生产试验,分析讨论了生产过程钢中的T[O]、低熔点钙铝酸盐非金属夹杂物的形成过程.结果表明,出钢脱氧时加入足够的Al,钢水的T[O]含量降低非常快,当w(FeO) w(MnO)≤0.5%时,SiO2已经成为钢水氧化的氧源;选用w(CaO)=55%～60%,w=(Al2O3)35%～40%,w(MgO)≤6%的CaO-Al2O3-MgO渣系精炼,可以得到w(T[O])=0.0010%的钢水,夹杂物的变化过程和Ca处理时夹杂物的转变过程类似;钢包渣中w(CaO)/w(Al2O3)的比值为1.50～1.65时,能使钢液中的Al2O3夹杂转变为低熔点的钙铝酸盐,得到与钢液Ca处理相同的效果,在RH真空处理后不再需要钙处理.     

轴承钢GCr15铸坯夹杂物的分析研究

针对国内某厂采用100 t电炉冶炼高碳铬轴承钢(GCr15),在生产过程中很难将铸坯全氧稳定控制在10×10-6以下的情况,采用全尺寸三维分析法和大样电解法对轴承钢铸坯中的夹杂物进行了分析研究。研究结果表明:轴承钢中大型夹杂物含量较高,主要是球型的Al2O3系夹杂和含K的块状夹杂,球型Al2O3类夹杂物主要来源于脱氧产物,含K的块状夹杂主要来源于结晶器保护渣的卷入。通过优化反应器流场和底吹氩气,可以促进大型Al2O3类夹杂物上浮和去除;对于含K的块状夹杂,通过优化结晶器流场和电磁搅拌来减少其卷入。显微夹杂物中Al2O3系夹杂物尺寸较大,钢液中存在少量的Mg或Ca都可以将Al2O3转变为尺寸较小的MgO·Al2O3、MgO或CaO·Al2O3·MgO系夹杂物。     

石油套管钢LF精炼过程T[O]和夹杂物的控制

通过对100 t LF精炼37Mn5套管钢时1 540～1580℃钢水中稳定氧化物夹杂含量与T[O]的关系以及钢-渣平衡时渣碱度对钢中活性氧含量影响的分析,提出降低钢中T[O]和夹杂物含量的改进工艺措施。热力学计算和试验结果表明,当[Al]s为0.03%～0.04%,精炼渣碱度为3,(CaO)/(Al₂O₃)=3～3.5时,37Mn5钢中的氧含量降到10×10^-6,管材基本消除了粗系夹杂,细系夹杂A+B+C+D≤5.0级,达到使用要求。     

LD-LF-CC流程冶炼87Si钢的非金属夹杂的演变规律研究

为了减少和控制87Si钢中的夹杂物,论文采用热力学计算和试样分析检测的方法,对LD-LF-CC工艺生产87Si钢的夹杂物在各工序的种类和数量进行了系统地研究,对减少和控制87Si钢中的夹杂物有指导意义。结果表明:夹杂物在LF进站时,Al2O3-SiO2-MnO系为主,随着LF精炼的进行,渣中大量的[Ca]进入钢液,夹杂物成分逐渐向Al2O3-CaO-SiO2夹杂物转变。轧材中夹杂物中Al2O3稳定在33%,CaO达到40%,CaO/Al2O3为1.2。对于87Si钢,Al含量在0.006%左右,需要0.0075%的Mg就会有镁铝尖晶石析出,Ca含量在0.077%~1.204%时,Al2O3会转化为液态。     

316L不锈钢精炼过程中夹杂物成分演变

从"AOD→LF→钙处理→连铸"进行全流程取样,重点分析316L不锈钢中氧氮含量、夹杂物数密度和成分。研究发现:在冶炼过程中,钢中w(T.O)逐渐降低,钙处理后为24×10~(-6),较AOD还原结束时降低183×10~(-6),浇铸时存在二次氧化,铸坯试样中w(T.O)增加8×10~(-6)。AOD还原期结束时,夹杂物类型主要为SiO_2-MnO系。LF进站时为CaO-Al_2O_3-SiO_2系和CaO-Al_2O_3-MgO系,前者主要来源于AOD卷渣和钢中Al反应生成,后者主要来源于SiO_2-MnO系夹杂物与钢中Al以及渣相反应生成。对于CaO-Al_2O_3-SiO_2系,LF进站时夹杂物平均成分偏离低熔点区,随着精炼过程的进行,夹杂物中CaO含量降低,Al_2O_3含量升高,其平均成分位于低熔点区内;对于CaO-Al_2O_3-MgO系,夹杂物中MgO含量升高,MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂物数量增加,经过钙处理和静置上浮,CaO-Al_2O_3-MgO系夹杂物逐渐消失,夹杂物改性较为充分。     

炉渣反应平衡对钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究

高强度低合金钢为了控制钢中硫含量,生产过程中采用高碱度、低氧化性精炼渣,致使钢中生成尺寸较大的塑性夹杂物,严重影响钢材质量。炉渣组成对钢中夹杂物有很大影响,文章介绍了采用钢-渣平衡的方法对五种渣系(不同CaO/SiO_2和Al_2O_3%)钢中总氧和非金属夹杂物影响的研究。结果表明,钢-渣反应平衡后,顶渣中Ca O/SiO_2在1.93~4.54,Al_2O_3 %在21%~30%;钢中T.O在7×10~(-6)~19×10~(-6);钢中夹杂物呈球形,绝大多数尺寸在5μm以下,类型为Al_2O_3-Si O2-CaO-MgO系,部分夹杂物中含有少量MnO。当顶渣中Al_2O_3含量一定时,随着顶渣中(CaO+MgO)/SiO_2提高,T.O下降;夹杂物中MnO含量降低,CaO/Al_2O_3增加。当顶渣CaO/SiO_2一定时,随着渣中Al_2O_3含量的提高,T.O增加;夹杂物中Al_2O_3含量增加,CaO含量也相应增加,CaO/Al_2O_3变化不大,约在1,夹杂物中MgO含量和MgO/Al_2O_3下降。随着钢中T.O含量的增加,夹杂物的数量呈上升的趋势;钢中出现大尺寸夹杂物的几率增加。     

SWRCH22A冷镦钢100 t LF精炼造渣制度的分析和工艺优化

为减少钢中夹杂物和对夹杂物变性处理,防止连铸水口结瘤,对100 t LF 5炉SWRCH22A冷镦钢(/%:0.18~0.20C,0.44~0.62Si,0.85~0.89Mn,0.012~0.015P,0.006~0.009S,0~0.004Ca,0.000 7~0.001 0B,0.011~0.088Als)夹杂物钙处理进行了Ca-Al,Al-O,Al-S,Ca-S平衡热力学计算和氧氮分析。得出1 873 K[Ca]-[Al],a_([0])-[Al]和[S]-[Al]平衡曲线,1 823~1 923 K[Ca]-[S]平衡曲线,和5炉钢对应的实测值。通过分析,得出优化LF精炼工艺:(1)精炼终渣MgO=6%、SiO_26%、CaO/Al_2O_3=1.6~1.8;(2)转炉下渣量700 kg左右,精炼终渣量2 000 kg左右;(3)根据精炼终渣CaO/Al_2O_3=1.6~1.8的目标来决定造渣料的加入量;(4)避免喂钙线时钢水剧烈翻腾,并防止精炼结束到中间包过程钢水的氧化。     

精炼渣对SUS444铁素体不锈钢中夹杂物的影响

在1 873K,MgO坩埚内进行了VOD精炼渣与SUS444铁素体不锈钢之间的脱氧平衡试验,考察了精炼渣对不锈钢中T.O含量及夹杂物组成、数量和尺寸分布的影响。结果表明,脱氧终点钢中w(T.O)=0.006 3%~0.007 4%,提高精炼渣碱度,降低渣中Al2O3的活度,有利于降低钢中T.O含量。精炼渣碱度增加,试样中单位面积夹杂物的个数及夹杂物的平均面积分数都减小。降低渣中Al2O3含量,夹杂物平均粒径也降低。加入脱氧合金后,钢中夹杂物主要为Al2O3、MgO·Al2O3及含有少量SiO2、MnO的复合氧化物;钙处理后,钢中夹杂物主要为球形的MgO·Al2O3-CaO。随着精炼渣中a(MgO)/a(Al2O3)的增加,MgO·Al2O3夹杂物中xMgO/xAl2O3随之增加。根据试验,R=3.5、w(Al2O3)=10%、w(MgO)=10%、w(CaF2)=5%的精炼渣具有良好的精炼效果。     

电渣重熔过程中渣成分变化及钢中氧含量预测

利用XRF和XRD技术分析了电渣重熔过程中不同时间所取渣样的化学成分和物相结构。XRF分析得到电渣重熔过程中渣中Al2O3、CaF2、CaO、SiO2、FeO等成分含量随熔炼时间的动态变化。XRD分析表明:凝固的渣中存在11CaO·7Al2O3·CaF2、12CaO·7Al2O3、CaSiO3等高熔点物质,导致炉渣性质发生变化。根据熔渣化学成分,参考CaF2-CaO-Al2O3渣系的等电导率图和等黏度图,得到了电渣的比电阻和黏度随冶炼时间的变化情况。采用炉渣结构共存理论建立了温度为1 923和1 973K时与渣中Al2O3平衡的钢液中[Al]-[O]平衡关系图。计算结果显示,针对实验研究的钢种,当钢中酸溶铝含量w[Al]s在0.000 1%~1%范围内时,钢液中溶解氧含量随着w[Al]s的增加先减小后增大,当钢中w[Al]s达到0.25%时,钢液中w[O]最小。在实验条件下,因渣成分变化导致的钢中w[O]的波动范围是0.25×10-6~0.48×10-6。     

齿轮钢中非金属夹杂物控制技术研究

为了降低钢的T[O]含量和生成较低熔点的非金属夹杂物以改善合金结构钢的抗疲劳破坏性能,在炉外精炼中采用了高碱度和高Al2O3含量的渣系.研究发现LF和RH精炼结束时钢液T[O]含量均随炉渣碱度增加而降低,在炉渣Al2O3含量低于25%时,T[O]随炉渣Al2O3含量减少而降低,而当炉渣Al2O3超过25%后,T[O]则随炉渣Al2O3含量增加而降低.精炼过程钢液中夹杂物按"Al2O3系夹杂物→MgO-Al2O3系夹杂物→CaO-MgO-Al2O3系夹杂物"顺序发生转变,其中MgO-Al2O3系夹杂物向CaO-MgO-Al2O3系夹杂物的转变是由外向内逐步进行的,转变速度相对较慢,因而致使LF结束时钢中仍存在许多尚未转变的Mgo-Al2O3系夹杂物.钢液T[O]对夹杂物转变有显著影响,降低T[O]含量有利于生成较低熔点的CaO-MgO-Al2O3系夹杂物.