碳饱和铁水中TiC/N析出热力学研究

摘要：高炉原料中添加一定量的含钛原料是有效延长高炉寿命的方法之一，钛溶解度与温度间热力学关系是指导含钛铁水有效护炉的理论依据。以某钢厂生铁和商业钛铁合金为原料，制备得到含钛铁液，利用高温共聚焦显微镜（CSLM）进行高熔点物相TiC/N在线析出研究，从而获得铁水中钛的溶解度与温度的对应关系。研究结果表明，当生铁中钛的质量分数分别为0.31%、0.36%和0.47%时，对应的析出温度分别为1715.1、1745.1和1814.1K。氮分压为105Pa时，钛的质量分数分别为0.07%、0.11%和0.25%的铁液中TiC/N析出温度分别为1535.6、1594.3和1729.8K。得到熔融生铁中，钛的活度系数与TiC析出温度之间的关系式；同理，氮分压为105Pa时，得到了钛的活度系数与温度间的关系式。     

含钛铁水转炉冶炼及其预脱钛行为研究

基于河钢集团唐钢公司150 t转炉含钛铁水冶炼实绩,采用冶金热力学分析和现场试验相结合的方法,研究了含钛铁水转炉造渣冶炼及其预处理喷氮预脱钛行为。研究结果表明:铁水钛的质量分数在0.12%以下时,转炉采用单渣法冶炼,可控制喷溅。向含钛铁水中喷吹氮气,促使氮化钛类物质析出,从而降低铁水钛含量的方法可行。铁水氮含量越高、温度越低,越有利于铁水脱钛反应的进行。平衡条件下,铁水温度和钛的质量分数分别控制在1573 K和0.12%时,铁水中平衡溶解氮的质量分数在13×10-6;铁水预处理喷氮气预脱钛,其脱钛率在20%左右。     

高炉钛矿护炉存在问题及讨论

高炉配加含钛炉料是保护炉缸的措施之一，其护炉机制尚不明确，使用效果差异较大，长期使用还会给高炉操作带来一些不利影响。为此，对钛矿护炉机制和护炉失败原因进行了讨论，并通过热力学计算的方法，系统研究了钛矿护炉时高炉渣TiO₂含量、铁水TiC析出温度及钛含量的合理控制范围，从而指导生产实践，为高炉操作者选取钛矿护炉操作参数提供理论依据和参考。研究结果表明：钛矿护炉主要是通过降低铁水流速和促进炭砖复合保护层形成的双重作用来实现。消除炉缸侧壁气隙，保证传热体系的完整，可提高钛矿护炉效果。当前计算工况下，高炉渣中TiO₂质量分数、铁水TiC析出温度、铁水中钛质量分数分别控制在1.5%～3.0%、1 300～1 400℃、0.064%～0.11%范围内，能够有效护炉，减轻其带来的不利影响。     

高炉中析出Ti(C,N)的热力学探讨

由热力学计算结果分析了高炉冶炼含TiO_2铁矿时钛的物理化学行为,指出:有固体碳存在的,渣—铁界面不可能有纯TiN生成,析出的固体应该是Ti(C,N),其中TiN含量随着渣—铁界面处氮分压值的增加而增加。当高炉渣含TiO_2为13—28％时,生铁含钛量主要受形成碳氮化钛的反应所控制,与渣中TiO_2含量无关,温度低,有利于限制Ti(C,N)的析出。“低硅钛”操作是合理的。     

钒钛铁水中钒钛热力学分析

本文从热力学角度,对钒、钛在铁水中的溶解度,以及不同温度,不同渣中TO_2时的平衡含钛量进行了计算。结果表明:造成铁水粘度增加的原因是[Ti_平]>[Ti_溶]生成TiC、TiN或Ti(CN)。同时,对Fe-C-j(V,Ti)三元系的活度进行了理论推导,为今后进一步研究钒钛铁水的物理化学性质提供依据。     

含钛铁水流动性能研究

针对含钛铁水容易变粘稠的特点,在实验室中研究了不同[Si]、[Ti]含量变化对铁水粘度,熔化性温度以及流动性能的影响;结合热力学计算分析了钛在铁水中溶解度同温度变化的关系。结果表明:铁水变稠主要受钛的溶解和析出影响,[Si]对钛溶解具有消弱作用,铁水中∑[Si+Ti]为0.6%左右,含钛量在0.29%以下时,钛对铁水的粘度影响较小,适宜炉温的选择是防止含钛铁水变稠,铁水粘罐,渣铁难以分离等的关键。     

钛对高硼钢凝固组织及析出相的热力学分析

通过热力学计算和试验,研究了钛合金化后高硼钢含钛析出相在液相和凝固过程中的析出规律,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了高硼钢的凝固组织。研究结果表明不加钛的合金铸态组织由硼化物、铁素体、珠光体组成,钛合金化后铸态组织由第二相TiC、硼化物和铁基体组成;热力学计算结果表明含钛析出相均不可能在液相中析出,TiC在凝固的过程中析出,析出温度为1 691 K,析出时的凝固分数为29%,析出相的析出顺序为TiCTiB2TiB。     

真空碳热还原-酸浸含钛高炉渣制备TiC

中国超过50％钛资源在高炉冶炼过程中进入炉渣,渣中TiO2的质量分数高达20％～30％,是一种高附加值二次资源,但在对该资源综合利用过程中,始终未能解决经济提取、硅钛难分,二次污染严重等问题.在热力学理论指导下进行真空碳热还原-酸浸联合工艺处理含钛高炉渣制备TiC研究.研究表明,碳热还原温度越高或相同温度下真空度越高越有利于炉渣中各成分还原;随着真空度增加碳热还原温度要求降低;当温度达到1 573K,真空度为1 Pa,可将SiO2还原得到具有高蒸气压的SiO、MgO被还原为Mg蒸气而离开体系,可实现渣中硅镁与钛彻底分离;真空碳热还原含钛高炉渣制备TiC的最佳条件:还原温度1673 K,炉渣粒度75μm占80％,渣碳质量比100∶38.     

含钛高炉渣铁侵蚀炉衬的显微结构分析

对含钛高炉渣，铁显微结构的研究表明，攀钢高炉随冶炼强度的提高，炉渣组成发生变化，渣中TiC,TiN,Ti(C,N)含量减少，影响护炉效果，含钒钛的铁水中含有TiC,TiN,Ti(C,N),对护炉起着很大作用，因此钒钛矿护炉不单是含钛渣完成的，也有含钒钛铁水的作用。     

利用连续测量铁水温度判断高炉炉况

直至目前为止,人们对炉温的判断都是以生铁含矽为标志。从1963年起,我们开始点测铁水温度,发现同样的生铁含矽有很不相同的铁水温度。为了找出铁水温度与高炉工作状况的关系,1965年4月份开始进行了连续测量铁水温度试验。试验得出,铁水温度曲线变化,能反映炉缸工作状况,高炉顺行情况,比生铁含矽更灵敏的反映炉温变化动     

首钢A高炉炉渣降低MgO的热力学分析

为了研究首钢A高炉炉渣降低MgO的可行性,利用FactSage热力学软件,从理论上解析首钢A高炉炉渣中MgO对固相析出温度和黏度的影响。研究发现,A高炉炉渣固相析出温度在1 400 ℃左右,炉渣在高炉炉缸中全为液相并具有较好的流动性。1 500 ℃下,现有炉渣组分在相图中液相区,若MgO含量降低,炉渣仍处在液相区。MgO质量分数在2.87%～7.37%区间变化时,随MgO含量升高,固相析出温度增加;MgO质量分数升高1%,炉渣固相析出温度升高约3.73 ℃。随MgO含量升高,炉渣黏度降低。1 500 ℃下,MgO质量分数升高1%时,炉渣黏度降低0.014 Pa·s。分析认为,炉缸热状态较好(铁水温度在1 480 ℃以上)时,适当降低MgO质量分数至6%,炉渣黏度不会受较大影响;炉缸热状态较差(铁水温度在1 480 ℃以下)时,不建议降低MgO含量。     

HRB500E抗震钢筋中钛化物析出热力学分析

 钢液凝固过程中钛化物在液相、固相的存在形态对固相组织的性能有着重要的影响,其第二相析出起到细化晶粒的作用。为分析HRB500E抗震钢筋钢中TiN、TiC、Ti(C,N)析出物的析出规律,对TiN、TiC、Ti(C,N)析出物进行热力学计算。结果表明,TiN、TiC在钢液成分均质状态下难以析出,TiC_0.19N_0.81在温度为1 843 K时析出;在凝固过程中,由于Ti、N在凝固前沿富集,TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件,析出温度为1 745 K;在固相奥氏体中,TiN和TiC粒子具备析出热力学条件,TiC析出温度比TiN的低,铁素体中有TiC的析出。     

风口区燃烧温度及铁水温度连续测试

本文叙述了高炉风口区燃烧温度及铁水温度测试情况,并阐述了红外线辐射测温原理及方法.测试结果表明,在喷煤量相对均匀稳定情况下,风口区燃烧温度与生铁含[Si]量存在明量的提前量的正相关关系,其相关系数r为0.718;而铁水温度与生铁含[Si]量在炉渣碱度变化不大情况下,二者相关性较强,r为0.879.测试结果为高炉今后实现铁水含Si预报及动态控制提供了新的信息。     

高钛钢中TiC析出机制

通过凝固实验并结合Thermo-Calc软件研究了高钛钢(Ti 质量分数为0.6％)在凝固过程中 TiC 的析出方式及形态.结果表明：由于选分结晶的作用,TiC在凝固最后阶段沿着原始奥氏体晶界析出,并形成离异共晶组织,以片状或杆状形式存在,析出相厚度约为1~3μm.Mo 溶入 TiC 后形成(Ti,Mo)C,相分析数据表明,Ti/Mo 质量比为3.4.采用热力学软件及TiC溶解度积分别得出TiC开始析出温度分别为1453及1487℃,析出温度略高于固相线温度,析出质量分数可以达到0.35％.     

Fe C N金属熔体作用浓度计算模型

 实验在MoSi2电阻炉内用饱和浓度法测试了Fe C N体系氮的浓度和活度,并根据含化合物的金属熔体结构的共存理论模型,推导了Fe C N金属熔体作用浓度计算模型。实验测得1 485 ℃碳饱和的Fe C N熔体中在氮分压01 MPa时氮的溶解度为0006 5%,并且计算的作用浓度与相应的实测活度相符合,从而证明所得模型可以反映Fe C N金属熔体的结构本质,由模型得出金属熔体高碳含量有利于脱氮。     

碳含量对帘线钢凝固析出TiN夹杂的影响

对含碳量(质量分数)分别为0.72%、0.82%和0.95%的帘线钢凝固析出TiN夹杂进行热力学研究,结果表明:碳含量对于不同强度级别的帘线钢中TiN夹杂的析出有着明显的影响.随着帘线钢碳含量增加,凝固前沿温度逐渐降低,析出TiN夹杂所需的氮钛活度积也逐渐下降.在相同的钢液初始Ti、N含量条件下,较高碳含量的帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸会大于较低碳含量帘线钢中析出的TiN夹杂尺寸.为了控制超高强度级别的过共析帘线钢中TiN夹杂的析出对帘线钢加工性能的有害影响,必须通过冶炼工艺进一步降低钢液中的钛、氮含量.     

高炉控制铁水砷含量的研究

由于高炉原料无法完全脱除砷,进入高炉后将导致铁水含砷量过高,从而影响炼钢工艺及钢材质量.通过控制入炉全铁含砷量、铁水温度、碱度、炉顶压力等参数,高炉获得了较高的铁水脱砷率,得到符合生产要求的铁水.试验表明:当入炉全铁砷含量、铁水含硅量、R2、渣比、铁水温度、炉顶压力分别控制在0.015%、0.4%、1.20、400 kg/t、1 490℃、220 kPa时,铁水脱砷率最高达67%,铁水含砷量仅为0.007%.     

CSP流程钛微合金化高强钢的第二相粒子析出行为

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法并结合热力学计算,分析了CSP工艺生产的钛微合金化高强钢的析出物特征及析出规律.研究发现:屈服强度700 MPa级高强钢中存在大量球形的纳米级TiC和Ti(C,N)粒子及少量不规则形状、100 nm以上的Ti₄C₂S₂粒子,TiN在连轧前完成析出,TiC主要在卷取和空冷时析出.不含钼钢和含钼钢(0.1% Mo)中MC相的质量分数为0.049%和0.043%,由于钼的加入,含钼钢中Ti的析出量较少,但析出粒子更为细小,并定量得到了不含钼钢和含钼钢的析出强化效果分别为126 MPa和128 MPa.      

攀钢西昌钢钒高炉铁水适宜硫含量分析

为了寻求炼铁、炼钢工序经济适宜的铁水硫含量,通过对生产数据的统计,分析了攀钢西昌钢钒1号高炉铁水硫含量与技术经济指标的关系,得到了攀钢西昌钢钒高炉铁水钛含量与铁水硫含量及焦比的回归公式;并依据高炉冶炼过程中实际的矿焦比与铁水钛含量的经验数据,计算分析了不同铁水硫含量与炼铁的原、燃料成本的关系,综合考虑炼钢脱硫成本的变化,得出当前硫负荷条件下铁水适宜的硫含量(质量分数)应控制在0.085%左右.     

鞍钢7号高炉护炉实践

鞍钢7号高炉护炉实践表明,高炉上部加钒钛矿和下部喷吹钛精矿粉相结合,能在炉缸、炉底析出高熔点的TiC、TiN,润湿性强,形成坚固的保护层(钛积物)粘附于炉衬而起到护炉作用。大剂量地加入钛矿(TiO_211～15kg/t铁)和提高生铁含[Si]量(1.0～1.5%),是护炉取得成效的重要原因,堵风口和加强冷却对钛矿护炉起强化作用。