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。     

钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物的影响

 为了研究高碳含硫铝镇静钢中夹杂物的控制策略,利用ASPEX自动扫描电镜研究了钙处理对高碳铝镇静钢中夹杂物形貌、成分等特征的影响。结果表明,钙处理后夹杂物并未由LF精炼结束时的MgO·Al2O3转变为低熔点钙铝酸盐,而是转变为[x(MgO·Al2O3)·(1－x)CaS]复杂成分体系,夹杂物中MgO/Al2O3的质量比维持在1[∶]3不变。原因在于,钢液中[w([S])/w(T[O])]比较高,导致钙主要与硫结合生成CaS,而较少参与MgO·Al2O3的改性;精炼渣碱度低使得钙无法还原MgO。在此基础上对钙处理时夹杂物的生成与转变机理进行了讨论。     

超低氧精炼时钙处理对氧化物夹杂的影响

 研究了采用LF精炼顶渣控制技术对钢液进行超低氧冶炼时,钙处理对钢中非金属夹杂物的影响。试验在转炉出钢时采用铝终脱氧,LF精炼过程采用强脱氧、高碱度、强还原性精炼顶渣对钢液进行超低氧冶炼,比较了钙处理和不钙处理的钢液中非金属夹杂物转变的情况。结果表明,采用精炼顶渣控制技术冶炼超低氧钢时,钢液不需要进行钙处理就能实现铝脱氧产物Al2O3→MgO·Al2O3尖晶石→CaO-MgO-Al2O3类复合夹杂物的转变,得到炼钢温度下呈液态的复合氧化物夹杂,这些液态的夹杂物容易通过碰撞长大上浮去除,得到高洁净度的钢液,且残留在钢液的氧化物夹杂为较低熔点的复合氧化物,在浇注过程中不会产生水口结瘤。     

石油套管钢中镁铝尖晶石的形成与改性

通过石油套管钢的工业试验及热力学分析,研究精炼过程中镁铝尖晶石的形成和改性机理。结果表明:当钢液中溶解铝分别为0.02%和0.05%时,溶解镁只要达到1.5×10-6和2.8×10-6,钢中便有镁铝尖晶石生成;钢液中溶解铝0.02%,镁含量为4×10-6~8×10-6时,钢中溶解钙含量只要分别达到0.21×10-6和0.42×10-6,钢液中的镁铝尖晶石便开始向液态钙铝酸盐转变;镁铝尖晶石比氧化铝更容易改性为液态夹杂物;钢液精炼过程中夹杂物受钢渣反应和钙处理的影响,按照Al2O3→MgO-Al2O3系夹杂物→Ca O-Al2O3-MgO或Ca O-Al2O3系液态复合夹杂物的过程演变。     

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。     

430不锈钢尖晶石夹杂物控制的热力学分析

通过热力学计算,得出了硅脱氧430不锈钢熔体Fe-Mg-Al-Si-O体系MgO.Al2O3、2MgO.SiO2、3Al2O3.2SiO2和2MgO.2Al2O3.5SiO2的平衡相图,分析了控制尖晶石夹杂物形成与转变的热力学条件。结果表明:1 873 K时,当钢中Al的质量分数在1×10-6以下,钢水中基本不形成镁铝尖晶石;随钢水中溶解铝含量的逐渐降低,由尖晶石转变为2MgO.SiO2所需的溶解氧质量分数逐渐提高。当钢水中溶解镁的质量分数在2×10-6,控制钢水中w(Al)4×10-5、w(O)8×10-6时,对于抑制不锈钢尖晶石夹杂物的形成有利。     

镁对X120管线钢夹杂物的作用

 运用热力学计算了X120管线钢中氧化镁及其复合夹杂物在钢液中的析出条件,以X120管线钢酸溶铝目标质量分数0.025%为例,0.00046% 0.0033%,钢中将有MgO生成。在X120管线钢的成分下,w(［Ti］)=0.016%时,w(［Mg］)=00008%就可以生成2MgO·Ti2O3复合夹杂。微镁处理的X120管线钢中的夹杂物全部是细小的含镁复合氧化物或是含镁氧化物与硫化物的复合夹杂。镁处理钢中的夹杂物小于2 μm的占85%,2~5 μm的占14.5%,5~10 μm的夹杂物仅有0.5%,看不到大于10 μm的夹杂物,大大优于钙处理钢。     

帘线钢中酸溶铝含量的变化及其对夹杂物的影响

 研究了采用LD－RH－LF－CC工艺流程生产帘线钢时,钢中酸溶铝含量的变化情况。研究发现,精炼过程中酸溶铝含量略有下降,但连铸过程中酸溶铝含量急剧下降。夹杂物中Al2O3含量随着酸溶铝含量的上升而逐渐增大。SiO2含量降低时夹杂物熔点提高。采用低碱度、低Al2O3含量的顶渣精炼工艺,严格控制钢中w(［Als］)在0.0005%～0.001%范围内,促进夹杂物上浮,有利于钢中氧化物夹杂的数量减少、尺寸细小和塑性化。     

含钛焊丝钢小方坯连铸水口的结瘤机制

 利用扫描电镜对含钛焊丝钢中夹杂物性质及连铸水口结瘤物的物相组成进行了分析,并结合热力学计算研究了水口结瘤的形成机制。结果表明,LF 精炼出站钢液中存在大量Al2O3、TiO2夹杂物,并不断附着沉积在水口内壁形成氧化铝型、氧化钛型或两者结合的结瘤物,连浇炉数仅为4次。通过优化钢中［Al］-［Ti］-［O］关系,控制铝质量分数在钛-铝竞争氧化平衡线之上,即w(［Ti］)/w(［Al］)4/3>84.49 且w(［Ti］)/w(［Al］)>7.46,当钢液中w(［Al］)<0.0068%时,能够降低Al2O3夹杂比例,有效减轻水口结瘤,连浇炉数提升至6炉次。     

超低氧含量弹簧钢中非金属夹杂物的控制

为了减小夹杂物对Al脱氧弹簧钢的危害,通过钢渣之间、钢液和夹杂物之间的反应尽快使脱氧产物Al2O3夹杂变性为低熔点的铝酸钙夹杂.炉渣ω(CaO)/ω(MgO)高,夹杂物更容易转变为铝酸钙夹杂物,炉渣ω(CaO)/ω(MgO)大于8时,在LF精炼中期,夹杂物已经由MgO·Al2O3尖晶石向铝酸钙转变;炉渣的氧化性延缓了夹杂物向铝酸钙的转变;钢液S、Al含量低,夹杂物更容易控制在低熔点区域内.随着钢液T.O的降低,夹杂物中氧化物夹杂占的比例逐渐减少,CaS夹杂占的比例逐渐增加.     

Ti-IF钢非金属夹杂物形核热力学和演变机理

通过热力学计算与SEM-EDS检测对酒钢BOFLFRHCSP工艺Ti-IF钢夹杂物形核的热力学进行了研究。结果表明,在Ti-IF钢中夹杂物形核主要是非均匀形核,最易形成TiN,其次为CaO,然后为Al_2O_3。温度升高有利于Al_2O_3、CaO的形成;TiN的形成受温度影响较小。Ti-IF钢中w([Als])控制为0.027%~0.055%时,w([Mg])只需大于0.000 015%,就会有镁铝尖晶石MgO·Al_2O_3(MA)析出。Ti-IF钢中夹杂物演变主要有3种途径,分别为尖晶石与硅酸钙的复合夹杂Al_2O_3→MA→MgAlCaSi、低熔点的铝酸钙夹杂Al_2O_3→CaO·6Al_2O_3(CA_6)→CaO·2Al_2O_3(CA_2)→CaO·Al_2O_3(CA)→3CaO·Al_2O_3(C_3A)/12CaO·7Al_2O_3(C_(12)A_7)以及钛的复合物或钛的化合物Al_2O_3→TiOx→Al_2O_3·TiOx和Ti→TiN/Ti(C,N)。     

LF精炼渣成分对帘线钢中铝含量的影响

 根据冶金熔体的共存理论,计算了CaO-MgO-MnO-FeO-SiO2-Al2O3六元渣系各组元的作用浓度。结合生产实际数据,建立了LF精炼过程中精炼渣成分和w［Al］之间氧化还原反应的数学模型,计算了精炼渣成分对w［Al］的影响。结果表明,LF精炼过程中w［Al］受w［Si］、w(FeO)联合控制。低碱度、低Al2O3含量的精炼渣对控制w［Al］有利,如果精炼渣碱度控制在0. 9,Al2O3含量(质量分数,下同)控制在3%以下,则可以将w［Al］控制在6×10-6以下。适当提高FeO含量有利于降低w［Al］。     

LF热态钢渣循环利用炉渣成分控制

 为了实现LF热态钢渣的循环利用,对目前武钢LF热态钢渣两次循环利用工艺中精炼渣的组成、脱硫能力及吸收夹杂能力的变化进行了分析研究。结果表明,LF热态钢渣循环利用后钢水的脱硫率可以达到90%以上,精炼终点w（［S］）可以达到0.001%的水平;相对于未循环工艺,钢中w(T［O］)减少17.50×10-6,w(［N］)减少17.00×10-6,夹杂物数量减少4.47个/mm2。根据两次热循环利用结果得出：通过控制回收的渣量及补加石灰的量,可保证循环后初始炉渣中的w((S))小于0.20%,终渣碱度（w(CaO)/w(SiO2）)在12.00～20.00范围,w(CaO)/w(Al2O3)为1.75～2.00,从而使精炼渣的脱硫效率、w((S))/w(［S］)不受循环次数的限制。     

精炼渣对高锰钢中非金属夹杂物的影响

 为了研究精炼渣对高锰钢中非金属夹杂物的影响，采用渣/钢平衡的试验方法研究了MgO SiO2 Al2O3 CaO系精炼渣对Fe xMn高锰钢(x=10%, 20%)中非金属夹杂物的影响。结果表明，无顶渣情况下，高锰钢中夹杂物主要为MnO类和MnO Al2O3类2类。加入精炼渣后，夹杂物类型发生了变化，主要有 MnO类、MnO SiO2类和 MnO Al2O3 MgO类3类，其中MnO SiO2类数量最多。采用ASPEX扫描电镜对夹杂物的平均成分进行分析，无顶渣时高锰钢中夹杂物的成分主要是MnO，质量分数在95%以上，并含有质量分数为4%左右的Al2O3。加入精炼渣后，夹杂物中MnO质量分数降低，SiO2质量分数显著增加，MgO质量分数增加。热力学计算结果表明，加入精炼渣后，渣/钢间反应4［Al］+3(SiO2)=2(Al2O3)+3［Si］和2［Mn］+(SiO2)=2(MnO)+［Si］的吉布斯自由能均小于零，这说明在本试验条件下，钢液中的［Al］和［Mn］会还原渣中SiO2，生成的［Si］进入钢液，进而与钢液中的［O］结合，导致夹杂物中SiO2增加。     

Inclusion Composition Control During LF Refining for SPCC Using FactSage Combined With Industrial Trials

Steel plate cold common (SPCC) is a Al-killed steel with Ca-treatment. The control of Al2O3 inclusion into low melting point liquid region is beneficial for inclusion removal, cast-ability promotion and defects reduction during rolling. Thus it is essential to understand steel-inclusion equilibrium since inclusion composition is determined by composition of liquid steel directly through steel-inclusion reaction. Thermodynamic calculation software FactSage is performed to understand how to control inclusion composition during ladle furnace (LF) refining, and industrial trials are carried out to verify calculated results. Firstly, target region for controlling CaO-Al2O3-MgO ternary inclusion is analyzed on the basis of the ternary phase diagram and the relationship between activities related to pure solid and activities related to pure liquid was fixed by thermodynamic analysis in order to obtain reliable activities for components of inclusions in the target region by FactSage. In addition, inclusions in steel samples are detected by scanning electron microscopy (SEM) combined with energy dispersive spectroscopy (EDS). It is found that most of Al2O3 inclusions are modified into lower melting point region but a number of them are still located in high melting point region at the end of LF refining after Ca-treatment. Moreover, the composition of liquid steel equilibrating with liquid CaO-Al2O3-MgO inclusion is obtained by steel-inclusion equilibrium calculation when w[Al]s is approximating 0.03% as: a[O] is 1.0×10-6 to 4.0×10-6, w[Ca] is 20×10-6 to 50×10-6 and w[Mg] is 0.1×10-6 to 3.0×10-6. At last, stability diagrams of various calcium aluminates and CaS are established and they show that liquid calcium aluminate inclusions form when w[Ca] is more than 20×10-6, but CaS precipitation is difficult to prevent because sufficiently low w[S] (<0.003%) is required.     

精炼渣与高锰高铝钢液的相互作用

摘要：为了研究精炼渣与高锰高铝钢液相互作用规律,以CaO-5%SiO2-Al2O3-8%MgO精炼渣与Fe-15Mn-10Al-0.7C高锰高铝钢液在1600℃的渣金反应为研究对象,分别在渣金反应5、15、30、60和90min时取钢样和渣样,通过钢液和渣成分变化进行了渣金反应动力学计算。结果表明：整个渣金反应过程中,钢液中［Al］和渣中SiO2不断降低、渣中Al2O3不断增加;精炼渣与高锰高铝钢液反应前期限制性环节为［Al］在边界层的传质,反应后期渣成分发生改变、黏度升高以及渣中固相颗粒形成,使得SiO2在渣中的传质条件恶化,SiO2向反应界面的传质成为渣金反应的速率限制环节;精炼渣与高锰高铝钢反应分3个阶段：初期反应剧烈、中期渣金界面形成尖晶石层并阻碍渣金反应、后期反应趋于稳定。     

Characteristics of Deoxidation and Desulfurization during LF Refining Al-killed Steel by Highly Basic and Low Oxidizing Slag简

Steel and slag samples were taken at the start and the end of LF refining for steel plate cold common （SPCC）, in the compact strip production （CSP） process, and at the same time, the temperature and oxygen activity a[o] were measured by using an oxygen sensor. Furthermore, inclusions in steel samples were monitored by scanning electron microscopy （SEM） combined with energy dispersive spectroscopy （EDS）. It was confirmed that a [o] in liq- uid steel was in equilibrium with inclusion rather than with top slag during LF refining. Desulfurization was related to deoxidation since a[o] at slag-steel interface was clarified to be very close to that in liquid steel under the specific con- dition in LF with intense stirring by argon blowing and refined by highly basic low oxidizing slag for Al-killed steel. Sulfur partition ratio （Ls） was very sensitive to a[o]. Since a[o] increased rapidly with temperature rise, it not only offset promotion to desulfurization reaction with temperature rise but decreased Ls. For Al-killed steel, the.modifica- tion of Al2O3 for lowering the activity of Al2O3 in inclusion was believed to be favorable for both deoxidation and desulfurization during LF refining.     

无取向硅钢W800生产过程中夹杂物演变规律

 针对210 t BOF- RH- CC工艺生产的无取向硅钢W800,采用氧氮分析仪、扫描电镜、图像分析、大样电解的手段,研究W800生产工艺过程中钢水洁净度的变化及钢中夹杂物数量、尺寸、类型的演变规律。研究表明：钢中w（T［O］）总体上逐渐降低,w（［N］）逐渐增加;钢中夹杂物尺寸大部分集中在0～3 μm,在冶炼过程中夹杂物的数量不断减少;RH精炼过程中钢中夹杂物为Al2O3和少量MgO- Al2O3夹杂;中间包中MgO- Al2O3夹杂数量增加,单独Al2O3夹杂减少;铸坯中的夹杂物主要为AlN、Al2O3和MnS,尺寸在10 μm以下,没有发现单独的Al2O3,铸坯中大型夹杂物主要为脱氧产物、卷入的炉渣与炉衬反应形成的Al2O3- SiO2、CaO- Al2O3- SiO2、CaO- MgO- Al2O3复合夹杂。