釉质耐火材料与铝脱氧钢水之间的化学反应

通过与典型钢包炉渣CaO—MgO—Al2O3-SiO2之间的作用得到高氧化铝釉质耐火材料,研究了1600℃条件下,该釉质耐火材料对铝脱氧钢中非金属夹杂物产生的影响,并且研究了釉质耐火材料随反心时间的化学变化以及显微组织变化。为了了解其间发生的复杂化学反应,同时完成厂热力学分析。在釉质耐火材料和钢水之间发生反应过程中,可以观察到2个化学反应,即釉质和钢水之间以及釉质和原始耐火材料之间的化学反应。通过这些化学反应,釉质中的SiO2被钢水中的铝还原成硅。釉层也从含有少量尖晶石微粒的CaO—MgO—Al2O3-SiO2液相转变成含有尖晶石和CaAl4O2微粒的CaO—MgO—Al2O3液相。试验发现,在耐火材料的多孔尖晶石区发生严重侵蚀,并且作为主要夹杂物的尖晶石杂物来自釉质耐火材料。本研究阐明了釉质耐火材料的侵蚀机理。     

高强度合金钢用高碱度渣精炼时非金属夹杂物演变机理的实验室研究

通过采用高碱度渣完成了高强度合金钢中非金属夹杂物演变机理的实验室研究讨论,目的在于形成低熔点的夹杂物以提高钢的抗疲劳性能。试验发现：钢／渣反应时间对夹杂物类型、组成和形态影响较大。随着反应时间从30rain延长至180min,固体MgO—Al2O3,以及MgO一基夹杂物最终转变成低熔点的（〈1773K）CaO—MgO—Al2O3,系夹杂物,而夹杂物形态变化路径为块状／角状一近似球状一球状。通过热力学计算得到A1：03／MgO·Al2O3／MgO和MgO／MgO-A1203／CaO·2Al2O3稳定图。结果表明：在钢一渣反应前期阶段将会形成MgO和MgO·Al2O3,夹杂物,因为Mg在钢水中的的活度远大于ca在钢水中的活度。然而,随着Ca活度的增加,固体MgO·Al2O3和MgO夹杂物将不可避免地并且逐步转变成复杂液态夹杂物,甚至当溶解[Ca]低到0．0002％时。因此,通过高熔点固体MgO·Al2O3,或MgO一基夹杂物核心周围被低熔点CaO—Al2O3外表面层环绕,描述CaO—MgO—Al2O3体系夹杂物的SEM—EDS图,其在热轧过程中被软化,因此有助于提高钢的抗疲劳性能。建立的模型阐明了夹杂物的变化机理,定性讨论了夹杂物的转变动力学,分析速度控制环节。从中发现了Mg和Ca在固体夹杂物核心的扩散,并且在夹杂物演变过程过程中,外表面层形成CaO—Al2O3可能是限制环节。然而,仍需进一步定量讨论有关夹杂物演变动力学的研究。     

X80管线钢精炼过程夹杂物研究

采用铁水脱硫－转炉－LF炉－RH－钙处理－连铸工艺路线,出钢采用Al脱氧,造高碱度低氧化性精炼渣,生产X80管线钢。研究了精炼过程中夹杂物的成分、尺寸、形貌和数量等变化情况,确定了钢中夹杂物在不同精炼环节的变化规律,探讨了夹杂物中MgO和CaO的来源。结果表明,采用该冶炼工艺路线所生产的管线钢总氧含量在10－12ppm之间,钢中20µm以下夹杂物所占比例达到了90%,钢水具有很高的洁净度水平。在精炼过程中夹杂物MgO含量逐渐降低、CaO含量逐渐增加,精炼结束后钢中夹杂物为球形MgO－Al2O3－CaO类夹杂物,MgO、Al2O3和CaO平均含量分别2.6%、53.7%和43.7%,该类夹杂物外层为CaS,在精炼钢水温度下为液态,表明钢中夹杂物得到了有效的变性处理。在钢中夹杂物去除效果方面,软吹氩工艺对于10um以下夹杂物的去除效果最好,去除率达到了81%。     

冷轧薄板钙镁铝尖晶石类夹杂物成因分析

摘要：针对超低碳铝脱氧镇静钢在冷轧冲压过程中出现开裂情况进行了电镜和能谱成分分析,确定了主要夹杂物含有Al2O3、CaO及MgO,为钙镁铝尖晶石类夹杂物。研究了该问题炉次的钢包顶渣组分、中间包覆盖剂及涂层侵蚀情况,讨论了夹杂物的来源。结果显示,Al2O3为脱氧产物及二次氧化的产物;CaO的来源为渣中较高活度的CaO与钢水中酸溶铝Als反应导致Ca元素进入钢水,进而与钢水中的O生成CaO。MgO主要为中间包覆盖剂氧化镁及涂层融蚀的氧化镁进入中间包渣系,与钢水中的Als反应导致Mg元素进入钢水,再与钢水中的O生成MgO。     

2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的形成机制

摘要：为了研究2205双相不锈钢连铸过程中夹杂物的特征及形成机制，从2205双相不锈钢连铸中间包和板坯上分别取试样，利用扫描电镜分析夹杂物的类型及形貌特征，并结合热力学计算探讨夹杂物的演变规律及其形成原因。结果表明，2205双相不锈钢中间包中存在大于10μm的夹杂物，中间包中夹杂物类型主要为CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物，板坯中夹杂物尺寸都小于10μm，板坯中CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物外面包裹了一层TiN。错配度和热力学计算表明凝固过程中CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO球形夹杂物为TiN的析出提供了形核质点。     

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。     

高强船板钢精炼过程中夹杂物行为研究

采用扫描电镜和相图分析软件研究两种不同精炼工艺下高强船板钢中夹杂物的变化行为,结果表明:两种精炼工艺下,钢中的夹杂物变化为Al2 O3→CaO·Al2O3·MgO→CaO·(Al2O3)·CaS→CaO·CaS·(Al2O3);与LF炉为主的精炼工艺相比,采用以VD炉为主的精炼工艺,钢水中夹杂物密度从11.5个/mm2降至3.4个/mm2,小于5μm的夹杂物数量下降明显.     

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.     

铝镇静钢钙处理后碰撞行为对Al2O3夹杂物变性的作用

 对铝镇静钢LF精炼钙处理后不同时期取钢样,通过SEM-EDS观察钢样中夹杂物,分析钙处理后铝镇静钢中夹杂物变性机制,并提出了一种夹杂物变性的碰撞机制：在钙处理后,由于钙浓度在钙气泡周围较高形成了CaO类夹杂物, 其与钢液中已有的Al2O3类夹杂物相互碰撞结合在一起,然后二者发生化学反应变性为低熔点的液态夹杂物。通过相图分析从理论上指出：Al2O3类夹杂物可与CaO通过碰撞变性,且其变性机制和控速环节与Al2O3类夹杂物通过与钙发生还原反应的变性不同。夹杂物碰撞使变性速率大大加快,几分钟之内即可良好变性。在本次试验中,约有21%的Al2O3类夹杂物通过与CaO碰撞发生变性。实验室试验和其他研究者的工业试验结果均证明：在二次精炼过程中,通过往钢包中喂入CaO类粉末可以使Al2O3夹杂物变性。     

X80管线钢精炼过程中夹杂物行为研究

研究了国内某厂生产X80管线钢精炼过程中夹杂物的转变.BOF出钢阶段加铝脱氧,钢中夹杂物以伴有极少量MgO的Al2O3为主;LF过程采用高碱度高还原性渣精炼,钢中Al2O3夹杂物向钙铝酸盐和CaO-MgO-Al2O3复合夹杂物转变,平均成分靠近低熔点区;RH真空处理后,夹杂物中Al2O3和MgO的含量减少,CaO含量增加,夹杂物成分分布较为分散;钙处理后,钢中CaO-MgO-Al2O3复合夹杂比例明显减少,CaO与CaS比例明显增加,夹杂物平均成分已经远离低熔点区,达到了高品质管线钢的冶炼效果.     

409L不锈钢冶炼过程夹杂物特征及成因

  对409L不锈钢AOD LF CC冶炼过程的不同阶段取钢样,利用扫描电镜和能谱仪研究了钢液中夹杂物的类型,并分析了夹杂物的形成原因。结果表明：AOD钢液中夹杂物主要为CaO SiO2 Al2O3 MgO;LF中夹杂物主要为MgO Al2O3 TiOx;中间包中夹杂物主要为MgO Al2O3 TiOx和TiN。     

钢包使用次数对钢水中非金属夹杂物形成的影响

瑞典Hagfors的Uddeholm Tooling进行了一项实验研究,以检验钢包釉面对钢水中非金属夹杂物形成的影响.钢水样取自不同处理阶段和不同使用次数的钢包.在光学显微镜下计算夹杂物数量时发现,脱氧前和钢包处理结束时,夹杂物总数随钢包使用次数的增加而增多,钢包使用18次以上时,增加明显.其中大部分是尺寸极小的夹杂物.钢水试样内总氧含量和溶解氧含量间的差值进一步证实了这一观察结果,也证明了夹杂物数量随钢包使用次数的增长而增多的结论.SEM-EDX分析表明,浇铸前有两种类型夹杂物,即一种是与3CaO*Al2O3成分极相近的氧化物夹杂,另一种是与第一种相似的氧化物及MgO相组成的夹杂.这一结果与钢包釉面渣渗透层内存在3CaO*Al2O3和MgO的报告结果一致.由此得出结论,钢包釉面是钢包处理过程中,工具钢内非金属夹杂的最主要来源.     

49MnVS非调质钢水口堵塞原因分析

 非调质钢中含有较多的铝和硫,常在连铸过程中因水口蓄积钙铝酸盐或硫化钙而发生堵塞,影响生产的顺利进行。为了探究非调质钢的水口堵塞原因并提出预防措施,采用X射线荧光分析、X射线衍射分析和热力学计算,分析了非调质钢49MnVS的水口堵塞结瘤物。结果表明,水口堵塞物主要由CaO·6Al2O3、CaO·Al2O3、MgO·Al2O3和金属铁相组成,生产中钙的收得率仅为预期的53.33%;热力学计算表明,水口堵塞的原因是钢液中的钙铝质量比较低,生成了大量高熔点的CaO·6Al2O3和CaO·Al2O3夹杂物,夹杂物在水口处黏附聚集;同时,由于MgO-C质水口耐火材料被侵蚀,MgO在絮流区与Al2O3碰撞生成MgO·Al2O3,铁液滴在夹杂物孔隙中凝固黏结,使堵塞物进一步长大,将水口完全堵塞。因此,可以通过优化喂线操作、控制钢中的钙铝比位于0.127～0.225、改进水口材质等措施来预防水口堵塞。     

钢包和中间包内衬耐火材料与碳钢的化学反应

在有些情况下,对钢产品内部质量的影响并不取决于生产过程中的误操作,而是低估了液态钢水与不同工序中接触到的材料间的化学反应。尤其是在铸锭生产中,这一点尤为明显。讨论了钢包与中间包内衬耐材与普碳钢间发生的化学反应。这些试验涉及高铝质、铝硅质、铝镁尖晶石质耐火材料,研究了它们在液态钢水中形成夹杂物的倾向性。试验结果表明,在钢水—耐材接触面上会产生一个富含MnO的新相,这一新相的量与二氧化硅在耐材中的活性及锰在钢液里的活性成正比。试验还表明,由液态钢水与耐火材料相互反应产生的接触面可产生新的外来夹杂物进入钢液中。试验结束后,对钢样中新的夹杂物成分做的分析表明,成分取决于耐材—钢水接触面的组成。因此,不同钢厂应该结合自身生产的钢种产品化学组成来选用耐火材料的化学成分设计。     

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。     

钢水中夹杂物与耐火材料的反应吸附行为

 连铸浇注过程中耐火材料壁面常出现夹杂物聚集、结瘤的问题,不仅降低连铸生产效率和耐火材料寿命,还影响铸坯质量。研究钢液中Al2O3夹杂物在MgO壁面结瘤过程,建立Al2O3夹杂物和MgO壁面的化学反应吸附模型。模型分析结果表明,耐火材料壁面粗糙度为3 μm,夹杂物与壁面接触时间为2×10－6 s,化学反应生成的MgAl2O4可以使半径小于42 μm的夹杂物颗粒吸附在壁面上;半径为5 μm的夹杂物颗粒受到的化学吸附力在5×10－6 s时间内由1.3×10－6增加到2.8×10－6 N;尺寸小于3 μm的夹杂物颗粒非常容易结合在一起,引发结瘤问题。模型的分析结果与实际生产结果相吻合,具有较好的适用性。     

Ti-IF钢水口堵塞分析

通过扫描电镜对Ti-IF钢水口堵塞物进行分析,研究表明水口堵塞物中分为2层,其中靠近水口耐火材料部分反应层为Ti-Al-O复合夹杂物和Al2O3夹杂物的混合物,靠近钢水的堆积层为Al2O3夹杂和冷钢的混合物。利用扫描电镜对浇铸炉次的中间包钢水中的夹杂物进行了分析,通过分析发现中间包钢水中含有大量的Ti-Al-O复合夹杂物和Al2O3夹杂,中间包钢水中Ti-Al-O复合夹杂物和Al2O3夹杂是水口堵塞的主要原因。     

GCr15轴承钢中非金属夹杂物的转变

采用气体分析法、化学分析法、扫描电镜-能谱分析法,对GCr15轴承钢生产过程中的非金属夹杂物进行了研究。工业试验表明,GCr15轴承钢在LF-VD工序夹杂物转变规律为Al2O3→MgO·Al2O3→Al2O3·xCaO·yMgO→MgO·Al2O3或MgO;利用CaO-MgO-Al2O3三元相图对渣系进行优化,适当提高炉渣的wCaO/wAl2O3,提高渣中CaO含量,降低渣中w(FeO+MnO)含量,利于实现最终夹杂物向低熔点区(θm≤1500℃)转变。     

Q345钢精炼过程夹杂物成分的变化

通过工业试验研究了Q345钢在钢包精炼过程和RH处理过程中夹杂物成分的变化。结果表明:通过与高碱度、低氧化性渣的反应,钢水中的大部分Al2O3夹杂物转变为具有较低熔点的CaO-Al2O3-MgO夹杂物。研究了RH处理后钙的加入量对夹杂物成分的影响。结果表明:当钢包顶渣的成分控制在w(CaO)=50%～55%、w(CaF2)=5%～8%、w(Al2O3)=25%～30%、w(SiO2)=5%～8%、w(MgO)=5%～10%、w(FeO)<1%,经过钢包精炼和RH处理,每吨钢水中加入0.12 kg钙后,钢水中夹杂物的平均成分处于低熔点(≤1 500℃)区。     

连铸Ca处理钢水过程中夹杂物粘附浸入式水口的机理

调查了连铸Ca处理钢水过程中 ,引起浸入式水口堵塞的夹杂物粘附的实际状态 ,同时进行了氧化铝粘附模型实验。根据实验结果 ,研究了在连铸Ca处理钢水时 ,浸入式水口内壁发生夹杂物粘附的机理。结果发现 ,在连铸Ca处理钢水过程中 ,迅速堵塞的浸入式水口内壁粘附着固态CaO·6Al2 O3 与熔融TiO2 ·CaO·Al2 O3 的混合物 ,其来源是钢水中的CaO·6Al2 O3 。在氧化铝粘附模型实验中 ,当Al2 O3 颗粒没有被CaO改性为液体氧化物时 ,Al2 O3 之间会形成TiO2 ·CaO·Al2 O3 液体连接桥并迅速在水口内粘附凝结。熔融TiO2 ·CaO·Al2 O3 液体连接桥的连接粘附力比范德瓦尔斯力和钢水表面张力所产生的粘附力大。当夹杂物没有因Ca处理而充分改性时 ,可以认为钢水中生成的CaO·6Al2 O3 会因熔融TiO2 ·CaO·Al2 O3 的粘结作用而迅速粘附在水口内壁 ,即使在浸入式水口内钢水流动的情况下 ,夹杂物也没有脱落 ,仍保持粘附状态。