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。     

高速铁路车轴用25CrMoVNi超低氧钢RH精炼过程非金属夹杂物的行为

25CrMoVNi钢由120 t EAF-LF-RH脱气-φ600 mm圆坯连铸工艺生产,EAF出钢时加Al预脱气使[Al]s≥0.030%,并加入石灰造渣预精炼,LF精炼时炉渣表面加Al粒扩散脱氧,LF精炼渣的组成为（/%）:53~57CaO,10~13SiO₂,27~28Al₂O₃,6~9MgO,0.09~0.10MnO。RH脱气精炼结果表明,RH后T[O]由脱气前0.001 3%~0.001 5%降至0.000 5%;钢中TCa由0.001 9%降至0.000 9%~0.001 7%;夹杂物发生MgO·Al₂O₃→（MgO）z（CaO）x（Al₂O₃）y→（CaO）x（Al₂O₃）y的转变;最后以尖晶石类固相夹杂物数量迅速减少,以钙铝酸盐类的液相夹杂物数量呈现出先增加后减少,钢中夹杂物由6.7个/mm²下降至2.7个/mm²     

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。     

Al--Ca复合合金钢水脱氧机理的研究

通过Al-Ca复合合金钢水脱氧的平衡热力学计算,确定了钢液的氧的质量分数在3×10-6~1×10-4条件下,1600℃时的Al-Ca复合合金脱氧产物的稳定区域图.以此为基础,假定钙的收得率为100%,预测了钢液在Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为5,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为0.2M kg三种不同脱氧制度下夹杂物的演变历程.结果表明,在Ca/Al=5,复合合金加入量使初始钢液中的[Ca]为0.01%,[Al]为0.002%时,夹杂物在钢液精炼过程中的演变历程为:12CaO·7Al₂O₃（l）/CaO·Al₂O₃（l）→CaO （s）→12CaO·7Al₂O₃（l）/CaO·Al₂O₃（l）→CaO （s）→12CaO·7Al₂O₃（l）/CaO·Al₂O₃（l）,并确定了固态和液态脱氧产物在脱氧过程中交替形成为最理想的Al-Ca复合合金脱氧制度,可为钢铁企业脱氧剂的选择和应用提供参考和借鉴.      

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.     

精炼渣的配比对超低硫钢脱硫的影响

在 10kg感应炉内进行了极低硫钢精炼工艺实验 ,实验证明采用CaO MgO Al2 O3 SiO2 CaF2 系顶渣和CaO BaO CaF2 喂线渣能够将 [S]稳定地脱除到 5× 10 -6以下。     

100 t EAF-LF-VD-CC流程生产SK5弹簧钢的工艺实践

SK5 弹簧钢(/% ：0. 75 ~0. 84C, ≤0. 35Si, ≤0. 40Mn, ≤0. 035P,≤0.030S)经 100 t EAF-LF-VD-CC 流程生产。通过EAF出钢加硅镒合金和铝铁进行预脱氧,LF精炼过程添加80~150 kg铝镁钙和少量硅锭合金进行复合铝脱氧,精炼渣碱度11.13,(CaO)/(Al₂O₃) =4. 98等工艺措施,脱氧效果较明显,铸坯中平均全氧含量达到 11 x 10^-6项,铸坯中氮含量达到35 x 10^-6。冶炼过程夹杂物种类按纯Al2O3＞硫化物一'MgO - A12O3 - CaO—MgO •Al₂O₃ • CaO • SiO₂变化,铸坯中夹杂物主要为CaO-A1₂O₃ • SiO₂ - MgO系,其塑性化程度可通过调整精炼渣成分、降低精炼渣熔点实现进一步优化。     

真空感应炉坩埚材质对镍基合金Inconel 690氧硫含量的影响

研究和分析了200 kg和500 kg真空感应炉镁质（/%:97.60MgO、1.34CaO）、钙质（/%:98.70CaO、0.55MgO）和铝镁质（/%:85.57Al₂O₃、11.36MgO、2.47CaO）坩埚对所熔炼的Inconel 690镍基合金（/%:0.01～0.03C、27.0～31.0Cr、7.0～11.0Fe）中氧、硫含量的影响。结果表明,铝镁质坩埚冶炼的合金中氧含量最低,为（10～15）×10^-6[O]和（50～60）×10^-6[S];CaO坩埚冶炼的合金中硫含量最低,为10×10^-6[S]和（27～48）×10^-6[O];MgO坩埚冶炼的合金中氧、硫含量较高,为（50～60）×10^-6[S]和（24～35）×10^-6[O]。     

釉质耐火材料与铝脱氧和钙处理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和钙处理钢水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应时间的化学变化以及显微组织变化。由于液态釉质渗透到耐火材料的多孔尖晶石基体区域中,可观察到釉质耐火材料明显发生了化学反应。在钢水中产生各种不同的CaO—MgO—Al2O3-CaS体系非金属夹杂物,主要夹杂物为液态Ca—Al—Mg-O-S夹杂物以及它与固相的混合物,例如CaS、MgO和MgAl2O4。为了更清楚地了解釉质耐火材料与钢水之间的化学反应,采用FaetSage软件完成了热力学分析。     

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。     

B2O3作助熔剂对CaO基精炼渣系熔化温度的影响

研究了B₂O₃对低碱度[(CaO)/(SiO₂)=3～4]和高碱度[(CaO)/(SiO2)=5～7.5]两个系列CaO基精炼渣熔化温度的影响。结果表明,用B₂O3比用Al₂O₃和CaF₂更有效降低CaO基精炼渣系的熔化温度,对低碱度渣系,B₂O₃替代渣中的部分CaF₂、Al₂O₃以及SiO₂,都能有效降低渣的熔化温度;对高碱度渣系,B₂O₃替代CaF₂作助熔剂时,可实现在高(CaO)/(SiO₂)和(CaO)/(Al₂O₃)下造具有超低熔化温度的CaO基精炼渣,既可提高造渣速度,又可提高渣的脱硫磷能力和吸收硅、铝脱氧产物的能力。     

150 t BOF-LF-VD-CC流程无铝脱氧工艺高速轨钢冶炼过程的夹杂物行为

时速350 km高速钢轨要求钢中全氧含量T[O]≤20×10^-6,非金属夹杂物B、C、D类≤1.0级。国内在重轨钢冶炼中,通常采用无铝脱氧工艺,即采用SiCaBa合金强化脱氧,形成了低熔点的Mn-Al-Si-Ba-Ca多元型氧化物夹杂,该类夹杂物在精炼中全部排出钢液。研究了铁水预处理脱硫-150 t顶底复吹转炉-LF-VD-280 mm ×380 mm连铸流程冶炼钢轨钢U71MnG时的夹杂物行为,包括无铝脱氧工艺钢轨钢中氧化物夹杂的组成及特征,转炉终点[C]对钢水氧活度的影响以及LF精炼渣碱度和VD后期软吹氩搅拌对钢氧含量和夹杂物的影响。结果得出,钢轨头部的≤20μm氧化物夹杂为精炼时二次脱氧产物,通过控制转炉终点[C]＞0.15%,控制精炼渣碱度(CaO)/(SiO₂)=2.5~3,∑(FeO+MnO)≤1.0%可有效降低钢轨钢中氧化物的数量和尺寸。     

高纯度钙铝复合合金冶炼和应用的研究(Ⅰ)

论述了Ca-Al复合合金的成分设计、脱氧理论依据、冶炼方法、应用方法、应用范围及应用效果;通过实践得到的结果证实:Ca-Al合金中Ca/Al=1.0～1.05时具有较大的脱氧潜力,此时Ca-Al化合物不但具有更好的脱氧能力,使脱氧水平达到极限值,而且还具有对Al_2O_3进行变性处理以及脱S、P的功能;Ca-Al复合合金在钢中应用可降低合金用量,减少Al的消耗量,提高钢的内在质量,达到降低炼钢成本的目的。     

高纯度钙铝复合合金冶炼和应用的研究(Ⅱ)

论述了Ca-Al复合合金的成分设计、脱氧理论依据、冶炼方法、应用方法、应用范围及应用效果;通过实践得到的结果证实:Ca-Al合金中Ca/Al=1.0～1.05时具有较大的脱氧潜力,此时Ca-Al化合物不但具有更好的脱氧能力,使脱氧水平达到极限值,而且还具有对Al_2O_3进行变性处理以及脱S、P的功能;Ca-Al复合合金在钢中应用可降低合金用量,减少Al的消耗量,提高钢的内在质量,达到降低炼钢成本的目的。     

A fundamental study on the preparation of niobium aluminide powders by calciothermic reduction

Fine niobium aluminide powders such as NbAl₃ were produced directly from mixtures of Nb₂O₅ and aluminum powder by calciothermic reduction. Prior to the reduction experiment, phase equilibria between Nb-Al and Ca-Al alloys were studied. Isothermal annealing of the specimens in the Nb-Al-Ca system at 1273 K showed that NbAl₃ is in equilibrium with CaAl₂ and Al-rich Ca-Al liquid alloys and that Nb₃Al and Nb₂Al equilibrate with Ca-Al alloys containing around 9 to 18 and 18 to 36 mol pct Al, respectively. Based on these experimental phase equilibria and on reported thermodynamic data of the Al-Ca system, the activities of Al in Nb-Al alloys were evaluated. This information is necessary in determining suitable compositions and conditions for the coreduction and ultimate production of single-phase niobium aluminide. The procedure for preparation of niobium aluminide powders by calciothermic reduction of Nb₂O₅ consists of three steps: (1) blending of starting materials (Nb₂O₅ + Al); (2) high-temperature reaction with calcium; and (3) acid leaching. After the reduction of Nb₂O₅ with calcium and aluminum to produce niobium aluminide powders, by-products of Ca-Al alloy, CaAl₂, and CaO were formed. These were removed by leaching in aqueous acid solution. The NbAl₃ particles obtained were a few micrometers in size and contained about 0.15 wt pct oxygen.     

Aluminum deoxidation equilibrium in liquid Ni-Fe alloys equilibrated with CaO-Al2O3 slags

The deoxidation equilibrium for Al in Ni-Fe alloys was studied in the equilibrium experiments between CaO-Al₂O₃ slags and Fe-30, 50 and 70 % Ni alloys at 1873 K. By using the values for the first and second order interaction parameters between oxygen and nickel in liquid iron and those between oxygen and iron in liquid nickel, the effect of Ni on the activity coefficient of Al in liquid iron and that of Fe on the activity coefficient of Al in liquid nickel were determined in the whole composition range of Ni-Fe alloys. The oxygen contents in Ni-Fe alloys calculated by the iterative method based on pure iron were in good agreement with those based on pure nickel in the range of [% Al] < 0.03. From this fact, it was found that the Wagner's approximation relating to the multi-component solution was applicable to the deoxidation equilibrium in the whole composition range of Ni-Fe alloys in the restricted concentration of a deoxidizer.     

含钙钡合金脱氧和非金属夹杂物控制技术研究

采用MoSi2电阻炉在1〖KG-*9〗873 K下开展了含钙钡合金脱氧和非金属夹杂物控制技术研究。结果表明，各组实验终点钢中夹杂物平均长度均小于8 μm，并都有纯三氧化二铝夹杂物存在。采用含钙钡合金的复合脱氧工艺，终点钢中未发现含钡夹杂物，有较多以CaO Al2O3为主要成分的复合夹杂物，w（T.O）＞50×10-6。用AlMnCa脱氧，终点钢样w（T.O）＝37×10-6，含氧化钙夹杂物较少，大于20 μm的夹杂物数量占总夹杂物数量的1.2%。     

Preparation method of Ti powder with oxygen concentration of <1000 ppm using Ca

Abstract

To reduce the high oxygen concentration of commercial Ti powder and to obtain Ti powder with the oxygen concentration of <1000 ppm, we utilised two types of deoxidation pots to conduct deoxidation experiments: below the melting point of Ca using a contact deoxidation pot (experiment A), and above its melting point using a non-contact deoxidation pot (experiment B). To obtain Ti in powder form even after deoxidation above the melting point of Ca, we developed a new non-contact deoxidation pot in the experiments. In experiment A, the oxygen concentration in the Ti powder decreased down to 50% compared with the initial stage (2200 ppm). In experiment B, the oxygen concentration reduced to ～63% at the deoxidation temperature of 1000°C. As a result, Ti powder with 820 ppm of oxygen concentration could be prepared using the non-contact deoxidation pot with Ca.     

CaAl2合金对低碳钢水的脱氧试验

在热力学计算的基础上,对中频感应炉中100 kg 0.15C-1.36Mn钢水分别进行加1 kg AlFe、1 kgAlFe+喂0.5 kg钙线和1 kg CaAl₂的终脱氧试验。结果表明,AlFe、AlFe+Ca、CaAl₂终脱氧的脱氧率分别为79.3%、87.2%和85.0%,用CaAl₂终脱氧,炉渣中低熔点相12(CaO)·7(Al₂O₃)和(CaO)·(Al₂O₃)·2(SiO₂)比例明显增多,CaO和Al₂O₃相减少或消失,因此CaAl₂有较强的去除钢中夹杂物的功能。