CaO-Al2O3-MgO-SiO2-Ce2O3渣系活度计算模型

稀土钢冶炼过程中,含稀土钢液与熔渣间存在强烈的渣金反应,导致钢中溶解态稀土含量波动严重,影响其在钢中的作用效果。然而,由于含稀土渣系热力学数据的缺失,限制了相关研究工作的开展。依据分子离子共存理论,建立了CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂-Ce₂O₃渣系的活度计算模型,并绘制组元的等活度线图,讨论w(CaO)/w(Al₂O₃)、w(Ce₂O₃)等成分变化对渣系中各组元活度的影响。计算结果表明,CaO-Al₂O₃基精炼渣的SiO₂活度范围(4×10^-19～7×10^-18)远小于CaO-SiO₂基精炼渣的活度范围(0.003～0.4),即对于稀土钢而言,CaO-Al₂O₃基精炼渣更为适用;对于CaO-Al₂     

空气气氛条件下CaO-Al2O3-CeO2渣系在1500℃的相平衡关系

采用热力学平衡实验,结合SEM-EDS等检测方法,确定了空气气氛条件下CaO-Al₂O₃-CeO₂渣系在1 500℃的相平衡关系,并绘制出该渣系的等温相图.在空气气氛条件下,CaO-Al₂O₃-CeO₂渣系在1 500℃时存在着三种三相平衡(CA+CA₂+CeO₂,L+CaO+CeO₂,L+CA+CeO₂)和两种两相平衡(L+CeO₂,L+CaO),根据各平衡相关系划分了相应相区,且CeO₂在该渣系中的最大溶解度为28%(质量分数).     

Ce2O3对CaF2-CaO-Al2O3-MgO电渣重熔渣系熔化行为的影响

目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量。基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF₂-CaO-Al₂O₃-MgO-Ce₂O₃五元渣热力学模型,从热力学角度分析了渣中各组元对Ce₂O₃活度的影响规律。采用半球法测定了不同Ce₂O₃含量和w((CaO))/w((Al₂O₃))(C/A)条件下渣系熔点,结合SEM-EDS和XRD对渣系物相和微观形貌进行测试与分析。研究结果表明,当温度为1 873 K时,C/A、MgO、Ce₂O₃含量增加均增加渣系中Ce₂O₃的活度,且影响顺序为Ce₂O₃     

CaF2-Al2O3-MgO-CaO电渣重熔渣系成分与性质演变行为

电渣重熔过程熔渣成分变化使其性质发生改变，将影响重熔工艺顺行和铸锭质量。针对CaF₂-Al₂O₃-MgO-CaO电渣重熔渣系，研究氟化物挥发导致的熔渣成分变化规律，分析随成分变化熔渣结晶行为及流动性质的演变规律。研究结果表明，在电渣重熔过程因氟化物挥发造成熔渣中CaF₂和Al₂O₃含量下降，CaO含量上升，而MgO含量基本保持不变。随熔渣成分变化，渣层中析出的CaF₂晶体由点状或球状变为块状或条状，MgO·Al₂O₃晶体由球状变为树枝状，作为主要析出相的铝酸钙晶体由CaO·6Al₂O₃变为CaO·2Al₂O₃并最终变为12CaO·7Al₂O₃。生产中结晶器上部的渣皮更易发生分层结晶现象，析出相中靠近熔池侧主要为CaF₂晶体，靠近结晶器侧主要...     

12CaO·7Al2O3基精炼渣脱硫试验

在试验室用MoSi₂井式电阻炉试验研究了12CaO·7Al₂O_O3的预熔工艺和含10%～20%BaO、2%～6%MgO、1%～3%Li₂O,（12CaO·7Al₂O₃）/SiO₂=8～10的12CaO·7Al₂O₃基精炼渣对成分为（%）0.23C、1.29Mn、0.44Si、0.026P、0.023S、0.04Mo、0.02Cr、0.06Cu的低碳钢的脱硫能力。结果表明,12CaO·7Al₂O₃基预熔精炼渣具有较好的脱硫能力,在1 590℃加入量为3%的条件下,能将钢液中的硫含量从0.030%降低到0.006%,脱硫率80.00%。通过运用正交方法对渣成分进行优化,得出12CaO·7A国₂O₃基精炼渣的优化渣系为:15%BaO,4%MgO,3%Li₂O,（12CaO·7Al₂O₃）/SiO₂=9。     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣对Al2O3的溶解

为了控制低碳铝镇静钢中Al₂O₃夹杂物,并提升渣系对Al₂O₃夹杂物吸附能力,采用FactSage 8.1模拟计算CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系的等黏度图和等ΔC/η(ΔC=C■-C■,η为渣的黏度)值线图。根据模拟计算图选取合适的五元精炼渣做Al₂O₃的吸附试验,试验研究了Al₂O₃在CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系中的溶解速率,讨论了Al₂O₃棒浸入深度、直径、转速、渣成分以及温度对Al₂O₃溶解速率的影响,求解了Al₂O₃在溶解过程中的活化能。最后,采用场发射扫描电子显微镜(Apreo S HiVa...     

CaO含量对CaF2-Al2O3-CaO-Ce2O3渣系中Ce2O3行为的影响

在Fe-Cr-Al合金中添加微量的稀土元素可显著改善合金的使用性能, 文中以电渣重熔生产Fe-Cr-Al合金所用稀土渣为研究对象, 根据离子-分子共存理论(IMCT)建立了1 823 K时CaF₂-Al₂O₃-CaO-Ce₂O₃四元渣系热力学质量作用浓度模型.结果表明:当渣系中CaO和Al₂O₃的质量百分数之比维持在1:1, 即w_CaO /w_Al2O3=1时, 随着Ce₂O₃含量增加, 渣中铈铝酸盐Ce₂O₃·Al₂O₃质量作用浓度(活度)显著增加, 但炉渣物相种类没有变化.渣系中Ce₂O₃含量分别在10 %, 20 %, 30 %, 40 %时, w_CaO /w_Al2O3值对组元活度的影响各不相同但有共同特征, 表现在处于约1.0~1.8时, CaO活度增加最迅速, Ce₂O₃活度增加, Ce₂O₃·Al₂O₃活度下降, 说明渣中CaO含量增加促进了Ce₂O₃·Al₂O₃分解而导致Ce₂O₃活度增加, 选取渣系进行熔融和X射线衍射实验, 用jade 5.0软件分析物相, 实验结果与计算一致.      

高钛焊丝钢CaO-Al2O3基专用保护渣熔化特性分析

高钛焊丝钢连铸过程中结晶器内钢渣界面反应严重,首先对存在严重钢渣界面反应现象的A钢种进行了凝固特性分析。设计一种低反应性的高钛焊丝钢专用的CaO-Al₂O₃渣系保护渣。通过相图计算保护渣的基础组分w(CaO)/w(Al₂O₃)=1.0,Na₂O质量分数为8%,MgO质量分数为3%,CaF₂质量分数为4%~6%,B₂O₃质量分数为4%~10%,SiO₂质量分数为4%~12%,TC质量分数为8%~10%。利用熔点熔速测定仪和旋转黏度计等设备重点研究了保护渣的熔化特性。得出适宜组分的CaO-Al₂O₃基高钛焊丝钢专用保护渣,熔点为1 037~1 129 ℃,熔速为64~79 s,黏度(1 300 ℃)为0.325~0.554 Pa·s。     

Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al₂O₃/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y₂O₃、La₂O₃稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al₂O₃/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.      

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。     

高Al2O3含量高炉渣的脱硫行为

针对高炉炉渣中Al₂O₃含量(质量分数)偏高导致炉渣黏度增大、流动性变差、脱硫能力下降的问题,利用双层石墨坩埚模拟铁液滴下穿过炉渣的过程,探究了R[w(CaO)/w(SiO₂)],w(MgO)/w(Al₂O₃)和w(Al₂O₃)对高Al₂O₃型CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元高炉渣系脱硫能力的影响.当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.50,w(Al₂O₃)=20%时,R由1.05提高到1.35,炉渣的脱硫能力增强;当w(Al₂O₃)=20%,R=1.30时,w(MgO)/w(Al₂O₃)由0.25提高到0.55,炉渣的脱硫能力增强;当w(MgO...     

MgO对CaO-Al2O3基四元系保护渣熔渣微结构的影响

 为了研究MgO对CaO-Al₂O₃-B₂O₃-MgO四元渣系微结构的影响规律,通过Scigress分子动力学软件构建了CaO-Al₂O₃-B₂O₃-MgO基四元渣系的熔渣网络结构模型。研究表明,熔渣中出现了高配位的铝和三配位氧来补偿[AlO₄]5-四面体负电荷过剩;硼作为网络形成体与氧的结合能力最强,其配位结构是以三配位的三角体和四配位的四面体存在;MgO作为网络修饰子起到补偿电荷及解聚网络的作用。随着MgO质量分数的增加,增强了Al—O网络结构的稳定性,但熔体的聚合度和网络结构的复杂程度呈下降趋势。     

组分含量对CaO-MgO-SiO2 -Al2O3四元精炼渣系黏度的影响

采用三元二次正交设计方法,利用熔体物性综合测定仪对碱度(CaO/SiO₂)1.2～6.0,MgO 1.9%～10%,Al₂O₃ 6%～29.1%的CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃四元精炼渣系的黏度进行了测试和研究。实验结果表明.该四元渣1500℃的黏度为0.129～4.612 Pa·s,随碱度增加,该精炼渣系的黏度先略有下降后快速增加;随MgO含量增加,该渣系黏度呈现快速降低后略有上升的趋势;随Al₂O₃含量增加,该渣系黏度快速降低。综合来看,碱度为4～5、MgO 4.5%～5.5%、Al₂O₃ 24%～27%时,该精炼渣系黏度(≤1.0 Pa·s)较为适宜,具有较好的流动性,促进渣-金之间的反应,提高吸附夹杂物的能力,并为脱硫创造有利的动力学条件。     

Al2O3对超高碱度连铸保护渣理化性能的影响

Al₂O₃是一种两性氧化物,在高碱度条件下呈现酸性氧化物特征,而在低碱度条件下表现出碱性氧化物的行为,是冶金熔渣中常见的一种组元.以超高碱度保护渣(综合碱度R=1.75)为研究对象,分析了Al₂O₃对保护渣流动特性、熔化特性和凝固特性的影响规律.研究结果显示:渣中Al₂O₃质量分数每增加1%,熔化温度上升5℃左右,转折温度下降12℃左右,开始结晶温度平均下降11℃左右.平均结晶速率随渣中Al₂O₃质量分数的增加而减小.且随着Al₂O₃质量分数的增加,保护渣结晶矿相中晶体比例逐渐降低,但晶体保持枪晶石的种类不变.     

P2O5对CaO-SiO2-FetO-P2O5渣中富磷相的影响

以CaO-SiO₂-Fe_tO-P₂O₅四元渣系为研究对象,结合理论计算和热态实验综合分析 P₂O₅含量变化对该四元渣系物相组成以及富磷相的影响。应用Factsage软件equilib模块计算CaO-SiO₂-Fe_tO-P₂O₅四元渣系在400~1800℃温度区间的多相平衡,再结合SEM+EDS与XRD对热态实验结果进行分析知,随着渣中P₂O₅含量的增加,富磷相中Ca₃(PO₄)₂的含量随之增加。此外,P是以nC₂S-C₃P固溶体的形式存在于富磷相中,但当渣中P₂O₅含量达到18%时,富磷相中的P将以Ca₃(PO₄)₂的形式独立存在。热态实验的分析结果进一步验证了Factsage的理论计算结果。     

精炼渣Al2O3含量对铝脱氧钢中夹杂物的影响

为研究中等碱度精炼渣中Al₂O₃含量对钢洁净度和夹杂物的影响,在1 873 K温度下用MgO坩埚开展了初始碱度为4、不同Al₂O₃含量的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO顶渣与铝脱氧钢的平衡试验。结果表明,渣-钢反应后,夹杂物类型由反应前的MgO-Al₂O₃-MnS复合类转变为中心为MgO-Al₂O₃,边部为MgO-Al₂O₃-SiO₂-CaO(-MnO)系的包裹体复合类;形貌由边界多棱角的块状和簇群状转变为边界圆滑的类球状。随着渣中Al₂O₃含量的增加,夹杂物中Al₂O₃含量显著增加,MgO含量减少,其他组分含量变化不大;夹杂物尺寸呈现增大的趋势;夹杂物数量密度增大,钢的洁净度降低。该试验条件...     

超音速等离子喷涂Al2O3与Al2O3-13%TiO2涂层热震性能

采用超音速等离子喷涂工艺在不锈钢基体上制备了FeAl/Al₂O₃、FeCrAl/Al₂O₃、FeAl/Al₂O₃-13%TiO₂、FeCrAl/Al₂O₃-13%TiO₂四种涂层,通过扫描电镜表征微观结构,图像分析技术测量孔隙率,多峰法计算α-Al₂O₃质量分数,并测试了涂层的抗热震性能和结合强度。结果表明：超音速等离子喷涂制备的Al₂O₃涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为40.3%～42.5%,涂层孔隙率约为3.47%～3.52%,制备的Al₂O₃-13%TiO₂涂层中α-Al₂O₃的质量分数约为24.0%～29.7%,涂层孔隙率...     

CeAOl3在不同w(CaO)/w(Al2O3)保护渣中的溶解行为

稀土钢连铸过程中,结晶器内上浮至渣金界面的高熔点稀土夹杂物如果不能被保护渣有效的溶解吸收,进入保护渣后会改变渣的理化性能,影响连铸顺行。通过高温实验研究了Ce AOl₃在连铸保护渣中的溶解机制,探究了保护渣w(Ca O)/w(Al₂O₃)(简写为C/A)对溶解过程的影响。实验结果表明,Ce AOl₃溶解过程中,夹杂物-渣界面会形成Ce³⁺和Ca²⁺的浓度边界层。在C/A为0.8的保护渣中会形成中间产物Ca Ce Al₃O₇,随着C/A增加到1.0,中间产物Ca Ce Al₃O₇减少;继续增加C/A至1.2,中间产物消失。其溶解机制为,低C/A渣中Al O₄^5-较多,在浓度边界层中Ce AOl₃溶解形成的Ce³⁺与渣中Ca²⁺、Al O₄     

Al2O3含量对放电等离子烧结Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

以微米级Cu粉为基体相,纳米Al₂O₃颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al₂O₃/Cu复合材料,研究Al₂O₃含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al₂O₃/Cu复合材料为核?壳结构,随Al₂O₃含量增加,Al₂O₃包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当w(Al₂O₃)为5%时,Al₂O₃/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当w(Al₂O₃)增加至15%时,虽然Al₂O₃/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm³,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10⁸ mΩ·cm,约为Cu电阻率的10¹¹倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。