低碳铝镇静钢钙处理Al_2O_3系夹杂改质的热力学计算

使用钙处理法把Al2O3系夹杂改质为钙铝酸盐的程度,主要取决于钙与硫还是与Al2O3系夹杂进行反应。通过热力学计算,推导了钙处理Al2O3系夹杂,改质为不同xCaO·yAl2O3的临界硫含量a[S]e=K5·a1/3Al2O3/(a(CaO)·a2/3[Al])和临界钙含量值a[Ca]e=a(CaO)·a2/3[Al]·(K4·a2/3Al2O3)-1。推荐了在工业生产中,既能在精炼温度下使Al2O3系夹杂呈液态,有利于夹杂物上浮;又能在连铸时,防止中间包水口蓄流的钢中钙的推荐值([Ca]T),根据钢液不同的[Al]含量(0.01%~0.05%),[Ca]T应控制在13×10-6~41×10-6。     

钙处理对含铝冷镦钢夹杂物的影响

利用扫描电镜对80 t LF钢液喂钙处理前后的冷镦钢SWRCH22A中夹杂物形态和组成的变化进行了分析和研究,对钙处理钢中夹杂物的变性进行了热力学计算。研究表明,SWRCH22A钢液钙处理后夹杂物中的Mn被Ca置换,中间包内钢中Al₂O₃夹杂变性生成低熔点铝酸钙夹杂12CaO·7Al₂O₃;如要钢液钙处理生成易上浮排除的液态12CaO·7Al₂O₃夹杂的必要条件是[Al]_T²/[Ca]_T³≤10.58×10⁴。     

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。     

中碳钢钙处理夹杂物变性的“液相窗口”控制模型

 系统研究了国内某钢厂生产的中碳钢Q345B钙处理前后夹杂物类型的变化,从热力学上分析铝脱氧钢中Al2O3夹杂物变性机制及夹杂物中CaS合理控制的条件,确立了夹杂物变性的“液相窗口”模型。热力学计算表明,温度为1873K,w(［Al］)为0.016%时,Al2O3转变为液态钙铝酸盐需要使钢中w(［Ca］)为0.0017%~0.0102%。生产实践表明,钙喂入量在0.0014%~0.0017%时,钙处理可以将钢中高熔点Al2O3的夹杂物转化为低熔点的12CaO·7Al2O3和CaO·Al2O3夹杂物,MnS基本转化为CaS,且无单独CaS析出。     

高品质管线钢钙处理夹杂物变性研究

通过对国内某钢厂生产的B(PSL1)高品质石油管线钢钙处理前后钢中夹杂物类型的变化研究,从热力学上分析了钢中Al2O3夹杂的变性机理及夹杂物中CaS含量较高的原因.研究结果表明现有工艺条件下,喂入的硅钙线可以将Al2O3夹杂变性为炼钢温度下呈液态的12CaO·7Al2O3夹杂.同时,也可以将MnS完全变性为CaS,但钢中有大量单独的CaS生成.     

高强度船板钢钙处理热力学计算分析-夹杂物变质研究和应用

通过钙处理过程中Fe-Al-Ca-O-S体系的热力学平衡计算,得出在1 873 K时各种平衡态下的[Al]-[O]、[Al]-[Ca]、[Al]-[S]平衡曲线图,并系统分析了各组元对夹杂物变质的影响。研究发现F-级高强度船板钢[Al]为0.02%~0.03%时,为保证夹杂物充分变质,钢中[O]控制在25×10~(-6)以下;钢液中生成12CaO·7Al_2O_3的[Ca]为15.24×10~(-6)~19.97×10~(-6),生成3CaO·Al_2O_3的[Ca]为70.87×10~(-6)~92.88×10~(-6);适当低的钢液温度有利于生成CaS,抑制MnS的聚集析出。120 t BOF-LF-VD-板坯连铸流程生产F-级高强度船板钢DNV F40(/%:0.092C,0.41Si,1.56Mn,0.015P,0.002S,0.032A1,0.035Nb,0.035Ni,0.010Ti,0.080V)的结果表明,当LF精炼渣组成/%:24.9Al_2O_3,55.6CaO,7.7MgO,8.0SiO_2,1.24TFe,加钙前钢中铝含量0.03%,氧含量0.0010%时,每炉钢水喂纯钙线150 m(0.21 kg/m),钢中夹杂物由加钙前Al_2O_3变质为球形钙铝酸盐夹杂物。     

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.     

L360QS钢钙处理的热力学分析与试验研究

针对管线钢L360QS,利用活度相互作用系数和Bjorkvall方法对钙处理过程进行热力学分析,并对管线钢进行了实验室的钙处理试验和工业试验。热力学分析结果表明,当钢中a(Als)=0.045%时,如果要生成12CaO·7Al2O3夹杂且避免CaS夹杂析出,则应控制钢液中a(Ca)在33.21×10-6左右,a(S)0.002 563%。钙处理试验表明,CaS夹杂数量随着钢液中钙含量的增加而增多,且含MgO·Al2O3尖晶石的夹杂物有所减少。为使氧化夹杂和硫化夹杂变性完全,应控制钢液中w(S)≈0.002%,w(Ca)=0.003 5%~0.004 0%,且w(T.Ca)/w(S)1.9。工业试验结果表明夹杂物变性良好,达到预期效果。     

低碳铝镇静钢中(CaO)_x(Al_2O_3)_y及CaS的形成与控制

生产低碳铝镇静钢过程中,为了控制夹杂物形态,一般要对其进行钙处理。如何使钙处理过程中生成液态的钙铝酸盐夹杂是生产控制的难点和重点。通过理论计算得出在一定条件下[Ca]-[Al]、[S]-[Al]关系图,以某低碳铝镇静钢为例,当w([Al])为0.03%时,控制w([Ca])为(9~15.8)×10-6,可以生成成分接近(CaO)12(Al2O3)7的液相夹杂。钢中w([S])为30×10-6,w([Al])为0.03%~0.04%,温度降低到1 723 K以下时,在(CaO)12(Al2O3)7上会析出CaS。     

LD-LF-CC流程冶炼87Si钢的非金属夹杂的演变规律研究

为了减少和控制87Si钢中的夹杂物,论文采用热力学计算和试样分析检测的方法,对LD-LF-CC工艺生产87Si钢的夹杂物在各工序的种类和数量进行了系统地研究,对减少和控制87Si钢中的夹杂物有指导意义。结果表明:夹杂物在LF进站时,Al2O3-SiO2-MnO系为主,随着LF精炼的进行,渣中大量的[Ca]进入钢液,夹杂物成分逐渐向Al2O3-CaO-SiO2夹杂物转变。轧材中夹杂物中Al2O3稳定在33%,CaO达到40%,CaO/Al2O3为1.2。对于87Si钢,Al含量在0.006%左右,需要0.0075%的Mg就会有镁铝尖晶石析出,Ca含量在0.077%~1.204%时,Al2O3会转化为液态。     

Behavior of MgO·Al_2O_3 Based Inclusions in Alloy Steel During Refining Process

The transformation of MgO·Al2O3 based inclusions in alloy steel during refining has been studied by industrial trials.Besides Factsage software is used to study the formation and modification of spinel inclusions in alloy steel using calcium treatment during refining process.The results show that the transformation sequence of inclusions is:MgO·Al2O3→CaO-Al2O3-MgO complex inclusions→MgO·Al2O3,and under present experimental condition,in order to avoid forming MgO·Al2O3 inclusions the content of dissolved Ca in the molten steel has to reach 1×10-6.Also the results show that when more calcium was added to molten steel,the content of Al2O3 and MgO will be lower.Besides,increasing the content of CaO in the inclusions will increase even if the content of SiO2 changes little.     

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)。     

SUS436L超纯铁素体不锈钢夹杂物的形成机理

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱面扫描等仪器设备研究了钛稳定化SUS436L超纯铁素体不锈钢板材的夹杂物类型,结合热力学计算分析各类夹杂物的生成机理。结果表明,SUS436L不锈钢的夹杂物主要包括纯TiN颗粒、TiN包裹MgO·Al_2O_3尖晶石的复合夹杂以及Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物;当w([N])为0.007 0%、钢液温度为1 600~1 650℃时,平衡钛质量分数为0.23%~0.38%;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,w([Mg])大于0.000 8%时生成MgO·Al_2O_3,w([Mg])大于0.004 4%则生成MgO;当钢液温度为1 600℃、w([Al])为0.02%时,钙处理后w([Ca])为0.000 14%~0.000 36%、大于0.000 36%时分别生成低熔点的12CaO·7Al_2O_3及3CaO·Al_2O_3,且在钛合金化后易生成低熔点的Al_2O_3-CaO-TiO_2复合氧化物。     

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

 研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25 min后,脱氧产物Al₂O₃消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。继续精炼65 min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al₂O₃和CaO·Al₂O₃为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al₂O₃去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10 μm以下,尺寸大于20 μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al₂O₃在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.001 0%、w([Mg])大于0.000 18%时,脱氧产物Al₂O₃热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al₂O₃夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.000 1%以内。钢中w([Ca])大于0.000 2%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。     

Modification of MgO· Al2O3 spinel inclusions in Al-killed steel by Ca-treatment

The modification of MgO·Al2O3 spinel inclusions in Al-killed steel by Ca-treatment has been studied by industrial trials and ther-modynamic calculations.In the industrial trials,samples were taken systematically during the refining process in which the molten steel was treated by calcium,and the characters of the inclusions were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectra (EDS).The effects of Ca-treatment were evaluated by tracking the compositions of the inclusions.The results show that the modifi-Al2O3→MgO.Al2O3→liquid complex inclusions.The modification of spinel inclusions by Ca-treatment was calculated by FactSage6.0 util-izing its free-energy minimization routines.The results of thermodynamic calculations indicate that spinel inclusions are easier to be modi-fied than Al2O3 inclusions and the spinel inclusions in 30CrMo steel would transform to liquid complex inclusions when the content of dis-solved Ca in the molten steel exceeds 1×10-6.Also,the results show that adding more calcium into the molten steel would lower the contents of Al2O3 and MgO and increase the CaO content of the inclusions,while the change in SiO2 content is little.     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO夹杂物控制影响因素的多尺度结构

 对CaO-SiO2-Al2O3-MgO夹杂物熔点的影响因素进行了多尺度分析,利用Factsage模拟了CaO质量分数对CaO-SiO2-Al2O3-MgO夹杂物熔点的影响规律。多尺度分析表明,工位操作（101 m）影响夹杂物成分（10-10 m）的最后可控因素为钙线喂入量。其通过影响局部钢液中钙质量分数（100 m）来改善熔池的动力学条件（10-3 m）,改变夹杂物中CaO质量分数（10-10 m）。模拟结果表明,当CaO质量分数为30%时,CaO-SiO2-Al2O3-MgO相图中低熔点区域的比例达到最大。通过实例分析得到了夹杂物控制的工位级效应,表明了对钢液洁净度进行多尺度深入研究的可行性。     

赤泥预还原球团的熔分

为了实现赤泥资源高附加值化综合利用,通过高温模拟试验对赤泥含碳球团还原焙烧-熔分过程进行研究。将赤泥含碳球团在1 200℃下进行还原焙烧,并结合相图分析,向粉碎后的焙烧球团中添加一定比例的CaO、Al_2O_3进行调质和熔分。结果表明,赤泥含碳球团在1 200℃下还原12min后金属化率可达91.3%,还原效果良好;在1 450℃下进行还原熔分,可实现渣铁的有效分离,金属铁收得率可达到90%以上,所得铁水质量符合炼钢要求;熔分渣中w(TFe)可降至0.5%以下,渣中主要物相为12CaO·7Al_2O_3、CaTiO_3和2CaO·Al_2O_3·SiO_2,通过熔点性能测试试验,熔化性能符合钢液脱硫条件。     

铝锆碳水口在浇注钙处理钢堵塞的原因分析

对生产中被堵塞的铝锆碳质浸入式水口分析表明,堵塞物质为六铝酸钙。该物质为水口内壁处的原位反应产物,其中水口内壁的刚玉骨料和细粉提供了六铝酸钙的氧化铝组分,钢液携带的钙提供了氧化钙组分。LF处理后添加的钙合金数量不当,导致夹杂物类型失控,是引起水口材料被侵蚀并造成堵塞的主要原因。