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。     

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。     

410不锈钢脱氧与夹杂物控制的热力学研究

通过分析钢液-夹杂物之间的热力学平衡关系,考察了1 873K时410不锈钢中[Ca]、[Mg]和[Al]变化对410不锈钢夹杂物析出的影响,获得了低铝含量410不锈钢钢液析出低熔点夹杂物的钙含量、铝含量控制范围和抑制镁铝尖晶石生成的镁含量范围。即w([Al])在40×10-6时,控制w([Ca])在(2.6~38)×10-6,w([Mg])0.2×10-6;w([Al])在160×10-6时,控制w([Ca])200×10-6,w([Mg])7×10-6。     

Q355B铝镇静钢夹杂物演变及钙处理工艺优化

 基于某钢厂Q355B铝镇静钢冶炼过程生成高熔点夹杂物,出现探伤不合格的问题,通过全流程取样分析钢中夹杂物的演变规律,发现原工艺LF精炼过程钙处理前夹杂物主要为低CaO含量的CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物,Al₂O₃质量分数约为77%。钙处理后,钢液中CaO-MgO-Al₂O₃系夹杂物向液相区左侧CaO含量高的区域靠近,Al₂O₃质量分数减少至32%;同时,CaS在钙铝酸盐表面异质形核,出现CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物,夹杂物中CaS质量分数增加至23%。应用热力学平衡模型计算钙处理钢液中S-Ca、Al-Ca及Al-S反应平衡曲线。结果表明,在1 873 K下生成C₃A、C₁₂A₇、CA_L等低熔点钙铝酸盐类夹杂物,钢液内w([Al])和w([Ca])的关系应分别满足 w([Al])2/w([Ca])3≤7.83×103、2.36×105、1.18×107,w([Al])和w([S])的关系应分别满足 w([S])3×w([Al])2≤7.79×10-12、8.36×10-11、8.14×10-10;当钢液中w([Al])为0.007 5%时,w([Ca])和w([S])分别控制在0.000 62%～0.001 9%、0.001 6%～0.005 1%范围内有利于生成理想液态产物C₁₂A₇。结合夹杂物分析及热力学计算,优化调整了脱氧、喂线等生产工艺,将铝块加入量由0.8 kg/t降低至0.7 kg/t,喂硅钙线量由300 m/炉降低至200 m/炉,并进行全流程取样分析夹杂物变化。发现钙处理后,CaS-CaO-Al₂O₃系夹杂物中,CaS质量分数降低至约5%,夹杂物分布在低熔点液相区域附近,铸坯中钢液w([Ca])由0.003 1%降低至0.001 5%～0.002 2%;最终夹杂物体系为(CaS)-CaO-(MgO)-Al₂O₃低熔点复合相夹杂物,防止了高熔点钙铝酸盐类夹杂物及CaS类夹杂物的产生,提高了铸坯质量。     

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。     

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。     

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。     

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)。     

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。     

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］。     

关于KR脱硫工艺脱氧理论问题的研究

 利用脱氧平衡最低值理论公式,计算了1573K下铁水中基于［Al］-［O］平衡和［C］-［O］平衡的氧含量。计算得出［C］-［O］平衡和［Al］-［O］平衡的最低氧质量分数分别为34×10-6和0.015×10-6,但是计算的［C］-［O］平衡控制的最低氧含量相当于由［C］-［O］平衡决定的氧含量的近4倍。因此,在KR铁水脱硫过程中,铝脱氧控制铁水中的氧势。另外,计算结果表明,在铁水预处理过程中,硅的脱氧能力远不及碳和铝,且脱氧平衡最低值理论公式对铁水预处理也具有适用性。铝脱氧结果表明,每吨铁水中加入0.44kg的铝,可使铁水温度升高20℃左右,在一定程度上可弥补KR铁水脱硫过程中因搅拌、脱硫剂的加入所造成的温降。     

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.     

铝灰用于钢包渣改质剂试验

 低铝铝灰中单质Al质量分数小于5%,循环再利用性较差。对其用于钢包渣改质剂的可行性做了试验,发现铝灰中除单质Al外,AlN也是一种还原剂。试验采用渣钢比1 ∶10放入MgO坩埚中加热到1600℃,将铝灰和石灰与萤石按4∶6∶1混合后加入坩埚中,保温90min后自然冷却。试验结果表明低铝铝灰具有很好的还原性,可将钢包渣中w((FetO))由31.17%降低至3.24%,钢中w(［O］)由480×10-6降低至17×10-6,钢中w(［S］)由190×10-6降低至75×10-6,但该过程会造成钢液增［N］,w(［N］)由66×10-6增至129×10-6。     

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。     

改善45结构钢切削性能的研究

 开展了向中碳45结构钢中加入S、Ca元素来改善切削性的研究。研究结果表明：钢中w(［S］)=0.06%,总钙w(T［Ca］)=40×10-6,w(［Al］s)=0.01%左右时,夹杂物的纺锤率为57%;小于2.5 μm的夹杂物数量占夹杂物总数82%,夹杂物呈细小、弥散状态分布于钢中。由热模拟试验得出钢的塑性转变温度在1100~1000 ℃,通过配水软件计算出二冷各区的冷却水流量并应用于生产,铸坯表面和内部无裂纹,力学性能与未加S、Ca元素的45钢相当,但切削性能有明显的改善,切削刀具寿命提高了25%以上。     

Thermodynamic study on calcium treatment of “liquid phase window” and inclusions modification

It is important to study the “liquid phase window” and control non metallic inclusions modification for prevention of submerged entry nozzle blocking during continuous casting. Based on the production practice of medium and high carbon steel in a steel plant, the “liquid phase window” during calcium treatment was studied by combining thermodynamic theoretical calculation and industrial test, which was based on considering the influence of silicon element and temperature on the “liquid phase window”. The results show that the “liquid phase window” varies with T［O］, T［Al］, ［S］ content and temperature, and the low temperature “liquid phase window” must be within the range of high temperature “liquid phase window”, and the silicon content in molten steel has a great influence on the “liquid phase window”. The concepts of “partial liquid phase window” and “complete liquid phase window” are proposed, and the optimum calcium content range of S50C production in a steel plant is determined to be (18-27)×10-6。     

Ca处理“液相窗口”及夹杂物变性热力学研究

摘要：研究“液相窗口”控制钢液中非金属夹杂物变性对于防止连铸过程浸入式水口堵塞具有重要意义。基于某钢厂中高碳钢生产实践,在重点考虑Si元素和温度对“液相窗口”影响的基础上,通过热力学理论计算与工业试验相结合,对Ca处理过程“液相窗口”进行了研究。结果表明：“液相窗口”随钢液中T［O］、T［Al］、［S］含量及温度变化而变化;低温“液相窗口”一定位于高温“液相窗口”范围内;钢液中［Si］含量在某些条件下对“液相窗口”影响较大;并提出了“部分液相窗口”和“完全液相窗口”的概念;确定了某钢厂S50C生产最佳Ca质量分数范围为（18~27）×10-6。     

首钢京唐IF钢钢包镇静工艺的试验研究

为了生产高品质的IF钢,对不同钢包镇静时间钢水以及铸坯全氧和夹杂物的变化进行分析和讨论。结果显示,若保证铸坯全氧质量分数小于20×10-6,应保证钢包镇静时间为25min以上;生产实践表明,采用优化后的工艺,中间包全氧质量分数小于23×10-6的合格率达到了98%,铸坯全氧质量分数小于20×10-6的合格率达到了98%。