精炼渣与高锰高铝钢液的相互作用

摘要：为了研究精炼渣与高锰高铝钢液相互作用规律,以CaO-5%SiO2-Al2O3-8%MgO精炼渣与Fe-15Mn-10Al-0.7C高锰高铝钢液在1600℃的渣金反应为研究对象,分别在渣金反应5、15、30、60和90min时取钢样和渣样,通过钢液和渣成分变化进行了渣金反应动力学计算。结果表明：整个渣金反应过程中,钢液中［Al］和渣中SiO2不断降低、渣中Al2O3不断增加;精炼渣与高锰高铝钢液反应前期限制性环节为［Al］在边界层的传质,反应后期渣成分发生改变、黏度升高以及渣中固相颗粒形成,使得SiO2在渣中的传质条件恶化,SiO2向反应界面的传质成为渣金反应的速率限制环节;精炼渣与高锰高铝钢反应分3个阶段：初期反应剧烈、中期渣金界面形成尖晶石层并阻碍渣金反应、后期反应趋于稳定。     

IF钢全氧的控制与预测

分析了IF钢冶炼过程中渣对钢液中[Al]、[Ti]的氧化机理,在此基础上提出了IF钢加铝脱氧后全氧的预测模型.结果表明,熔渣中(FeO)、(MnO)对钢液的二次氧化存在两种方式.当氧化物在渣中的传质是反应限制性环节时,反应发生在渣/钢界面,生成的脱氧产物分布在渣/钢界面,此时渣的氧化性随时间呈指数下降;当脱氧元素在钢中传质是反应限制性环节时,反应发生在钢液内部.对某厂RH精炼渣的数据作回归得到RH加铝后渣的氧化性随时间指数变化的关系式.     

高铝钢用低反应型保护渣成分对其黏度的影响

汽车轻量化有助于保护环境、节约能源,高铝钢有利于减轻汽车质量同时维持强塑性。但由于连铸过程中传统结晶器保护渣界面反应的制约,高合金钢铸坯质量和操作流畅性受到很大影响,引起裂纹、漏钢等问题。不仅会造成安全事故,还会增加成本。低反应型CaO-Al_2O_3系保护渣相对于传统保护渣,SiO_2质量分数在6%～10%之间,[Al]和(SiO_2)渣钢界面反应程度显著减弱,具有提高铸坯质量和确保操作顺行的潜力。设计此类保护渣时应该考虑渣钢界面反应、渣中元素向钢液中富集对铸坯质量的影响以及可能的结晶相种类。探讨了低反应型保护渣中成分对黏度变化机制的影响,即熔渣结构的变化、渣系过热度的变化和结晶相的变化。分别讨论了CaO/Al_2O_3、B_2O_3、Na_2O、Li_2O和CaF_2在CaO-Al_2O_3渣系中的作用,旨在为满足高铝钢连铸生产的新一代低反应型保护渣系的设计与优化提供思路与便利。     

高锰高铝钢纯净度控制关键技术研究进展

摘要：汽车轻量化对低密度高锰高铝钢的需求日趋迫切,然而高锰高铝钢的大规模化生产仍受制于纯净度控制技术与连续浇注工艺。首先基于高锰高铝钢的成分特点,阐述了高锰高铝钢的微观组织特征,然后通过热力学模拟了高锰高铝钢中夹杂物的形成与演变规律,分析了不同Al和Mn含量对夹杂物的类型和含量的影响规律,最后总结了近年来国内外学者关于高锰高铝钢中夹杂物形成理论和实验研究,钢中高铝含量显著影响Al2O3、AlN及AlON的竞相析出以及影响MnS等夹杂的析出行为,进而从精炼渣、耐火材料和保护渣角度分析了高锰高铝钢冶炼特点并指出了其纯净度控制的关键方向。     

连铸保护渣与氧化铝的交互作用研究现状

保护渣中Al2O3质量分数变化是渣钢交互作用的结果,包括吸附钢液中Al2O3夹杂和渣金反应产物。氧化铝对保护渣成分与性能稳定性影响突出,进而影响铸坯质量。分析指出,影响保护渣吸附Al2O3夹杂的因素包括接触角、润湿速率和界面张力、熔渣成分和性能等。熔渣与夹杂物的交互作用行为决定了其对上浮夹杂的去除率。高铝钢连铸过程渣金反应尤为突出,保护渣的工作性能将发生明显改变。基于近年关于Al2O3夹杂的吸附溶解试验研究,以及高铝钢浇铸渣金反应及其保护渣性能变化的研究结果,探讨了通过合理设计保护渣成分或更换渣系等措施来实现该类钢种保护渣工作性能的相对稳定性。     

60t LF精炼终点GCr15轴承钢中氧化物夹杂特性的研究

通过电弧炉出钢加铝铁、硅铁脱氧,LF精炼初渣的组分为(/%:27.39~37.34Al_2O_3,38.42~38.68CaO,14.20~18.38SiO_2,8.50~10.72MgO,0.82~0.89FeO,0.27~0.33MnO,0.69~0.74S,0.66~0.75TiO_2,(CaO)/(SiO_2)=2.09~2.72,(CaO)/(Al_2O_3)=1.04~1.40),LF终点T[O]为0.001 2%~0.0019%,T[N]为0.004 3%~0.005 0%,[Ti]0.002%和[Ca]0.006%~0.009%。GCr15轴承钢LF精炼终点氧化物夹杂分析结果表明,钢中主要氧化物夹杂为镁铝尖晶石(MgO·Al_2O_3)和钙镁铝尖晶石氧化物(CaO·MgO·Al_2O_3)。镁铝尖晶石平均尺寸低于0.5μm,当有MnS、TiN等在其上析出后平均尺寸增大。钙镁铝尖晶石平均尺寸通常在2μm以上,在精炼温度下呈液态,易在钢中聚集长大,其尺寸(1.39~2.12μm)比固态的钙镁铝尖晶石-MnS夹杂物大,且更被精炼渣吸收并上浮去除。随着精炼过程钢液中的硫含量降低,以这两类尖晶石为核心的含MnS的复合夹杂物的平均尺寸降低。适当降低精炼终点渣中MgO的含量、光学碱度和黏度可以减少钢中夹杂物的数量并降低其平均尺寸。     

钢包镇静过程取向硅钢中[Al]_s和[Ti]质量分数控制的动力学

取向硅钢中的[Al]s和[Ti]质量分数超标直接影响其磁性能和洁净度,要求把钢中的[Al]s和[Ti]质量分数控制到很窄的成分区间内。通过FactSage热力学计算软件与自主编写程序的结合,建立了取向硅钢钢包镇静过程渣钢反应的动力学模型,可以计算钢包镇静过程不同时刻钢液成分的变化规律,研究了精炼渣成分对取向硅钢中钢液成分的影响。结果表明,改变精炼渣碱度对钢中[Al]s质量分数影响很大,降低精炼渣中的TiO_2质量分数可以减慢钢中[Ti]的增加。     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3系精炼渣的活度计算模型

精炼渣系对钢中夹杂物的演变与去除有着重要影响,渣金反应导致铝脱氧钢中大量形成MgO-Al_2O_3夹杂物,危害钢材的表面质量与疲劳性能.为了降低渣中MgO的反应性,文中依据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3系精炼渣的活度计算模型,利用该模型,计算分析了渣中MgO含量、SiO_2含量、CaO/Al_2O_3和CaO/SiO_2对渣中MgO活度的影响规律.结果表明,增加Si O2含量可显著降低MgO活度.当MgO含量为10%时,控制CaO/Al_2O_3小于1和CaO/SiO_2小于0.6可有效降低MgO活度.     

BOF-LF-RH-CC流程生产38CrMoAl钢关键技术研究

38CrMoAl钢由于钢中[Al]含量极高(w([Al])为0.7%~1.1%),在连铸过程中容易导致水口的堵塞,同时在传统的高SiO2熔渣条件下,钢渣反应将导致钢水成分和熔渣性能发生较大的变化,恶化钢的洁净度。从热力学方面分析了高铝钢钢渣反应特性,得到了适合高铝钢的精炼渣和中间包保护渣成分控制目标,使钢中[Si]得到准确控制,钢的洁净度达到较高水平;同时采用高碱性高玻璃化连铸保护渣理论保证了熔渣吸收Al2O3夹杂后性能的稳定性。工业性试验结果表明:高铝钢铸坯平均w(T[O])<0.0012%,w([S])<0.003%,铸坯表面和皮下质量良好,完全满足用户要求。     

316L不锈钢LF精炼过程夹杂行为热力学分析和工艺优化

采用热力学计算方法得出316L不锈钢(/%:0.02C,0.51Si,1.15Mn,0.030P,0.001S,16.77Cr,10.12Ni,2.07Mo,0.040N,0.006Ti,0.004A1)精炼过程中脱氧平衡后形成MgO·Al_2O_3、2MgO·SiO_2、3Al_2O_3·2SiO_2、2NgO·2Al_2O_3·5SiO_2优势区图,研究和分析了各类夹杂物生成与转变的热力学条件。结果表明,在1 873 K时,当钢液中的溶解Al含量低于0.001%和溶解Mg含量低于2×10~(-7)%时才能形成低熔点变形能力较好的2MgO·2Al_2O_3·5SiO_2类夹杂物;当钢液中溶解Al含量在1.7×10~(-4)%以下,钢液中不形成MgO·Al_2O_3尖晶石夹杂;2MgO·SiO_2与3Al_2O_3·2SiO_2类高熔点夹杂物形成区域最大。实践表明,加Ca对高熔点夹杂物2MgO·SiO_2与3Al_2O_3·2SiO_2变性处理的热力学条件充足,当316L不锈钢180 t LF钢液溶解氧为0.002 0%,进行喂硅钙线2 m/t,精炼终点[O]为0.001 5%,2 mm冷轧板夹杂物为C类0.5~1.0级,主要成分为CaO·Al_2O_3·SiO_2。     

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。     

精炼温度对GCr15轴承钢钢液中钙、镁、铝、氧含量的影响

采用Fact Sage热力学软件,计算分析了精炼温度对GCr15轴承钢钢液中钙、镁、铝、氧含量的影响,并通过试验对计算结果进行验证。结果表明:随着精炼温度升高,钢液中的[Ca]、[Mg]、[Al]、[O]增加,温度越高增加趋势越明显。精炼温度升高,有利于Al_2O_3夹杂向复合夹杂转变,但温度过高会形成大量D类夹杂。     

90t BOF-LF-VD工艺冶炼GCr15轴承钢的氧化物夹杂变化行为

GCr15钢的生产流程为90 t转炉-LF-VD-250 mm×280 mm方坯连铸-轧制。转炉出钢加铝脱氧,LF由高碱度渣[/%:55~58CaO,3~10MgO,12~16SiO_2,16~24Al_2O_3,≤1(MnO+FeO)]精炼,LF喂Al后T[O]为14×10~(-6),LF终点T[O]10×10~(-6)。采用SEM(扫描电镜)+EDS(能谱仪)的方法,研究了线材中超标DS类夹杂物的成分分布,发现夹杂物中心以复合氧化物CaO-MgO-Al_2O_3为主,外围包裹少量CaS;这些氧化物中,Al_2O_3含量约占65%,分布最为均匀;CaO含量约占20%,MgO含量约占15%。统计分析结果表明,VD真空处理后每平方毫米13μm以上大颗粒夹杂物数量增至7,软吹后降至2.1,线材中1/3大颗粒夹杂物来源于钢包渣带入。     

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。     

钢包初始状态对帘线钢夹杂物的影响

运用Aspex Explorer扫描电镜对比了3种不同初始状态钢包冶炼条件下的帘线钢盘条中夹杂物成分、变形性能以及数量密度等,指出不同初始状态的钢包对帘线钢精炼渣成分和成品[Al]含量的影响。结果表明,同等条件下,分别使用冶炼过Si、Al-Si以及Al脱氧钢的钢包冶炼帘线钢时,精炼渣碱度、渣中Al_2O_3含量和成品[Al]含量均呈上升趋势,对应精炼渣碱度分别为0.95、1.1、1.4,渣中Al_2O_3质量分数分别为7.0%、11.0%、15.0%,成品[Al]的质量分数分别为7×10~(-6)、13×10~(-6)、16×10~(-6)。采用冶炼过Al、Al-Si脱氧钢的钢包冶炼的帘线钢盘条夹杂物数量密度分别为0.96、1.20个/mm~2,夹杂物中Al_2O_3平均质量分数分别为25.9%、31.8%,夹杂物塑性差,轧制后长宽比平均值分别为5.6、5.1。采用冶炼过Si脱氧钢的钢包冶炼的帘线钢盘条中夹杂物数量密度为0.79个/mm~2,夹杂物中Al_2O_3平均质量分数为15.0%,为塑性夹杂物,轧制后长宽比均值为11.3。实验证明,冶炼帘线钢不宜使用初态为Al脱氧或者Al-Si脱氧的钢包。     

304奥氏体不锈钢180t AOD-LF精炼过程夹杂物衍变行为的研究

采用氧氮分析仪、扫描电镜、金相显微镜研究了160 t EAF-180 t AOD-LF-CC工艺生产304不锈钢的冶炼过程中全氧含量和夹杂物数量、尺寸、成分、类型等的衍变行为。AOD初始[C]2.0%~3.0%,[Si]0.2%~0.4%,终点[C]0.04%~0.06%,AOD终渣为(/%):53.9%CaO,30.1SiO_2,1.34Al_2O_3,5.22MgO,8.74CaF_2,0.39Cr_2O_3,0.53TFe,0.62MnO,LF终渣为(/%):57.9CaO,21.6SiO_2,1.70Al_2O_3,6.30MgO,0.03Cr_2O_3,11.9CaF_2,0.26TFe,0.31 MnO。结果表明,AOD-LF-CC过程中氧含量逐渐降低,脱氧率达到71.0%,铸坯氧含量为25×10~(-6);在精炼过程中大型夹杂物数量明显降低,铸坯中没有出现≥20μm的夹杂物;在精炼过程钢中夹杂物主要以低熔点的硅酸盐为主,从LF终点至铸坯夹杂物中MgO和Al_2O_3含量分别升高了12%和17.5%,因温度降低,铸坯中残余的Mg、Al和O不断结合析出MgO-Al_2O_3尖晶石,同时残余的Mg、Al与低熔点的硅酸盐夹杂物发生反应形成高熔点的硅酸盐,所以铸坯中夹杂物主要以镁铝尖晶石和高熔点硅酸盐为主。     

82B硬线钢中夹杂物热力学分析及控制

对82B硬线钢中夹杂物的形成条件进行了热力学理论计算,结果表明:采用低碱度渣时,钢液中[Al]S随着夹杂物中wCaO/wSiO2比值和Al_2O_3含量增大而增加,为把CaO-SiO2-Al_2O_3夹杂物控制在塑性区,钢液中[Al]S应小于6×10~(-6)。实际控制结果表明,按照热力学计算结果控制精炼炉渣成分(控制顶渣中的Al_2O_3含量低于10%),同时保证充足的软吹条件(合适的氩气流量和大于15 min的软吹时间),可以达到夹杂物控制目标。     

水钢LF精炼渣及造渣制度规划

精炼渣具有脱硫和净化钢液的作用,在炉外精炼渣中采用精炼渣精炼钢水已成为洁净铜生产重要的技术手段。论文根据钢种的质量要求,以脱硫和铜中夹杂物控制为目标,结合水铜主要生产品种,对LF精炼渣终渣成分和造渣制度进行了规划。在水钢目前生产工艺条件下,焊条焊丝钢精炼终渣成分控制CaO／SiO2=2．0～2．5,Al2O3=10％～15％;含铝冷镦钢CaO／Al2O3=1．6—1．8,SiO2〈8％;高碳硬线铜CaO／SiO2=2．5～3．5,Al2O3〈15％。精炼渣造渣制度均可采用转炉出钢渣洗,并在LF精炼炉补加渣料的方式进行。     

帘线钢82B精炼过程中的酸溶铝控制

通过热力学计算和工业试验研究了影响高碳帘线钢(82B)生产过程中钢中酸溶铝含量的各种因素。为控制钢中酸溶铝含量在极低水平,首先必须使用w(Al)<0.05％的硅铁合金化;其次应该严格控制精炼温度、精炼渣的Al_2O_3含量和精炼渣碱度,以避免LF精炼过程钢液增铝。指出高碳帘线钢用VD法进行真空处理时钢液具有强烈的增铝倾向。     

含铝钢LF精炼渣成分优化及造渣制度改进

针对含铝钢初炼钢水[C]低、[O]高的特点,提出采用CaO-Al2O3-CaF2系精炼渣,组分中CaO/Al2O3=1.7～1.9;出钢过程采用渣洗工艺向钢包加入大部分精炼渣,将连铸返回的热态精炼渣倒入精炼钢包中,缩短精炼成渣时间,保证足够的白渣和软吹时间。冶炼20Mn2A时,脱S率达到77.13%,铸坯T[O]为21×10^-6,铸坯中[Als]为0.026%,达到了良好的冶金效果。