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2019年CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系生产高强合金结构钢MgO·Al2O3夹杂物的形成研究.doc

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CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系生产高强合金结构钢时MgO·Al2O3夹杂物的形成研究Min JIANG, Xinhua WANG, Bin CHEN and Wanjun W ANG本文研究了CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系生产高强合金结构钢42CrMol时MgO·Al2O3夹杂物的形成；当钢/渣达到平衡时，钢水中Al含量小于0.01%。

在预平衡试验中，在1873K，90分钟足够达到钢/渣平衡。

2-4μm的尖晶石夹杂物弥散分布在钢水中，钢水中镁的含量极大程度上影响了夹杂物达到形态。

随着钢水中镁含量的增加，球状的夹杂物转变成角状；然而，钢水中痕量的Ca能有效的使角状尖晶石夹杂物转变成球状。

渣中的MgO也进行了讨论，夹杂物中log(X MgO/X Al2O3)随着钢水log[a[Mg]/(a2[Al]·a2[O])] 及渣中log(a MgO/a Al2O3) 的增加而增加，并呈一定的线性关系。

画出了MgO-MgO·Al2O3-Al2O3平衡相图，发现钢水中Al和Mg主要存在于MgO·Al2O3形成区域，它是形成MgO·Al2O3先决条件。

渣中的SiO2由于跟钢水中Ca 和Al反应，有利于稳定MgO·Al2O3。

在可溶Al的范围内镁含量极大影响了MgO-MgO·Al2O3-Al2O3三元相的转变，这也是矩形MgO夹杂物形成的原因。

关键词：MgO·Al2O3尖晶石，渣，夹杂物，平衡，高强合金结构钢1 简介MgO·Al2O3尖晶石夹杂物通常出现在Al镇静钢中，它是由钢中溶解的Al和钢包耐材反应产生的物质。

MgO·Al2O3夹杂物形状不规则，且不易变形。

以此，它对钢材的最终性能有相当不利影响。

如：作为微裂纹源，从而使钢产生疲劳断裂。

参考1,2认为内生夹杂物有利于高强钢产生超长的疲劳周期。

此外，文献3-6认为，细小、球形及分布均匀的MgO·Al2O3夹杂物实际上是对钢的疲劳性及其他性能是无害的。

实际上，近年来对MgO·Al2O3尖晶石夹杂进行了广泛讨论。

大部分报道聚集在不锈钢中MgO·Al2O3夹杂物的形成及控制技术，这是因为它们对不锈钢的表面性能影响较大；而高强结构钢中就鲜有报道。

高强结构钢中控制MgO·Al2O3的目的是进一步改善疲劳性能（跟不锈钢中目的相差很大)，这是国家973基础研究中的项目。

本文在实验室范围内进行了研究，在冶炼42CrMo钢达到钢/渣（CaO-SiO2-Al2O3-MgO）平衡时，对MgO·Al2O3夹杂形成进行了讨论。

当钢水中可溶Al小于0.01%时，有MgO·Al2O3生成已被阐明。

2 实验Si-Mo棒加热的电阻炉用作实验钢水的加工。

钢样150g（成分见表1），渣30g，在1873K，Ar2保护下，在坩埚内进行了熔炼。

除非特别声明本文采用的单位是百分质量数。

在1873K保持一定时间后（平衡时间已通过预平衡实验证实），从坩埚中取出进行快速水冷。

2.1 预平衡实验在平衡实验之前进行了预平衡实验，以找出达到钢/渣平衡所需时间。

在1873K，坩埚中钢渣保持不同的时间，然后对试样进行水冷，再分别对钢渣试样进行制备，进行化学成分分析。

2.2 平衡实验在找出钢/渣平衡时间之后，在1873K进行了平衡实验，实验过程中在静态状态下进行，使得钢中氧化物自然上浮。

试样后的试样进行了快速水冷。

钢、渣试样分别制备并进行了化学分析；在试样截面上随机选择了30个夹杂物进行了SEM-EDS分析，并统计夹杂物的形貌、尺寸、化学成分等信息。

在当前实验中，把0.5g金属试样、10cm3水和5cm3HNO3放入到200cm3的烧杯中，然后加热直到没有气泡逸出。

然后烧杯中加入5cm3HCL，并继续加热以熔化试样。

实验中使用的水和酸都是高纯度的。

试样熔化之后，过滤到100cm3的烧瓶中，滤纸上保留了残留物。

试样中的Al含量（冷却到室温）看做是酸溶铝，进行了ICP发射光谱分析。

并采用此法分析了钢中酸溶Ca和Mg含量。

但必须指出，酸中也溶解了部分MgO·Al2O3夹杂，溶解量取决于夹杂物自身的尺寸、数量。

因此，分析的酸溶Al和Mg同实际钢样中有一定差别。

试样中全氧量采用熔化及红外吸收的方法测定，渣子的成分采取x射线荧光光谱分析仪进行分析。

3 结果和讨论3.1 达到平衡所需时间预平衡试验中钢水及渣子的成分见表2。

实验发现，在保持90分钟后钢水中全氧的含量基本稳定。

这表明对于钢水中夹杂物的上浮90分钟已足够。

保持60分钟后，钢水中的Al基本稳定，如图1 所示。

可以说90分钟，钢/渣之间足以达到平衡。

3.2 钢样中MgO·Al2O3夹杂的测定平衡实验后，钢样及渣子的成分见表3。

SEM-EDS结果表明MgO·Al2O3夹杂弥散分布在钢样中。

尤其是，除了No.4实验中角状颗粒外（见图2-8）它们比较细小（2-4μm），球状、均匀分布的颗粒。

尖晶石夹杂物中MgO的含量随着钢水中Mg的增加而升高。

尤其是所有钢样中含Mg 最高的试样No.6（10ppm）中MgO颗粒多呈矩形。

这种现象后面将进行详细讨论。

显而易见，钢水中Mg含量的增加将会改变尖晶石夹杂的形态，从球状变成尖角状，而夹杂物中痕量的Ca有利于夹杂物呈球状，见图2-8。

3.3 铝脱氧平衡当在钢/渣之间建立起平衡时，钢水中的Al和Mg也同渣建立起平衡，可以用如下反应表示。

(Al2O3)=2[Al]+3[O] (1)式中：Ki是平衡常数；a[i]是钢中i组分的活度，它以无限稀溶液为标态进行计算；a j是渣中j组分的活度，它的标态是纯固态。

[Al]、[O]活度可以通过以下方程计算：式中：e j i是元素i、j之间的一级相互作用系数，见表4；参考12的作者推导出在1873k 计算Al在CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系中的活度。

其表达式如下：根据表3中渣子的成分，用等式（5)估算出Al2O3活度，并带入等式（2）（3）和（4）就能够计算出溶解氧的含量。

从而得到在1873K，钢水中氧与渣中Al2O3达到平衡时的值，见表3。

3.4 渣中饱和态MgO行为文献12画出了MgO在（CaO+MgO)-SiO2-Al2O3准三元系中的等溶线，见图9.。

粗线代表了不同相的边界，细线代表了MgO的等溶线。

从图上可以看出在SiO2值一定时，随着Al2O3含量的增加，含MgO饱和相中MgO的溶解量增加，一直到达MgO-MgO·Al2O3双饱和相边界，其后在MgO·Al2O3饱和相中开始递减。

图9中三角形表示了表2中所列渣子的成分，实验No.1和No.3中渣子的成分分别靠近图中MgO·Al2O3饱和相的MgO和C2S边界。

这里MgO的溶解度约5-10%。

由于MgO 在No.1和No.3渣样中的含量分别是7.38%、6.98%，可以看做是1。

No.5、No.7实验中，渣子的成分靠近MgO-MgO·Al2O3相边界，此处MgO溶解量是10-15%。

No.5、No.7实验中，渣中MgO含量是11.5-12.31%。

此两个渣中MgO活度也可以看做1。

至于其他渣样，MgO含量高于其溶解度，所以这些渣中MgO活度也看做为1。

3.5 钢/渣界面及MgO·Al2O3夹杂物之间的平衡根据文献16，夹杂物的成分作为钢成分和温度的函数，只要在钢和夹杂物之间建立起平衡，就可以通过热力学计算来估算其值。

在夹杂物/钢/渣平衡态下，夹杂物的成分理论近似于渣子成分，但又好像不可能。

文献17实验证明了钢/夹杂物之间的反应很快，以至于在夹杂物和钢水之间能够建立起局部平衡。

理论上，夹杂物钢水之间的平衡可用方程6-9表示。

通过方程7-10可以推导出等式11，即夹杂物成分可以表达为溶解氧、Mg、Al的活度，MgO和Al2O3的活度系数及温度的函数。

式中，Xi和γi分别是夹杂物中i元素的摩尔分数及活度系数。

因此，当钢水中成分对方程11中活度系数影响不大时，在某一固定温度下，夹杂物中MgO和Al2O3浓度比率的对数，log(X MgO/X Al2O3) 和log[a[Mg]/(a2[Al]·a2[O])]，是带有一个单位斜率的线性关系。

在1873K，观测到的log(X MgO/X Al2O3) 和log[a[Mg]/(a2[Al]·a2[O])] 之间的关系如图10所示，用分散的实心圆点表示。

虚线是在1873K回归分析得到的实验数据的曲线。

同时发现，观测到的log(X MgO/X Al2O3) 和log[a[Mg]/(a2[Al]·a2[O])] 也呈现良好的线性关系，其斜率约为0.65。

如上所述，MgO的活度可看做1。

渣中氧化铝的活度可以通过方程10计算。

在1873k 观测到的log(X MgO/X Al2O3)同log[a MgO/a Al2O3] 关系，见图11，实心正方形所示。

虚线是通过回归分析得到的实验数据曲线。

它们同样存在良好的线性关系，斜率约为0.7。

此处必须指出，由于No.6钢样中SEM-EDS分析的夹杂物是纯MgO，X Al2O3值是零，logX Al2O3无意义，因此，图10和11中的数据点是6个而不是7个。

两个原因能说明图10和11中为什么数据点分散分布以及为什么它们斜率不一致。

渣中SiO2极大影响夹杂物中MgO含量的原因，因此，当前研究中尖晶石中MgO含量不仅取决于Mg含量，而且依赖于渣中SiO2。

这就是造成数据点分散分布及回归分析曲线的斜率不一样的原因。

3.6 MgO/MgO·Al2O3/Al2O3平衡相图为了研究MgO/MgO·Al2O3和MgO·Al2O3/Al2O3边界，采用热力学计算以得到钢中这三个不同相的平衡相图。

使用的方程是12-17。

计算MgO/MgO·Al2O3边界是12-14（参考文献19）计算MgO·Al2O3/Al2O3边界是15-17（参考文献19）根据参考20，当在1873K计算MgO/MgO·Al2O3边界，MgO·Al2O3活度取0.8，由于Al2O3在MgO溶解度很低，MgO活度取0.99。

当计算MgO·Al2O3/Al2O3边界，活度取0.47，由于MgO几乎不溶于Al2O3，Al2O3活度取1。

在当前研究中，当计算Mg的活度系数时，氧浓度被考虑进去。

同Mg相比，在活度计算中，由于e O Al原小于e O Mg溶解氧量的影响可以忽略。

带入方程3、8及14、17可以得出平衡相图，见图12。

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浅析LF炉脱硫精炼渣

浅析LF炉脱硫精炼渣

浅析LF炉脱硫精炼渣【摘要】随着现代科学技术和工业的发展，对钢材质量（如纯净度）要求越来越高，用普通炼钢炉冶炼出来的钢水已经难以满足其质量的要求。

另外，连铸技术的发展，对钢水的成分、温度和气体的含量等也提出了更严格的要求。

于是就产生了各种将初炼钢水进行炉外精炼的方法。

LF精炼法是其中最常用的一种。

本文对LF法中常用的几种脱硫渣系（如CaO- CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-CaF2、BaO-MgO-Al2O3-SiO2）的组成及其冶金功能等进行研究与探讨，对精炼渣的发展前景和方向作出展望，为以后精炼渣的开发研究提供了依据和参考。

【关键词】LF精炼渣；脱硫；碱度LF法就是在非氧化性气氛下，通过电弧加热、造高碱度还原渣，进行钢液的脱氧、脱硫、合金化等冶金反应，以精炼钢液。

钢包底部的吹氩搅拌，使钢液与所造的精炼渣充分接触，强化精炼反应，有效去除杂质，促进钢液温度和合金成分的均匀化，为连铸提供温度、成分准确均匀的钢水，协调炼钢与连铸的节奏。

LF合成渣精炼可以更好完成脱硫、脱氧、去除夹杂的任务，从而得到纯净钢水。

1、LF法的精炼原理LF法的工作原理：钢包到站后，将钢包移到精炼工位，加入合成渣料，降下石墨电极插入熔渣中对钢水进行埋弧加热，补偿精炼过程中的温降，同时进行底吹氩搅拌。

LF精炼法通过强化热力学和动力学条件，使钢液在短时间内得到高度净化和均匀。

造白渣进行钢水精炼，可生产超低硫钢和低氧钢。

因此，白渣精炼是LF炉工艺操作的核心，也是提高钢水纯净度的重要保证。

白渣精炼的工艺要点是：①挡渣出钢，控制下渣量小于5kg·t-1钢；②钢包渣改质（一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣），控制钢包渣碱度大于2.5～3，渣中W（FeO+MnO）含量小于1.0～3.0%；③保持熔渣良好的流动性和较高的渣温，确保脱硫、脱氧效果；④控制LF炉内为还原性气氛，避免炉渣再次氧化；⑤适当搅拌，避免钢液面裸露，并保证熔池内具有较高的传质速度。

CaO-MgO-SiO2 -Al2O3四元精炼渣系黏度热模拟研究

CaO-MgO-SiO2 -Al2O3四元精炼渣系黏度热模拟研究

学号：201006010310
HEBEI UNITED UNIVERSITY
毕业论文
GRADUATETHESIS
论文题目：CaO-MgO-SiO2-Al2O3四元精炼渣系黏度热模拟研究
学生姓名：
专业班级：
学 院：冶金与能源学院
指导教师：
2013年06月03日
摘
精炼过程中，精炼渣能够完成脱硫、脱氧、去气、去夹杂等任务，而在炉外精炼时，精炼渣的物化性能，尤其是精炼渣黏度对钢液的精炼效果起着决定性的作用。采用Factsage热力学软件，对CaO-MgO-SiO2-Al2O3四元精炼渣系黏度模拟进行了计算，确定了精炼渣黏度随随熔渣组分和温度的变化规律。
研究表明表面张力也受到温度的影响，温度上升，表面张力下降，相关文献也给出了两者之间的定量关系：
(11)
5）精炼渣熔化性温度
在LF炉精炼过程中，一般应为液态渣。因此精炼渣的熔点应低于被精炼钢液的熔点。LF在高碱度精炼渣（R≥2.5）冶炼超低硫钢（[S]≤10ppm）时，硫的分配比Ls理论计算值高达200，此时从热力学角度考虑，已经能够把硫降到比较低的含量，但实际的脱硫率远低于理论值。祝贞学认为能否达到热力学决定的平衡条件，很大程度上取决于脱硫过程的动力学条件，其限制环节为硫在渣中的扩散和传质速度。因此，研究影响高效精炼渣的流动性的因素——炉渣熔点和粘度具有重要意义。此外精炼渣的熔化温度处于适宜范围内,其发泡性能和吸附夹杂能力就能达到最佳值。同时，精炼渣熔点高会使渣系进入非均匀相，出现固态质点，从而影响炉渣流动性[10]。
1)对钢液进一步深脱硫和深脱氧；
2)精炼渣起泡埋弧，提高热效率，减少炉衬和包盖的侵蚀；
3)吸收钢液中非金属夹杂物，净化钢液，提高钢水纯净度；
LF炉精炼快速造白渣工艺研究与实践

LF炉精炼快速造白渣工艺研究与实践

LF炉精炼快速造白渣工艺研究与实践摘要：根据钢厂LF炉精炼造渣工艺的特点，利用炉渣组元CaO、SiO2、Al2O3、CaF2进行分析研究，制定出合理的渣系配比和快速造白渣制度，尽快形成炉内还原性气氛。

通过实践取得了稳定的脱硫、脱氧效果，成分和温度控制精度较高，充分发挥了LF炉精炼的效果。

关键词：LF炉精炼白渣1 前言随着用户对钢材质量的要求越来越高，LF炉精炼作为提升钢材质量的手段得到了迅速的发展。

在LF炉精炼过程中，通过合理快速的造白渣，尽快营造出炉内稳定的还原性气氛，可以达到脱硫、脱氧的目的，可以吸收钢中的夹杂物以及控制夹杂物的形态，可以精确控制成分；通过形成的白泡沫渣，埋弧效果好，热效率高，减少了耐火材料侵蚀。

我厂在原有造渣工艺的基础上，制定出如何快速造白泡沫渣，控制好埋弧、脱硫、脱氧、精确控制成分和温度等主要精炼环节，充分发挥LF炉精炼效果尤为重要。

2 主要设备基本参数钢包运输车：行走速度2～20m/min，最大载重量180t。

加热装置：电极直径Φ400mm，电极最大行程2700mm，电极分布圆直径680mm，升温速度4～6℃/min。

电炉变压器：额定容量18000KVA，一次电压35KV，二次电压335-295-235V，二次额定电流35.23KA。

氩气系统：供气压力 1.2MPa，工作压力0.25～1.0MPa。

冷却水系统：工作压力0.4～0.6MPa，回水压力0.2～0.3MPa，进/回水温度≤32/55℃。

3 精炼快速造白渣工艺制定3.1 转炉渣对精炼造渣的影响3.1.1 渣中碳粒对精炼造渣及钢中碳含量的影响冶炼中、高碳钢时，在转炉出钢合金化的过程中，由于加入增碳剂，有部分碳粒混入钢渣中，且加入顶渣后温降较大，使熔渣变稠甚至硬化结壳。

其结果导致就位成分碳含量不准确，并且熔渣中的碳粒参与脱氧，由于熔渣中的碳粒难以量化，使得造渣过程中脱氧程度难以控制。

为了解决这一问题，采用钢包在线吹氩，增加碳粉的回收率，钢包进入LF位后增加供氩气强度，确保混入熔渣中的碳粒完全熔化。

评价铁矿石质量的一个参数

评价铁矿石质量的一个参数

SiO 2%/TFe%值是评价铁矿石质量的一个参数李小克（湘钢生产管理部）摘要：铁矿石SiO 2%/TFe%值与高炉渣铁比直接相关，可以作为评价铁矿石质量的一个参数。

降低铁矿石SiO 2%/TFe%值对改善高炉生产技术指标有较好作用。

关键词：铁矿石SiO 2%/TFe%值 高炉渣铁比0前言铁矿石TFe%、扣钙镁TFe%是评价铁矿石质量的重要指标。

在SiO 2%基本相同，TFe%相差较大的情况下，铁矿石质量好坏很容易区别。

但是，当某种铁矿石TFe%较低且SiO 2%也较低，另一种铁矿石TFe%较高且SiO 2%也较高，此时该如何比较？铁矿石中SiO 2%/TFe%值可以作为评价质量的一个有用的参数。

1铁矿中的的SiO 2%/TFe%值代表了高炉渣铁比1.1矿石渣铁比计算式的推导。

一吨铁水由铁矿石带入的渣量（不包括燃料灰份）理论上可由下式计算： Ⅲ=22*%1000*2.14[]%(%)P SiO Si SiO /公斤 (1)；P=[]%*10%*0.96Fe TFe /公斤 (2)；式中：Ⅲ——1吨铁水由矿石带入的渣量/公斤； P ——1吨铁水的矿耗/公斤，SiO 2%、TFe%——分别为铁矿石中的SiO 2%、TFe%含量； [Si]%——高炉铁水中[Si]%含量； [Fe]%——铁水中铁元素的含量；(SiO 2)%——高炉炉渣中(SiO 2)%含量；0.96、1000——分别为铁元素收得率和铁水公斤数量。

将（2）式代入（1）式，整理得： Ⅲ=2210.42[]%*%%*()%Fe SiO TFe SiO -22140[]%()%Si SiO取[Fe]%=94.5，[Si]%=0.0040，(SiO 2)%=0.3250，代入（3）式，得： Ⅲ=3029.82*SiO 2%/TFe%-26.34/公斤 (3)。

1.2铁矿粉渣量、铁量的计算。

烧结矿和球团矿都由铁矿粉制成，降低铁矿石SiO 2%/TFe%值也就是降低铁矿粉的SiO 2%/TFe%值。