耐火材料对钢中氧含量影响的实验研究

通过实验研究MgO-Cr2O3,MgO-Al2O3,Al2O3和MgO-C系耐火材料对钢中氧含量和夹杂物的影响,以及采用热力学原理分析耐火材料向钢中的传氧机理.结果表明:在1600℃下,上述4种耐火材料向钢中的传氧能力依次为MgO-Cr2O3>MgO-Al2O3>Al2O3>MgO-C;耐火材料中闭口气孔内氧化物组分分解所产生的平衡氧分压大于钢中的平衡氧分压,是耐火材料向钢中传氧的根本原因;MgO-C系耐火材料内部生成的CO在钢水界面处发生分解反应并溶入到钢中.     

耐火材料向钢液中的传氧机理及影响因素

根据相平衡和热力学理论,并通过热力学计算,研究了耐火材料向钢液中的传氧机理以及影响因素·研究结果表明,在钢液深脱氧的情况下,耐火材料中闭口气孔内的氧化物组分分解所产生的平衡氧分压要明显高于钢液中的平衡氧分压,这是使耐火材料向钢液中传氧的主要原因;根据耐火材料的种类和组成配比的不同,耐火材料向钢液中的传氧能力亦不同;钢液中的氧含量越低,越会促进耐火材料中氧化物组分的分解和向钢液中的传氧·     

无取向硅钢中镁铝尖晶石的变性机理

对无取向硅钢钙处理过程中镁铝尖晶石夹杂的变性机理进行了研究,重点考察了钙处理前期和中期MgO-Al2 O3的变性过程.钙处理前,钢中除了发现单纯的MgO- Al2 O3外,还发现少量被AlN包裹的MgO- Al2 O3.钙处理1.5 min后,在MgO-Al2 O3表面有中间产物CaS或CaO形成;钙处理4.5 min后,生成由内到外依次为MgO-Al2 O3、CaO-MgO-Al2 O3和CaO-Al2 O3的夹杂物;钙处理10 min后,未反应的MgO-Al2 O3消失,CaO-MgO-Al2 O3和CaO-Al2 O3的成分趋于均匀.通过热力学计算得到了Al2 O3/MgO-Al2 O3/MgO和MgO-Al2 O3/xCaO·yAl2 O3的稳定相图,发现在含铝越高的钢中,镁铝尖晶石变性越困难.结合夹杂物的扫描电镜观察、能谱分析和面扫描图分析结果,提出了夹杂物的变性路径：MgO或Al2 O3→MgO- Al2 O3→CaO-MgO-Al2 O3→CaO-Al2 O3;在产物的中间层CaO-MgO-Al2 O3中,Al2 O3含量除了一般情况下的逐渐降低外,偶尔还存在突然升高的情况.     

含铝钛合金电渣重熔中的渣系设计及脱氧热力学

以炉渣离子、分子共存理论为基础,1Cr21Ni5Ti钢为研究对象,Al为脱氧剂,根据熔渣-金属中各个组元的平衡反应和质量守恒,建立了脱氧热力学模型,并在脱氧基础上设计了渣系.在脱氧剂Al不同的加入量条件下对1Cr21Ni5Ti钢中的Si,Al,Mn的平衡质量分数和渣中Ti O2的需求量进行了计算,Ti O2的加入保证了钢中Ti的含量.结果表明:随脱氧剂Al的增加,Si,Al,Mn,Al2O3的平衡质量分数呈上升的趋势,Si O2,Fe O,Mn O以及渣系中Ti O2的设计量呈下降的趋势;当Al加入量达到0.2%后,渣中不稳定氧化物含量很低,大部分Al进入到钢液中,造成钢液增[Al].根据1Cr21Ni5Ti的Si,Al,Mn的成分要求,得到Al的最大加入量为0.15%/吨钢,此时渣系中Ti O2的设计量为4%,达到保钛的目的.     

齿轮钢氧含量及夹杂物控制技术研究

利用热力学软件计算了齿轮钢氧含量与夹杂物成分控制、夹杂物转变条件.结果表明,20CrMoH钢中具有较高塑性的非金属夹杂物成分(质量分数)为:SiO2 0%～10%、Al2O3 22%～55%、CaO 42%～60%、MgO 5%～10%,与之平衡的钢液中铝的质量分数大于0.020%,钙的质量分数大于0.7×10-6,a[O]为0.0005%左右;选择组成为CaO>40%、Al2O3≤37%、MgO10%、(%CaO+%MgO)/%SiO2为10、SiO2含量尽量低的渣系,钢中Al2 O3、MgO.Al2 O3夹杂物可转变为低熔点的钙铝酸盐.试验发现LF和RH精炼结束时钢液T[O]含量均随炉渣碱度增加而降低,采用高Al2O3含量的炉渣对降低T[O]含量有利;精炼过程钢液中夹杂物按"Al2O3系夹杂物→MgO--Al2O3系夹杂物→CaO--MgO--Al2O3系夹杂物"顺序发生转变,其中MgO--Al2 O3系夹杂物向CaO--MgO--Al2 O3系夹杂物的转变是由外向内逐步进行的,转变速度相对较慢;降低T[O]含量有利于生成较低熔点的CaO--MgO--Al2O3系夹杂物.     

氧化铝微粉对镁钙系耐火材料性能的影响

通过添加α Al2O3微粉的方法,研究了w(α Al2O3)对镁钙系耐火材料烧结效应和抗水化性的影响·研究结果表明,通过添加α Al2O3微粉可以有效地促进镁钙系耐火材料的烧结性能和抑制镁钙系耐火材料的水化速度·当w(α Al2O3)小于1%时,耐火材料的体积质量随w(α Al2O3)的增加而升高·当w(α Al2O3)大于1%时,随其增加耐火材料的体积质量下降,烧结效应变差·耐火材料抗水化性能随着w(α Al2O3)的增加而提高·     

电渣重熔304NG不锈钢脱氧热力学研究

以抽锭式电渣重熔304NG不锈钢用Ca F₂-Al₂O₃-Ca O-Mg O-Si O₂渣系为研究对象,基于分子离子共存理论(IMCT)和Wagner-Chipman模型进行脱氧热力学研究,分析不同脱氧制度对钢中O、Al、Si及渣中Fe O质量分数的影响。研究结果表明,在无脱氧剂条件下,钢中的Al、Si先后被渣中的Fe O氧化,平衡时Al的氧化率为61.3%、Si的氧化率为9.7%,而O的增加量为75.1%;当采用Al,Ca Si,Al+Ca Si脱氧时,渣中Fe O质量分数分别能降低至0.12%,0.24%,0.10%;与单独使用Al,Ca Si相比,Al+Ca Si复合脱氧剂不仅具有良好的氧势控制能力,而且钢中Al、Si相对于电极原始质量分数变化幅度较小;在电渣重熔过程中,钢中O的质量分数由Al-O平衡决定。     

成分对MgO-Al_2O_3-C耐火材料抗侵蚀性能的影响

除工作环境外,原料配比对MgO-Al2O3-C材料抗侵蚀性能具有重要影响.采用不同杂质含量的电熔镁砂原料,按照不同C含量和Al2O3含量制备MgO-Al2O3-C试样.通过转动试样浸渣方法测得不同试样在富CaO熔渣中的侵蚀速率,从而研究了成分对抗侵蚀性能的影响.结果表明抗侵蚀性能随着镁砂杂质含量的增加而迅速降低,随着碳含量以及Al2O3含量的增加而先增加后降低.过多的Al2O3导致了熔渣黏度下降,而过多的碳导致了空隙率增大.根据上述结果,在富CaO熔渣中MgO-Al2O3-C材料理想的Al2O3质量分数为10%~30%,理想的C质量分数为10%~20%.     

1873K下钢液中Ti-Al复合脱氧热力学分析及夹杂物生成

对1873K下钢液中Ti-Al-O系复合夹杂物的形成进行了理论和实验研究. 理论计算和实验结果表明,钢液中Ti-Al-O系的Al-O基本趋于平衡,钢液中自由氧由Al含量控制. Ti-Al-O系复合夹杂物的形成主要由a_(Ti)/a_(Al)值确定. 根据热力学数据计算得出了Ti-Al-O系复合夹杂物(Al_2O_3-Ti_3O_5-Ti_2O_3)的稳定区域;随着a_(Ti)/a_(Al)的增加,夹杂物逐步由Al_2O_3转变为Ti_3O_5夹杂物. 当钢液中自由氧含量较高时容易生成Ti3O5夹杂物. 计算结果和观察到的实验结果一致.     

中等氧分压下CaO-SiO_2-Al_2O_3-FeO_x体系的液相线及平衡相关系

采用高温平衡实验方法研究了10.13 Pa氧分压下,温度对CaO-Al2O3-FeOx及SiO2-Al2O3-FeOx两三元系液相线及平衡相关系的影响.平衡试样的EPMA(电子探针显微分析)、SEM(扫描电镜)检测结果表明,对CaO-Al2O3-FeOx体系而言,随着温度由1 450℃升至1 550℃,液相区向高Al2O3区域扩展,且两个温度条件下其高Al2O3区域的平衡相关系均包括两相平衡共存以及三相平衡共存.另一方面,对于SiO2-Al2O3-FeOx体系,其液相区随温度升高向高铁区及莫来石初晶区扩展,同时该体系1 450℃下靠近SiO2-FeOx侧的平衡相关系与1 550℃下不同.此外,...     

化学链高温空分制氧性能评价

采用Aspen Plus软件对高温空分制氧流程进行模拟研究并做出评价.基于热力学平衡原理,对不同金属氧化物载体(Mn3O4-Mn2O3和CoO-Co3O4)、不同反应温度下的平衡氧分压进行计算,得到了Mn3O4-Mn2O3和CoO-Co3O4体系氧平衡分压与温度的关系;在计算平衡氧分压的基础上,确定了制氧所需的空气量与水量/CO2量;构建了制氧流程,并进行了模拟计算.结果表明,在2种载氧体Mn3O4-Mn2O3和CoO-Co3O4中,载氧体Mn3O4-Mn2O3制氧性能较好;化学链高温空分制取纯氧能耗为0.353 kW.h/kg,与传统制氧能耗经验数据0.246 kW.h/kg相比并不具有明显的优势;化学链高温空分制取O2和CO2混合气体能耗为0.151 kW.h/kg(氧气体积分数为14.3%),与传统制氧能耗经验数据0.246 kW.h/kg相比,具有节能潜力.     

Al--Ca复合合金钢水脱氧机理的研究

通过Al-Ca复合合金钢水脱氧的平衡热力学计算,确定了钢液的氧的质量分数在3×10-6~1×10-4条件下,1600℃时的Al-Ca复合合金脱氧产物的稳定区域图.以此为基础,假定钙的收得率为100%,预测了钢液在Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为5,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为M kg;Al-Ca复合合金Ca/Al质量比为0.2,加入量为0.2M kg三种不同脱氧制度下夹杂物的演变历程.结果表明,在Ca/Al=5,复合合金加入量使初始钢液中的[Ca]为0.01%,[Al]为0.002%时,夹杂物在钢液精炼过程中的演变历程为:12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l)→CaO(s)→12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l)→CaO(s)→12CaO·7Al2O3(l)/CaO·Al2O3(l),并确定了固态和液态脱氧产物在脱氧过程中交替形成为最理想的Al-Ca复合合金脱氧制度,可为钢铁企业脱氧剂的选择和应用提供参考和借鉴.     

精炼渣成分对高强度低合金钢中非金属夹杂物影响

采用渣钢平衡的实验方法研究了1600℃下不同碱度和不同Al2O3含量的强还原性精炼渣对高强度低合金钢中非金属夹杂物的影响.结果表明:渣钢反应平衡后,炉渣中CaO和SiO2的质量比为1.9～4.5、Al2O3质量分数为21%～33%,钢中夹杂物主要为球状的CaO-MgO-Al2O3-SiO2系,尺寸在5μm以下,炉渣成分对夹杂物的成分影响很大.夹杂物主要分布在SiO2含量一定的CaO-MgO-Al2O3-SiO2伪三元相图中1 400～1 500℃的低熔点区,随着炉渣碱度的提高和Al2O3含量的降低,部分夹杂物逐渐偏离低熔点区域,夹杂物的总数量逐渐减小.当渣中Al2O3质量分数为21.22%、碱度为3.27时,有大量夹杂物分布在高熔点区域,夹杂物的总数量最小.     

LF精炼对CSP集装箱钢T[O]和夹杂物影响

为提高武钢薄板坯连铸连轧产线集装箱钢水洁净度,通过工业试验考察了LF精炼过程炉渣成分、软吹氩以及钙处理工艺对钢中T[O]和夹杂物的影响.试验结果表明,适当提高(CaO+MgO)/SiO2有利于降低钢中T[O],但同时要考虑(CaO+MgO)/Al2O3的比值,适当增加钙处理前后软吹氩时间可明显提高钢水洁净度;将炉渣中(CaO+MgO)/SiO2和(CaO+MgO)/Al2 O3控制在合适范围不仅有利于提高钢水洁净度,而且有利于钢中低熔点CaO--MgO--Al2 O3系夹杂物的生成.根据相关热力学数据给出了实际生产钢中生成不同液态铝酸钙时[Ca]--[Al]平衡热力学计算模型.     

高品质GCr15轴承钢二次精炼过程中夹杂物的演变规律

采用FE-SEM/EDS研究了转炉流程生产的GCr15轴承钢LF、RH精炼过程中夹杂物的演变规律,分析了其演变机理。结果表明:钢中复合夹杂物的演变规律可归纳为:Al2O3→MgO·Al2O3→(CaO-MgO-Al2O3-(CaS))复合氧化物夹杂和Al2O3→(Al2O3-MnS)→(Al2O3-MnS-Ti(C,N))复合氧硫碳氮物夹杂2种方式。LF精炼过程脱硫作用明显,钢中的硫化物夹杂数量大幅减少。LF精炼初期钢中主要是MnS、Al2O3、TiN的单相夹杂物。LF精炼结束后钢中的夹杂物演变为Al2O3为核心外包氧化物及MnS、TiN、Ti(C,N)、CaS的复合夹杂物。精炼渣中的CaO和耐火材料中的MgO经还原后与钢中溶解氧反应导致LF精炼结束时D类夹杂物增加。RH及软吹处理进一步强化了去除钢中的硫化物,但D类及其与A、T类复合的夹杂物含量增加。在LF阶段,夹杂物尺寸主要集中在1~3μm范围内,到RH阶段,夹杂物尺寸则主要集中分布在小于1μm的粒度范围。最大夹杂物尺寸由10.79μm降到5.68μm,单位面积夹杂个数由372个/mm2降到258个/mm2。RH及软吹处理有效地降低了钢中大于3μm的夹杂物。     

不同温度下60Si2MnA弹簧钢中低熔点夹杂物生成热力学

借助FactSage热力学软件分别对1873、1823和1773 K三个不同温度下60Si2MnA弹簧钢液与MnO--SiO2--Al2O3系、CaO--Al2O3--SiO2系和CaO--Al2O3--SiO2--15%MgO系夹杂物间的平衡进行了计算.通过上述计算分析,确定了三个不同温度下分别形成上述低熔点夹杂物时所对应的钢液成分.经过对比还发现:低温更有利于钢液在低溶解氧含量条件下实现上述不同类型夹杂物的低熔点化控制.钢液中生成低熔点SiO2--Al2O3--CaO--15%MgO系夹杂物要比生成低熔点SiO2--Al2O3--CaO系夹杂物所需的钢液Al含量高很多,这在实际生产中更容易控制.     

高碳硬线钢82B中Al2 O3-SiO2-MgO-CaO-MnO系夹杂物塑性化控制

分析了高碳硬线钢82B在冶炼过程中复合夹杂物-钢液-渣及耐火材料局部动态平衡反应过程及Mn、Si和Al脱氧条件下夹杂物成分变化规律. 利用热力学计算软件FactSage进一步计算分析了硬线钢获得良好变形能力的Al2O3 -SiO2 -MgO-CaO-MnO五元系夹杂物所需要的条件:钢液中[Al]的质量分数控制在(25～100)×10-6时,相应地钢液中溶解[O]的质量分数可以控制在(5～20) ×10-6. 在低熔点区域内,[Si]的质量分数可以控制在0.1%～1.5%;[Mn]的质量分数控制在0.2%～1%.     

气瓶钢精炼过程中的MgO·Al_2O_3夹杂物

研究了EAF-LF-VD-CC流程冶炼气瓶钢30CrMo时精炼过程中含MgO.Al2O3夹杂物的生成和转化,对夹杂物进行了三维分析观察.研究结果表明:LF精炼30min后夹杂物中Mg含量减小,Ca含量增加,MgO.Al2O3夹杂物消失.LF精炼后期Mg含量变化不大,Ca含量减小,未出现MgO.Al2O3夹杂物;VD精炼过程中夹杂物中的Mg含量增加,Ca含量变化不大,重新生成了MgO.Al2O3夹杂物;精炼过程中MgO.Al2O3夹杂物可以向复合夹杂物转变的,但为防止精炼后期MgO.Al2O3夹杂物重新生成必须保证钢液中具有一定的钙含量.     

铝镁合金对Al2O3-SiC-Al复合材料组成的影响

借助电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)分析,研究铝镁合金对Al2O3-SiC-Al复合材料组成及微观结构的影响.结果表明,加入金属铝粉,Al2O3-SiC-Al复合材料中各组成相之间无界面反应,形成了性能良好的Al2O3-SiC陶瓷骨架:加入铝镁合金,高温下复合材料基质中的Mg,Al和氧化的SiC之间发生反应,SiC中的Si被还原出来,并且在SiC颗粒表面形成了MgO-Al2O3-SiO2相,该混合相包裹在SiC颗粒表面,与熔铝氧化渗透合成的Al2O3-SiC-Al复合材料中的Al2O3-SiC陶瓷骨架的结合情况有所不同.     

帘线钢凝固过程中夹杂物析出

为了充分了解帘线钢中夹杂物,对钢液凝固过程析出夹杂物进行了分析. 结果发现:Al2O3夹杂物在凝固过程中先析出,且Al2O3夹杂物长大的限制性环节为[Al]在钢液中的扩散;当凝固分数为0.44时SiO2开始析出,且SiO2长大的限制性环节为[O]在钢液中的扩散;析出夹杂物的半径随着冷却强度的增大而减小;当冷却速度为100 K·min-1时,凝固末期析出Al2O3夹杂物的半径为2.5 μm,析出复合Al2O3-SiO2夹杂物的半径为4.7 μm;随着凝固的进行,夹杂物中SiO2含量增加,Al2O3含量下降.