熔体结构对钢包渣脱氧速率的影响

采用熔渣脱氧实验、动力学分析和实验渣熔体结构分析,对熔体结构对钢包渣脱氧速率的影响进行研究。研究结果表明:初始Al2O3的质量分数和碱度(二元碱度,w(CaO)/w(SiO2))对熔渣初始脱氧速率具有重要影响;铁离子扩散是熔渣脱氧反应的控制环节;随Al2O3的质量分数的提高,熔渣聚合程度增强,黏度升高,铁离子平均扩散直径减小,铁离子扩散系数先增大后减小;随着碱度增大,熔渣聚合程度减弱,黏度降低,铁离子平均扩散直径增大,铁离子扩散系数也呈先增大后减小的趋势;铁离子扩散系数变化趋势与熔渣初始脱氧速率变化趋势相一致。为提高LF精炼过程钢包渣脱氧速率,LF(Ladle furnace)精炼前钢包渣改质的成分调整控制目标为:w(CaO)/w(SiO2)=4~5,w(Al2O3)=18%~20%。     

精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析

针对轴承钢中钙铝酸盐大型夹杂物的控制问题,通过计算GCr15轴承钢中尖晶石MgO·Al2 O3、钙的铝酸盐CaO·6Al2 O3夹杂物生成热力学,分析精炼渣成分与夹杂物类型之间的定量关系.结果表明：当钢水中含有质量分数0.10×10-6的溶解钙[Ca]时,只要溶解镁[Mg]质量分数小于10×10-6,MgO·Al2O3就会被[Ca]还原成 CaO·6Al2O3;当精炼渣碱度为7.04,(MgO)质量分数为1.38%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低56%,夹杂物以尺寸大于10μm的CaO-Al2O3系复合夹杂为主;当精炼渣碱度为3.75,(MgO)质量分数3.14%时,钢水中溶解[Mg]质量分数比临界[Mg]质量分数低14%,夹杂物以尺寸小于8μm的MnS包裹MgO·Al2 O3复合夹杂为主;当精炼渣钙铝比C/A为1.8~2.0时,控制精炼渣碱度R为4.5~5.5,(MgO)质量分数为3%~5%,即能使钢中MgO·Al2O3保持稳定而不转变为CaO·6Al2O3.     

CaO-Al_2O_3-CaF_2-SiO_2渣系的黏度

采用内旋转圆柱法测量了不同组成的CaO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的黏度,采用XRD分析技术对高温熔炼渣的物相进行分析,并计算了各渣样的黏流活化能.结果表明:当w(CaO)/w(Al2O3)一定,配渣中SiO2质量分数低于8%时,对渣样的高温黏度并没有明显的影响,在1 490℃以上时,熔渣黏度都低于0.5Pa.s;当SiO2质量分数增加到10%,渣样的高温黏度开始显著降低,温度高于1 440℃时,黏度值低于0.2Pa.s.随着SiO2含量的增加,熔渣的碱度逐渐降低,破坏了原来熔渣的大网状结构,熔渣的黏度明显降低.渣系的黏流活化能变化趋势与渣样的黏度值变化趋势一致.     

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.     

OaO—Al2O3-OaF2-SiO2渣系的黏度

采用内旋转圆柱法测量了不同组成的CaO-Al2O3-CaF2-SiO2渣系的黏度,采用XRD分析技术对高温熔炼渣的物相进行分析,并计算了各渣样的黏流活化能．结果表明：当叫（CaO）／w（Al2O3）一定,配渣中SiO2质量分数低于8％时,对渣样的高温黏度并没有明显的影响,在1490℃以上时,熔渣黏度都低于0．5Pa·s当SiO2质量分数增加到10％,渣样的高温黏度开始显著降低,温度高于1440℃时,黏度值低于0．2Pa·s．随着SiO2含量的增加,熔渣的碱度逐渐降低,破坏了原来熔渣的大网状结构,熔渣的黏度明显降低．渣系的黏流活化能变化趋势与渣样的黏度值变化趋势一致．     

含铝TRIP钢结晶器保护渣黏度特性

含铝TRIP钢钢液中Al易与结晶器保护渣中的SiO2发生氧化-还原反应,使其保护渣中Al2O3的质量分数由3%快速增加到30%左右,w(Al2O3)/w(SiO2)由0.10增加到1.44,导致黏度发生大的波动. 研究了Al2O3含量和w(Al2O3)/w(SiO2)对含铝TRIP钢保护渣黏度的影响,建立了高Al2O3含量保护渣系黏度的计算模型. 结果表明:随着Al2O3质量分数由3%增加到17%,综合碱度R＜1的保护渣黏度先增大再减小,而R≥1的保护渣黏度变化较小;随着Al2O3质量分数由17%增加到30%,保护渣的黏度快速增大;随着w(Al2O3)/w(SiO2)的增大,Al-TRIP钢保护渣的黏度呈现先快速减小而后迅速增大的趋势.     

高铝高炉渣的物理化学性质

以3种现场高炉渣成分为基础,用分析纯试剂配制高炉渣试样,分别改变试样的Al2O3,MgO质量分数和碱度,通过实验找出单一改变Al2O3,MgO质量分数和碱度对试样粘度和熔化性温度的影响规律,为高铝矿冶炼的造渣制度制定提供参考。研究表明,当Al2O3质量分数在15%～19%波动时,随着MgO质量分数的升高,渣样的粘度降低,但熔化性温度先降后升;随着Al2O3质量分数的上升,渣样的粘度和熔化性温度上升;碱度1.2的渣样粘度和熔化性温度大于碱度1.1的渣样。     

不同碱度和Al2O3质量分数烧结矿还原行为的研究

以不同碱度和Al2O3质量分数的烧结矿样品为研究对象,研究不同还原温度和还原时间时烧结矿的还原率和还原后烧结矿微观结构.结果表明,烧结矿碱度由1.8增加至2.4,还原率总体呈现增大的趋势,但在碱度大于2.0和恒温2 h条件下,还原率略微降低;随着Al2O3质量分数由1％增加至4％,烧结矿的还原率呈现先增大后降低的趋势,当Al2O3质量分数为2％时,烧结矿还原率最高;在1000℃和1100℃时,还原后的烧结矿呈现出金属铁包裹浮氏体的结构,在1200℃时,由于渣相的流动改变了包裹状态,并产生了大量孔洞,改善了烧结矿的还原性能.     

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%.     

转炉冶炼 CaO-SiO2-FeO 渣系中磷的行为

回归推导出渣系中磷酸盐容量对数与炉渣光学碱度和温度的关系表达式,通过回归公式绘制出 CaO-SiO2-FeO(10% MgO)渣系的等磷酸盐容量图,分析了转炉终渣、终点成分及温度对钢中磷含量的影响情况.当熔渣磷酸盐容量一定时,随着转炉终点碳含量降低,渣/钢间磷分配比增加;相同终点碳含量时,随着熔渣磷酸盐容量增加,渣/钢间磷分配比增加;转炉终点碳质量分数控制在0.03%～0.04%,炉渣碱度大于3.5,渣中 FeO 质量分数低于18%,渣中 P2O5质量分数低于2%,有利于获得终点磷质量分数在0.008%以内的钢水.     

中性气氛下钒钛磁铁矿高炉渣系研究

以钒钛磁铁矿现场高炉渣为基础,纯化学试剂调制渣样,在中性气氛条件下研究了炉渣二元碱度及Mg O,Al2O3,Ti O2,V2O5含量对实验渣系冶金性能的影响.结果表明:增加碱度和Mg O含量,炉渣熔化性温度(tm)、初始黏度(η0)和高温黏度(ηh)呈先降低后升高趋势;增大Al2O3含量,炉渣tm升高,η0先降低后升高,ηh呈上升趋势;增大Ti O2含量,炉渣tm升高,η0和ηh逐渐下降,炉渣黏流活化能升高,热稳定性变差;增大V2O5含量,炉渣tm先降低后升高,η0和ηh逐渐增大.高炉冶炼钒钛磁铁矿适宜渣系为:二元碱度1.15,Mg O,Al2O3,Ti O2,V2O5质量分数分别为13%,13%,7%,0.30%.     

82B硬线钢精炼渣和夹杂物研究

从A12O3活度和夹杂物成分两方面来研究精炼渣对夹杂物的影响．采用Factsage软件对CaO—A1203-SiO3-MgO（8％）-CaF2（8％）炉渣中A1203,活度进行了计算,并研究了碱度和（MgO）含量对A12O3度的影响．当炉渣碱度从1．0增加到2．0时,炉渣中A1203活度随着炉渣碱度的增加而降低;当炉渣碱度从2．0增加到3．8时,A1203活度变化幅度很小;（MgO）质量分数分别为5％和8％的渣,A1203活度差距较小;在碱度高的炉渣中[A1]。容易被从炉渣还原到钢水中．在使用高碱度精炼渣的盘条中发现许多含有MgO的硬性夹杂物,并对此进行了分析,最后得出最适宜的炉渣碱度为2．5—3．0．     

Al2 O3和二元碱度对炼钢炉渣中磷酸盐富集机理的综合影响

以六元CaO-SiO2-FeO-P2 O5-Fe2 O3-Al2 O3炼钢渣系为研究对象,结合热力学计算和实验检测,分析( Al2 O3)和二元碱度B综合变化对该六元渣系中磷酸盐富集行为的影响.结果表明：炼钢炉渣中生成游离C2 S含量对磷酸盐富集相nC2 S-C3 P内的( P2 O5)至关重要.该渣系中增加SiO2会降低总的C2 S生成量,增加Al2 O3可促进钙铝黄长石C2 AS相生成,降低游离C2 S ( f-C2 S)的量,进而影响磷酸盐的富集.六元CaO-SiO2-FeO-P2 O5-Fe2 O3-Al2 O3炼钢炉渣获得较好磷酸盐富集程度,渣中二元碱度B和Al2O3含量需满足的耦合关系为：(%Al2O3)=-27.70+21.62B,(Al2O3)<20.0%,B>1.3.     

不同碱度精炼渣的冶金性能

通过工业实验,采用气体分析、成分分析和SEM等方法研究了4种不同精炼渣系的脱氧、脱硫和控制夹杂物形态的能力.实验结果表明:相比Al2O3质量分数对脱氧能力的影响,碱度的影响表现更明显.碱度越高越有利于脱氧,当碱度约为4时(渣系3),精炼渣几乎达到最大脱氧能力.碱度越高脱硫能力越强,碱度约为1.5时,基本失去脱硫功能;碱度超过3.5时,随着碱度的增加,脱硫能力增加相对变缓.相对渣系4,采用渣系3后球状的钙铝酸盐夹杂物得到了一定程度的控制.对于要求控制钙铝酸盐夹杂物的35CrMo钢种,可以选择渣系3作为精炼渣系.     

Phosphate enrichment mechanism in CaO–SiO2–FeO–Fe2O3–P2O5 steelmaking slags with lower binary basicity

The addition of silica to steelmaking slags to decrease the binary basicity can promote phosphate enrichment in quenched slag samples. In this study, we experimentally investigated phosphate enrichment behavior in CaO–SiO₂–FeO–Fe₂O₃–P₂O₅ slags with a P₂O₅ content of 5.00% and the binary basicity B ranging from 1.0 to 2.0, where the (%Fe_tO)/(%CaO) mass percentage ratio was maintained at 0.955. The experimental results are explained by the defined enrichment degree R_C2S-C3P of solid solution 2CaO·SiO₂–3CaO·P₂O₅ (C₂S–C₃P), where R_C2S-C3P is a component of the developed ion and molecule coexistence theory (IMCT)–N_i model for calculating the mass action concentrations N_i of structural units in the slags on the basis of the IMCT. The asymmetrically inverse V-shaped relation between phosphate enrichment and binary basicity B was observed to be correlated in the slags under applied two-stage cooling conditions. The maximum content of P₂O₅ in the C₂S–C₃P solid solution reached approximately 30.0% when the binary basicity B was controlled at 1.3.     

含固相铜冶炼渣的黏度计算及其应用

利用Roscoe方程,结合FactSage的多元多相平衡计算和纯液相渣黏度计算功能可对含固相熔渣的黏度进行计算.本研究针对基于铜冶炼渣的FeO-SiO2-Fe3O4-CaO-Al2O3-MgO系,首先根据相似炉渣的黏度测定值对Roscoe方程中的参数进行拟合,同时验证了该方法在计算所研究体系时的准确性.基于所得的计算模型考察不同组分含量对平衡相组成及黏度的影响规律,并总结获得合理的渣型配比.当炉渣中各组分的质量分数分别控制在FeO 40％～60％、SiO225％ ～ 40％、Fe3O40％～15％、CaO 0％ ～ 10％、A12O30％～8％和MgO 0％ ～4％时,可在冶炼过程中得到流动性较好、固体量较少的熔渣.     

煤灰渣流动性的试验研究

以神木煤灰成分为基础配渣,对煤灰成分渣的粘度和熔化性温度进行了试验研究。试验表明:煤灰炉渣一般碱度较低,为典型的长渣。二炉碱度为0.8左右时,炉渣熔化性温度最低。渣中Al2O3过多,渣量少,是炉渣流动性差的主要原因。可以通过配煤或者配加其他助熔物,降低Al2O3含量。增加Na2O和MgO含量可以明显降低炉渣熔化性温度,改善流动性。增加MgO效果更为明显。     

Activity coefficients of NiO and CoO in CaO-Al2O3-SiO2 slag and their application to the recycling of Ni-Co-Fe-based end-of-life superalloys via remelting

To design optimal pyrometallurgical processes for nickel and cobalt recycling, and more particularly for the end-of-life process of Ni–Co–Fe-based end-of-life (EoL) superalloys, knowledge of their activity coefficients in slags is essential. In this study, the activity coeffi-cients of NiO and CoO in CaO–Al2O3–SiO2 slag, a candidate slag used for the EoL superalloy remelting process, were measured using gas/slag/metal equilibrium experiments. These activity coefficients were then used to consider the recycling efficiency of nickel and cobalt by remelting EoL superalloys using CaO–Al2O3–SiO2 slag. The activity coefficients of NiO and CoO in CaO–Al2O3–SiO2 slag both show a positive deviation from Raoult’s law, with values that vary from 1 to 5 depending on the change in basicity. The activity coefficients of NiO and CoO peak in the slag with a composition near B = (%CaO)/(%SiO2) = 1, whereB is the basicity. We observed that controlling the slag composition at approximatelyB = 1 effectively reduces the cobalt and nickel oxidation losses and promotes the oxidation removal of iron during the remelting process of EoL superalloys.     

红土矿半熔融态还原渣金界面分离的影响因素

红土矿半熔融态还原工艺中金属与渣相的界面分离及液渣从耐火材料表面的脱除是该工艺能否工程化的核心问题.针对该问题,考察了CaO和体系温度对渣铁分离行为的影响规律,同时实验研究了炉渣在不同耐火材料上的界面铺展行为.实验结果表明:不添加CaO时,1440℃金属聚集效果较好,磁选后“精矿”金属质量分数为61%;随着CaO质量分数的增加,液态金属易于团聚与长大,精矿金属的质量分数增加显著,在1400℃,15%CaO时可达937%;熔渣与Al2O3质耐火材料较易润湿,与碳质耐材较难润湿,在实验范围内随着炉渣碱度的增加其与耐材的润湿性变差.     

Effect of Al2O3 on the viscosity of CaO-SiO2-Al2O3-MgO-Cr2O3 slags

We investigated the effect of Al2O3 content on the viscosity of CaO-SiO2-Al2O3-8wt%MgO-1wt%Cr2O3(mass ratio of CaO/SiO2 is 1.0,and Al2O3 content is 17wt%-29wt%)slags.The results show that the viscosity of the slag increases gradually with increases in the Al2O3 content in the range of 17wt%to 29wt%due to the role of Al2O3 as a network former in the polymerization of the aluminosilicate structure of the slag.With increases in the Al2O3 content from 17wt%to 29wt%,the apparent activation energy of the slags also increases from 180.85 to 210.23 kJ/mol,which is consistent with the variation in the critical temperature.The Fourier-transform infrared spectra indicate that the degree of polymerization of this slag is increased by the addition of Al2O3.The application of Iida’s model for predicting the slag viscosity in the presence of Cr2O3 indicates that the calculated viscosity values fit well with the measured values when both the temperature and Al2O3 content are at relatively low levels,i.e.,the temperature range of 1673 to 1803 K and the Al2O3 content range of 17wt%-29wt%in CaO-SiO2-Al2O3-8wt%MgO-1wt%Cr2O3 slag.