第四章精炼渣系选择

主讲人：龚伟第四章精炼渣系的选择钢铁冶金研究所对几种典型轴承钢精炼渣系的计算分析

轴承钢精炼渣系的成分几个主要结构单元的作用浓度精炼渣对脱氧的影响比较

铝沉淀脱氧在还原性条件下，可将铝脱氧反应写成下式：2[Al]+3[O]=(Al2O3)

平衡常数K是温度的函数，当温度和钢水中酸溶铝含量确定时，反应平衡时钢水中溶解氧含量还与渣中Al2O3活度有关，从热力学的角度讲，Al2O3活度越小，越有利于降低钢水中的溶解氧含量。日本山阳渣系的Al2O3活度值最小，而东大渣系最大。因此，山阳渣系最有利于降低钢中的溶解氧。因此，从热力学上考虑，进行炉渣选取应注意在满足其它要求的同时，似乎应尽量选择低（Al2O3）作用浓度的渣系。

精炼渣对脱氧的影响比较炉渣中的二氧化硅被钢中铝还原的反应为：4[Al]+3(SiO2)=2(Al2O3)+3[Si]ΔGº＝-668590+113.469T，J/mol

应用上式，在1823K条件下，分别将A厂、B厂、山阳以及东北大学建议的炉渣组元作用浓度带入可得：

AB山阳实验ΔG，J/mol-86196-87719-504189445

钢中的酸溶铝[Al]S不会还原渣中的（SiO2），这时（SiO2）不会成为供氧源。

各精炼渣系脱硫能力的比较

LF炉精炼过程的脱硫的热力学参数主要有钢水中的溶解氧含量和渣中的CaO活度（即作用浓度）。脱硫的表达式为：(CaO)+[S]=(CaS)+[O]

提高渣中CaO的作用浓度和降低钢中的溶解氧含量均有利于脱氧反应的进行。

东北大学建议的高碱度渣系可以满足脱硫要求。点状夹杂的控制能力

钢水真空精炼过程中，炉渣中的CaO被钢中碳还原的反应为：

(CaO)+[C]=[Ca]+CO(g)

ΔG1=ΔG10+RTlnK≤0

其中，

在pCO=100Pa条件下，温度分别为1873K、1823K和1773K时，钢中a[Ca]和a(CaO)之间的关系为：影响钢水中的碳还原炉渣中（CaO）的主要因素是温度和炉渣中（CaO）的活度，随着温度和炉渣中的（CaO）活度的升高，钢水中钙含量增加，从而增加了点状夹杂的生成可能性。

点状夹杂的控制能力

另外，钙在钢中的溶解度非常低，而蒸汽压很高，会出现如下的反应：[Ca]=Ca(g)

反应平衡时有虽然本项目采用高碱度精炼渣，但真空精炼后，控制钢中[Ca]<10ppm，则仍可有效控制钢中点状夹杂物。精炼渣系选择的实验

实验装置实验渣系及结果夹杂物扫描电镜及能谱分析

O：13.76%Al：30.91%Fe：54.01%O：25.26%Mg：13.23%Al：18.39%S：0.47%Ca：0.38%O：28.6%Mg：1.22%Al：13.74%Si：20.96%O：22.63%Mg：15.37%Si：25.70%高碱度渣精炼夹杂物能谱分析:

低碱度渣精炼夹杂物能谱分析:

O：30.72%Al：56.10%Fe：13.18%精炼渣系选择东北大学建议某厂渣系控制范围炉号化学成分/%CSiMnPSAltCrTiCaNiA0.980.270.350.0110.0020.021.480.00300.00060.015B0.980.260.360.010.0020.031.520.00200.00040.010MoCuAsSnSbPbONHA0.0010.010.00030.00030.00030.00030.00050.00200.00007B0.0010.010.00030.00030.00030.00030.00060.00250.00006东北大学建议某厂渣系使用结果精炼渣系选择东北大学建议某厂渣系使用结果钢种规格A粗A细B粗B细C粗C细D粗D细GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.51.00.50.50000GCr151200.50.50.50.50000GCr151200.50.50.50.50000GCr151200.50.50.50.50000钢帘线

钢帘线是橡胶骨架材料中发展最为广阔的产品，也是在金属制品中生产难度最大的产品。国际合成纤维标准化局在标准中对钢帘线的定义是：“由两根或两根以上钢丝组成的，或者由股与股的组合或者由股与丝的组合所形成的结构。”钢帘线钢帘线是随子午线轮胎的发展而发展的，而子午线轮胎又是汽车工业和高速公路的伴生物。传统的斜交胎是用纤维（如聚酯帘线、尼龙帘线）作为骨架材料的，而新型的子午线轮胎则选用钢帘线作为骨架材料，按其结构可分为全钢子午线轮胎和半钢子午线轮胎，前者的带束层和胎体全部采用钢帘线作为骨架材料，后者的带束层用钢帘线、胎体用纤维作为骨架材料。轿车、轻型卡车一般采用半钢子午线轮胎，载重型卡车、工程机械车采用全钢子午线轮胎。

轮胎子午线——帘线钢帘线钢帘线钢加工成型工艺流程帘线钢的化学成分帘线钢中夹杂物目标区域采用Si-Mn

脱氧,夹杂物主要是MnO-Al2O3-SiO2系(来自脱氧产物)和CaO-Al2O3-SiO2系(来自炉渣)；对于MnO-Al2O3-SiO2系,理想的夹杂应该是锰铝榴石(3MnO-Al2O3-3SiO2)及其周围的低熔点区域；对于CaO-Al2O3-SiO2系,理想的夹杂物是钙斜长石(CaO·Al2O3·2SiO2)与假硅灰石(CaO·SiO2)相邻的周边低熔点区域。炉渣碱度为0.71~1.0时钢中的夹杂物成分分布当炉渣中A12O3含量低于15.06%时，夹杂物分布主要集中在塑性区周边；当炉渣中Al2O3含量较高时，夹杂物分布较为分散。炉渣碱度为1.05~1.19时钢中的夹杂物成分分布图与炉渣碱度为0.71-1.00时的夹杂物分布相比，当炉渣碱度为1.05-1.19时，夹杂物分布更加分散；当炉渣中Al2O3为5.01%和12.08%时所得到的夹杂物几乎在塑性区；随着渣中Al2O3含量的增加，夹杂物逐渐由低A12O3区向高A12O3区移动。炉渣碱度为1.23-1.36时钢中的夹杂物成分分布图夹杂物大部分分布在塑性范围的周边区域内；当炉渣中的Al2O3含量在低于8.54%时，所得到的夹杂物分布较为集中分布在假硅灰石、钙斜长石和钙黄长石三相的交界的低熔点区.实际检测的钢中非金属夹杂物控制方案为得到塑性的MnO-Al2O3-SiO2夹杂物，应采用纯度高的Si-Mn合金进行脱氧，不用铝和含铝较高的合金进行脱氧，将钢液中的酸溶铝含量控制在1×10-6~5×