基于共存理论的含铬渣黏度预测模型

熔渣黏度对冶金过程尤为重要。为预测含铬渣黏度,基于炉渣离子与分子共存理论,结合课题组测试得到的系列含铬渣黏度数据,建立含铬渣黏度与温度和结构单元之间的预测模型。模型计算的黏度值与实测值吻合较好,通过模型,有助于在较大的适用范围内预测含铬渣黏度。模型能够计算含铬渣黏度的大小,考察黏度受温度和组分影响的变化趋势。结果表明,随着温度、碱度和MgO质量分数的增加,黏度降低。随着Cr_2O_3和Al_2O_3质量分数的增加,黏度升高。相比于高温情况下,低温下组分对黏度的影响程度更大。     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度结构分析及Iida模型应用

 为了实现冶炼铬铁合金过程中含铬渣系黏度的精准控制，从微观结构方面研究了碱度及Cr2O3质量分数变化对铬铁冶炼渣系黏度的影响并优化了Iida黏度预测模型。通过转筒法测量CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度，结合拉曼光谱从熔渣微观结构方面阐述了Cr2O3质量分数及碱度变化对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度的影响。结果表明，熔渣黏度与其表征聚合度的BO参数值均随Cr2O3质量分数的增加而升高，随二元碱度值的增大而降低，熔渣黏度与渣系聚合度变化趋势相一致。根据测量得到的含Cr2O3熔渣黏度数据，进一步优化了Iida黏度预测模型。经过优化后的模型计算黏度值与实际测值吻合较好，利用Iida黏度模型可在较大的温度与成分范围内进行含铬渣黏度的预测。     

含铬转炉渣黏度和表面张力的计算模型

为预测含铬转炉渣的黏度和表面张力,基于炉渣离子与分子共存理论,并结合前人实测的系列含铬转炉渣黏度和表面张力数据,建立含铬转炉渣黏度和表面张力关于温度和结构单元之间的计算模型。模型的计算值与文献的实测值吻合较好,通过模型,有助于预测含铬转炉渣的黏度和表面张力。结果表明,随着Cr₂O₃含量的增加,炉渣黏度升高,表面张力增大,Cr₂O₃对表面张力的影响最大;随着FeO含量的增加,炉渣黏度降低,表面张力减小;随着碱度的增加,炉渣黏度升高,碱度对黏度的影响最大,而对表面张力的影响是先增加后减小,在碱度为1.8时存在极大值。     

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R1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/w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.     

FeO、Al2O3和MgO质量分数对高炉初渣黏度的影响

以涟钢7号高炉软熔带炉料滴落形成的初渣为研究对象进行化学成分分析，采用分析纯试剂制备高炉炉渣渣样，探究CaO SiO2 MgO Al2O3 FeO五元渣系中，w(FeO)为3%～8%、w(Al2O3)为9%～13%及w(MgO)为2%～6%对涟钢7号高炉初渣黏度和熔化性温度的影响规律。结果表明，在碱度为1.373时，炉渣黏度随FeO质量分数的增加而减小，且FeO质量分数越大，炉渣的熔化性温度越低；当w(MgO)为7.38%、w(FeO)为5%时，炉渣黏度和熔化性温度都随着Al2O3质量分数的增加而减小；当w(Al2O3)为10.95%、w(FeO)为5%时，随着MgO质量分数的增加，炉渣黏度和熔化性温度都呈现降低趋势。     

高炉炉渣中钛、镁、铝最优配比

以承钢现场渣为基准,研究了钛、镁、铝对炉渣黏度、熔化性温度和脱硫的影响。研究结果表明:在Ca OAl2O3-Si O2-Mg O-Ti O2五元渣系中,钛、镁、铝对炉渣性能的影响较大。随着Mg O质量分数增加,熔化性温度先降低后升高,黏度呈降低趋势,脱硫能力先升高后降低;随着Al2O3质量分数的增加,熔化性温度先降低后升高,黏度变化复杂,脱硫能力降低;随着Ti O2质量分数的增加,熔化性温度和黏度呈升高趋势,而脱硫能力降低。当炉渣碱度为1.12时,炉渣适宜成分:Mg O质量分数约为13.95%,Al2O3质量分数约为13.75%,Ti O2质量分数控制在10.57%以下。合理控制炉渣中钛、镁、铝的配比,对改善炉渣性能和提高高炉生产有重要意义。     

高镁铝高炉渣的冶金性能

在实验室条件下,研究高炉渣中MgO及Al2O3质量分数对高炉渣冶金性能的影响规律。试验结果表明,当高炉渣碱度为1.1、MgO质量分数为12%不变时,随着Al2O3质量分数的增加,高炉渣熔化性温度逐渐增加,且当Al2O3质量分数超过17.5%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐增加而渣铁硫分配比降低;当高炉渣碱度为1.1、Al2O3质量分数为20%不变时,随着MgO质量分数的增加,熔化性温度先降低后增加,当MgO质量分数超过11.8%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐降低而渣铁硫分配比增加。     

CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系脱磷行为

利用Factsage软件计算了Al2O3含量对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元渣系熔点和黏度的影响,并通过实验研究了在1 400℃时,CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元渣系对高磷铁水脱磷行为的影响.结果表明:渣中Al2O3的质量分数在3％～6％之间时,随着A12O3含量的增加,渣系的熔化温度迅速降低,进一步增加渣中的A12O3含量,渣系的熔化温度逐渐增加;Al2O3对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系的黏度影响不大;渣中Al2O3的质量分数在3％～6％之间变化时,渣系脱磷能力变化不是很大,脱磷率维持在91％左右,进一步增加渣系中A12O3的量,脱磷率逐渐下降;Al2O3对脱磷率产生影响可能是其改变了炉渣中液相所占比例,进而影响磷从铁水中向液相渣的传质过程.     

TiO2对含钛高炉初渣物相转变与黏度的影响

为了研究含钛高炉初渣的形成过程和各种物相成分相互作用、迁移重组的过程，明晰TiO2对高炉初渣形成的影响规律，利用FactSage热力学软件及旋转柱体式黏度仪研究了TiO2质量分数对高炉初渣熔化温度、物相转变行为以及初渣黏度的影响。结果表明，随着初渣中TiO2质量分数的增加，含钛高炉初渣熔化温度升高，TiO2质量分数从4%增加到16%，其熔化温度从1 360升高到1 410 ℃，增加了50 ℃；含钛高炉初渣中TiO2质量分数对初渣中各种物相组成的转变和比例都有较大的影响，随着TiO2质量分数的增加，初渣固液相共存的温度区间变大，使高炉软融带变宽；TiO2对含钛高炉初渣黏度的影响相对较为复杂，当TiO2质量分数为4%～8%时，含钛高炉初渣黏度 温度曲线呈现出“碱性渣”的形态；当TiO2质量分数为16%时，含钛高炉初渣黏度 温度曲线呈现出“酸性渣”的形态。     

高钛型高炉渣中B2O3替代CaF2的作用机理

 为了提高含钛炉渣的流动性能以及促进渣铁更有效地分离，并替代对环境污染较大的CaF2资源，运用扫描电镜、黏度仪等设备在1 340～1 475 ℃温度范围内研究了B2O3及CaF2对含钛炉渣表观黏度的影响规律。结果表明，B2O3具有和CaF2相似的作用效果，均能够降低含钛炉渣的表观黏度。当B2O3及CaF2的添加量为1%时，B2O3与CaF2的替代比为1[∶]1；随着渣中B2O3添加量从0增加到3%，钙钛矿质量分数逐渐降低，富钛深绿辉石随之增加，而Ti（C，N）质量分数几乎不变。     

CaO-SiO2-FeO-Cr2O3-MgO-MnO渣系物相组成的热力学计算

摘要：在含铬铁水转炉冶炼过程中，Cr很容易被氧化成Cr2O3进入渣中，并与渣中其他成分反应生成高熔点含铬尖晶石。采用FactSage热力学软件计算了CaO-SiO2-FeO-Cr2O3-MgO-MnO转炉渣系在冶炼温度1300～1700℃下的物相组成，研究了Cr2O3、FeO和碱度对炉渣中尖晶石相含量的影响规律。研究结果表明，温度和渣系成分都会影响炉渣的物相组成。渣系中含有Cr2O3时，物相中均含有MgCr2O4、FeCr2O4和MgFe2O4尖晶石相，尖晶石相的总含量随着Cr2O3和碱度的增加而增加，随着炉温的升高而减少。温度为1300～1500℃时，炉渣中尖晶石含量随着FeO的增加而增加；温度为1500～1700℃时，尖晶石含量随着FeO的增加而略有减少。在温度小于1500℃的转炉冶炼前中期，炉渣物相组成中尖晶石相所占比例较大，易造成化渣不良或者炉渣粘稠，影响转炉冶炼工艺的顺行。     

京唐高炉渣性能评价及低镁渣性能分析

结合京唐高炉的生产实际,通过对京唐现场炉渣的取样和实验室分析,对京唐高炉渣的冶金性能进行评价,其炉渣的热稳定性及流动性均符合高炉冶炼要求。通过黏度试验研究,考察Al2O3以及二元碱度对低镁条件下炉渣黏度和熔化性温度的影响。试验结果表明,炉渣黏度随渣中Al2O3质量分数的增加而升高,随二元碱度的增加呈先降低后增加的趋势;炉渣的熔化性温度随渣中Al2O3质量分数和二元碱度的增加而升高;为保证低镁炉渣具有良好的流动性,当炉渣中MgO的质量分数保持为4.0%时,二元碱度可控制为1.19左右,Al2O3的质量分数控制为16%以下。     

w(SiO2)/w(V2O3)对含钒炉渣熔化温度及黏度的影响

摘要：为了对转炉提钒冶炼过程含钒炉渣熔化和流动性进行合理的控制，采用半球点法和内旋转黏度法分别测试了含钒炉渣熔化温度和黏度，采用XRD测试了含钒炉渣的物相，并采用综合碱度（BI′）反映渣中酸碱氧化物平衡关系。结果表明，在FeO质量分数一定的条件下，随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，综合碱度由BI′>1单调下降至BI′<1，含钒炉渣熔化温度先降低后升高；随着FeO质量分数的增加，熔化温度最低点对应的w（SiO2）/w（V2O3）增大。随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，黏度随温度变化的趋势变缓，高温熔融态含钒炉渣黏度增大，低温阶段黏度减小。综合考虑黏度对钢渣界面反应和钒渣流失的影响，FeO质量分数为44%时含钒炉渣w（SiO2）/w（V2O3）应控制为0.7。     

基于IMCT理论的CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Na2O渣系的脱硫热力学模型

 为了精确表征含Na2O渣系的脱硫能力，改善脱硫效果，基于熔渣离子与分子共存理论（IMCT）建立了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Na2O渣系结构单元的作用浓度计算模型和1 753 K时该渣系的脱硫热力学模型。并对渣系的总硫分配比及各自硫分配比的影响因素进行了讨论分析。理论结果表明，除LS， MgS外，随着Al2O3质量分数的增加，该渣系的脱硫能力明显下降，而MgO和Na2O质量分数的增加，对提高渣系的脱硫能力具有明显的促进作用。此外，少量的Na2O即可表现出很强的脱硫效果，这为含有Na2O的冶金二次资源在铁水脱硫过程中的应用以及铁水脱硫渣系的优化提供了必要的理论依据。     

TiO2对京唐高炉渣性能的影响及热力学分析

 为明确TiO2对京唐炉渣性能的影响机理,基于京唐高炉渣的实际成分,通过黏度试验研究了TiO2对炉渣黏度及熔化性温度的影响;同时利用FactSage热力学软件,计算了不同TiO2质量分数炉渣的活度、熔化温度,液相区以及炉渣从1 500冷却到1 000 ℃时的物相变化。试验结果表明,炉渣的黏度和熔化性温度随着渣中TiO2质量分数的增加而降低。FactSage计算表明,炉渣中TiO2活度增大,炉渣的黏度随之减小;TiO2增多有利于降低炉渣的熔化温度和扩大液相区,但当[w(TiO2)]由4.2%变化到5.6%时,炉渣的液相区反而在CaO区域缩小;炉渣结晶相的变化表明渣中TiO2不宜过多,否则在高温时就容易生成钙钛矿相,从而增大炉渣的黏度,不利于高炉顺行。为满足京唐高炉冶炼对炉渣性能的要求及护炉的需要,炉渣中[w(TiO2)]应控制在5.0%以内。     

超低碳汽车外板BH钢炼钢过程中夹杂物的演变

 为了研究超低碳钢炼钢过程中夹杂物的具体演变规律，利用夹杂物自动分析系统研究了硫质量分数分别为0.010%和0.015%的两炉次(S100炉次和S150炉次)超低碳汽车外板烘烤硬化钢(bake hardening steel，简称BH钢)从RH终点到铸坯过程中夹杂物形貌、成分、数量、尺寸的演变，并利用X射线荧光光谱仪和X射线衍射仪结合RH精炼渣和中间包覆盖剂熔渣的成分进行对比分析。结果表明，BH钢中夹杂物的主要类型为Al2O3、MnS、Al2O3+MnS和含硅类夹杂物(其中含硅类夹杂物主要是Al Si O夹杂，不包括纯硅、SiC、SiO2)。由于BH钢中锰和硫质量分数较高，凝固过程中MnS大量析出，使得铸坯中MnS夹杂物数量密度和夹杂物总数量密度显著增加。硫质量分数为0.010%和0.015%的两炉次钢在RH和中间包中MnS夹杂物数量密度无明显差异，由于MnS主要在凝固过程中析出，S150炉次在铸坯中的MnS明显多于S100炉次。精炼渣中w(（FeO+MnO）)较高，w(（CaO）)/w(（Al2O3）)比低，会导致RH终点Al2O3夹杂物较多。在浇注过程中，引流砂的流入会导致中间包覆盖剂熔渣中SiO2质量分数增高，造成钢液中Si Al O等夹杂物的数量密度明显增加。结晶器过程中Al2O3夹杂不断聚集长大、上浮去除，使铸坯中Al2O3和Al2O3+MnS夹杂物数量密度减少，尺寸增大。     

CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO五元渣系黏度的试验研究

为了研究含氟渣系成分变化对黏度的影响,根据五因素二次正交旋转回归法设计渣系配方,使用RTW-10熔渣物性测定仪,采用旋转柱体法,在1 600～1 300℃降温过程中对CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO渣系的黏度进行连续测定;建立了1 600℃下五元含氟渣系黏度的回归模型,研究了各组元对熔渣黏度的影响.结果表明:当CaF2的含量(质量分数,下同)在10％～70％时,随CaF2含量增加,黏度减小,随SiO2、Al2O3和MgO含量增加,黏度增大,CaO易受其他组元的作用而对黏度产生不同影响;在w(SiO2)=10％、w(MgO) =10％和w(CaF2)=50％时,随w(CaO)增加,黏度先增大后减小,w(CaO)=10％时黏度最大.在w(Al2 O3) =20％、w(MgO)=10％和w(CaF2)=50％时,随着w(CaO)增加,当w(SiO2)＜20％时,黏度先增大后减小;当w(SiO2)＞20％时,黏度持续减小.     

含铌铁水中碳和硅的氧化规律

 为了研究铌在铁水吹氧冶炼过程中的氧化规律，在中频炉内进行了加入碱度分别为0.538和1.5的CaO-SiO2-Al2O3系造渣剂和不加渣的含铌铁水底吹氧气的冶炼试验。铁水温度为1 550 ℃时，研究了含铌铁水中硅、碳和铌的氧化规律，并利用FactSage软件进行了不同温度与不同碱度的造渣剂和无渣氧化铁水中各元素的热力学平衡计算。结果表明，高温吹炼使铁水中的碳优先于铁水中的硅氧化，而低温吹炼则促进铁水中硅优先于碳氧化；降低造渣剂碱度促进铁水中碳氧化、抑制硅氧化，碳和硅的氧化转化温度为1 490 ℃；在吹氧冶炼终点，加入碱度为1.5的造渣剂，铁水中硅质量分数下降到0.138%时，铌开始氧化减少，而加入碱度为0.538的造渣剂，铁水中碳质量分数下降到0.61%，硅质量分数升高到0.56%，铌质量分数不变，因此含铌铁水可通过加入低碱度造渣剂高温吹氧冶炼为含铌钢水。