高速重轨钢中尖晶石夹杂物的形成及控制

 高速重轨钢采用无铝脱氧工艺,但是钢中常发现大颗粒纯的MgO-Al₂O₃夹杂物,严重影响产品质量。为了明确高速重轨钢中尖晶石夹杂物的来源,进一步控制重轨钢中夹杂物,通过对重轨钢拉伸断口进行分析,结合水口结瘤物分析、热力学计算及典型夹杂物分析,系统研究了高速重轨钢中尖晶石夹杂物的形成机理。结果表明,重轨钢中的尖晶石夹杂物分为单独存在的尖晶石和钙铝酸盐包裹的尖晶石两类。其中钙铝酸盐包裹的尖晶石为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO复合夹杂物在降温冷却过程中析出,析出温度与夹杂物中Al₂O₃和MgO质量分数有关;单独存在的小尺寸尖晶石夹杂物为钢液凝固冷却过程中析出,与钢液成分有关。此外,研究还表明,水口结瘤也是重轨钢中出现大颗粒镁铝尖晶石夹杂物的重要原因之一。因此,严格控制合金辅料中Mg、Al_s等杂质元素质量分数,防止钢液发生二次氧化、降低耐火材料侵蚀等,尽可能降低夹杂物中的Al₂O₃和MgO质量分数,对控制重轨钢中尖晶石夹杂物,提高产品质量至关重要。     

Q345精炼过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

Q345钢采用铝硅锰复合脱氧,在LF精炼过程中,钢—渣—夹杂物—耐火材料—合金—空气多元体系下夹杂物成分会发生转变。由于纯铁液脱氧热力学不能指导工业生产实践,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究。结合Factsage7. 0热力学计算,分析了Q345钢LF精炼脱氧、耐材侵蚀、钙处理等引起的钢液[Al]、[Si]、[Mg]、[Ca]含量变化对夹杂物成分的影响。转炉出钢采用铝硅锰复合脱氧,脱氧产物主要为Al2O3,随着钢中[Mg]含量上升,夹杂物由Al2O3转变为MgO·Al2O3尖晶石。钙处理会将夹杂物由MgO·Al2O3尖晶石转变为液态Ca-Al-Mg氧化物,但当喂钙过量时,夹杂物中CaO含量偏高,会影响夹杂物改性效果。利用Factsage7. 0热力学软件分析出的夹杂物成分与直接检测结果一致。     

帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

 非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。     

弹簧钢中夹杂物生成热力学

揭示了弹簧钢全流程中非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为Al_2O_3-SiO_2-MnO-CaO,合金化后夹杂物转变为MgO-Al_2O_3。随着精炼的进行,夹杂物逐渐转变为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO。最终铸坯中主要夹杂物为Al_2O_3-MgO-SiO_2-CaO,同时有硫化物和氮化物析出。系统地计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Si、Mg和Ca与O的热力学平衡关系和二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Si、Si-Mn和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为弹簧钢脱氧过程脱氧剂的加入,钢液中溶解氧含量的控制,以及弹簧钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

重轨钢凝固和冷却过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物的生成热力学,以U75V重轨钢为研究对象,通过Aspex自动扫描电镜对不同钢液成分的中间包钢水样和连铸坯样进行分析,结合热力学计算,得到了重轨钢凝固和冷却过程中夹杂物的转变机理。研究结果表明,重轨钢中间包内主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,且夹杂物成分均匀;凝固冷却过程不仅导致夹杂物成分的变化,也会导致相的不均匀性,连铸坯中的夹杂物为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO-CaS型,夹杂物中CaO含量降低,CaS含量升高,凝固冷却后的夹杂物由CaS、MgO·Al_2O_3以及CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO等多相组成,其中MgO·Al_2O_3相位于CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO相内部,最外层包裹CaS。热力学计算结果与试验结果基本吻合,夹杂物成分差异可能由于热力学和动力学条件不足引起。     

渣金间硫磷分配比若干理论问题的分析

硫磷分配比广泛用于钢铁冶金脱硫脱磷反应热力学分析。依据分配定律对硫磷分配比相关的若干理论问题进行了分析。分析表明,现有教材中关于渣量对硫磷分配比没有影响的证明是不准确的。在恒温恒压条件下,渣量对硫磷元素在渣金两相中的活度比没有影响,而对其分配比存在影响;恒温恒压条件下,只有w((S))/a(S)与w((P))/a(P)才能衡量炉渣的脱硫与脱磷能力。当钢液中硫及磷活度系数恒定时,w((S))/w(［S］)与w((P))/w(［P］）才可以衡量炉渣的脱硫与脱磷能力。     

包钢U75V重轨钢夹杂物演变规律分析

为了研究重轨钢冶炼过程中夹杂物的演变规律,以U75V重轨钢为研究对象,通过全流程取样,分析了夹杂物的组分、尺寸、数密度等变化特征。研究结果表明,硅铁等合金中的残余元素对重轨钢中的非金属夹杂物有重要影响。此外,本研究对重轨钢典型夹杂物的演变规律有了明确的认识,有效识别了冶炼各个工序的夹杂物去除能力,并找到了限制性的环节。     

重轨钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了对重轨钢脱氧及夹杂物控制进行热力学研究,结合实际生产以及FactSage热力学软件,分析了U75V重轨钢复合脱氧及相应工艺条件下夹杂物的生成情况。研究结果表明,重轨钢生产过程中,随着脱氧反应的进行以及脱氧平衡的移动,钢中溶解氧含量不断降低,夹杂物成分由SiO_2-MnO向SiO_2-MnO-Al_2O_3及CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO不断转变,最终夹杂物组成为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO;纯铁液的脱氧热力学和实际钢液存在较大差距。因此,不能采用纯铁液的脱氧热力学指导实际生产,且目前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究;此外,考虑重轨钢脱氧的同时,必须结合夹杂物控制,须在保证脱氧效果的同时,不影响夹杂物的去除效率且防止生成大尺寸夹杂物。     

U75V重轨钢生产过程中非金属夹杂物的行为演变

为了研究重轨钢全流程非金属夹杂物的行为演变,进一步控制重轨钢中夹杂物,提高产品质量。以U75V重轨钢为研究对象,通过对LF-VD-CC工艺重轨钢生产全流程系统取样,结合氧氮分析、钢液成分分析、非金属夹杂物分析以及热力学计算,从夹杂物化学成分、数量及尺寸等方面研究其演变过程。结果表明,U75V重轨钢生产全流程氧氮含量持续降低,最终TO、[N]质量分数分别约为0.001 0%和0.004 0%;LF进站主要为MnO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物,为脱氧产物;LF精炼化渣后,MnO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物转化为CaO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物,BaCaSi和FeSi等合金辅料带入的Ca、Als是产生该结果的主要原因;LF离站时主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,夹杂物中CaO和MgO含量增加;VD精炼过程CaO-Al_2O_3-MgO型夹杂物基本消失,VD破空至铸坯中主要为CaO-SiO_2-Al_2O_3型夹杂物;钢轨中镁铝尖晶石类夹杂物比例增加,为CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO型夹杂物,热力学计算结果表明钢轨中尖晶石类夹杂物为降温冷却过程中形成,且计算值与实际值总体吻合。     

120t复吹转炉底吹布置对熔池混匀的影响

转炉底吹的布置和流量控制对转炉熔池混匀的影响至关重要，是决定碳氧反应、脱磷反应的动力学条件。为了给国内某钢厂120 t转炉的底吹供气元件布置方式提供理论依据，通过水模试验，研究了不同底吹布置方案及底吹流量对熔池搅拌均匀混合时间的影响，为确定最优底枪布置方式提供参考。结果表明，在保持其他参数一致的条件下，转炉底吹采用环形布置，底枪夹角为40°、底吹半径R=0.55D的混匀效果较好；通过比较发现，非对称布置混匀效果要优于环形对称布置。实际应用过程中，若考虑对炉龄的影响，建议选择环形对称布置方式(夹角40°、R=0.55D);若忽略对炉龄的影响，建议选择非对称布置方式。