第四章精煉渣系選擇

主講人：龔偉第四章精煉渣系的選擇鋼鐵冶金研究所對(duì)幾種典型軸承鋼精煉渣系的計(jì)算分析

軸承鋼精煉渣系的成分幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)單元的作用濃度精煉渣對(duì)脫氧的影響比較

鋁沉淀脫氧在還原性條件下，可將鋁脫氧反應(yīng)寫成下式：2[Al]+3[O]=(Al2O3)

平衡常數(shù)K是溫度的函數(shù)，當(dāng)溫度和鋼水中酸溶鋁含量確定時(shí)，反應(yīng)平衡時(shí)鋼水中溶解氧含量還與渣中Al2O3活度有關(guān)，從熱力學(xué)的角度講，Al2O3活度越小，越有利于降低鋼水中的溶解氧含量。日本山陽(yáng)渣系的Al2O3活度值最小，而東大渣系最大。因此，山陽(yáng)渣系最有利于降低鋼中的溶解氧。因此，從熱力學(xué)上考慮，進(jìn)行爐渣選取應(yīng)注意在滿足其它要求的同時(shí)，似乎應(yīng)盡量選擇低（Al2O3）作用濃度的渣系。

精煉渣對(duì)脫氧的影響比較爐渣中的二氧化硅被鋼中鋁還原的反應(yīng)為：4[Al]+3(SiO2)=2(Al2O3)+3[Si]ΔGo＝-668590+113.469T，J/mol

應(yīng)用上式，在1823K條件下，分別將A廠、B廠、山陽(yáng)以及東北大學(xué)建議的爐渣組元作用濃度帶入可得：

AB山陽(yáng)實(shí)驗(yàn)ΔG，J/mol-86196-87719-504189445

鋼中的酸溶鋁[Al]S不會(huì)還原渣中的（SiO2），這時(shí)（SiO2）不會(huì)成為供氧源。

各精煉渣系脫硫能力的比較

LF爐精煉過程的脫硫的熱力學(xué)參數(shù)主要有鋼水中的溶解氧含量和渣中的CaO活度（即作用濃度）。脫硫的表達(dá)式為：(CaO)+[S]=(CaS)+[O]

提高渣中CaO的作用濃度和降低鋼中的溶解氧含量均有利于脫氧反應(yīng)的進(jìn)行。

東北大學(xué)建議的高堿度渣系可以滿足脫硫要求。點(diǎn)狀?yuàn)A雜的控制能力

鋼水真空精煉過程中，爐渣中的CaO被鋼中碳還原的反應(yīng)為：

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

ΔG1=ΔG10+RTlnK≤0

其中，

在pCO=100Pa條件下，溫度分別為1873K、1823K和1773K時(shí)，鋼中a[Ca]和a(CaO)之間的關(guān)系為：影響鋼水中的碳還原爐渣中（CaO）的主要因素是溫度和爐渣中（CaO）的活度，隨著溫度和爐渣中的（CaO）活度的升高，鋼水中鈣含量增加，從而增加了點(diǎn)狀?yuàn)A雜的生成可能性。

點(diǎn)狀?yuàn)A雜的控制能力

另外，鈣在鋼中的溶解度非常低，而蒸汽壓很高，會(huì)出現(xiàn)如下的反應(yīng)：[Ca]=Ca(g)

反應(yīng)平衡時(shí)有雖然本項(xiàng)目采用高堿度精煉渣，但真空精煉后，控制鋼中[Ca]<10ppm，則仍可有效控制鋼中點(diǎn)狀?yuàn)A雜物。精煉渣系選擇的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)渣系及結(jié)果夾雜物掃描電鏡及能譜分析

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%高堿度渣精煉夾雜物能譜分析:

低堿度渣精煉夾雜物能譜分析:

O：30.72%Al：56.10%Fe：13.18%精煉渣系選擇東北大學(xué)建議某廠渣系控制范圍爐號(hào)化學(xué)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東北大學(xué)建議某廠渣系使用結(jié)果精煉渣系選擇東北大學(xué)建議某廠渣系使用結(jié)果鋼種規(guī)格A粗A細(xì)B粗B細(xì)C粗C細(xì)D粗D細(xì)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鋼簾線

鋼簾線是橡膠骨架材料中發(fā)展最為廣闊的產(chǎn)品，也是在金屬制品中生產(chǎn)難度最大的產(chǎn)品。國(guó)際合成纖維標(biāo)準(zhǔn)化局在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼簾線的定義是：“由兩根或兩根以上鋼絲組成的，或者由股與股的組合或者由股與絲的組合所形成的結(jié)構(gòu)?！变摵熅€鋼簾線是隨子午線輪胎的發(fā)展而發(fā)展的，而子午線輪胎又是汽車工業(yè)和高速公路的伴生物。傳統(tǒng)的斜交胎是用纖維（如聚酯簾線、尼龍簾線）作為骨架材料的，而新型的子午線輪胎則選用鋼簾線作為骨架材料，按其結(jié)構(gòu)可分為全鋼子午線輪胎和半鋼子午線輪胎，前者的帶束層和胎體全部采用鋼簾線作為骨架材料，后者的帶束層用鋼簾線、胎體用纖維作為骨架材料。轎車、輕型卡車一般采用半鋼子午線輪胎，載重型卡車、工程機(jī)械車采用全鋼子午線輪胎。

輪胎子午線——簾線鋼簾線鋼簾線鋼加工成型工藝流程簾線鋼的化學(xué)成分簾線鋼中夾雜物目標(biāo)區(qū)域采用Si-Mn

脫氧,夾雜物主要是MnO-Al2O3-SiO2系(來自脫氧產(chǎn)物)和CaO-Al2O3-SiO2系(來自爐渣)；對(duì)于MnO-Al2O3-SiO2系,理想的夾雜應(yīng)該是錳鋁榴石(3MnO-Al2O3-3SiO2)及其周圍的低熔點(diǎn)區(qū)域；對(duì)于CaO-Al2O3-SiO2系,理想的夾雜物是鈣斜長(zhǎng)石(CaO·Al2O3·2SiO2)與假硅灰石(CaO·SiO2)相鄰的周邊低熔點(diǎn)區(qū)域。爐渣堿度為0.71~1.0時(shí)鋼中的夾雜物成分分布當(dāng)爐渣中A12O3含量低于15.06%時(shí)，夾雜物分布主要集中在塑性區(qū)周邊；當(dāng)爐渣中Al2O3含量較高時(shí)，夾雜物分布較為分散。爐渣堿度為1.05~1.19時(shí)鋼中的夾雜物成分分布圖與爐渣堿度為0.71-1.00時(shí)的夾雜物分布相比，當(dāng)爐渣堿度為1.05-1.19時(shí)，夾雜物分布更加分散；當(dāng)爐渣中Al2O3為5.01%和12.08%時(shí)所得到的夾雜物幾乎在塑性區(qū)；隨著渣中Al2O3含量的增加，夾雜物逐漸由低A12O3區(qū)向高A12O3區(qū)移動(dòng)。爐渣堿度為1.23-1.36時(shí)鋼中的夾雜物成分分布圖夾雜物大部分分布在塑性范圍的周邊區(qū)域內(nèi)；當(dāng)爐渣中的Al2O3含量在低于8.54%時(shí)，所得到的夾雜物分布較為集中分布在假硅灰石、鈣斜長(zhǎng)石和鈣黃長(zhǎng)石三相的交界的低熔點(diǎn)區(qū).實(shí)際檢測(cè)的鋼中非金屬夾雜物控制方案為得到塑性的MnO-Al2O3-SiO2夾雜物，應(yīng)采用純度高的Si-Mn合金進(jìn)行脫氧，不用鋁和含鋁較高的合金進(jìn)行脫氧，將鋼液中的酸溶鋁含量控制在1×10-6~5×