精炼渣成分与轴承钢夹杂物类型关系热力学分析,报告人：李敬想 重庆大学材料科学与工程学院 E-mail：20093543 传真：023-65105202,李敬想 唐 萍 潘银虎 侯自兵,主要内容,前 言 精炼渣成分与夹杂物类型关系 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析 精炼渣成分优化 结 论,1 前言,轴承钢,疲劳破坏,数量,尺寸,类型,夹杂物,8m夹杂，试样表层,3m夹杂，无危害,影响最大,钙镁铝酸盐 镁铝尖晶石,D类夹杂,尺寸,精炼渣碱度：数量1 镁处理钢液：变性2,本文通过取样分析结合热力学计算，研究了精炼渣成分与夹杂物转变的定量关系，为通过优化精炼渣成分控制D类夹杂尺寸提供理论指导。,细小、分散、均匀,10m 8m,1 Yoon B H. Improvement of steel cleanliness by controlling slag compositionJ. Ironmaking & steelmaking, 2002. 2 沈春飞, 蒋兴元, 李阳. Mg 处理钢生成细小尖晶石夹杂物的研究J. 炼钢, 2009 .,2 精炼渣成分与夹杂物类型关系,工艺条件不同精炼渣组成,表1 钢水成分,表2 LF精炼终渣成分,碱度高低 MgO含量,(%),(%),GCr15轴承钢生产工艺为“电炉LF精炼VD精炼方坯连铸”。出钢过程先用SiMn合金预脱氧，再用Al线终脱氧，LF精炼过程造白渣。取轧材样进行夹杂物分析。,2 精炼渣成分与夹杂物类型关系,两类典型夹杂物,图1 MnS包裹CaO-Al2O3复合夹杂,图2 MnS包裹MgOAl2O3复合夹杂,因此，精炼渣碱度和MgO含量对夹杂物类型有重要影响。,整体尺寸大于10m，核 心CaO-Al2O3的尺寸为6.3m,整体尺寸小于8m，核 心MgOAl2O3的尺寸为2.8m,高碱度1#：R=7.04，w(MgO)=1.38%,低碱度2#：R=3.75，w(MgO)=3.14%,危害相对较小,3 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析,MgOAl2O3稳定性计算,2）计算条件：,表3 GCr15钢成分,表4 元素活度系数,1）基本原理：,当钢水中存在溶解钙Ca时，由于Ca要比Mg活泼，钢水中溶解钙Ca会置换MgOAl2O3夹杂中的Mg元素，生成更为稳定的钙铝酸盐(CaO-Al2O3)类夹杂物3。,3 Deng Z, Zhu M. Evolution mechanism of non-metallic inclusions in Al-killed alloyed steel during secondary refining processJ. ISIJ international, 2013.,(%),3 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析,MgOAl2O3稳定性计算,根据CaO-Al2O3二元相图，选择CaO含量最低的CaO6Al2O3作为MgOAl2O3与溶解Ca反应的最初产物。,6MgOAl2O3+Ca=CaO6Al2O3+6Mg+5O logK1=-33.474+462/T,MgOAl2O3向CaO6Al2O3转变时的临界Mg含量与Ca含量之间的关系：,%Mg临 = 6.5110-3%Ca1/6,图3 MgOAl2O3/CaO6Al2O3稳定优势区图,%Mg临=10ppm,%Ca=0.1ppm,Ca、Mg含量控制夹杂物类型,精炼渣：CaO、MgO含量,3）计算结果：,MgO.Al2O3,CaO.6Al2O3,3 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析,控制钙铝酸盐热力学分析,3(MgO)slag+2Al=(Al2O3)slag+3Mg logK2=-33.42+49884/T 3(CaO)slag+2Al=(Al2O3)slag+3Ca logK3=2.731-37113/T,钢水中Ca、Mg含量的计算：,表5 Ca、Mg含量,(%),MgOAl2O3,CaO6Al2O3,两者转变趋势不一样。,转变,两组不同 碱度精炼渣,3 尖晶石、钙铝酸盐夹杂物生成热力学分析,控制钙铝酸盐热力学分析,1#：R=7.04，w(MgO)=1.38%,2#：R=3.75，w(MgO)=3.14%,趋势高,趋势低,降低炉渣碱度，提高MgO含量可以减小MgOAl2O3向CaO6Al2O3转变的趋势。,CaO-Al2O3-(MgO)夹杂,MgOAl2O3 夹杂,碱度过低：不利于脱氧、脱硫，二次氧化； MgO过高：不利于精炼渣熔化，堵水口。,如何确定合适的精炼渣碱度和MgO含量？,满足精炼需要/控制夹杂物类型,4 精炼渣成分优化,精炼渣MgO含量,图4 MgO对Mg含量影响,图5 MgO对Ca含量影响,%Mg临,在精炼渣碱度R=4.55.5，钙铝比在C/A=1.82.0时，渣中w(MgO)=3%5%时能够使钢中MgOAl2O3保持稳定而不转变为CaO6Al2O3。,设计三组相同碱度和钙铝比，（第一组R=4.5，C/A=1.8；第二组R=5.0，C/A=1.9；第三组R=5.5，C/A=2.0），不同MgO含量（w(MgO)=1%10%）的LF精炼渣，通过热力学计算以优化原精炼渣中的MgO含量。,4 精炼渣成分优化,精炼渣碱度,%Mg临,图6 碱度Mg含量影响,图7 碱度对Ca含量影响,表6 精炼渣碱度的确定,设计三组精炼渣：相同钙铝比和MgO含量，不同碱度R=3.56.5。,4 精炼渣成分优化,精炼渣碱度,当钙铝比较低(C/A=1.8)时应当适当提高MgO含量，否则提高碱度至R=6.5也不能保证钢水中有足够的溶解Mg；,当提高精炼渣中MgO含量和钙铝比时，降低精炼渣碱度也能使钢中MgOAl2O3保持稳定而不转变为CaO6Al2O3。,优化后精炼渣成分：碱度R=4.55.5，w(MgO)=3%5%，钙铝比C/A=1.82.0。,5 结论,(1) 当钢水中含有0.10ppm的溶解钙Ca时，只要溶解镁Mg含量小于10ppm，MgOAl2O3就会被Ca还原成CaO6Al2O3。,(2) 当精炼渣碱度R=7.04，w(MgO)=1.38%时，钢水中溶解Mg含量比临界Mg含量低56%，以大于10m的CaO-Al2O3-(MgO)夹杂及MnS包裹CaO-Al2O3复合夹杂为主；当精炼渣碱度R=3.75，w(MgO)=3.14%时，钢水中溶解Mg含量比临界Mg含量低14%，以小于8m的MnS包裹MgOAl2O3复合夹杂为主。因此，降低炉渣碱度，提高MgO含量可以减小MgOAl2O3向CaO6Al2O3转变的趋势。,(3) 当精炼渣钙铝比在C/A=1.82.0范围时，控制渣碱度R=4.55.5，w(MgO)=3%5%即能使钢中MgOAl2O3保持稳定而不转变为CaO6Al2O3。,Thanks for your attention !,