1、精煉渣成分與軸承鋼夾雜物類型關(guān)系精煉渣成分與軸承鋼夾雜物類型關(guān)系熱力學(xué)分析熱力學(xué)分析 報告人：李敬想報告人：李敬想 重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院E-mail：傳真：傳真敬想李敬想 唐唐 萍萍 潘銀虎潘銀虎 侯自兵侯自兵E-mail： 傳真：023-651052022主要內(nèi)容主要內(nèi)容l 前 言l 精煉渣成分與夾雜物類型關(guān)系l 尖晶石、鈣鋁酸鹽夾雜物生成熱力學(xué)分析l 精煉渣成分優(yōu)化l 結(jié) 論E-mail： 傳真：023-6510520231 前言軸承鋼軸承鋼疲勞破壞疲勞破壞數(shù)量數(shù)量尺寸尺寸類型類型夾雜物夾雜物l 8m夾雜，試樣表層夾雜，試樣表層l

2、 3m夾雜，無危害夾雜，無危害影響最大影響最大鈣鎂鋁酸鹽鈣鎂鋁酸鹽鎂鋁尖晶石鎂鋁尖晶石D類夾雜類夾雜尺寸尺寸精煉渣堿度：數(shù)量精煉渣堿度：數(shù)量1鎂處理鋼液：變性鎂處理鋼液：變性2本文通過取樣分析結(jié)合熱力學(xué)計算，研究了精煉渣成分與夾雜物轉(zhuǎn)變的本文通過取樣分析結(jié)合熱力學(xué)計算，研究了精煉渣成分與夾雜物轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系，為通過優(yōu)化精煉渣成分控制定量關(guān)系，為通過優(yōu)化精煉渣成分控制D類夾雜尺寸提供理論指導(dǎo)。類夾雜尺寸提供理論指導(dǎo)。細(xì)小、分散、均勻細(xì)小、分散、均勻10m8m1 Yoon B H. Improvement of steel cleanliness by controlling slag compo

3、sitionJ. Ironmaking & steelmaking, 2002.2 沈春飛, 蔣興元, 李陽. Mg 處理鋼生成細(xì)小尖晶石夾雜物的研究J. 煉鋼, 2009 .E-mail： 傳真：023-6510520242 精煉渣成分與夾雜物類型關(guān)系序號序號CSiMnPSCrCuTiAlSOS1#0.9720.2820.3220.0090.0061.4520.0680.00260.0390.000222#0.9910.1950.3110.0080.0091.3600.0330.00400.0140.00043序號序號SiO2CaOAl2O3MgOFeORC/A1#8.0456.63

4、30.851.380.647.041.842#13.5250.7127.473.140.603.751.85工藝條件工藝條件不同精煉渣組成不同精煉渣組成表1 鋼水成分表2 LF精煉終渣成分堿度高低堿度高低MgO含量含量(%)(%) GCr15軸承鋼生產(chǎn)工藝為軸承鋼生產(chǎn)工藝為“電爐電爐LF精煉精煉VD精煉精煉方坯連鑄方坯連鑄”。出鋼過程先用。出鋼過程先用SiMn合金預(yù)脫氧，再用合金預(yù)脫氧，再用Al線終脫氧，線終脫氧，LF精煉過程造白渣。精煉過程造白渣。取軋材樣進(jìn)行夾雜物分析。取軋材樣進(jìn)行夾雜物分析。E-mail： 傳真：023-6510520252 精煉渣成分與夾雜物類型關(guān)系兩類典型夾雜物兩類典

5、型夾雜物圖1 MnS包裹CaO-Al2O3復(fù)合夾雜圖2 MnS包裹MgOAl2O3復(fù)合夾雜因此，精煉渣堿度和因此，精煉渣堿度和MgO含量對夾雜物類型有重要影響。含量對夾雜物類型有重要影響。整體尺寸大于整體尺寸大于10m，核，核心心CaO-Al2O3的尺寸為的尺寸為6.3m整體尺寸小于整體尺寸小于8m，核，核心心MgOAl2O3的尺寸為的尺寸為2.8mv高堿度高堿度1#：R=7.04，w(MgO)=1.38%v低堿度低堿度2#：R=3.75，w(MgO)=3.14%危害相對較小危害相對較小E-mail： 傳真：023-6510520263 尖晶石、鈣鋁酸鹽夾雜物生成熱力學(xué)分析MgOAl2O3穩(wěn)定

6、性計算穩(wěn)定性計算CSiMnPSCrCuTiAlsOS0.960.250.300.0080.0071.50.0500.00350.0300.000252）計算條件：）計算條件：表3 GCr15鋼成分fAlfMgfOfCa1.230.480.220.04表4 元素活度系數(shù)1）基本原理：）基本原理：當(dāng)鋼水中存在溶解鈣當(dāng)鋼水中存在溶解鈣Ca時，由于時，由于Ca要比要比Mg活潑，鋼水中溶解鈣活潑，鋼水中溶解鈣Ca會置換會置換MgOAl2O3夾雜中的夾雜中的Mg元素，生成更為穩(wěn)定的鈣鋁酸鹽元素，生成更為穩(wěn)定的鈣鋁酸鹽(CaO-Al2O3)類夾雜物類夾雜物3。3 Deng Z, Zhu M. Evoluti

7、on mechanism of non-metallic inclusions in Al-killed alloyed steel during secondary refining processJ. ISIJ international, 2013.(%)E-mail： 傳真：023-6510520273 尖晶石、鈣鋁酸鹽夾雜物生成熱力學(xué)分析MgOAl2O3穩(wěn)定性計算穩(wěn)定性計算根據(jù)根據(jù)CaO-Al2O3二元相圖，選擇二元相圖，選擇CaO含量最低含量最低的的CaO6Al2O3作為作為MgOAl2O3與溶與溶解解Ca反應(yīng)的最初產(chǎn)物。反應(yīng)的最初產(chǎn)物。6MgOAl2O3+Ca=CaO6Al2O3

8、+6Mg+5O logK1=-33.474+462/TMgOAl2O3向向CaO6Al2O3轉(zhuǎn)變時的臨轉(zhuǎn)變時的臨界界Mg含量與含量與Ca含量之間的關(guān)系含量之間的關(guān)系：%Mg臨臨 = 6.5110-3%Ca1/61E-51E-41E-30.010.1110100110100CaO6Al2O3Al2O3 Mg含量 /ppmCa含量 /ppmMgOAl2O3圖3 MgOAl2O3/CaO6Al2O3穩(wěn)定優(yōu)勢區(qū)圖%Mg臨臨=10ppm%Ca=0.1ppmCa、Mg含量控制夾雜物類型含量控制夾雜物類型精煉渣：精煉渣：CaO、MgO含量含量3）計算結(jié)果：）計算結(jié)果：MgO.Al2O3MgO.Al2O3Ca

9、O.6Al2O3CaO.6Al2O3E-mail： 傳真：023-6510520283 尖晶石、鈣鋁酸鹽夾雜物生成熱力學(xué)分析控制鈣鋁酸鹽熱力學(xué)分析控制鈣鋁酸鹽熱力學(xué)分析3(MgO)slag+2Al=(Al2O3)slag+3Mg logK2=-33.42+49884/T3(CaO)slag+2Al=(Al2O3)slag+3Ca logK3=2.731-37113/T鋼水中鋼水中Ca、Mg含量的計算：含量的計算：序號序號%Ca%Mg%Mg臨臨%Mg1#（高堿度）（高堿度）5.7210-64.610-410.410-4低低56%2#（低堿度）（低堿度）2.8210-63.010-63.510-4

10、低低14%表5 Ca、Mg含量(%) MgOAl2O3CaO6Al2O3兩兩者轉(zhuǎn)變趨勢不一樣。者轉(zhuǎn)變趨勢不一樣。轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變兩組不同兩組不同堿度堿度精煉渣精煉渣E-mail： 傳真：023-6510520293 尖晶石、鈣鋁酸鹽夾雜物生成熱力學(xué)分析控制鈣鋁酸鹽熱力學(xué)分析控制鈣鋁酸鹽熱力學(xué)分析1#：R=7.04，w(MgO)=1.38%2#：R=3.75，w(MgO)=3.14%趨勢高趨勢高趨勢低趨勢低降低爐渣堿度，提高降低爐渣堿度，提高M(jìn)gO含量可以減小含量可以減小MgOAl2O3向向CaO6Al2O3轉(zhuǎn)變的趨勢。轉(zhuǎn)變的趨勢。CaO-Al2O3-(MgO)夾雜夾雜MgOAl2O3 夾雜夾雜 v堿度

11、過低：不利于脫氧、脫硫，二次氧化；堿度過低：不利于脫氧、脫硫，二次氧化；vMgO過高：不利于精煉渣熔化，堵水口。過高：不利于精煉渣熔化，堵水口。如何確定合適的精煉渣堿度和如何確定合適的精煉渣堿度和MgO含量？含量？滿足精煉需要滿足精煉需要/控制夾雜物類型控制夾雜物類型E-mail： 傳真：023-65105202104 精煉渣成分優(yōu)化精煉渣精煉渣MgO含量含量1234567891002468101214161820 Mg含量 /ppmMgO含量 /% R=4.5 C/A=1.8 R=5.0 C/A=1.9 R=5.5 C/A=2.0123456789100.020.030.040.050.06

12、0.070.080.090.10 Ca含量 /ppmMgO含量 /% R=4.5 C/A=1.8 R=5.0 C/A=1.9 R=5.5 C/A=2.0圖4 MgO對Mg含量影響圖5 MgO對Ca含量影響%Mg臨臨在精煉渣堿度在精煉渣堿度R=4.55.5，鈣鋁比在，鈣鋁比在C/A=1.82.0時，渣中時，渣中w(MgO)=3%5%時能夠時能夠使鋼中使鋼中MgOAl2O3保持穩(wěn)定而不轉(zhuǎn)變?yōu)楸３址€(wěn)定而不轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO6Al2O3。設(shè)計三組相同堿度和鈣鋁比，（設(shè)計三組相同堿度和鈣鋁比，（第一組第一組R=4.5，C/A=1.8；第二組；第二組R=5.0，C/A=1.9；第三組第三組R=5.5，C/A=2

13、.0），不同），不同MgO含量（含量（w(MgO)=1%10%）的）的LF精煉渣，通精煉渣，通過熱力學(xué)計算過熱力學(xué)計算以以優(yōu)化原精煉渣中的優(yōu)化原精煉渣中的MgO含量。含量。1E-51E-41E-30.010.1110100110100CaO6Al2O3Al2O3 Mg含量 /ppmCa含量 /ppmMgOAl2O3E-mail： 傳真：023-65105202114 精煉渣成分優(yōu)化精煉渣精煉渣堿度堿度3.54.04.55.05.56.06.52468101214161820 Mg含量 /ppm堿度 C/A=1.8 w(MgO)=3% C/A=1.9 w(MgO)=4% C/A=2.0 w(Mg

14、O)=5%3.54.04.55.05.56.06.50.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10 Ca含量 /ppm堿度 C/A=1.8 w(MgO)=3% C/A=1.9 w(MgO)=4% C/A=2.0 w(MgO)=5%Mg臨臨圖6 堿度Mg含量影響圖7 堿度對Ca含量影響項目項目w(MgO)C/A%Camax%Mg臨臨R第一組第一組31.86.710-68.9-4-第二組第二組41.97.510-69.1-45.5第第三三組組52.08.010-69.2-44.5表6 精煉渣堿度的確定設(shè)計三組精煉渣：相同鈣鋁比和設(shè)計三組精煉渣：相同鈣鋁比和MgO含

15、量，不同堿度含量，不同堿度R=3.56.5。E-mail： 傳真：023-65105202124 精煉渣成分優(yōu)化精煉渣精煉渣堿度堿度v當(dāng)鈣鋁比較低當(dāng)鈣鋁比較低(C/A=1.8)時應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高時應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高M(jìn)gO含量，否則提高堿度至含量，否則提高堿度至R=6.5也不能也不能保證鋼水中有足夠的溶解保證鋼水中有足夠的溶解Mg；v當(dāng)當(dāng)提高精煉渣中提高精煉渣中MgO含量和鈣鋁比含量和鈣鋁比時時，降低精煉渣堿度也能使鋼中，降低精煉渣堿度也能使鋼中MgOAl2O3保保持穩(wěn)定而不轉(zhuǎn)變?yōu)槌址€(wěn)定而不轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO6Al2O3。優(yōu)化后精煉渣成分優(yōu)化后精煉渣成分：堿度堿度R=4.55.5，w(MgO)=3%5%，鈣鋁比

16、，鈣鋁比C/A=1.82.0。E-mail： 傳真：023-65105202135 結(jié)論(1) 當(dāng)鋼水中含有當(dāng)鋼水中含有0.10ppm的溶解鈣的溶解鈣Ca時，只要溶解鎂時，只要溶解鎂Mg含量小于含量小于10ppm，MgOAl2O3就就會被會被Ca還原成還原成CaO6Al2O3。(2) 當(dāng)精煉渣堿度當(dāng)精煉渣堿度R=7.04，w(MgO)=1.38%時，鋼水中溶解時，鋼水中溶解Mg含量比臨界含量比臨界Mg含量含量低低56%，以大于以大于10m的的CaO-Al2O3-(MgO)夾雜及夾雜及MnS包裹包裹CaO-Al2O3復(fù)合夾雜為主；當(dāng)精煉渣堿度復(fù)合夾雜為主；當(dāng)精煉渣堿度R=3.75，w(MgO)=3.14%時，鋼水中溶解時，鋼水中溶解Mg含量比臨界含量比臨界Mg含量含量低低