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幾種典型軸承鋼精煉渣系的計算分析

軸承鋼精煉渣系的成分幾個主要結構單元的作用濃度精煉渣對脫氧的影響比較

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

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

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

應用上式，在1823K條件下，分別將A廠、B廠、山陽以及東北大學建議的爐渣組元作用濃度帶入可得：

AB山陽實驗ΔG，J/mol-86196-87719-504189445

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

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的進行。

東北大學建議的高堿度渣系可以滿足脫硫要求。點狀夾雜的控制能力

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，鋼中a[Ca]和a(CaO)之間的關系為：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，從而增加了點狀夾雜的生成可能性。

點狀夾雜的控制能力

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

反應平衡時有雖然本項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狀夾雜物。精煉渣系選擇的實驗

實驗裝置實驗渣系及結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建議某廠渣系控制范圍爐號化學成分/%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東北大學建議某廠渣系使用結果精煉渣系選擇東北大學建議某廠渣系使用結果鋼種規(guī)格A粗A細B粗B細C粗C細D粗D細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。國際合成纖維標準化局在標準中對鋼簾線的定義是：“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構?！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，按其結構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成分簾線鋼中夾雜物目標區(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)；對于MnO-Al2O3-SiO2系,理想的夾雜應該是錳鋁榴石(3MnO-Al2O3-3SiO2)及其周圍的低熔點區(qū)域；對于CaO-Al2O3-SiO2系,理想的夾雜物是鈣斜長石(CaO·Al2O3·2SiO2)與假硅灰石(CaO·SiO2)相鄰的周邊低熔點區(qū)域。爐渣堿度為0.71~1.0時鋼中的夾雜物成分分布當爐渣中A12O3含量低于15.06%時，夾雜物分布主要集中在塑性區(qū)周邊；當爐渣中Al2O3含量較高時，夾雜物分布較為分散。爐渣堿度為1.05~1.19時鋼中的夾雜物成分分布圖與爐渣堿度為0.71-1.00時的夾雜物分布相比，當爐渣堿度為1.05-1.19時，夾雜物分布更加分散；當爐渣中Al2O3為5.01%和12.08%時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。爐渣堿度為1.23-1.36時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)；當爐渣中的Al2O3含量在低于8.54%時，所得到的夾雜物分布較為集中分布在假硅灰石、鈣斜長石和鈣黃長石三相的交界的低熔點區(qū).實際檢測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，應采用純度高的Si-Mn合金進行脫氧，不用鋁和含鋁較高的合金進行脫氧，將鋼液中的酸溶鋁含量控制在1×10-6~5×