D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.01.008 第26卷第1期 北京科技大学学报 VoL26 No.1 2004年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2004 低碱度顶渣控制帘线钢中Ca0-S0z一Az03 MgO类夹杂物成分的实验研究 王立峰 张炯明王新华 王万军 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要在实验室中用高温管式炉对用工业纯铁配制的帘线钢进行脱氧和顶渣熔炼，研究 了炉渣成分对夹杂物成分的影响.在炉渣碱度一定的情况下，随着炉渣中A1,O含量的增加， 夹杂物中的AO,含量也随之增加.当炉渣中的AO,含量低于8%时，夹杂物中的成分在塑性 区.通过控制脱氧条件和顶渣成分可以把夹杂物的成分控制在塑性区内， 关键词帘线钢：夹杂物：顶渣：脱氧 分类号TF703.6 帘线钢、弹簧钢和重轨钢等钢种经常在交变 段将工业纯铁在电磁感应炉中熔炼，目的是将工 应力作用的工作环境下工作，容易出现疲劳裂 业纯铁中的酸溶铝含量降低；第二阶段是将第一 纹，疲劳裂纹的繁殖和长大引起钢材的断裂.同 阶段熔炼好的纯铁在真空电磁感应炉中熔炼，真 时在帘线钢拉拔的过程中经常拉断现象.这一切 空度为6.67kPa,加入碳粉、单晶硅和工业纯的单 都与钢中的AlO,和尖晶石类夹杂物有关，以往 质锰来调整钢液的C,Si和M血的含量，调整后的 人们总把注意力集中在夹杂物的数量、大小、形 钢液成分（质量分数）为：C,0.65%0.78%;Si, 状和分布上，而对夹杂物的成分重视不够，认为 0.13%-0.24%:Mn,0.60%-0.63:S,0.0086%> 夹杂物越小越少最好，夹杂物的数量水平反映在 0.012%:P,0.0084%-0.012%;A1,0.0002%~ 钢中的总氧上，认为总氧越低越好，如果从控制 0.0007%. 夹杂物成分的角度来说，总氧很低不一定得到最 1.2渣料的配制 佳的钢的质量.为了得到塑性区夹杂物，国外做 实验用顶渣的配比如表1所示，本次实验总 了大量的较为详细的研究，日本水渡英昭教授四 共进行了28炉实验，配渣的原则是碱度的4个因 进行了较为详细的热力学计算，法国Gaye-也 素与AlO,含量（质量分数）的7个因素总共28种 建立了热力学模型对夹杂物的成分进行预测，但 全排列组合.渣料中所用的CaO,SiO2和AlO,都 相关的实验结果作为技术机密，在国内外还未见 采用分析纯氧化物，其中CaO进行了粉碎和预脱 详细地报道，本文是在实验室中用高温管式炉使 水处理 用低碱度渣熔炼高碳帘线钢，通过大量统计夹杂 表1顶渣的配渣方案 物的成分研究了炉渣中AlO,含量对帘线钢夹杂 Table 1 Composition of the top slag 物成分的影响，并得到了较好的结果 因素 1234567 w(Ca0)/w(Si0)0.81.01.21.5 1原料及处理 wAl0,)/% 5101520253040 1.1实验用钢的配制 实验用钢的配制过程分为两个阶段：第一阶 2实验设备及方法 收稿日期2003-03-03王立蜂男，29岁，博士研究生 本实验是在SGO216-B1型高温管式炉中进 ★国家自然科学基金资助课题No.50274006) 行，如图1所示.高温管式炉由硅钼棒加热，炉子
第 2 6卷 第 1期 2 0 0 4年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ u几 a l of U l加 e sr ytl of S c ei n沈 a n d Te e h n o】o yg B eij 恤 g V bL 2 6 N O 一 1 F e b 。 20 04 低碱度顶渣控制帘线钢 中 C a o 一 51 0 2 , A 1 2 0 -3 M g o 类夹杂物成分 的实验研究 王 立 峰 张 炯 明 王 新 华 王 万 军 北京 科技大 学冶金 学 院 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 在实 验室 中用 高温 管式 炉对用 工业 纯铁 配制 的帘 线钢进 行脱 氧 和顶渣 熔炼 , 研究 了炉渣 成分对 夹 杂物成分 的影 响 . 在 炉渣碱 度一 定 的情况 下 , 随 着炉渣 中 lA 必 , 含 量 的增加 , 夹 杂物 中的 1A 2O 3 含量 也随之 增加 . 当炉渣 中 的 lA Oz 3含 量低 于 8% 时 , 夹 杂物 中 的成分在 塑性 区 . 通过 控制 脱氧 条件 和顶渣 成 分可 以把 夹杂物 的成 分控 制在 塑性 区 内 . 关键词 帘 线钢 ; 夹 杂物 : 顶 渣 ; 脱 氧 分 类号 甘 7 0 3 . 6 帘 线钢 、 弹 簧钢 和 重轨 钢等 钢种 经 常在 交变 应 力 作 用 的工 作 环境 下 工 作 , 容 易 出现 疲 劳裂 纹 , 疲 劳裂 纹 的繁殖 和 长大 引起 钢 材 的 断裂 . 同 时在 帘线钢 拉拔的过程 中经 常 拉断现 象 . 这 一切 都 与钢 中的 A LO , 和尖 晶石 类 夹杂 物 有关 . 以往 人 们 总把注 意 力集 中在 夹 杂物 的数量 、 大 小 、 形 状 和分 布上 , 而对 夹 杂物 的成分 重 视不 够 , 认 为 夹杂 物越 小越 少最 好 . 夹杂 物 的数量 水平 反 映在 钢 中的总氧 上 , 认 为 总氧 越低 越 好 . 如 果 从控 制 夹杂 物成 分 的角度 来说 , 总 氧很 低不 一定 得到 最 佳 的钢 的质 量 . 为 了得到 塑性 区 夹 杂 物 , 国外 做 了大 量 的较 为详 细 的研 究 , 日本水 渡 英 昭教授 `1 进行 了较 为 详细 的热力 学计 算 , 法 国 G盯e 价川 也 建立 了热 力学模 型对 夹杂 物的成分 进行 预测 , 但 相关 的实验 结 果作 为技术 机密 , 在 国内外还 未见 详细地 报道 . 本 文是 在实验 室中用 高温 管式炉使 用 低碱 度渣 熔炼 高碳 帘线钢 , 通过 大量 统计 夹杂 物 的 成分研 究 了炉渣 中 A 儿0 3 含量 对帘 线 钢夹 杂 物成 分 的影 响 , 并得 到 了较 好 的结 果 . 1 原 料及 处 理 L l 实验 用钢 的 配制 实验 用钢 的配 制过 程 分为 两个 阶段 : 第一 阶 收稿 日期 2 0 03 刁3刁 3 王 立峰 男 , 29 岁 , 博士 研究生 * 国家 自然科学基 金资助 课题 州 。 . 5 02 74 0 0 6) 段 将 工业 纯铁 在 电磁感应 炉 中熔 炼 , 目的是将 工 业 纯 铁 中的酸 溶铝 含量 降低 ; 第 二阶 段是 将第 一 阶 段熔炼好 的纯 铁在 真 空 电磁感应 炉 中熔炼 , 真 空 度 为 .6 67 沙 a , 加入 碳粉 、 单 晶硅 和工 业纯 的单 质 锰 来调 整钢 液 的 C , is 和 M n 的含 量 , 调整 后 的 钢 液 成分 (质量 分 数 ) 为 : C , 0 . 6 5% 一0 . 7 8% : 5 1 , 0 . 13 %一 0 . 2 4 % ; M n , 0 . 6 0% 一 0 . 6 3 : S , 0 . 0 0 8 6% 一 0 . 0 12 % ; P , 0 . 0 0 8 4 % 一 0 . 0 1 2% ; A I , 0 . 0 0 0 2 % 一 0 0 0 0 7% . 1.2 渣料 的配 制 实验 用 顶渣 的配 比如表 1 所 示 , 本 次 实验 总 共进 行 了 28 炉实 验 , 配渣 的原则 是碱度 的 4 个 因 素 与 A LO , 含 量 (质 量 分数 )的 7 个 因素 总共 28 种 全排 列 组合 . 渣料 中所用 的 C ao , 51 0 : 和 A LO , 都 采用 分析 纯氧 化物 , 其 中 C aO 进行 了粉碎和 预脱 水处 理 . 表 1 项渣 的配 渣方案 aT b le I OC 口 OP , i如 n o f ht e ot P s al g 因素 1 2 3 4 5 6 7 w ( C a o )w/ ( Si 0 ) 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 5 w (A h o , )肠 5 10 1 5 2 0 2 5 3 0 4 0 2 实验设 备及 方 法 本实 验是在 S G O 2 16 es B ll 型高 温 管式 炉 中进 行 , 如 图 1所 示 . 高温 管式 炉 由硅 钥棒加 热 , 炉 子 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 01. 008
VolL26No.1王立幢等：低碱度顶渣控制帘线钢中Ca0Si0-A山0-Mg0类夹杂物成分的实验研究·27· 的温度由自动控温仪控制，温度误差在±2℃以 假硅灰石交界的阴影区域为CaO0-A,O,-SiO2类夹 内，Al,0,炉管的恒温带为200mm.炉管内有可升 杂物塑性良好的成分区，在其范围内，夹杂物中 降坩埚托，可将坩埚在实验结束后迅速送出炉 wco/wsio,为0.20-1.0，Al,0,的含量在8%~25%.在 管，保证试样进行水冷.实验时将试样放入MgO 实验中，将夹杂物中的Mg0含量与CaO含量加 坩锅中，外部套有石墨保护坩埚，同时在炉管的 和，所得到的伪三元系(Ca0+MgO)Al,O,-SiO2 底部通入高纯的氩气进行气氛保护，炉管的上部 类夹杂物的成分分布如图3~5所示.图3是炉渣 用高温橡胶密封， 碱度为0.71~1.00范围内，夹杂物随炉渣中Al0, 在用氩气作保护气氛的高温炉中，先加入预 含量变化分布图.当炉渣中AO,含量低于 先配制的钢料1kg,加热熔化并将温度保持在 15.06%时，夹杂物分布主要集中在塑性区周边， 1600℃，5min后取样.加入单晶Si进行脱氧，用 当炉渣中AlO,含量较高时，夹杂物分布较为分 钼丝棒搅拌30s,加入硅5min后取样.然后加入 散.图4是当炉渣碱度在1.05~1.19范围内，夹杂 质量是钢料20%的渣料，渣料熔化后开始计时， 物的成分分布图.与炉渣碱度为071~1.00时的夹 在顶渣熔化后的5,10,15,20,25,30,40min分别 杂物分布相比，当炉渣碱度为1.05一1.19时，夹杂 用石英管取钢样和用钢棒粘取渣样，所取的每个 物分布更加分散，当炉渣中A20,为5.01%和 样品质量约10g.40min后将坩锅取出水冷，分离 12.08%时所得到的夹杂物几乎在塑性区，随着 渣钢.实验结束后，将用石英管取得的钢样、坩锅 渣中AlO,含量的增加，夹杂物逐渐由低AO,区 中的钢样和渣进行各种化学元素的分析.钢样中 向高AlO,区移动. 的夹杂物用电子显微镜EDX分析， 炉渣 甘埚 钢水、 炉管 加热体 炉体 图2夹杂物的塑性区 热电偶 Ar Fig.2 Plastic area of the inclusion 图1实验装置示意图 0.01.0 Fig.1 Schematic diagram of the experimental furnace 炉渣中AO ■4.32% 0.2 0.8 ▣7.46% 3实验结果及讨论 ●10.59% (CaO+MgO) 011.87% 0.4 0. ▲12.90% 3.1夹杂物的分类 wSiO） △15.06% V17.00% 实验所得到的夹杂物可分为两类：第一类是 8 0.6 0.4 v18.16% Si-Mn合金脱氧的MnO-AlO,-SiO2复合脱氧产 ★19.89% ×21.78% 物：第二类是脱氧产物与顶渣作用的CaO-SiO, 0.2 +31.15% + AlO,-Mg0类复合夹杂物.实验总共分析了405 炉渣城度0.71~1.00 0.0 个夹杂物.其中一类夹杂物72个，占18%：二类 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 夹杂物333个占82%.本文讨论第二类夹杂物. w(AlOj) 3.2炉渣组成对Ca0-A山0Si0.类夹杂物的成 图3炉渣碱度为0711.00时钢中的夹杂物成分分布图 分分布的影响 Fig.3 Distribution of the inclusion in steel while the basi- 一般来说，图2所示的钙斜长石、磷石英和 city of slag is 0.71-1.00
、 b LZ` N O 一 1 王 立峰 等 : 低碱度顶 渣控 制帘 线钢 中 C a o 名Oi 厂月 2 0汁M Og 类夹 杂物成 分 的实 验研 究 . 2, . 的温 度 由 自动 控 温仪 控 制 , 温度误差 在 士2 ℃ 以 内 , A 1 2 O , 炉 管 的恒 温 带 为 2 0 ~ . 炉 管内有 可 升 降 柑 祸 托 , 可 将 柑 锅 在 实验 结 束 后迅速送 出 炉 管 , 保 证 试 样进行 水冷 . 实验 时将 试 样放 入 M g O 柑锅 中 , 外 部套 有 石 墨保 护 增 塌 . 同时在 炉 管 的 底部 通 入高 纯 的氢气 进 行气 氛 保护 , 炉 管的上 部 用 高温 橡胶密封 . 在用 氢 气作 保 护气 氛 的 高温炉 中 , 先加 入 预 先 配 制 的钢 料 I kg , 加 热 熔 化 并将 温 度 保 持 在 1 60 0 ℃ , s m in 后 取样 . 加入 单 晶 is 进 行 脱 氧 , 用 铝 丝棒搅 拌 30 5 , 加 入 硅 s m in 后取 样 . 然 后 加 入 质 量 是钢 料 20 % 的渣 料 , 渣 料熔化 后 开始 计 时 , 在 顶渣熔 化后 的 5 , 10 , 15 , 2 0 , 2 5 , 3 0 , 4 0 m in 分 别 用 石英 管取 钢样 和 用钢 棒粘 取 渣样 , 所 取 的每 个 样 品质 量 约 10 g . 40 m in 后将 增 锅 取 出水冷 , 分 离 渣钢 . 实验 结束 后 , 将 用石 英管 取 得 的钢 样 、 增 锅 中的钢 样和 渣进 行 各种 化学 元 素 的分析 . 钢 样中 的夹 杂物 用 电子 显 微 镜 E D X 分 析 . 假硅 灰石交 界 的阴影 区域 为 C a o 一A 1 2 q 一 10 2类 夹 杂物 塑性 良好 的成 分 区 , 在 其 范 围 内 , 夹杂 物 中 w .c 夕w s 。 为 .0 2 -0 1 . 0 , A 1 2 0 3 的含 量 在 8 % 一 25 % . 在 实验 中 , 将 夹 杂 物中 的 M g o 含量 与 C ao 含 量 加 和 , 所 得 到 的伪 三 元系 ( C a o + M gO ) A LO厂 5 10 2 类 夹 杂物 的成 分 分 布 如 图 3一 5 所 示 . 图 3 是炉 渣 碱度 为 .0 7 1一 1 . 0 范 围 内 , 夹 杂物 随炉 渣 中 A LO , 含 量 变 化 分 布 图 . 当 炉 渣 中 1A 2 0 3 含 量 低 于 巧 . 0 6 % 时 , 夹杂物 分 布主 要 集 中在 塑 性 区周 边 , 当炉渣 中 1A 2认 含 量 较高时 , 夹杂物分布 较 为分 散 . 图 4 是 当炉渣碱 度在 1 . 05 一 1 . 19 范 围 内 , 夹 杂 物的成 分分 布 图 . 与炉 渣碱度 为.0 7 1一 1 . 0 时 的夹 杂 物 分布 相 比 , 当炉 渣碱度 为 1 . 05 一 1 . 19 时 , 夹 杂 物 分 布 更 加 分 散 , 当炉 渣 中 lzA O , 为 .5 01 % 和 12 .0 8 % 时所 得 到 的 夹 杂物 几 乎 在 塑 性 区 , 随 着 渣 中 A L0 3 含 量 的增 加 , 夹 杂 物 逐渐 由低 1A 2 O 3 区 向高 A 12q 区移动 . 炉渣 甘塌 钢水 炉管 加热体 炉体 州两 . . . 翻目匕 . , 图 2 一 夹 杂物 的塑 性 区 Fi g . 2 p la s ict a ear o f t h e 加 e lu . io . 图 1 实 验装 置示 意 图 F哈1 s e h e m a ict d is g r a口 o f t h e e xP e r i m e n at l fu r n a ce 0 , 0 ` 1 . 0 裁哭牌万丫 · “ 炉渣 中 1A 2 Oa . 4 . 3 2% n 7 . 4 6% . 10 . 5 9% `, . |2 ēU . 乃洲了、 , 4 `、 `0 、、洲 二 3 实验结 果 及 讨 论 .3 1 夹杂 物 的 分类 实验 所得 到 的 夹杂 物可 分 为 两类 : 第 一类 是 5 1 , M n 合 金脱 氧 的 M n C卜 A L0 3一 is q 复 合 脱氧 产 物 ; 第 二 类 是脱 氧 产物与 顶 渣作 用 的 C a C卜 5 10 厂 1A 2认 ` M gO 类复 合夹 杂物 . 实 验 总共 分析 了 4 05 个 夹杂 物 . 其 中一类 夹 杂物 72 个 , 占 18 % ; 二类 夹 杂物 3 3 个 占 82 % . 本文 讨 论第 二 类 夹杂 物 . 1 2 炉 渣组 成 对 C a o 刊u 2 0 r 名:io 类夹杂 物 的成 分 分布 的影 响 一般来 说 , 图 2 5[] 所 示 的钙 斜长石 、 磷 石 英 和 沁 ’. 一军 - \ 、 飞 一二 丫片 厂 0 1 1 . 8 7% ▲ 12 . 90% △ 15 . 0 6% 甲 17 . 0 0% V 1 8 . 16% ★ 19 . 89% X 2 1 . 7 8% + 3 1 . 15% "卜长 0 . 7 1一 。。 / 、 十 / , ~ 咭一0 . 8 丫份 :0 0 0 w (A 1 2 0 3 ) 图 3 炉 渣碱度为 .0 7 1一 L o 时钢 中的夹 杂物 成 分分 布图 F啥3 D is 幻d b u iot . o f t h e 加d “ 5 10 . 加 s t e 】w 血血 ht . 加5-1 e i yt o f s h g 15 0 . 71一 1 . 0 0
·28 北京科技大学学报 2004年第1期 0.0 1.0 炉渣中AlO 图5是顶渣的碱度在1.23-1.36时夹杂物的 口5.01% 成分分布，由图可见夹杂物大部分分布在塑性范 0.2 △12.08% 0.8 口15.96% 围的周边区域内，当炉渣中的AO,含量在低于 019.39% w(CaO+MgO) w(Si 721.56% 8.54%时，所得到的夹杂物分布较为集中分布在 0.4 0.6 ●31.29% ■24.31% 假硅灰石、钙斜长石和钙黄长石三相的交界的低 0.6 0.4 熔点区， 图6是夹杂物中AlO含量与炉渣中AlO含 0.8 0.2 量的关系图.图6(a)的炉渣碱度为0.710.83范围 7 内，夹杂物中的Al,O含量随着顶渣中Al,O含量 1.0 炉渣碱度1.05-1.197 0.0 增加而增加，与夹杂物中8%~25%的AlO对应的 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 是渣中2.6%~8%的Al20.图6b)中炉渣的碱度范 w(ALO,) 图4炉渣碱度为1.05119时钢中的夹杂物成分分布图 围是1.05~1.19，夹杂物中的A10含量随炉渣中 Fig.4 Distribution of the inclusion in steel while the basi- A1O,含量增加而增加，与夹杂物中A12O,含量为 city of slag is 1.05-1.19 8%25%对应的是渣中2.5%~7.6%A10.图6(c)中 0.01.0 炉渣碱度范围是1.23~】.36，当夹杂物中A20含 炉渣中Al,O, 0.2 05.48% 量为8%~25%时，与之对应的是渣中A1O含量为 0.8 口8.54% (Si 2.4%7.0%.图6结果表明，对于Ca0-Mg0-Si0x (CaO+MgO) 010.38% 16.74% AlO3系非金属夹杂物，当炉渣w(CaO)/wSiO2)在 0.4 0.6 ▲20.11% 0.7~1.36之间，随炉渣碱度的增加，夹杂物Al0 721.43% 0.6 -0.4 ★34.98% 含量随炉渣AO增加而增加的幅度变大.从生 成塑性夹杂物出发，炉渣碱度应控制在0.7~1.00 0.8、 0.2 之间，目前在我国的冶金过程中，炉外精炼的炉 渣碱度在2.03.0之间，有的甚至更高，因而为了 1.0 炉渣碱度1,23-136三著立0.0 得到塑性夹杂物，渣中的A1,O,含量应该低于 0.0 0.2 0.40.6 0.8 10 8%.理论上讲，当钢、渣和夹杂物处于热力学平 w(ALO) 图5炉渣碱度为1.23136时钢中的夹杂物成分分布图 衡态时，渣的成分与夹杂物成分趋于一致，从本 Fig.5 Distribution of the inclusion in steel while the basi- 图中可见，在炼钢过程中，钢、渣和夹杂物间完全 city of slag is 1.23-1.36 的热力学平衡是很难达到， 100 (a)炉渣减度0.710.83 (b)炉渣碱度=1.05-1.19 (c)炉渣碱度=1.23-1.36 ◆ 60 40 张20 0 05 101520253035400510152025 3035400510152025303540 渣中Al0/% 渣中Al0,% 渣中Al0% 图6炉渣碱度为0.710.83(a,1.05-1.19(b)和123-1.36(c)时，夹杂物中的Al0含量与炉渣中A山0含量（质量分 数)的关系 Fig.6 Relation between Al.O,content in inclusion and that in slag in mass fraction while the basicity of slag is 0.71-0.83 (a),1.051.19(b),and1.231.36(c) CaO-MgO-SiO2-AlO,系夹杂物属于钢液与 (A1,0=(A10) (1) 炉渣作用生成的非金属夹杂物，炉渣中A1O与夹 式中，(l2O),代表渣中AO:(AlO)m代表夹杂物 杂物中AO,的作用可表示为： 中AlO,.两者平衡时
. 2 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 20 04 年 第 1 期 炉 渣 中 A LO 3 口 5 . 0 1% . 0 8 % . 9 6 % . 3 9 % . 5 6 % . 3 1% . 2 9 % 山,`O产J l 兮月 lx-1 介`山ù,凡, 。必 0 . 0 炉渣碱度 1 : 。5一 1油 / 份 撅奋 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 . 0 . 0 0 w (A 1 2O , ) 图 4 炉渣碱 度 为 1 . 0~5 L 19 时钢 中的夹杂物 成分 分布 图 F ig . 4 D ist r i b u 如 n o f t h e i n e lu s i o n 恤 s t e e l w h让e t h e b a s i - e iyt o f s肠 9 15 1 · 0 -5 1 . 19 0 . 0拟 . 0 炉 渣 中 A 1 2认 0 5 . 4 8% 玄 口 8 . 54 % 飞 夕 0 10 . 3 8% 二 16 . 7 4% A 2 0 . 1 1% 7 2 1 . 4 3% ★ 3 4 . 9 8% 中衍\ 、、 J 丧. 、、尸、 J 弃 `、 、 、 人甄一f 一升 一,乙 一一 厂 \ 干 一 立一斗 一 0声召肇 0 . 0 0 . 2 蝴黔生{类 0 . 4 0 _ 牙 软心均 〕 . 0 0 , 8 1 0 w (A L0 3 ) 图 5 炉渣碱 度为 L Z卜L 3 6 时钢 中的夹 杂物 成分分 布图 F ig . 5 D is t南 u it o n o f t h e in c lu s i o n in s t e el w h 让e 伍e b a s i · e ity o f s is g is l · 2-3 1 . 3 6 图 5 是 顶渣 的碱 度在 1 . 23 一1 . 36 时 夹杂 物 的 成分 分布 , 由图可 见夹 杂物 大部 分分 布在 塑性 范 围 的周 边 区域 内 , 当炉 渣 中 的 A石0 3 含 量在低 于 .8 54 % 时 , 所 得 到 的夹杂 物分 布 较为集 中分 布 在 假硅 灰石 、 钙 斜长 石和 钙黄 长石 三相 的交 界 的低 熔 点区 . 图 6 是 夹 杂物 中 A bO , 含 量 与炉 渣 中 A七0 , 含 量 的关 系 图 . 图 6( a) 的炉渣 碱度 为 .0 71 司 . 83 范 围 内 , 夹 杂物 中的 A 儿0 3含量 随着顶渣 中 A LO , 含量 增加而 增加 , 与 夹杂 物中 8% 一 25 % 的 A 1 2仇 对 应 的 是渣 中 .2 6% ~ 8 % 的 A Lq , 图 6彻 中炉渣的碱度 范 围是 1 . 05 一 1 . 19 , 夹 杂 物中的 A取0 3 含 量 随炉渣 中 1A 2 q 含 量增 加 而增 加 , 与夹 杂物 中 A 儿q 含 量为 8% 一25 % 对应 的是渣 中.2 5% 一 .7 6 % 从0 3 . 图 6 c( )中 炉 渣碱 度范 围是 1 . 23 一 1 . 36 , 当夹 杂物 中 1A 2 q 含 量 为 8% 一25 % 时 , 与之对 应 的是渣 中1A 2 O 3含量为 .2 4% 一 .7 0 % . 图 6 结果 表 明 , 对 于 C a o -] 叨9-0 5 10 厂 A I必 3 系 非金 属夹 杂物 , 当炉 渣 w (C aO )w/ ( 5 10 2 )在 .0 -7 1 . 36 之 间 , 随炉渣 碱度 的增 加 , 夹 杂物 A 儿认 含 量 随炉渣 A 1 2 O 3 增加 而增 加 的 幅度变 大 . 从 生 成 塑性 夹杂 物 出发 , 炉渣 碱 度应控制在 .0 7一 1 . 0 之 间 . 目前在 我 国 的冶金 过 程 中 , 炉外 精炼 的炉 渣 碱度 在 .2 -0 .3 0 之 间 , 有 的甚至 更 高 , 因 而为 了 得 到 塑 性 夹杂 物 , 渣 中 的 A取0 3 含 量 应 该低 于 8 % . 理 论上 讲 , 当钢 、 渣和 夹杂 物处 于热 力学平 衡 态时 , 渣 的成分 与 夹杂 物成 分趋 于 一致 , 从本 图 中可见 , 在炼 钢过 程 中 , 钢 、 渣 和夹杂 物 间完全 的 热力 学平 衡 是很 难达 到 . 1 0 0 } ( a ) 炉渣碱度一 0 . 7 一0 . 8 3 (b ) 炉渣碱度= 1 . 0 5一 1 . 19 c( ) 炉渣碱度月 . 23 一 1 . 3 . .ó 口口 裘` 0 } 3 60 卜 弓 } 厂 蓦 ` o口一丫 昌 藻 2 ” 匕滩} 鼠少 0 5 1 0 图 6 炉 渣碱 度为 数 ) 的关系 15 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 30 3 5 4 0 0 5 10 1 5 20 2 5 3 0 35 4 0 渣 中 A 1 2 q o/ 渣 中 1A 2 q o0/ 渣 中 A 1 2 0 ,肌 .0 71 司.8 3 (a ) , 1 .0 ~5 L 19 b( ) 和 1.2 ~3 L 36 c( ) 时 , 夹杂 物 中的 A `仇 含量与炉 渣 中 从认 含t ( 质量分 F i g · 6 eR l a t io o b e 幻叩 e e n A 1 2 0 3 e o n t e o t in in e l u s io o a n d t b a t in s la g in 口a s s fr a e住o n w h加 th e b a s ic iyt o f s la g is o . 7 1刁 . 83 ( a ) , 1 . 0卜1 . 1 9 ( b ) , a n d l · 2 3 d . 3 6 ( e ) ca -O M g -o is O 厂 A 1 2 q 系 夹 杂 物 属 于 钢 液 与 炉渣 作用 生成 的非金 属夹 杂物 , 炉渣 中 1A 2 O 3 与夹 杂物 中 1A 2 q 的 作用 可表 示 为 : (A 120 3 )产 (A L0 3 ) , ( l ) 式 中 , (A 1 2 0 , ) , 代 表 渣 中 A 1 2 0 3 ; ( A L0 3 ) ` 代 表夹杂物 中 A Lq . 两 者平 衡 时
Vol.26 No.1 王立峰等：低碱度顶渣控制帘线钢中Ca0-SiO-AO,-Mg0类夹杂物成分的实验研究 ·29 K=a(Al:O3)/a(Al.O;), (2) 塑性区内的方法是可行的 式中，a(AlO)。为夹杂物中AlO的活度，a(Al,O), (2)炉渣碱度在0.71~1.00，Al03含量低于 为炉渣中Al2O,的活度.图7为CaO-Mgo-AlO, 15.06%的酸性渣系，钢中的夹杂物成分集中在 三元系中AlO,的活度变化.本研究中炉渣AlO 塑性区及周边范围内：对于炉渣碱度为1.05~1.20 在4%~35%之间变化，由图7中可以看到，在此 的中性渣系，钢中的夹杂物成分分布较为分散， AO含量范围，当碱度由0.7增加到1.3时，炉渣 当渣中A12O,含量低于12.08%时，夹杂物在塑性 Al2O的活度增加，根据式(2)可知，炉渣AO的 区的范围内：对于炉渣碱度为1.23~1.36的低碱性 活度增加会导致夹杂物A2O3的活度，即夹杂物 渣系，当渣中A1,0,含量低于8.54%时，夹杂物在 AlO含量的增加， 塑性区的范围内. (3)为了得到塑性区夹杂物，炉渣的碱度应该 SiO 控制在0.7~1.00之间，炉渣的A1,O含量应该低于 8%. 1600℃ 20 80 参考文献 Cao) 40 1 Hideaki Suito,Ryo Inoue.Thermodynamics on control of inclusions compositions in ultra-clean steel [J].ISIJ Int. 60 40 1996.36(5):528 碱度0.7 2 Gaye H,Riboud P V,Welfringer J.Use ofa slag model to 80 20 describe slag-metal reactions and precipitation of in- 0. clusion [J].Ironmaking Steelmaking,1988,15(6):319 碱度.3 线度=1 3 Gatellier C,Gaye H..Inclusions control in low-aluminum Cao 20 40 60 80 ALO, steel [J].La Revue de Metallurgie-CIT,1992,89(4):361 w(Al:O;) 4 Stouvenot F,Gaye H.Secondary steelmaking slag treat- 图7Ca0-Mg0-AlO三元系中A山O,的活度 ment for inclusions control in semi-killed steels [J].Elec- Fig.7 ISO-AlO,in CaO-Al,O,SiO, tric Furnace Conference Proceeedings,1994,52(12):423 5 Bernard G,Ribound P V,Urbain G.Oxide inclusions plas- 4结论 ticity [J].La Revue de Metallurgie-CIT,1981,78(5):421 6陈家样.炼钢常用图表数据手册[M个.北京：治金工 (I)通过Si脱氧，不用铝脱氧，同时控制炉渣 业出版社，1998 的碱度和A2O,含量来控制钢中的夹杂物成分在 Experimental Research of Composition Control of CaO-SiO2-Al2O,-MgO In- clusion by Using Low Basic Top Slag for Tire Cord Steel WANG Lifeng,ZHANG Jiongming,WANG Xinhua,WANG Wanjun Metallurgy School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The effect of top slag composition on CaO-AlO,-SiO:inclusion composition was studied by con- trolling the condition of deoxidization and composition of top slag in experimental furnace in which the tire cord steel was melt.The content of Al2O,in inclusion increased with that in top slag increasing while the basicity of top slag was fixed.Plastic inclusion presented while the content of AlO,in top slag was below 8%.It is concluded that the composition of the inclusion can be controlled within the plastic area by controlling the condition of deoxidiza- tion and the composition of top slag. KEY WORDS tire cord steel;inclusion;top slag;deoxidization
V bL 2 6 N O . l 王立 峰 等 : 低 碱 度顶 渣控 制帘 线钢 中 C a o 卜 S io r A zl o s esM g o 类 夹 杂物 成分 的 实验研 究 . 2 , . 犬片。 (A 1 2 O 3 )撇( A儿0 3 ) 。 ( 2 ) 式 中 , a( A几0 3 ) ` 为 夹 杂物 中 1A 2 0 3 的 活度 , a (A 1 2 0 3 ) : 为炉 渣 中 A 几0 3 的 活度 . 图 7 为 C a o 卜 M g o es A 1 2 O , 三元 系 中 A七0 , 的活 度 变化 16] . 本研 究 中炉 渣 1A 2 0 3 在 4% 一35 % 之 间变 化 , 由图 7 中可 以看 到 , 在 此 A几0 , 含 量 范 围 , 当碱 度 由 .0 7 增加 到 1 . 3 时 , 炉 渣 A犯0 , 的活 度增 加 , 根据 式 (2) 可 知 , 炉渣 A 1 2 0 , 的 活度 增加 会 导致 夹 杂 物 A 1 2 O , 的活度 , 即 夹杂 物 A LO , 含 量 的增 加 . 5 10 2 塑性 区 内的 方法 是 可 行 的 . (2 ) 炉 渣 碱 度 在 .0 7 1一 1 . 0 , A胜0 , 含 量 低 于 巧 .0 6 % 的 酸 性渣 系 , 钢 中 的夹 杂 物 成分 集 中在 塑性 区及 周 边 范 围 内 ; 对 于炉 渣碱度 为 1 . 05 一 1 . 20 的 中性 渣 系 , 钢 中的 夹杂 物 成 分 分布 较为分 散 , 当渣 中 A LO , 含 量 低 于 12 08 % 时 , 夹 杂物 在 塑 性 区 的范 围 内 ; 对 于炉 渣碱 度 为 1 . 23 一 1 . 36 的低 碱 性 渣 系 , 当 渣 中 1A 2 0 3 含 量低 于 .8 54 % 时 , 夹 杂 物 在 塑 性 区 的 范 围 内 . (3) 为 了得到 塑性 区 夹杂 物 , 炉 渣 的碱度 应 该 控 制 在 .0 7一 1 . 00 之 间 , 炉 渣 的 A 1 2 0 , 含 量应 该 低 于 8 % . 6 0 0 ℃ 气戴孙 洲 御 翼 碱努 ’ 氮 丫 ” 碱度月 . 3 . 由. ~ ~三~ ~ 三 . - 6 0 8 0 A L0 3 w (A 1 2 0 3 ) 图 7 C a o 卜 M g o 卜 A l z o , 三 元系 中 A I 2 0 , 的活度 F i g . 7 I S 0 es A I 2 0 3 in C a o 卜 A 12 0 犷 5 10 : 4 结论 ( l) 通 过 is 脱 氧 , 不 用 铝 脱氧 , 同时控 制 炉渣 的碱度 和 A 1 2 0 , 含 量来 控 制 钢 中 的夹杂 物 成 分在 参 考 文 献 1 H ide iak s u iot , yR o 1 n o u e . hT e mr o dy n am i e s o n e o ntr o I o f i n e l u s i o n s e om P o s i ti o n s i n u 】t r a . c l e an s t e e l [J ] . I S IJ I n t . 1 9 9 6 , 3 6( 5 ) : 5 2 8 2 G ay e H , 形b o du P V, W七lfr in g e r J . U s e o f a s lag m o d e l t o d e s e ir b e s lag 一 m e at l er 碱 i o sn an d P r e e i Pi at t i o n o f in - e l u s ion [ J ] . orI mn ak i n g Set e ln a ki n g , 1 9 8 8 , 1 5( 6 ) : 3 19 3 G at e l li e r C , G ay e H 二 I n e l u s i o n s e o ntr o l in l o w 一 ia um in um s et e l [刀 . L a eR vue ds M e at l l u 笔i e 一 C IT, 1992 , 89 ( 4) : 36 1 4 S t o vu e n ot F, G ay e H . S e e o n d a yr s et e lm a k i n g s lag etr at - m e nt of r i n e l u s i o n s e o n t r o l in s e m i一l l e d s t e e l s [ J ] . El e e - itr e F u m a c e C o n fe r en e e Pr o e e e e d l n g s , 19 94 , 5 2 ( 12 ) : 4 23 5 B enr ar d G ,形 b o un d P V, U r b a i n G . 0 x 1de in e l u s i o n s Plas - ti e i yt [J] . L a Re V u e de M et a l l u rg l e 一 C I ,T 19 8 1 , 7 8 ( 5 ) : 42 1 6 陈家 祥 . 炼 钢 常用 图表 数据 手 册 〔川 . 北 京 : 冶金 工 业 出版 社 , 19 9 8 E xP e ir m e n t a l eR s e ar e h o f C o m P o s it i o n C o n tr o l o f C a O 一 5 10 2 一 A 1 2 O 3一 M g O I n - e l u s i o n b y U s i n g L o w B a s i e oT P S lag fo r iT r e C o r d S t e e l 环月刃6 L 毋ng, Z月只 N G iJ o n g优 切 g 环义刀 G iX n h “ ,a 环二咬刃 G 肠nj un M aet llur 盯 S c h o l , U n iv ers ity o f s e i e n c e an d eT c hn o l o g y B e ij i n g , B e ij in g l 0 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T T h e e fe e t o f ot P s l ag e o m P o s it i o n o n C aO 一 A L0 3 一 5 10 2 icn l u s i o n e o m P o s it i o n aw s s tu d i e d by e o n - otr llign hte e o n d it i o n o f d e o x i d i Z at ion an d e o m P o s it i o n o f t o P s l ag i n e xP ier m e ant l fu n l ac e i n w h i c h ht e t ire e o r d s t e e l w as m e lt . T h e e o n t e nt o f A 1 2 0 , in i cn l u s ion in c er a s e d iw ht ht at in t o P s l ag in e er as ign hw il e ht e b as i e iyt o f t o P s lag w a s if x e d . P l a s t i e icn lsu i o n Per s e net d hw il e ht e e o in e in o f A 1 2 O 3 in t o P s lag w a s b e l o w s % . h i s e o cn l u de d ht at ht e e om P o s it ion o f ht e in c lsu i o n e an b e e o ntr o ll e d iw ht in het Pl a s t i e aer a b y e o n tr o llin g het e o n d it i o n o f d e o x id i z -a tion an d het e o m P o s it i o n o f ot P s l a g . 砚v w o 助s ietr 毛odr st e e l; m e l u s ion ; t o p s l吧; d e iox d i azt i o n