除氨鈣玻璃芯線的研究

除氨鈣玻璃芯線的研究

1氧化鋁殘余物的控制這項工作的目標(biāo)是提出一種新的鋼水精整方法，即將含有鈉鈣玻璃的芯線放入鋼袋中。通常采用加入硅鈣添加劑的方法(例如含鈣30%的CalSil),將殘余氧化鋁夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诘拟}鋁酸鹽顆粒,主要達(dá)到兩個目的:(1)最大限度地減少連鑄期間水口結(jié)瘤;(2)防止凝固期間生成塑性易變形的MnS夾雜物,以控制硫化物形狀。得到好的鋼的澆鑄性能需要較高的鈣處理費用,目前,正在開發(fā)各種技術(shù)來控制鋼渣成分,從而控制鋼中的氧化鋁夾雜物,這對連鑄是必不可少的。雖然通過吹氬可使鋼中粒狀鈣鋁酸鹽及碳化鈣夾雜隨氬氣泡上浮進入鋼包內(nèi)熔渣層中,是一種有效的辦法,但其對吸收氧化鋁夾雜的效果卻不好。2多元對鈉鈣玻璃的應(yīng)力鈉鈣玻璃的平均成分見表1。本工藝使用的鈉鈣玻璃不能被含大量其它氧化物的玻璃碎片所污染,后者不能與鋼水很好地接觸,諸如B2O3達(dá)到25%、PbO達(dá)到30%、TiO2達(dá)到5%、ZnO達(dá)到5%的碎玻璃。鋼水熔池內(nèi)鈉鈣玻璃的穩(wěn)定性取決于下列分解反應(yīng):Na2O(熔融態(tài))=2Na(氣態(tài))+[O](1)式中:[O]——鋁脫氧鋼內(nèi)溶解的氧。對于低合金鋼,鋼包精煉溫度最高達(dá)1800K,這時式1中的平衡常數(shù)K為:K=(PNa)2[αO]αNa2O=5.94×104(2)Κ=(ΡΝa)2[αΟ]αΝa2Ο=5.94×104(2)式中:PNa——鈉的平衡氣壓;α——物質(zhì)熱力學(xué)活度。對于與固態(tài)Al2O3達(dá)到平衡的鋁脫氧鋼,1800K時的氧活度取決于下列反應(yīng)的平衡常數(shù):[αO]=(1.07×10?3[Al%]2)13(3)[αΟ]=(1.07×10-3[Al%]2)13(3)活度系數(shù)fO和溶解氧含量(單位為×10-4%)關(guān)系如下:[αO]=[O]fO(4)式中,logfO=-3.9[Al%]。Rego等人測定了溫度為1673K時,Na2O-CaO-SiO2三元熔體中Na2O的熱力學(xué)活度(相對于液態(tài)純Na2O)。假設(shè)MgO與CaO的摩爾數(shù)相等,則對于設(shè)計好的玻璃成分,1673K時Na2O的活度應(yīng)為αNa2O=10-8。Yamaguchi等人測定了1373K、1573K和1673K時,二元Na2O-SiO2熔體中Na2O的活度。應(yīng)用這些數(shù)據(jù)得出1800K時,三元鈉鈣玻璃的Na2O活度,即αNa2O=4×10-8。將該Na2O活度值代入式2,重新計算1800K時鈉的平衡氣壓如下:PNa=(23.76×10?4αO)12(5)ΡΝa=(23.76×10-4αΟ)12(5)即使鋼中溶解了0.1%的Al,鈉的分解壓PNa也僅為0.007atm。因此,在不同的精煉溫度下,鋁鎮(zhèn)靜鋼中的鈉鈣玻璃都是穩(wěn)定的。芯線的噴射速度最高達(dá)150m/min時,鋼水內(nèi)1.5m處芯線開始熔化,玻璃片開始散入鋼中,該處的總壓力最高達(dá)0.2atm。3散濕度對al2o3與cao當(dāng)玻璃熔滴在鋼水中上浮時,它們吸收碰撞到的固態(tài)氧化鋁夾雜物,最終使其溶解在鋼包渣內(nèi)。熔融態(tài)鈉鈣玻璃內(nèi),溶解的氧化鋁數(shù)量由碎玻璃內(nèi)Na2O、CaO及MgO的濃度決定,如表2所示。在Al2O3達(dá)到飽和的極限情況下,碎玻璃的成分變?yōu)?8.9%SiO2、33.0%Al2O3、10.0%Na2O、5.4%CaO和2.7%MgO。鈉鈣玻璃的熔點一般在1000℃以下,但隨著碎玻璃吸收Al2O3含量的增加而升高。在Al2O3達(dá)到飽和的情況限制下,由Dinescu和Cerchez的四元平衡相圖得知,上述成分的液態(tài)溫度最高可達(dá)1300℃。應(yīng)指出的是,當(dāng)碎玻璃內(nèi)Al2O3含量增加時,Na2O活度降低,從而進一步提高鋼水內(nèi)碎玻璃的穩(wěn)定性。4u2004.1細(xì)胞劑表2鋼包內(nèi)進行了鋁脫氧后,殘余Al2O3夾雜物保留在鋼液內(nèi),在鋼包處理站,其含量通常在0.006%以下,相當(dāng)于結(jié)合了最高達(dá)0.0028%的氧而形成的氧化鋁。在吸收熔池內(nèi)0.006%的Al2O3夾雜物,碎玻璃內(nèi)Al2O3達(dá)到飽和的極限情況下,碎玻璃的噴射量應(yīng)為0.122kg/t鋼。在這一過程中,假設(shè)去除氧化鋁的效率為40%,則碎玻璃的噴射量應(yīng)為0.3kg/t鋼。5碎玻璃顆粒與石灰塊的混合在鋼包精煉的全過程中,噴射芯線的同時,底部還利用透氣磚吹入氬氣,吹入量為100～150L/min。為達(dá)到碎玻璃凈化鋼水的目的,不必采用氬氣清冼的方式。合適的辦法為,將碎玻璃顆粒與細(xì)小的石灰塊顆粒一起混合在芯線中,產(chǎn)生的CO2氣泡就象碎玻璃顆粒一樣分散到鋼液中。對于工業(yè)性試驗,芯線中的粒狀混合物應(yīng)為(0.3kg碎玻璃+9g石灰塊)/t鋼。芯線的斷面為16mm×7mm,每米長度含0.15kg顆粒物,200t鋼水需噴入芯線412m,其混合物總量為60kg碎玻璃+1.8kg石灰塊。以150m/min的速度噴2.75min,CO2的生成速度將達(dá)到147L/min。本文作者以前寫的文章曾討論過,如果CO2與鋼水的反應(yīng)速度不夠快,則檢測不到Na2O的分解反應(yīng)或鋼水中鋁脫氧的情況。6堿土硅酸鋁雜糧物的余能在有控制的吹氬精煉結(jié)束時,硅酸鋁夾雜物總含量通常界于0.002%～0.003%之間,相應(yīng)的夾雜物內(nèi)總氧含量為0.001%～0.0015%。這些殘余的堿土硅酸鋁夾雜物能很好地吸收隨著凝固的進行產(chǎn)生于液態(tài)枝晶間濃縮雜質(zhì)內(nèi)的MnS。但僅限于含硫量小于0.002%的超低硫鋼,才會在凝固后期對易發(fā)生塑性變形的MnS夾雜物的形成起到有效的抑制作用。7試驗生產(chǎn)的效果除了凈化鋁鎮(zhèn)靜鋼中的固態(tài)氧化鋁夾雜物,使連鑄時水口結(jié)瘤達(dá)到最小化外,在許多不同用途鋼的生產(chǎn)中,應(yīng)用本文介紹的碎玻璃精煉法也獲得了一些冶金效果,包括:(1)在小方坯、大方坯及板坯生產(chǎn)時,可使產(chǎn)生表面缺陷的固態(tài)夾雜物含量降至最低;(2)防止大型約束焊接結(jié)構(gòu)件內(nèi)出現(xiàn)層狀撕裂;(3)最大限度地降低鋼的敏感度,以免二次加熱時,焊縫熱影響區(qū)(HAZs)出現(xiàn)裂紋;(4)拉伸強度小于1400MPa時,既能增加與軸線對稱的拉伸性能,又能提高鋼中橫向和厚度方向的沖擊韌性;(5)高速切削時,能提高鋼的可切削性并延長硬質(zhì)合金工具的壽命;(6)提高粗晶鋼的壓延性能:(7)有利于硫化易切削鋼的生產(chǎn)。下面介紹應(yīng)用該碎玻璃精煉法,生產(chǎn)兩種特殊類型鋼的情況。8去除鋼中殘余固體氧化物對于Al/Si/Mn高壓延性半鎮(zhèn)靜粗晶粒鋼來說,例如輪胎簾線高碳鋼,其鋁的總含量要求范圍很窄。為了保證脫氧產(chǎn)品是熔融的,具有錳鋁榴礦的化學(xué)成分(3MnO·Al2O3·3SiO2)的錳鋁硅酸鹽,鋼中鋁含量要求為0.0015%～0.0025%。該鋼塑性高,可冷拔至直徑為0.2mm的細(xì)絲。鋁的總含量<0.0015%時,形成固體SiO2夾雜物;鋁的總含量>0.0025%時,形成Al2O3夾雜物。這些夾雜物是非塑性的,因而在冷拔至非常小的斷面時,會引起裂紋。這類鋼一般在盛鋼桶內(nèi)脫氧。對于200t鋼水,加入不超過35kg的鋁棒,同時加入Si-Mn合金,使鋼中殘余的Si達(dá)到0.1%～0.2%,Mn達(dá)到0.5%。在這個操作中,鋼中殘余的熔解鋁將小于0.001%。為了保證鋼液不含殘余固體氧化物,通常對鋼水進行“CalSil”處理。在去除鋼液中殘余固體氧化物的操作中,作者未提到是否遇到難題,這是因為煉鋼廠會嚴(yán)格保密此類信息。此外,如果在去除固體夾雜物的操作過程中存在某些不足的話,那么應(yīng)用本文介紹的碎玻璃精煉法精煉該半鎮(zhèn)靜鋼種,即會解決該不足。9碳錳臨界濃度間的線性關(guān)系考慮到在鋼水凝固期間,溶質(zhì)濃縮的枝晶間液體內(nèi)發(fā)生的反應(yīng),在無皮下氣泡的連鑄過程中,對于含硫0.3%,含氧0.02%±0.002%,含氮0.006%±0.001%,含氫0.0005%±0.0001%的再硫化鋼,作者推出了碳錳臨界濃度間的線性關(guān)系,如圖1所示。筆者在另一篇文章中曾指出,因為枝晶間距離隨凝固速度的提高而減小,內(nèi)部快速冷卻會導(dǎo)致硫氧化物(MnO/MnS)顆粒的生成,其尺寸小于模鑄時鑄錠內(nèi)生成的顆粒尺寸。這一點可由表3示出的切削性能得到解釋。含Mn1.1%、硫0.3%、氧0.02%的鋼中,在凝固枝晶的60%處才會有溶質(zhì)的充分富集,從而生成液態(tài)氧硫化物。向鋼包噴射芯線,使碎玻璃顆粒在鋼液中分散,并在凝固初期出現(xiàn)碎玻璃顆粒時,將開始發(fā)生上述反應(yīng)。這些顆粒夾在枝晶間內(nèi),更多的錳氧硫化物將粘附在其上,導(dǎo)致熔解的氧硫化物包裹住相對較大的熔融玻璃顆粒。因為這些顆粒在切削工具頂部形成粘性流動,因而鋼液中顆粒尺寸的增大將提高連鑄鋼的切削性能。該操作中,沒有估算每噸鋼液需噴射碎玻璃的數(shù)量。10去除含對氧化鎂基類雜物作者不了解是否有人探討過應(yīng)用碎玻璃在鋼包站進行精煉鋼水的可行性。由鈉鈣玻璃的物理化學(xué)性能可以看出,與其它元素相比,噴射適當(dāng)成分的碎鈉鈣玻璃芯線能明顯控制夾雜物,包括去除氧化鋁、二氧化硅及氧化鎂基類夾雜物,顯著改善硫化物夾雜的化學(xué)性質(zhì)。這些反應(yīng)可防止連鑄時水