电渣重熔过程中夹杂物的演变及渣的挥发

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电渣重熔是一种二次精炼工艺,以其优异的产品质量及凝固方式,用于多种金属和合金的冶炼。随着工业的发展,对电渣钢品质要求也在不断提高。常用的CaF2-Al2O3以及CaF2-CaO-Al2O3渣系,电渣锭中夹杂物多以铝酸盐夹杂物为主,影响了钢的性能。CaF2-CaO-SiO2渣系能有效改善钢中夹杂物的性能,提高钢的品质,然而关于CaF2-CaO-SiO2三元渣系的研究较少。本论文通过工业实验、实验室重熔实验以及渣的恒温挥发实验,研究了CaF2-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2以及CaF2-Al2O3-CaO-SiO2渣系对钢中夹杂物演变的影响,以及各渣系的挥发情况。实验结论如下:  (1)工业实验结果表明,70%CaF2-30%Al2O3渣系电渣重熔的脱氧及脱硫效果显著。T.O含量由电极中的121ppm,降低至电渣锭中的43.6ppm。硫含量从电极中的101ppm降低至16ppm,脱硫率达到了84.16%,其中气化脱硫率为79.2%。经过电渣重熔,夹杂物的数量、尺寸及分布均得到明显改善。随着T.O含量的降低,夹杂物数密度由重熔前的855个/mm2降低至257个/mm2,最大尺寸由8.38μm减小至4.24μm,夹杂物横截面积占观察面积的比值(Sa)显著减小。钢中夹杂物由电极中的Al2O3、MnS和(Al,Ti,Mn)O-MnS复合夹杂物,经重熔后转变为尺寸在1μm左右的Al2O3夹杂,以及以Al2O3为核心,外层附着MnS的复合型夹杂。  (2)重熔实验分别采用了五组渣系分别为:T1,70%CaF2-30%Al2O3;T2,50%CaF2-30%CaO-20%SiO2;T3,50%CaF2-25%CaO-25%SiO2;T4,50%CaF2-20%CaO-30%SiO2;T5,55%CaF2-10%CaO-10%Al2O3-25%SiO2。原钢中T.O为23.3ppm,重熔后,T1~T5钢中T.O含量均得到降低,其中T1中T.O含量为17.1ppm,T2~T5中T.O含量由11.9ppm逐渐提高到16.8ppm。其中,T1中T.O含量最高,而在T2~T5中,随着渣中SiO2含量的增加,钢中的全氧含量随之增高。原钢中夹杂物数密度为293个/mm2,T1中夹杂物数密度为168个/mm2,T2~T5中夹杂物数密度由115个/mm2逐渐提高至165个/mm2。钢中夹杂物的最大平均尺寸也由原钢中的8.02μm,减少到T1~T5中的4.31μm、3.86μm、3.91μm、3.98μm、4.11μm。原钢中Sa为0.05%,重熔后减少到T1~T5中的0.021%、0.015%、0.017%、0.019%、0.020%。T2~T5中,随着CaO/SiO2比值的降低,钢中夹杂物的数量随之增加,夹杂物尺寸也逐渐变大。  (3)原钢中夹杂物类型基本以单独的TiN、(Al,Mg)O、MnS以及复合的(Al,Mg,Ca)O-(Ca,Mn)S夹杂物为主,最大尺寸约为10μm左右。重熔后,钢中TiN、MnS夹杂基本得到去除,T1中夹杂物转变为MgO·Al2O3尖晶石类夹杂以及MgO·Al2O3-(Ca,Mn)S复合夹杂物;T2~T5中夹杂物类型为(Al,Mg,Ca,Mg)O-(Ca,Mn)S复合型夹杂物,夹杂物尺寸在1~3μm左右。原钢和T1中氧化物夹杂基本以高熔点的MgO·Al2O3尖晶石夹杂为主,T2~T4中氧化物夹杂为低熔点塑性夹杂物,T5中氧化物夹杂有25%的夹杂物为低熔点塑性夹杂物,其他氧化物夹杂为脆性夹杂物,因此CaF2-CaO-SiO2渣系可有效控制钢中夹杂物类型。  (4)在1673K下恒温挥发30min,T1渣系的总失重率为2.23%,T2渣系的总失重率为1.30%,T3渣系的总失重率为1.86%,T4渣系的总失重率为2.28%,T5渣系的总失重率为2.20%。随着渣中SiO2含量的升高,CaF2-CaO-SiO2渣中SiO2的活度明显增高,CaF2、CaO活度随之降低,因此选用低SiO2活度的渣系,可有效减少渣的挥发失重。
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