Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究

为控制Incoloy825合金中的Al、Ti含量,并减少电渣过程中氟化物的挥发.借助FactSage热力学软件,建立渣−金反应的热力学模型.设计出适宜控制Al、Ti含量的低氟渣系,探究了渣中组元与Al2O3和TiO2活度比的关系,并通过高温渣–金平衡实验进行验证.结果表明:当渣中CaO和Al2O3含量增加,导致lg(a2Al2O3/a3TiO2)值升高,即合金中Ti含量降低,Al含量升高;与此相反,渣中TiO2含量升高,使lg(a2Al2O3/a3TiO2)值降低,即Ti含量增加,Al含量减少;渣中CaF2和MgO含量的增加对lg(a2Al2O3/a3TiO2)的影响较小.合金中Al、Ti含量相差较大时,合金中Ti元素易氧化;Al、Ti含量相差较小时,Al元素易氧化.渣中CaO的质量分数为30%~33%、Al2O3的质量分数为30%~33%、TiO2的质量分数为6%~12%、CaF2的质量分数为20%~30%、MgO的质量分数为1%~5%时,能够有效控制合金中Al、Ti元素含量.

基于分形理论研究钢包底吹过程夹杂物的分形维数

依据相似理论,以LF精炼炉为研究对象,在不同时间节点拍照,采用图像分析软件(Iamge Pro-Plus)、Matlab软件和分形理论中计盒维数法,对液相中的不规则单颗粒及团聚体的分形维数进行计算,研究了不同流量下夹杂物粒子实际上浮速度与粒子边缘分形维数的关系。结果表明,盒维数求斜率法均可精确地求出夹杂物的分形维数,夹杂物的形貌越复杂,分形维数越大;增加吹气量,有利于夹杂物的碰撞团聚,使团聚体的分形维数变大;夹杂物的分形维数与实际上浮速度呈正相关,这与采用分形维数和动力直径计算的理论值基本一致,说明该方法是准确可行的。

电渣重熔用低氟渣与Incoloy825合金中Al、Ti反应性的研究

通过高温渣-金平衡实验,探讨了电渣重熔用低氟渣CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O-(TiO2)中TiO2含量对Incoloy825合金中Al、Ti含量的影响。并利用FactSage7.3热力学软件分析了渣中TiO2和Al2O3的活度与渣成分的关系。研究了渣中组元对反应4[Al]+3(TiO2)=3[Ti]+2(Al2O3)的吉布斯自由能和合金中平衡Al、Ti含量的影响规律。结果表明:反应的吉布斯自由能与渣中TiO2、CaF2和MgO呈负相关,与CaO和Al2O3呈正相关;渣中TiO2含量为0%7.27%(质量分数)时,合金烧钛增铝现象逐渐减弱,TiO2含量为11.27%时,又出现烧铝增钛现象;同一温度下,随着渣中CaO和Al2O3含量增加,合金中平衡Ti含量降低,平衡Al含量升高。随着渣中TiO2含量增加,合金中平衡Ti含量升高,平衡Al含量降低。渣中CaF2和和MgO含量变化对合金中平衡Al、Ti含量影响较小。实验结果与热力学计算结果能够很好的吻合。

高温镍基合金电渣重熔过程中的Al、Ti成分控制

电渣重熔过程中Al和Ti的氧化导致电渣锭轴向成分不均匀,从而对电渣锭的耐腐蚀性能和力学性能产生不利影响。为了控制电渣铸锭中Al和Ti含量的均匀性,需要明确高温电渣重熔过程中Al和Ti含量的变化,并通过优化渣体系比例和冶炼条件来减少合金中Al和Ti的氧化。在现有文献的基础上,以CaF_(2)-CaO-Al_(2)O3-MgO-TiO_(2)这一低氟渣系和Incoloy825合金为例,综述了电渣重熔过程中Al和Ti元素控制的研究现状。应用离子与分子共存理论(IMCT),结合FactSage软件,总结了渣的热力学和动力学研究方法。讨论了温度和渣成分对合金中平衡Al、Ti含量的影响。基于膜渗透理论,提出了预测合金中Al和Ti含量的动力学模型,得到了电渣过程中Al和Ti含量随时间变化的数学方程式以及渣-金属反应速率的限制方法。确定电渣重熔Incoloy825合金时TiO_(2)的最佳添加量约为10%。用IMCT和FactSage对渣-金平衡实验结果进行了比较和分析。FactSage计算结果比IMCT计算结果更准确。TiO_(2)含量越高,计算结果与实验结果之间的偏差越小。

电渣重熔中TiO2对低氟CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O渣黏度和结构的影响

研究了连续冷却条件下电渣重熔中TiO2对低氟CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Li2O渣黏度的影响,并利用傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱分析水淬渣和对应结构的关系。结果表明,渣的黏度随着TiO2的增加而降低,当TiO2含量达到13.1%(质量分数,下同),随着温度从1743,1793,1843 K增加至1893 K时,对应黏度从0.067,0.059,0.056Pa·s降低到0.054 Pa·s;当温度达到1843 K或之上时,TiO2的加入对降低黏度有较小的影响。随着TiO2含量从0%,4.3%,8.7%增加至13.1%,黏流活化能从58.0,47.7,42.8 kJ/mol降低到38.6 kJ/mol。此外,傅里叶变换红外光谱表明,随着TiO2的加入,渣中[AlOnF4-n]-四面体络合物和[AlO4]-四面体网状结构被解聚,但没有发现[AlO6]-八面体结构;同时,拉曼光谱分析表明,TiO2加入可解聚[AlO4]-四面体网状结构中Al-O-Al键,并且Q4单元转化为Q2单元,同时形成O-Ti-O和Ti-O-Ti键。这些结果都表明TiO2可降低渣的聚合度,并且有利于渣的结构简单化。最终,黏度变化与渣的对应结构有很好的一致性。