非球形固态夹杂物穿过钢-渣界面行为研究

为了解释炼钢过程中固态夹杂物比液态夹杂物更易去除的现象,基于分离过程中受力分析,建立了描述八面体和板状夹杂物穿过钢-渣界面行为的数学模型。与传统数学模型相比,本模型考虑了夹杂物周围钢-渣界面变形引起的界面变形阻力。同时,采用该模型研究了各相(钢液、渣和夹杂物)界面张力和顶渣黏度等因素对固态夹杂物穿过钢-渣界面分离行为的影响。结果表明,若忽略固态夹杂物溶解过程,钢液、顶渣和夹杂物体系释放的界面自由能是固态夹杂物穿过钢-渣界面的驱动能,且该动能已足够保证多数固态夹杂物穿过钢-渣界面进入渣层。固态夹杂物溶解过程释放的吉布斯自由能远大于该过程释放的界面自由能,固态夹杂物接触钢-渣界面的瞬间被顶渣吸收去除。

轴承钢二次精炼过程夹杂物演变规律

研究了轴承钢LF精炼和RH真空处理过程各类夹杂物的成分、种类和数量变化,并结合热力学模拟计算了夹杂物与钢液的界面参数,并对试验结果进行分析讨论。夹杂物分析结果表明,精炼25min后,脱氧产物Al_(2)O_(3)消失,钢中夹杂物以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al_(2)O_(3)和CaO·Al_(2)O_(3)为主。继续精炼65min至LF精炼结束,钢中夹杂物仍以纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石、CaO·2Al_(2)O_(3)和CaO·Al_(2)O_(3)为主。RH真空处理25 min后,钢中夹杂物总数量较LF精炼结束降低75%,其中,纯尖晶石和含少量CaO的尖晶石去除率分别为99.5%和93.2%,CaO·2Al_(2)O_(3)去除率为67%。RH破空后钢中夹杂物以液态钙铝酸盐CaO·Al_(2)O_(3)和12CaO·7Al_(2)O_(3)为主。精炼过程尖晶石类夹杂物尺寸集中在10μm以下,尺寸大于20μm夹杂物主要为处于液相区的钙铝酸盐,这些钙铝酸盐在LF精炼前期就已经存在。与钢水接触角大于90°的固态夹杂物纯尖晶石、含少量CaO的尖晶石和CaO·2Al_(2)O_(3)在RH真空处理过程容易去除,与钢水接触角小于90°的液态夹杂物CaO·Al_(2)O_(3)和12CaO·7Al_(2)O_(3)不易去除。因此,将LF精炼结束的夹杂物控制为固态夹杂物有利于RH真空处理过程夹杂物的高效去除。热力学计算结果表明,当钢中w(T[O])为0.0010%、w([Mg])大于0.00018%时,脱氧产物Al_(2)O_(3)热力学上就不能稳定存在。铝脱氧、高碱度渣精炼条件下很难稳定地获得固态Al_(2)O_(3)夹杂物。为获得完全固态尖晶石或高熔点钙铝酸盐夹杂物,钢中w([Ca])需控制在0.0001%以内。钢中w([Ca])大于0.0002%,就具备生成液态夹杂物的热力学条件。

铝镇静钢中夹杂物形态对其去除的影响

为了研究夹杂物形态对其去除的影响,采用工业试验研究分析了钢中夹杂物的种类与全氧质量分数的关系,并通过水模型试验研究了夹杂物在钢-渣界面的去除行为,讨论了固态夹杂物和液态夹杂物的去除行为差异。试验结果表明,在RH精炼前对钢液进行钙处理会严重限制RH去除夹杂物的能力,因而这种方法并不适合于对全氧要求严格的钢种;夹杂物的形态对其在钢-渣界面的分离有重要的影响,相比固态夹杂物,液态夹杂物在钢-渣界面的分离需要更长的时间,在其未彻底分离之前很有可能会被钢液流动再次带回钢中,因而更难去除。为了获得更低的全氧质量分数,在铝镇静钢的精炼过程最好能使夹杂物保持固态并且与钢液不浸润。

固/液态夹杂物穿过钢渣界面的分离机理

对液态和固态夹杂物穿过钢-渣界面的分离过程进行了物理模拟实验,研究了钢包内固态夹杂物比液态夹杂物易被去除的原因.结果表明,固态夹杂物不被钢液润湿,在界面张力的作用下,固态夹杂物与界面之间的钢液在极短的时间内被排尽,导致固体夹杂物瞬间进入渣层.液态夹杂物易被钢液润湿,界面张力使液态夹杂物与界面之间的钢液不能排尽,形成液膜.液膜内的钢液在压力作用下排尽,导致液膜破裂,液态夹杂物瞬间进入渣层.实际液态夹杂物停留在钢-渣界面处的时间明显长于固态夹杂物穿过钢-渣界面所需时间.