精炼渣的夹杂物容量的概念及其应用

分析了目前文献中使用夹杂物组分在渣中的饱和质量分数和当前质量分数的差值除以渣的黏度(ΔC/η)这一参数来评价夹杂物在渣中溶解能力的文献来源以及该参数的局限性,包括该参数有量纲且没有包含夹杂物尺寸的影响。与流体流动的自然对流传热中使用的格拉晓夫数进行类比,提出了渣的夹杂物容量的概念,即无量纲的Zh数,同时提出了无量纲溶解速度Ry的概念,得到了渣的夹杂物容量与夹杂物无量纲溶解速度之间的关系。夹杂物容量可以用来预测夹杂物在渣中的溶解速度和溶解时间,可以用来计算溶解过程化学反应系数和夹杂物组分在渣中的扩散系数,还可以用来计算夹杂物从钢液中的去除时间。随着夹杂物容量Zh数的增加和夹杂物尺寸的增大,夹杂物的溶解时间增大。随着夹杂物尺寸的增大,夹杂物的平均去除时间增加而最大去除时间降低。温度为1600℃时,针对Al_(2)O_(3)夹杂物在CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)渣中的溶解过程,计算得到的界面化学反应系数为5×10^(-6)~10×10^(-6)m/s,扩散系数为2.5×10^(-10)~4×10^(-10)m^(2)/s,其值依据渣成分的变化而变化。

精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))对铝脱氧高强钢夹杂物去除的影响

钢中非金属夹杂物对钢的性能有重要影响,大尺寸夹杂物对钢的性能具有很大破坏性。为了研究在LF精炼工艺中精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))对铝脱氧高强钢中非金属夹杂物的去除效果,以Q690高强钢为研究对象,开展不同w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))精炼渣工业试验并通过热力学计算进行定量分析。3炉精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))分别为1.58、1.77和2.22,其中w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))为2.22的精炼渣对夹杂物去除效果最好。在LF精炼阶段,夹杂物数量密度从13.89个/mm2减小到6.56个/mm2,变化率为53%;面积分数从0.0122%减小到0.0034%,变化率为72%;平均直径从4.82μm减小到3.44μm,变化率为29%。通过引入精炼渣的夹杂物容量Zh数并将其用于含一定固相成分的精炼渣热力学计算,3炉工业试验精炼渣的Zh数分别为0.001940、0.000307和0.000320,由于w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))为2.22精炼渣的Zh数最大,其对夹杂物去除效果最好。根据夹杂物容量预测云图,Zh数在渣中CaO质量分数大于55%的液相线上达到最大。在实际生产中为了保证夹杂物去除效果,当精炼渣中SiO_(2)质量分数为15%时,精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))为2.04~3.05;当精炼渣中SiO_(2)质量分数为10%时,精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))为1.73~2.22;当精炼渣中SiO_(2)质量分数为5%时,精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))为1.51~1.55。随着精炼渣中SiO_(2)含量降低,合适的精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))逐渐减小且范围变小。通过调节精炼渣w(CaO)/w(Al_(2)O_(3)),可为铝脱氧高强钢提供生产指导。