CaO-SiO_2-Al_2O_3渣系连铸保护渣结构的拉曼光谱研究

在高铝钢连铸过程中,钢水中的Al与CaO-SiO2基连铸保护渣中的SiO2反应导致保护渣中SiO2含量降低而Al2O3含量大幅增加,CaO-SiO2基转变为CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣而影响高铝钢连铸,所以研究CaO-SiO2基向CaO-SiO2-Al2O3基保护渣转变过程中结构上发生的变化有助于开发出满足高铝钢连铸需求的保护渣。本文利用拉曼光谱研究了CaO-SiO2基和CaO-SiO2-Al2O3基连铸保护渣的结构特点。研究结果表明,CaO-SiO2基保护渣主要由Q0,Q1,Q2和Q3等微结构单元构成的硅酸盐网络结构;当转变为CaO-SiO2-Al2O3基保护渣后,渣样中的网络破坏体优先用于破坏硅酸盐网络结构,当渣中SiO2含量较低时,部分网络破坏体会促进Al 3+形成[AlO4]四面体结构。渣中生成的[AlO4]四面体会进入硅酸盐网络结构形成铝硅酸盐网络结构,以Al-O-Al或Al-O-Si等方式连接,导致渣样结构变得复杂多变。使用Li2O对Na2O和CaO对MgO等摩尔替代研究表明相同价态离子之间的替换能够改变[AlO4]四面体在硅酸盐网络结构上的连接方式,导致CaO-SiO2-Al2O3基保护渣渣样结构易受成分变化而改变;CaF2对CaO等摩尔替代研究发现,当渣中CaF2小于13mol%,CaF2促进渣样网络结构解体,当高于13mol%时,CaF2又会导致渣样聚合度增加。由此可见,在设计CaO-SiO2-Al2O3基保护渣时,既要考虑不同种类离子对渣样结构产生的影响,又要考虑离子含量的影响。

CaO-Al2O3渣系对20CrMoH齿轮钢中总氧和硫的影响

研究分析了CaO-Al_2O_3精炼渣系对140 t LD Al直接脱氧齿轮钢T[O]和[S]的影响。结果表明,控制钢包渣中CaO/Al_2O_3为2.5,可使T[O]降低到0.001 3%;当渣中CaF_2为5%,CaO/Al_2O_3为2～3时,能够增强炉渣吸收氧化物夹杂的能力;当(SiO_2)增至6%～9%时,其含量变化对炉渣脱硫性能影响不大。当(SiO_2)为5%～10%时,较佳的精炼渣成分为(%):60～65 CaO、20～30 Al_2O_3、5～10 MgO、5 CaF_2。

MnO-SiO_2-Al_2O_3渣系作用浓度的计算模型

基于炉渣结构的共存理论,建立了MnO-SiO2-Al2O3三元渣系作用浓度的计算模型,考察了影响MnO作用浓度的影响因素。结果表明:模型计算所得的MnO作用浓度值NMnO与文献实测值aMnO(exp)非常吻合,且计算精度要高于正规溶液模型获得的计算值aMnO(cal),说明该模型能够反映该渣系的结构本质。利用此模型可以很好地预测Mn/Si脱氧钢的夹杂物成分,为生产高质量的帘线钢提供热力学参考。

Zn在FetO-CaO-SiO2-Al2O3渣系中的挥发行为

研究Zn在含Cl的FetO-CaO-SiO2-Al2O3渣系中的挥发行为,包括挥发气体种类、挥发率以及各因子如温度、渣成分、添加剂等的影响。应用吉布斯自由能最小化原则,热力学计算显示在本实验温度条件下,样品90%渣+10%ZnO+CaCl2中的挥发气体为金属Zn、ZnCl2及FeCl2。实验结果表明,金属Zn及FeCl2气体挥发量随温度增加而增加,而ZnCl2气体量却随之降低。反应初期,样品挥发速度很快,10 min后基本趋于稳定,ZnCl2主要形成于样品升温期间(室温至实验温度1 190℃),恒温期间,生成的ZnCl2与FeO反应生成FeCl2气体及ZnO,后者又被FeO还原成金属Zn气体。渣成分中,FeO含量和二元碱度CaO/SiO2对Zn的挥发气体种类及挥发率有重要影响。添加还原剂如C粉可显著提高Zn的挥发率。

CaO-BaCO_3-CaF_2-Cr_2O_3渣系18-8不锈钢氧化脱磷的研究

在实验室硅钼高温炉于 15 5 0℃用CaO BaCO3 CaF2 Cr2 O3渣系对成分 (% )为 :C0 5～ 2 5 ,Si<0 1,Cr18,Ni9,P～ 0 0 5的 18 8奥氏体不锈钢水进行了氧化脱磷试验。试验结果表明 ,当钢水中初始碳含量由0 5 %增至 2 5 %时 ,脱磷率由～ 5 %提高到 30 %以上 ,钢水的脱磷率随渣中BaCO3 CaO的增加而提高 ;为使钢水达到 30 %以上的脱磷率 ,脱磷剂中CaO含量最大可达 35 % ,Al2 O3含量应低于 3%。

BaO-CaO-CaF_2-Cr_2O_3渣系熔化特性实验研究

对BaO-CaO-CaF_2-Cr_2O_3渣系的熔点特性进行了测试。当BaO／CaO＞1时,随着BaO／CaO比值、CaF_2含量的增加其半球点温度下降。该渣系的半球点温度和BaO／CaO、％CaF_2之间的关系可用方程描述。

CaO-MgO-Al_2O_3渣与IF钢液氧传递过程的电化学研究

采用44%CaO-5%MgO-51%A1_2O_3渣、IF钢液和铂丝构成三电极体系,通过理论分析和循环伏安法,研究了1 823 K高温下CaO-MgO-A1_2O_3渣在外加电场中的电化学行为。并借助扫描电镜与能谱分析,观察分析铂丝电极的微观形貌与析出物成分。结果表明,在本试验条件下,炉渣中的氧化物在外加电场中发生分解反应,渣金体系外加电场脱氧的电极反应受电势参数、离子浓度等因素控制。在脱氧过程中,炉渣中的(O2-)在阴极放电形成O_2析出,炉渣中的Fe^(2+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)等在阳极被还原。炉渣中的氧势降低,钢液中的[O]向炉渣中扩散,从而达到钢液脱氧的目的。

CaF_2对CaO-Al_2O_3渣系熔点影响测定

CaO-Al2O3渣系是钢水精炼最常用的渣系,该文通过实验确定了CaO含量为55%、Al2O3含量为45%、CaF2含量为9%的精炼渣渣组成半球点及流动点最低,分别为1339℃和1351℃。在相同的精炼温度下,其过热度和流动性最好。

MgO含量对高炉渣SiO_2-CaO-MgO-Al_2O_3渣系的影响

以CaO-MgO-SiO_2-Al_2O_3渣系为基础,采用Fact Sage软件、X射线衍射仪以及扫描电子显微镜对不同MgO含量的高炉渣矿物析出现象进行了研究.结果表明:不同MgO含量的高炉渣会在1400~1450℃之间析出矿物.XRD验证,矿物主要是钙镁黄长石(2CaO·MgO·2SiO_2)和钙铝黄长石(2CaOoAl_2O_3·SiO_2),与FactSage软件研究结果基本一致.随着MgO含量的递增,矿物析出先降低后升高,非晶态玻璃体先增加后减少.当MgO含量为7%~9%时,矿物析出较少,MgO含量为11%~13%时,矿物析出较多.

CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3渣系对高磷铁水脱磷行为的影响

以w(P)=0.48%的高磷铁水为研究对象,采用高温热态实验研究1400℃时CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系的脱磷行为,分析碱度、渣中Fe2O3与Al2O3含量对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系脱磷的影响。结果表明:随着碱度逐渐增大,渣系脱磷率呈先逐渐增大后略有降低的变化趋势,主要是由于自由O^2-和Ca^2+的引入促进了磷氧络离子PO4^3-及Ca^2+-PO4^3-弱离子对的进一步生成;随着Fe2O3含量的增加,渣系脱磷率逐渐升高,渣中的Fe2O3加速了氧化钙的熔化速度,同时使渣系的氧化性提高,进而使渣系脱磷能力提高;w(Al2O3)=1%~3%时,渣系脱磷率维持在77%左右,进一步增大渣中Al2O3含量,渣系脱磷率逐渐下降,主要原因在于Al2O3改变了渣中液相比例,进而影响了脱磷反应物与产物在渣-金间的传质过程。

含Al_(2)O_(3)化渣剂对转炉脱磷的影响研究

Al_(2)O_(3)是一种性能良好的助熔剂。在鄂钢转炉的工业试验表明,加入Al_(2)O_(3)后炉渣熔点和黏度随着w(Al_(2)O_(3))的增加逐渐降低。随着渣中w(Al_(2)O_(3))的增加,脱磷率和渣钢间磷分配比呈现先升高后降低的趋势,在3%时达到最大值。使用含Al_(2)O_(3)化渣剂试验后,40炉工业试验炉次转炉石灰消耗平均为30.64 kg/t,与原工艺相比降低了5.14 kg/t,总造渣材料消耗平均降低5.52 kg/t。2023年新工艺较2021年原工艺平均总造渣材料消耗量降低了4.76 kg/t。

B_(2)O_(3)对CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元保护渣熔体结构的影响

通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网络和平衡过剩电荷的作用;Al在熔体中主要以4配位形式存在,同时存在少量高配位Al-O结构,B_(2)O_(3)的含量为5%时,熔渣中[AlO_(4)]含量最高;随着B_(2)O_(3)含量的增多,熔渣网络结构聚合程度降低,复杂Al-O结构减少,熔渣微结构的有序性增加。

CaO-SiO_2-Al_2O_3-Fe_2O_3渣系脱磷行为

利用Factsage软件计算了Al2O3含量对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元渣系熔点和黏度的影响,并通过实验研究了在1 400℃时,CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元渣系对高磷铁水脱磷行为的影响。结果表明：渣中Al2O3的质量分数在3%~6%之间时,随着Al2O3含量的增加,渣系的熔化温度迅速降低,进一步增加渣中的Al2O3含量,渣系的熔化温度逐渐增加;Al2O3对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系的黏度影响不大;渣中Al2O3的质量分数在3%~6%之间变化时,渣系脱磷能力变化不是很大,脱磷率维持在91%左右,进一步增加渣系中Al2O3的量,脱磷率逐渐下降;Al2O3对脱磷率产生影响可能是其改变了炉渣中液相所占比例,进而影响磷从铁水中向液相渣的传质过程。

CaF2对CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣结晶行为的影响

针对CaF2对CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣结晶性能的影响问题,在实验室运用热丝法、X射线衍射法获得了不同CaF2质量分数下的保护渣TTT曲线以及相应温度条件下的结晶物类型。试验结果表明,该渣系保护渣低温下稳定存在的结晶物质不是传统CaO-SiO2渣系的枪晶石,而为钙铝黄长石和氟化钙;随着CaF2质量分数的增加,平均结晶孕育时间减少,鼻尖点孕育时间缩短,鼻尖点处的结晶温度提高,结晶能力增强。而在CaF2质量分数增加到一定程度后,F-将从网络外体破网作用转化为有一定的成网作用,会减弱保护渣的促晶能力,结晶能力增加趋势减缓。同时,与传统CaO-SiO2渣系保护渣相比,具有更强的结晶性能。

La_2O_3-SiO_2-Al_2O_3渣系的熔化温度及其影响因素

以La_2O_3-SiO_2-Al_2O_3为基础渣系,采用半球法对设定区域的熔化温度进行了研究.结果表明,3种La_2O_3含量(45%,50%,55%)下,SiO_2/Al_2O_3质量比约为2时渣样的熔化温度最低;少量FeO,B_2O_3和MnO均可降低渣系的熔化温度,B_2O_3的效果尤为显著,同时添加少量FeO和B_2O_3对降低渣系熔化温度有叠加效应.65%La_2O_3-16%SiO_2-8%Al_2O_3-7%FeO-4%B_2O_3渣的熔化温度为1319℃,65%La_2O_3-19.3%SiO_2-9.7%Al_2O_3-2%FeO-4%B_2O_3渣的熔化温度为1386℃.

济钢高炉高Al_2O_3炉渣渣系优化试验研究

以济钢现场高炉渣样为基准,采用正交设计方法,设计了25组试验方案,研究了w(Al2O3)为15%～23%的高炉炉渣性能,结果表明,济钢高炉炉渣中Al2O3不宜超过20%,MgO不宜超过12.5%。

FeO-CaO-SiO2-Al2O3渣系中锌及其氯化物的饱和蒸气压测试

利用Knudsen喷射法得到了FeO-CaO-SiO2-Al2O3渣系中Zn及其氯化物的蒸气压,并考察了各因素如温度和渣成分的影响.结果表明:在本实验条件下,金属Zn与ZnCl2蒸气压随温度的升高而升高,且ZnCl2蒸气压的对数与温度的倒数之间呈明显的线性关系;渣碱度对金属Zn与ZnCl2的蒸气压呈完全不同的影响趋势,前者随碱度的增加而升高,而后者则降低;渣中FeO含量升高,能够显著提高金属Zn与ZnCl2的蒸气压.

MgO对CaO-Al_2O_3-MgO熔渣性能影响的实验研究

为探讨Mg O在Ca O-Al2O3-Mg O熔渣中的作用机理,通过高温实验,研究Mg O对Ca O-Al2O3-Mg O渣系熔点、黏度以及表面张力的影响。结果表明：熔渣的软化温度、半球点温度和流动温度随Mg O含量的增加均呈现出先降低后升高的变化规律,当w（Mg O）为6%～12%时,渣系熔点较低而且熔渣软化区间相对较小;当w（Mg O）为8%时,渣样的黏度值相对较低,而黏度波动幅度和相对波动范围则在w（Mg O）分别为4%和8%时最小;随着Mg O含量的增加,熔渣的表面张力在不同温度下变化规律略有不同,当w（Mg O）为6%时,熔渣的表面张力均出现了最低值,随温度的升高,熔渣的表面张力呈减小的趋势。

组分含量对CaO-MgO-SiO_2-Al_2O_3四元精炼渣系黏度的影响

采用三元二次正交设计方法,利用熔体物性综合测定仪对碱度(CaO/SiO_2)1.2～6.0,MgO 1.9%～10%,Al_2O_3 6%～29.1%的CaO-MgO-SiO_2-Al_2O_3四元精炼渣系的黏度进行了测试和研究。实验结果表明.该四元渣1 500℃的黏度为0.129～4.612 Pa·s,随碱度增加,该精炼渣系的黏度先略有下降后快速增加;随MgO含量增加,该渣系黏度呈现快速降低后略有上升的趋势;随Al_2O_3含量增加,该渣系黏度快速降低。综合来看,碱度为4～5、MgO 4.5%～5.5%、Al_2O_324%～27%时,该精炼渣系黏度(≤1.0 Pa·s)较为适宜,具有较好的流动性,促进渣-金之间的反应,提高吸附夹杂物的能力,并为脱硫创造有利的动力学条件。

CaO-SiO_2-Na_2O-CaF_2-Al_2O_3-MgO渣系的结晶温度

通过差热分析仪测定了CaO SiO2 Na2 O CaF2 Al2 O3 MgO系连铸结晶器保护渣的结晶温度。在本实验渣系条件下 ,连铸保护渣的结晶温度随着渣中CaO SiO2 值、Na2 CO3含量、CaF2 含量和MgO含量的增加而升高 ,随着渣中Al2 O3含量的增加而降低。化学成分通过改变粘度 ,来影响晶核形成速度和晶体成长速度 ,从而决定了连铸保护渣的结晶性能。