超重力在冶金和金属材料领域的研究进展及展望

超重力作为一种外场强化新技术,基于其优越的传质和相际分离特性,引起了广泛的关注。本文着重介绍了我国超重力技术在金属熔体提纯、冶金固废中有价物质的富集提取分离、金属材料凝固组织细化、非金属夹杂物的去除以及矿石气基还原等冶金和金属材料领域的研究进展和成果,提出了其应用过程中存在的科学问题,并展望了超重力技术的发展前景。虽然,目前还以实验室研究阶段为主,并未实现普适化。但作为一种外场强化新技术,其在冶金和金属材料凝固控制等相关研究体系中已突显出强大的熔体提纯、有价组分富集提取、组织细化、夹杂物去除等作用效果,这为进一步拓展超重力技术在冶金和金属材料领域的研究和开发应用提供了参考价值。超重力有望凭借自身的优点成为冶金和金属材料领域生产过程中一种新的外场技术。随着超重力设备的发展及相关科学问题的研究探索,相信在不久的将来,超重力技术必会在冶金和金属材料研究领域得到广阔的应用前景。

硫酸渣直接还原熔分制备珠铁

硫酸渣是一种富含铁的二次资源,如何高效利用硫酸渣中的铁资源,实现硫酸渣固废的资源化利用意义重大。基于直接还原熔分工艺,在实验室条件下采用无烟煤作还原剂,用消石灰调整渣相碱度,同时外加适量CaF2助熔。选取内配碳比为1.2,在1250 ℃还原10 min后升至1500 ℃进行熔分。探索了熔分时间和碱度对硫酸渣含碳压块还原熔分最终效果及脱硫脱磷的影响。研究发现,熔分时间和碱度对最终硫酸渣含碳压块的还原熔分效果影响明显。在保证熔分时间的前提下,随着碱度的升高铁的金属化率先上升后下降。本次硫酸渣自还原试验表现出了较高的脱硫和脱磷能力。在R=2时,总脱硫率达到92.77%,总脱磷率随碱度变化规律与总脱硫率相似,平均总脱磷率达60%左右。这对直接采用煤基自还原含铁矿渣,并分离渣铁及同步脱硫脱磷,提供了一定的指导意义。

GCr15轴承钢120t LF精炼终点CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂的特性研究

采用ASPEX自动扫描电子显微镜夹杂物分析系统,结合热力学理论分析,研究了GCr15轴承钢LF精炼终点CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂的形成机理。结果表明,LF精炼开始达到稳定时,钢液中的夹杂物主要以Al_(2)O_(3)夹杂为主,到LF精炼终点时演变成为近似球形的Al-Mg-Ca-(S)类复合夹杂。MgO·Al_(2)O_(3)/CaO·Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)夹杂的稳定存在区图表明,当钢液中Ca大于1.2×10^(-6)时,就可使MgO·Al_(2)O_(3)转化为CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂。精炼过程优先形成MgO·Al_(2)O_(3)夹杂,随后,Ca会与钢液中的MgO·Al_(2)O_(3)夹杂发生反应,进而形成CaO-MgO-Al_(2)O_(3)复合夹杂。由于在钢液凝固过程中CaS夹杂的析出,因此,最终试样钢中检测到了CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-(CaS)复合氧化物夹杂。

基于IMCT理论的CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Na_2O渣系的脱硫热力学模型

为了精确表征含Na_2O渣系的脱硫能力,改善脱硫效果,基于熔渣离子与分子共存理论(IMCT)建立了CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-Na_2O渣系结构单元的作用浓度计算模型和1 753 K时该渣系的脱硫热力学模型。并对渣系的总硫分配比及各自硫分配比的影响因素进行了讨论分析。理论结果表明,除LS,MgS外,随着Al_2O_3质量分数的增加,该渣系的脱硫能力明显下降,而MgO和Na_2O质量分数的增加,对提高渣系的脱硫能力具有明显的促进作用。此外,少量的Na_2O即可表现出很强的脱硫效果,这为含有Na_2O的冶金二次资源在铁水脱硫过程中的应用以及铁水脱硫渣系的优化提供了必要的理论依据。

基于IMCT理论的轴承钢精炼渣系碱度模型

针对轴承钢精炼过程中全氧含量的控制问题,基于熔渣分子与离子共存理论(IMCT),建立了CaO-SiO_2-MgO-Al_2O_3-FeO精炼渣系在1 853 K时炉渣最适碱度的计算模型,并对该渣系最适碱度的影响因素进行了讨论分析。结果表明:①在不同的FeO含量时,N_(FeO)均在碱度为3左右时出现最大值,最适碱度基本不随FeO含量的变化而改变。②MgO含量对最适碱度有较大的影响。随着MgO含量的增加,最适碱度呈减小的趋势。③Al_2O_3含量对最适碱度的影响与MgO相反,随着Al_2O_3含量的增加,最适碱度明显增大。

不同强度级别帘线钢中钛夹杂性质的探索

为了实现高强度帘线钢中钛夹杂的有效控制,通过热力学理论分析结合真空感应炉实验,探究了不同强度级别帘线钢中钛夹杂的性质。结论如下:1)不同强度级别的帘线钢中钛夹杂析出的驱动力有差异,帘线钢强度级别越高,钛夹杂形成元素的过饱和度也越高,其形核-析出-长大的驱动力也就越大,从而加剧钛夹杂的析出和长大。2)帘线钢中同时存在钛的碳化物和钛的氮化物夹杂。随着帘线钢强度级别的提高,钛夹杂中碳化钛所占的摩尔分数呈增加的趋势,其析出的钛夹杂在金相显微镜下的颜色也随之变化。3)帘线钢强度级别越高,凝固过程中析出的钛夹杂平均尺寸增大,大颗粒钛夹杂的数量也越多。为有效控制超高强度级别帘线钢中的钛夹杂,必须对炼钢和连铸工艺进行更为苛刻的控制。

GCr15轴承钢LF精炼过程中夹杂物的演变机理研究

为了探索国内某钢厂GCr15轴承钢LF精炼过程中夹杂物的存在形式及形成机理,针对LF精炼过程进行了系统取样,利用ASPEX自动扫描电镜并结合FE-SEM,研究分析了LF精炼过程中夹杂物的演变过程。研究发现,GCr15轴承钢LF精炼开始稳定时,非金属夹杂物主要为Al2O3类夹杂物,到LF精炼终点逐渐演变成近似球形的D类夹杂物。D夹杂物的主要存在形式为Al-Mg-Ca-(S)类复合夹杂物,其次为少部分被CaS包裹的镁铝尖晶石类夹杂物。根据FE-SEM面扫描分析结果,Al-Mg-Ca-(S)类复合夹杂物存在两种形式,一种为CaS包裹的中心均匀分布的CaO-MgO-Al2O3夹杂;另一种中心为MgO·Al2O3夹杂,外围被CaO-Al2O3夹杂包裹,彼此界面清晰。同时,提出了精炼终点D类夹杂物的形成机理。