高铝钢脱氧工艺和造渣技术研究

论文摘要

高铝钢其酸溶铝质量分数达到0.5%以上,主要有模具钢、氯碱化工容器或管道用钢、电热体材料、航空航天及武器等军工钢,近年市场需求上升较快。Al作为主要脱氧剂,也是高铝钢中主要作用元素之一,其脱氧产物A1203是影响钢纯净度、导致连铸水口堵塞的主要因素；钢中的Al容易与渣中的Si02反应,导致钢水增硅；二次氧化易导致钢洁净度的恶化,使其质量较差,钢中w（T.O）≥30×10-6,甚至达到50-70×10-6,显然这种洁净度水平不能满足高铝钢的要求。解决以上问题的核心是炼钢过程中控制好夹杂物的形貌和成分,使其满足高铝钢苛刻的冶炼条件。本文应用热力学基本原理计算了高铝钢脱氧过程中几种主要夹杂物的生成条件,对高铝钢精炼渣系进行了热力学研究。在热力学计算基础上,使用MoSi2电阻炉进行实验室小坩埚实验。本课题的研究目的在于探讨高铝钢的脱氧机制,分析不同脱氧工艺条件下生成夹杂物的情况,并探究LF精炼渣系中不同w（CaO）/w（Al2O3）值对夹杂物的吸收情况。最后在现场采用EAF→LF→VD→CC生产流程,应用本实验确定的脱氧工艺及精炼渣系进行工业试验。论文得到的主要结论如下：（1）通过热力学计算和实验研究表明：在钢中Al质量分数高于0.1%时,A1203为钢中唯一稳定存在的氧化物；为抑制钢液中增Si反应,应严格控制渣中w（SiO2）,对于高铝钢而言,控制精炼渣系中w（SiO2）的质量分数小于5%,达到2%以下最佳。（2）高铝钢中进行钙处理,可使夹杂物平均直径变小、总数量减少、熔点降低。分步加铝脱氧工艺有利于夹杂物形态控制,可以使夹杂物球化效果更好,尺寸减小,成分稳定,终点钢中主要为1～2μm的球形MgO-Al2O3-CaO复合夹杂物。（3）造渣实验研究表明,在渣中w（CaO）/w（Al2O3）小于2时,高铝钢中全氧质量分数、A1203夹杂物质量分数及夹杂物尺寸,随着w（CaO）/w（Al2O3）增加而减少,顶渣的w（CaO）/w（Al2O3）值应控制在2左右。（4）选定的脱氧工艺与精炼渣系实验条件下,终点样全氧质量分数,最低达到0.0001%；同时,钢中的氮也能控制在较低水平,最低达到0.0004%。（5）实验室实验和工业试验表明,LF工位顶渣中w（SiO2）减少到5%以下,w（Al203）大幅增加；精炼过程钢液中全氧、氮质量分数和夹杂物变化规律基本相一致,精炼终点钢中多为球形MgO-Al2O3-CaO复合夹杂物。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 钢中的夹杂物
• 1.3 夹杂物对钢材性能的影响
• 1.4 氧化物夹杂物的去除方法
• 1.5 钙处理工艺
• 1.6 LF精炼
• 1.7 高铝钢LF精炼渣系成分
• 1.8 目前研究中存在的主要问题
• 1.9 课题研究意义和内容
• 第2章 高铝钢冶炼过程中的热力学分析
• 2.1 高铝钢夹杂物生成的热力学计算
• 2.1.1 主要元素活度系数的确定
• 2.1.2 铝脱氧热力学分析
• 2.1.3 高铝条件下Ti氧化物生成的热力学
• 2.1.4 高铝条件下Mn氧化物生成的热力学
• 2.1.5 高铝条件下Si氧化物生成的热力学
• 2.1.6 AlN生成的热力学
• 2.1.7 TiN生成的热力学
• 2.1.8 Al和耐材反应热力学
• 2.2 高铝钢钙处理热力学计算
• 2.2.1 钙处理的夹杂物
• 2.2.2 钙处理热力学
• 2.2.3 Al-O平衡
• 2.2.4 Ca-Al平衡
• 2.2.5 Ca-O平衡
• 2.2.6 S-Al平衡
• 2.2.7 S-Ca平衡
• 2.3 高铝钢精炼渣系热力学分析
• 2.3.1 精炼渣系的物理性质
• 2质量分数控制'>2.3.2 精炼渣系中SiO₂质量分数控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 高铝钢脱氧和造渣技术热态模拟实验
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 脱氧工艺实验安排
• 3.1.3 造渣技术实验安排
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 脱氧工艺实验结果与讨论
• 3.2.2 造渣技术实验
• 3.2.4 本章小结
• 第4章 高铝钢脱氧工业试验
• 4.1 工业试验方案
• 4.2 工业试验结果与讨论
• 4.2.1 不同工位顶渣成分的变化情况
• 4.2.2 不同工位夹杂物的变化情况
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 论文包含图、表、公式及文献