铝硅锰复合脱氧剂脱氧能力的分析.pdf

铝硅锰复合脱氧剂脱氧能力的分析 胡斌 河北联合大学研究生学院 河北省唐山市0 6 3 0 0 9 摘要 本文通过对脱氧热力学的研究 分析复合脱氧剂的脱氧能力 然后在不同的温度下讨算钢中平衡锰含量与钢中最终 氧含量的关系 比较不同温度下锰含量的对最终氧含量影响程度 并且举例说明a m s 在实际中的应用 得到的结论是 温度 为1 6 2 0 硅含量为0 3 时 钢中平衡氧含量随钢液中锰含量的增加而降低 在高温条件下钢中锰含量对最终氧含量影响大 关键词 热力学 复合脱氧 温度 td 12 3 a l u m i n u m s i l i c o n m a n g a n e s e c o m p o u n d d e o x i d i z e r d e o x i d i z i n g a b i l i t y a n a l y s i s h u b i n h e b e i u n i t e d u n i v e r s i t y g r a d u a t e s c h o o l t a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 h e b e i c h i n a a b s t r a c t t h i s a r t i c l e t h r o u g h t o t h e r e s e a r c h o f d e o x i d i z i n g t h e r m o d y n a m i c s a n a l y z e s c o m p o u n d d e o x i d i z e r s d e o x i d i z i n g a b i l i t y a n d t h e n i n d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e c a l c u l a t i o n o f m a n g a n e s e c o n t e n t a n d s t e e l b a l a n c e i n s t e e l o x y g e n c o n t e n t i n t h e f i n a l o f t h e r e l a t i o n s h i p c o m p a r i n g d i f f e r e n t t e m p e r a t u r e o f m a n g a n e s e c o n t e n t o f o x y g e n c o n t e n t i n t h e f i n a l e f f e c t a n d f o r e x a m p l e a m s i n r e a l a p p l i c a t i o n t h e c o n c l u s i o n i s t h e t e m p e r a t u r e o f 1 6 2 0 s i l i c o n c o n t e n t w a s 0 3 t h e o x y g e n c o n t e n t i n t h e b a l a n c e i n s t e e l w i t h m a n g a n e s e c o n t e n t i n l i q u i d s t e e l r e d u c e w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e i n t h e h i g h t e m p e r a t u r e c o n d i t i o n o f m a n g a n e s e c o n t e n t i n s t e e l e v e n t u a l l y a f f e c t o x y g e n c o n t e n t k e y w o r d s t h e r m o d y n a m i c s c o m p o s i t e d e o x i d i z a t i o n t e m p e r a t u r e 第十六届冶金反应工程学会议论文集 2 钢中氧化物夹杂降低钢的疲劳寿命 3 钢中氧化物夹杂使钢的冲击韧性下降 4 钢中氧化物夹杂易使钢在压延过程产生裂纹和钢材产生各向异性 5 钢中氧化物夹杂使钢的切削性变坏 1 2 现在脱氧的方法 炼钢过程中的脱氧可以有很多方法 如真空处理 钢包畋氩等也具有脱氧作用 但是炼钢过程最基本 的脱氧方法仍然是依靠铁合金 它取决于两方面的要求 一方面在氧化精炼以后要脱出钢液中溶解的过剩 氧量 另一方面要使钢液成分达到规定的要求 即进行合金化 目前采用的方法主要有 1 沉淀脱氧 给钢液中加入与氧的结合力强的脱氧元素 形成新的氧化物并能从钢液 中排出 进入熔渣 叫沉淀脱氧 添加的元素叫脱氧剂 复合脱氧属于沉淀脱氧 2 扩散脱氧 钢液中的氧可通过向氧位较低的还原渣内扩散而排出 称扩散脱氧 3 真空脱氧 降低钢中t o 或者含氧气体的分压 使t 0 随气泡或者c o 排出 目前钢厂主要应用的是沉淀脱氧 与传统脱氧剂相比复合脱氧剂的优点有 1 提高各脱氧元素的能力 2 加速脱氧 3 能加速对脱氧形成的非金属夹杂物的净化 1 3 现在钢中氧含量的要求 在现有的工艺条件下 通过工艺控制和优化措施 将生产的所有钢氧含量全部降低2 0 p p m 以下 最低达 1 3 p p m 目前所有钢种氧含量控制在2 0 p p m 以下合格率达8 0 8 5 尤其是开发的一些新品种钢 氧含量值很 低 说明通过一系列的工艺优化后不但降低了钢中氧含量 而且为开发一些高洁净度的钢奠定了基础 为 提高产品高附加值创造了条件 2 研究内容与手段 分析脱氧反应经常采用反应平衡常数k 的倒数k 兰 m d 三坂d yy k 塑 口丢7 分析脱氧反应经常采用反应平衡常数k 的倒数k 弘 号坂qyy k 墼 y 2 在形成纯氧化物时 口 z 嘭 1 k 古 k 称为脱氧常数 它是脱氧反应平衡常数的倒数 等于脱氧 反应达平衡时 脱氧元素的浓度的指数与氧浓度的乘积 其值愈小 则与一定量的该脱氧元素平衡的氧浓 4 3 6 第十六届冶金反应工程学会议论文集 度就愈小 而该元素的脱氧能力就愈强 另一方面 由 簖 一r 丁l nk o 尺r l nk 知 元素与氧的亲 和力愈强 g 也愈小 脱氧反应就进行得愈完全 故k 能用以衡量元素的脱氧能力 由以上热力学分 析可得k 92 7 歹灭面五万 从中可以得到 在讨论元素脱氧能力的时候令f m 1 f o l 由此可得k 国 m 7 y 国 d 3 具体计算研究 3 1 在1 6 2 0 锰硅复合脱氧时钢液锰含量与脱氧能力的关系 由一个实例引出所要研究的问题 用硅锰复合脱氧剂使钢液脱氧时 钢液的平衡 国 胁 o 9 国 0 3 假定脱氧产物是m o 与s i o2 形成的理想溶液性质的烙体 铡撤亦作为埋想 溶液性质看待 假定在温度为1 6 2 0 时计算钢液脱氧的平衡氧量 其中复合脱氧反应为 s 妇 2 d 2 k 三 器 9 缈1 6 z l i u j 俐邶h 胁哦磕 盏 x 胁d x 研0 2 1 1 1 因为钢液和脱氧产物熔体视为理想溶液 故用其浓度代替活度 由于反应 9 1 0 同时达到平衡 他们 的平衡缈 d 是相同的 故可将以上3 个方程联立求解 消去未知的x m n o 及x s i o2 得 礁功 尬 国 d k 要叫彤 国 d 2 1 1 2 化隅c 删2 器荆一蠢 1 9 磕 鬻五5 渊舶 磕圳粥 1 9 碟 等 1 2 0 4 4 啦嚣 唧 将礁 k 宝 彩 j i 锄 国 诸数据代入上式中得 国 0 2 1 7 4 1 1 0 一3 缈 0 卜1 3 3 9 1 0 一 0 1 6 解以上方程得 缈 d o 0 1 0 7 在16 2 0 下假设8 兑完氧后的钢液中不含有锰即国f 胁1 o 钢中的硅含量仍然是缈 0 3 那么 4 3 7 第十六届冶金反应工程学会议论文集 钢中的氧含量为 缈 d o 0 1 1 6 u u ll u 2 4 9 0 0 o 3 1 7 由此可见当钢液中含锰时脱氧剂的脱氧能力强 那么我们自然想得到一个具有最佳脱氧能力的锰含量下面 我们就在这种情况下通过以上的热力学计算来研究它 假设在1 6 2 0 保持 o 3 不变 将 研 磕 砖代入式 1 3 得到国 研 国 p 的关系式 如下 缈 d 2 o 0 0 19 4 国 锄 缈 d 一1 3 3 8 6 8 8 1 o 4 0 18 那么可以得到 国 d 一o o 0 0 9 7 缈 a 锄 o o 0 0 9 7 2 国 锄 2 l 3 3 8 6 8 8 l o 4 1 9 以缈 0 为纵轴以国 胁 为横轴做图像如下 x l o 3 1 6 广 一一一一一 二二二二 二 1 5 9 0 图1 1 6 2 0 最终钢液中国 胁 与 d 的关系图图2 三种温度下最终钢液中国 胁 与缈 d 的关系图 3 2 在不同温度下计算钢中锰含量对最终钢液氧含量的影响 l g 礁 等硼 1 0 6 礁 1 1 4 8 2 0 l g k 宝 等删 1 4 磷 1 3 8 0 4 2 1 将式 2 0 2 1 以及缈 0 3 代入式 1 3 得到式子如下 缈 d f 1 6 5 0 口c 一o o o l 3 8 6 缈 a 锄 o 0 0 1 3 8 6 2 国 a 如 2 2 4 1 4 7 6 1 0 4 2 2 同理可以解得在1 5 9 0 时 国 o f 1 5 9 矿c 一o o 0 0 6 7 5 国 a 锄 o o 0 0 6 7 5 2 国 a 锄 2 7 2 8 8 7 6 1 6 1o 5 2 3 在同一坐标系下做出三种温度下的关系图 4 得出最终的结论 4 3 8 一 一 第十六届冶金反应工程学会议论文集 l 通过对硅锰复合脱氧的计算得到的图像可以看出最终钢液中平衡的锰硅比越大最终氧含量越低 但 是在实际生产中为了使夹杂物上浮最好的锰硅比在3 6 之间 因此综合各方面考虑在条件允许的情况下尽 量增加锰硅比可以降低最终氧含量 2 在高温条件下 最终钢液中的锰含量对硅锰复合脱氧剂脱氧能力的影响比在低温条件下要大 3 以上计算研究硅锰合金的脱氧能力证明采用复合脱氧剂可以增加脱氧能力 以此类推可以推广其他 的金属合金比如铝硅合金等 5 应用实例 钢厂 武汉4 7 l 厂 钢种 耐高温 高压大口径厚壁无缝钢管钢 脱氧工艺及所用脱氧剂 为了得到 高质量管钢 在炼钢过程中 间硅锰合金中加入具有对氧的亲合力较强的元素一铝和钛进行复合脱氧 脱氧 工艺在盛钢桶中进行 所加入的脱氧剂是含铝 或钦 的硅锰合金 其化学成分见表l 表1 复合脱氧剂化学成分 使用效果 在普通脱氧钢中 非金属夹杂主要为a 1 z o 而在复合脱氧钢中 si o z 和t i 0 2 的成分提高 这是 由于复合合金中增加了铝和钛使其脱氧能力提高所造成的结果使钢中含氧量减少了p1 2 2 0 这徉 在钢中 非金属夹杂物含量相同的情况下 复合脱氧所产生的氧化物有所改变 4 5 号钢中s i 0 增加1 9 a 1 z o s 降低2 8 含钛0 0 2 4 的2 0 号钢和3 5 号钢中化合铝的数量则降低了3 0 在普通脱氧冶炼的钢锭中 化合铝的分布是不 均匀的而在应用复合脱氧剂脱氧的钢中 钢锭脱氧产物的分布状况 发生明显变化 化合铝的数量减少 基本 分布在管坯的表层 因此保证了成品管氧化物和氮化物的含量减少 改善了钢管的表面质量 使一级品管的 数量提高了5 一6 经测试 成品钢管的强度水平没有发生变化 偏离平均值的情况有所减少 钢管性能的均 匀性提高 全长和横断面上本质晶粒度保持在7 8 级的水平上 参考文献 1 1 王忠英 于桂玲 6 0 s i 2 m n a 弹簧铜的脱氧工艺 钢铁冶金学报 2 0 0 3 1 5 2 l 一4 2 苏轶 金振坚 刘浏 c a o a l2o3 一s i o 三元渣对硬线钢的脱氧热力学计算 化工冶金 2 0 0 0 l 2 1 8 4 8 6 3 傅师曾 半镇静钢的脱氧特点 武钢科技 1 9 8 0 4 2 8 4 5 4 栾心汉 张隆水 张郡 电炉电渣法冶炼低碳普钢的脱氧与硅锰成分的控制 5 坂尾弘 钢的脱氧与夹杂物 钢铁 1 9 8 4 8 1 9 7 1 2 6 薛正良 李正邦 张家雯 钢的脱氧与氧化物夹杂控制 特殊钢 2 0 0 1 2 2 6 2 4 2 7 7 齐江华 吴杰 索进平 陈钢 田青 吉玉 高速重轨钢的脱氧与夹杂物控制 钢铁 2 0 l l 3 4 6 1 8 2 l 8 栾心汉 邹德宁 张立新 连铸高碳铬轴承钢的脱氧工艺探讨 工业加热 1 9 8 8 2 l l 1 4 9 吴立权 用控制钢水氧化性的方法生产优质低碳沸腾钢的脱氧和合金化工艺 1 9 9 l 6 6 l 6 2 1 0 薛正良 李正邦 张家雯 高银露 用氧化钙坩埚真空感应熔炼超低氧钢的脱氧动力学 2 0 0 3 5 1 5 5 1 3 1 1 薛正良 齐江华 周国凡 金焱 胡会军 真空感应熔炼含铝钢的脱氧规律 2 0 0 7 l l 1 9 1 8 屯0 1 2 c i c u n ice m a d i 鹬j g o n z a l e zjc c o n tr o lo f m i c r oi n