D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.04.00U7 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr,2007 帘线钢Cao Sio2一Al2O一MnO系夹杂物的成分控制 金利玲王海涛许中波王福明 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要利用热力学计算软件FactSage计算出CaO-SiO2一Al2O3一Mn0四元系各成分的活度数据，并通过热力学计算分析了 帘线钢获得良好变形能力的Ca0SiO2一Al203一M0四元系夹杂物生成所需的条件，验证了本文所介绍方法的可行性.指出 为得到塑性区的Ca0Si02一Al20g一Mn0系夹杂物，要控制Ca0Si02一Al203一Mn0四元系夹杂物中Al203为20%，LF精炼炉 中钢液的酸溶铝[41].含量应小于3×10-6，溶解氧含量应在2.0×10-5~6.0×10-5之间 关键词帘线钢：四元系；夹杂物控制：热力学计算；活度 分类号TF703.6 帘线钢的生产对冶炼过程以及工艺具有特殊的 系.本文首次尝试利用热力学计算软件FactSage8] 要求，在拉丝和合股的过程中几乎不允许断丝，而 计算的活度数据直接对Ca0SiO2一Al203一Mn0四 发生断丝最直接的原因是钢中存在硬而不变形的脆 元系进行热力学计算与分析，讨论帘线钢获得良好 性夹杂物[山，像Al203这种既硬又不变形的夹杂物 变形能力夹杂物所需的脱氧和精炼工艺， 是导致拉拔和合股断裂、缩短帘线钢疲劳寿命和降 低疲劳强度的主要原因.Ruddnik研究指出：夹 1用于热力学计算的数据以及活度计 杂物的变形指数v=0.5~1.0时，在钢与夹杂物的 算方法 界面上很少产生形变裂纹；v=0.03~0.5时，经常 计算时选用的钢液化学成分（质量分数）： 产生带有锥形间隙的鱼尾形裂纹；v=0~0.03时， [C]=0.72%,[Si]=0.25%,[Mn]=0.45%, 锥形间隙与热撕裂是常见的.在以往的文献中，绝 [P]=0.001%,[S]=0.001%.元素相互作用系数 大多数都是分别计算Ca0Si02一Al203、Si02一Al203 见表1. Mn0三元系夹杂物的组成与钢液成分的对应关 表11873K时铁液中元素相互作用系数9 Table 1 Interaction parameter at 1873K Al C 0 Mn P Si Cr 0.011 0.091 -6.598 0.0330 0.030 0.0056 0.0120 C 0.043 0.142 -0.340 -0.012 0.0510 0.046 0.078 -0.0240 0 -3.848 -0.436 -0.200 -0.021 0.0700 -0.133 -0.131 -0.0459 Mo -0.070 -0.083 0 0.0035 -0.048 0 0.0039 0.130 0.130 0 0.0620 0.028 0.120 0.035 0.110 -0.270 -0.026 0.2900 -0.029 0.063 Si 0.058 0.180 -0.230 0.002 0.1100 0.056 0.107 -0.0003 Ca0SiO2一Al203一Mn0四元系的活度数据通 Fact-Sage是由两个研究小组Thermfact/CRCT 过热力学计算软件FactSage计算分析得出· Montreal,Canada)GTT-Technologies (Aachen, Germany)共同开发的，它侧重于热力学的应用，且 收稿日期：2006-02-12修回日期：2006-06-13 易于操作，其数据库包括了Si0z一Ca0一AlzO3一 作者简介：金利玲(1981一)，女，硕士研究生：许中波(1957-)，男， 副教授，博士 Cu20 FeO MgO-MnO Na2O-K20-TiO2-Ti203-
帘线钢 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂物的成分控制 金利玲 王海涛 许中波 王福明 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 利用热力学计算软件 FactSage 计算出 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系各成分的活度数据并通过热力学计算分析了 帘线钢获得良好变形能力的 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系夹杂物生成所需的条件验证了本文所介绍方法的可行性．指出 为得到塑性区的 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂物要控制 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系夹杂物中 Al2O3 为20％LF 精炼炉 中钢液的酸溶铝［Al］s 含量应小于3×10－6溶解氧含量应在2∙0×10－5～6∙0×10－5之间． 关键词 帘线钢；四元系；夹杂物控制；热力学计算；活度 分类号 TF703∙6 收稿日期：20060212 修回日期：20060613 作者简介：金利玲（1981－）女硕士研究生；许中波（1957－）男 副教授博士 帘线钢的生产对冶炼过程以及工艺具有特殊的 要求在拉丝和合股的过程中几乎不允许断丝．而 发生断丝最直接的原因是钢中存在硬而不变形的脆 性夹杂物［1］像 Al2O3 这种既硬又不变形的夹杂物 是导致拉拔和合股断裂、缩短帘线钢疲劳寿命和降 低疲劳强度的主要原因．Ruddnik 研究［2］ 指出：夹 杂物的变形指数 ν＝0∙5～1∙0时在钢与夹杂物的 界面上很少产生形变裂纹；ν＝0∙03～0∙5时经常 产生带有锥形间隙的鱼尾形裂纹；ν＝0～0∙03时 锥形间隙与热撕裂是常见的．在以往的文献中绝 大多数都是分别计算 CaO－SiO2－Al2O3、SiO2－Al2O3 －MnO 三元系夹杂物的组成与钢液成分的对应关 系．本文首次尝试利用热力学计算软件 FactSage ［3］ 计算的活度数据直接对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四 元系进行热力学计算与分析讨论帘线钢获得良好 变形能力夹杂物所需的脱氧和精炼工艺． 1 用于热力学计算的数据以及活度计 算方法 计算时选用的钢液化学成分 （质量分数）： ［C］＝0∙72％［ Si ］ ＝0∙25％［ Mn ］ ＝0∙45％ ［P ］＝0∙001％［S ］＝0∙001％．元素相互作用系数 见表1． 表1 1873K 时铁液中元素相互作用系数 e j i ［4］ Table1 Interaction parameter e j i at1873K i j Al C O Mn P S Si Cr Al 0∙011 0∙091 －6∙598 － 0∙0330 0∙030 0∙0056 0∙0120 C 0∙043 0∙142 －0∙340 －0∙012 0∙0510 0∙046 0∙078 －0∙0240 O －3∙848 －0∙436 －0∙200 －0∙021 0∙0700 －0∙133 －0∙131 －0∙0459 Mn － －0∙070 －0∙083 0 0∙0035 －0∙048 0 0∙0039 P － 0∙130 0∙130 0 0∙0620 0∙028 0∙120 － S 0∙035 0∙110 －0∙270 －0∙026 0∙2900 －0∙029 0∙063 － Si 0∙058 0∙180 －0∙230 0∙002 0∙1100 0∙056 0∙107 －0∙0003 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系的活度数据通 过 热 力 学 计 算 软 件 FactSage 计 算 分 析 得 出 ． Fact-Sage 是 由 两 个 研 究 小 组 Thermfact／CRCT （MontrealCanada）和 GTT－Technologies （Aachen Germany）共同开发的．它侧重于热力学的应用且 易于操作其数据库包括了 SiO2－CaO－Al2O3－ Cu2O－FeO－MgO－MnO－Na2O－K2O－TiO2－Ti2O3－ 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．007
.378 北京科技大学学报 第29卷 Fe203Zr02Cr0Cr203-Ni0B203-Pb0一Zn0等 用此方法先分别计算得出MnO、SiO2、Ca0组元活 氧化物，铁溶液以及Fe-Ni-Co-Cr Cu Pb Zn一As 度固定时的炉渣成分，然后选取D(Al203)为20% S的热力学数据，FactSage对熔盐和炉渣相图具 的炉渣成分，画出aMn0、aso,和acao的等活度图. 有很好的计算功能，它基于吉布斯自由能最小方法 通过分析比较得出以下结果.(I)影响Mn0 进行化学平衡和相平衡计算.文献[56]应用该软 活度的因素：随着CaO/SiOz比的提高，Mn0含量的 件进行热力学预测，研究相平衡和热力学性质，并指 增大，aMno的值也增大.随着Al2O3含量、SiO2含量 出此热力学计算软件FactSage为更好地研究和控 的增大，aMao的值有减小的趋势.在液相区范围内， 制钢中夹杂物的性质提供了一个有力的工具和可靠 aMmo的最大值为0.7，变化范围在0.001~0.7之 的方法 间，可控范围比较大，(2)影响Si02活度的因素：随 Cao Sio2一Al2O3一Mn0四元系夹 着Ca0/Si0?比的提高，aso,的值减小，当Ca0/ 杂物热力学计算与讨论 Si0z比大于3，as0,的值低于0.005.随着Si02含 2.1Ca0SiO2一A203一Mm0四元系等活度图及其 量的增大，aso,的值也增大.随着MnO,Ca0含量 讨论 的增大，so,的值减小.在液相区范围内，s0,的值 热力学计算软件FactSage除了对炉渣相图具 变化范围很大，在0.005~0.7之间，可控范围很大. 有很强的计算功能外，还能直接对炉渣各组元进行 (3)影响Ca0活度的因素：随着Ca0/Si02比的提 活度计算，给定组元成分、温度、压力以及某一组元 高，acao的值增加.随着Alz03、Si02含量的增大， 的活度，选择可能生成的物质以及合适的数据库，就 acao的值减小.在液相区范围内，acao的值变化范围 可计算出与该组元活度对应的炉渣成分，图1就是 在00.1之间，可控范围小 SiO, (a) 01.00 (b) 0A.00 rA1,0=20% 2A1,0=20% 0.25 0.010.75 0.25 0.75 0.03 w(S 0.050.506 Ca 0.50 03 09 02 01 0.75 0.25 0.75 0.00 1004 1.004 0 025 050 0.75 100 0 0.25 050 0.75 1.00 Cao Cao (MnO) (MnO) Mno SiO. (e) 0A1.00 1(AL0F209% 025 0.75 (CaO) 0.0001 0.50 0.50 0.0006 0.001 0.75 0.25 0.f 0.005 0.020.01 1.002 Cao 0 0.25 050 0.75 1.00 (MnO) Mno 图1Ca0SiOh一AlOs-Mn0系等MnO.SiO2和Ca0活度图 Fig.1 Iso-ao iso-asio iso-dooin a Cao SiOz-Al2Os-MnO quaternary system
Fe2O3－ZrO2－CrO－Cr2O3－NiO－B2O3－PbO－ZnO 等 氧化物铁溶液以及 Fe－Ni－Co－Cr－Cu－Pb－Zn－As －S 的热力学数据．FactSage 对熔盐和炉渣相图具 有很好的计算功能它基于吉布斯自由能最小方法 进行化学平衡和相平衡计算．文献［5－6］应用该软 件进行热力学预测研究相平衡和热力学性质并指 出此热力学计算软件 FactSage 为更好地研究和控 制钢中夹杂物的性质提供了一个有力的工具和可靠 的方法． 2 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系夹 杂物热力学计算与讨论 2∙1 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系等活度图及其 讨论 热力学计算软件 FactSage 除了对炉渣相图具 有很强的计算功能外还能直接对炉渣各组元进行 活度计算．给定组元成分、温度、压力以及某一组元 的活度选择可能生成的物质以及合适的数据库就 可计算出与该组元活度对应的炉渣成分．图1就是 用此方法先分别计算得出 MnO、SiO2、CaO 组元活 度固定时的炉渣成分然后选取 w （Al2O3）为20％ 的炉渣成分画出 aMnO、aSiO2和 aCaO的等活度图． 通过分析比较得出以下结果．（1） 影响 MnO 活度的因素：随着 CaO／SiO2 比的提高MnO 含量的 增大aMnO的值也增大．随着 Al2O3 含量、SiO2 含量 的增大aMnO的值有减小的趋势．在液相区范围内 aMnO的最大值为0∙7变化范围在0∙001～0∙7之 间可控范围比较大．（2） 影响 SiO2 活度的因素：随 着 CaO／SiO2 比的提高aSiO2 的值减小．当 CaO／ SiO2比大于3aSiO2的值低于0∙005．随着 SiO2 含 量的增大aSiO2的值也增大．随着 MnO、CaO 含量 的增大aSiO2的值减小．在液相区范围内aSiO2的值 变化范围很大在0∙005～0∙7之间可控范围很大． （3） 影响 CaO 活度的因素：随着 CaO／SiO2 比的提 高aCaO的值增加．随着 Al2O3、SiO2 含量的增大 aCaO的值减小．在液相区范围内aCaO的值变化范围 在0～0∙1之间可控范围小． 图1 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系等 MnO、SiO2 和 CaO 活度图 Fig．1 Iso－aMnOiso－aSiO2 iso－aCaO in a CaO－SiO2－Al2O3－MnO quaternary system ·378· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第4期 金利玲等：帘线钢Ca0SiO2一zOg一Mn0系夹杂物的成分控制 ·379 2.2Mn0SiO2一Al03三元系中Si一Mm脱氧热力 2MnOcine)+[Si]-SiO2cine)+2[Mn](1) 学研究 △G9=-5700-34.8 T J.mol17-81 夹杂物的成分可以用钢液与夹杂物间的平衡热 力学来预测，当钢渣间达到热力学平衡时，夹杂物的 asio,a Mn asio,(fMn[Mn])2 成分与钢渣的成分趋于一致，在治金生产过程中， a Mnoa si a Mnofs[%Si] 绝对的钢液与夹杂物之间的平衡是少见的，但可达 2/3Al2O3(c)+[Si]SiO2(inc)+4/3[A1](2) 到局部的钢与夹杂物、渣与钢、炉衬与钢渣、炉衬与 △G2=219400-35.7 T J.mol17.9]; 钢液的准平衡状态，夹杂物的成分在很大程度上受 [Si]+2[0]-SiO2cine) 顶渣和炉衬的影响；反过来说，通过控制顶渣成分、 △G9=-581900+22.8 r J.mol17.1.(3) 炉衬材料和一定的脱氧条件，夹杂物成分的准确控 图2(a)中的实线是由本文介绍的方法计算得 制是可以实现的，本文只讨论帘线钢用Si一Mn脱 出的，它表示帘线钢中的铝在MnO SiO2一A2O3三 氧对夹杂物成分的影响， 元系中的等铝线值，符号表示的数据来源于文献 帘线钢用SiMn脱氧和钢渣反应的控制原理： [10],图2()中的实线也是由本文介绍的方法计算 在不加铝脱氧的情况下，钢液中的氧势由Si一Mn控 得出，它表示帘线钢中的氧在Mn0SiO2一A2O3三 制，二者存在如下平衡反应： 元系中的等氧线值，符号表示的数据来源于文献[10] SiO, SiO, 0.1.00 T-1823K 01.00 T=1823K (a) [Si-0.3% ② [Si]=0.3% Mn=0.45% [Mn]-0.45% 0.25 0.75 _iso-Al 0.25 0.75 is0-0 (MnO) 0.50 0.509 w(MnO) 0.50 0.6 0.509 雪36 0.75 025 0.75 0.25 -15 1.00 40/ .00 Mno 0 0.25 0.50 0.75 0.100Al,0 MnO 0 0.25 0.50 0.75 0.100Al0 (AL.O.) 2A1,O) 图2等铝线、等氧线计算值与实验值的比较.(a)等铝线；(b)等氧线 Fig-2 Iso-Al,iso0 comparison between experiment data and calculated results:(a)Iso-Al;(b)Iso-0 由图2可以看出，通过本文介绍的方法计算得 性区，因此，为了使夹杂物有良好变形能力， 出的理论值与文献[10]实验值比较符合.考虑到仪 应控制夹杂物在低熔点区域，而文献[14]指出，当 器误差，实验条件等客观因素的影响，本文介绍的方 A203质量分数为20%时，夹杂物有良好的变形能 法应当是可行的 力，在此，本文只讨论T=1873K,夹杂物中A203 2.3Ca0Mn0Si02-Al203系中Si一Mm脱氧热 质量分数为20%时的情况， 力学研究 图3(a)实线表示帘线钢钢液中[C]=0.72%、 在1873K下，钢中[C]=0.72%,[Si]= [Mn]=0.45%时的等硅线：图3(b)实线表示钢液 0.3%,[Mn]=0.45%,考虑到活度系数fMn和fsi 中[C]=0.72%、[Si]=0.3%时的等锰线：图3(c) 的影响（各元素之间的相互作用系数由表1给出）， 实线表示钢液中[C]=0.72%、[Si]=0.3%、 而Mn0、Si02和Al203在Ca0一Mn0Si02一Al203 [Mn]=0.45%时的等铝线，虚线表示的是与夹杂物 渣系的活度已通过本文介绍方法计算得出，最终得 达到平衡时钢液中[Si]=0.3%的等值线：图3(d)实 出的Ca0一Mn0Si02一Al203系中等硅线、等锰线、 线表示钢液中[C]=0.72%、[Si]=0.3%、[Mn]= 等铝线和等氧线如图3所示，有关资料表明，夹杂 0.45%时的等氧线，虚线表示的是与夹杂物达到平 物的熔点和其变形能力有很大的关系，在轧制温度 衡时钢液中[Si]=0.3%的等值线， 下随着夹杂物熔点的降低，其变形性能越来越好， 由图中可以看出：(1)随着钢液中Si含量的增 同时也指出：低液相线温度区域就是低熔点区域，也 大，Mn含量的减小，夹杂物中SiO2含量增大·(2) 就是夹杂物有良好变形能力的区域，即夹杂物的塑 随着钢液中Al含量的增大，夹杂物中Ca0的含量
2∙2 MnO－SiO2－Al2O3 三元系中 Si－Mn 脱氧热力 学研究 夹杂物的成分可以用钢液与夹杂物间的平衡热 力学来预测当钢渣间达到热力学平衡时夹杂物的 成分与钢渣的成分趋于一致．在冶金生产过程中 绝对的钢液与夹杂物之间的平衡是少见的但可达 到局部的钢与夹杂物、渣与钢、炉衬与钢渣、炉衬与 钢液的准平衡状态．夹杂物的成分在很大程度上受 顶渣和炉衬的影响；反过来说通过控制顶渣成分、 炉衬材料和一定的脱氧条件夹杂物成分的准确控 制是可以实现的．本文只讨论帘线钢用 Si－Mn 脱 氧对夹杂物成分的影响． 帘线钢用 Si－Mn 脱氧和钢渣反应的控制原理： 在不加铝脱氧的情况下钢液中的氧势由 Si－Mn 控 制二者存在如下平衡反应： 图2（a）中的实线是由本文介绍的方法计算得 出的它表示帘线钢中的铝在 MnO－SiO2－Al2O3 三 元系中的等铝线值符号表示的数据来源于文献 ［10］．图2（b）中的实线也是由本文介绍的方法计算 得出它表示帘线钢中的氧在 MnO－SiO2－Al2O3 三 元系中的等氧线值符号表示的数据来源于文献［10］． 图2 等铝线、等氧线计算值与实验值的比较．（a）等铝线；（b）等氧线 Fig．2 Iso－Aliso－O comparison between experiment data and calculated results： （a） Iso－Al；（b） Iso－O 由图2可以看出通过本文介绍的方法计算得 出的理论值与文献［10］实验值比较符合．考虑到仪 器误差实验条件等客观因素的影响本文介绍的方 法应当是可行的． 2∙3 CaO－MnO－SiO2－Al2O3 系中 Si－Mn 脱氧热 力学研究 在1873K 下钢 中 ［C ］ ＝0∙72％［ Si ］ ＝ 0∙3％［ Mn ］＝0∙45％考虑到活度系数 f Mn和 f Si 的影响（各元素之间的相互作用系数由表1给出） 而 MnO、SiO2 和 Al2O3 在 CaO－MnO－SiO2－Al2O3 渣系的活度已通过本文介绍方法计算得出．最终得 出的 CaO－MnO－SiO2－Al2O3 系中等硅线、等锰线、 等铝线和等氧线如图3所示．有关资料表明夹杂 物的熔点和其变形能力有很大的关系在轧制温度 下随着夹杂物熔点的降低其变形性能越来越好． 同时也指出：低液相线温度区域就是低熔点区域也 就是夹杂物有良好变形能力的区域即夹杂物的塑 性区［11－14］．因此为了使夹杂物有良好变形能力 应控制夹杂物在低熔点区域．而文献［14］指出当 Al2O3质量分数为20％时夹杂物有良好的变形能 力．在此本文只讨论 T ＝1873K夹杂物中 Al2O3 质量分数为20％时的情况． 图3（a）实线表示帘线钢钢液中［C ］＝0∙72％、 ［Mn］＝0∙45％时的等硅线；图3（b）实线表示钢液 中［C］＝0∙72％、［Si］＝0∙3％时的等锰线；图3（c） 实线 表 示 钢 液 中 ［ C ］ ＝0∙72％、［ Si ］ ＝0∙3％、 ［Mn］＝0∙45％时的等铝线虚线表示的是与夹杂物 达到平衡时钢液中［Si］＝0∙3％的等值线；图3（d）实 线表示钢液中［C ］＝0∙72％、［Si］＝0∙3％、［ Mn ］＝ 0∙45％时的等氧线虚线表示的是与夹杂物达到平 衡时钢液中［Si］＝0∙3％的等值线． 由图中可以看出：（1）随着钢液中 Si 含量的增 大Mn 含量的减小夹杂物中 SiO2 含量增大．（2） 随着钢液中 Al 含量的增大夹杂物中 CaO 的含量 第4期 金利玲等： 帘线钢 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂物的成分控制 ·379·
.380 北京科技大学学报 第29卷 增大，Si02的含量减少，Ca0/SiO2比增大；随着钢液 态时夹杂物的成分，为了使生成的夹杂物在低熔点 中0含量的增大，夹杂物中Si02的含量增大，Ca0 区域，即具有良好的变形能力，应严格控制钢液中酸 的含量减小，Ca0/Si02比值减小.(3)图3(c)和 溶铝和溶解氧的含量，(4)当夹杂物中A1203含量 3(d)给出了液相线温度低于1200℃的低熔点区域. 为20%时，与塑性区平衡的酸溶铝[A1]s应小于3× 与0.72%C和0.45%Mn平衡的0.3%的等Si线 10-6,与塑性区平衡的溶解氧应在2.0×10-5~ 上所代表的夹杂物成分就是钢液与夹杂物达到平衡 6.0×10-5之间. SiO. SiO. 0A1.00 0.1.00 T=1873K 1873K (a)A1020g (C0.72% (b)(A1.0-20m [C=0.72% 1s1=0,3% 025 075 Mn0.45% 0.25 0.75 iso-Mn iso-Si 0.509 050 0.50 0.n 0.75/05 0025 0.75 025 1.002 C00 0.25 0.50 0.75 100Mn0 1.00 Cao 0 0.25 050 0.75 1.00MnO (MnO) (MnO) SiO. Sio. 0x1.00 T=1873K [C-0.72% 00 T1 873K 1C10.72%6 (c)A,0,=20。 S1-0.3% (d)c(ALO,=20% MnF0,456 [Sj0.3% 025 075 iso-A1.10- 025 0.75 [Mn=0.45w iso-0.10 20 0.50 (C 0.0 0.50 0.75 0.25 0.75 025 1.00 1.00 025 0.50 0.75 1.00 Mno Cao0 0.25 0.50 0.75 1.00 Mno te(MnO) e(MnO) 图3硅(a).锰(b)、铝(c)、氧(d)在Ca0Mn0SiO2一Al03系中的等值线 Fig-3 Iso-Si (a),iso-Mn (b),iso-Al (c)and iso-0(d)in CaO-MnOSiOz-Al2Os system 3结论 在2.0×10-5~6.0×10-5之间. (3)随着钢液中Si含量的增大，Mn含量的减 (l)通过计算值与实验值的比较得出：用Fact~ 小，夹杂物中SO2含量增大；随着钢液中A1含量的 Sage热力学计算软件计算分析Ca0Si02一Al203- 增大，夹杂物中Ca0含量增大，SiOz的含量减少；随 MnO四元系是可行的，针对实际情况，采用CaO一 着钢液中0含量的增大，夹杂物中Si02含量增大， Si02一Al203一Mn0四元系分析夹杂物的成分，低熔 Ca0含量减小.因此，为严格控制酸溶铝[Al].含 点区域比分别采用Ca0Si02一Al203或Si02一Al203 量，应采用低碱度渣系冶炼，此时钢液中的氧含量 Mn0三元系分析更合理.热力学计算软件Fact- 较高 Sage必将成为如何控制夹杂物性质的另一可靠方 参考文献 法和有力工具，并大量节约研发成本 [1]Yamada Y.Shimau S.Wire rod for higher breaking strength (2)为了得到塑性区的Ca0Si02一Al203Mn0 steel cord.Wire J Int,1986(4):53 四元系夹杂物，不能用A1脱氧或含铝较高的合金脱 [2]Rudnik S.Discontinuities in hot rolled steel caused by non metal- 氧，可以用Si一Mn脱氧；且控制Ca0 SiO2一Alz03一 lic inclusion.ISIJ Int.1966,204(4):374 Mn0四元系夹杂物中Al203为20%，这时LF精炼 [3]Bale C W.Chartrand P.Degterov A,et al.FactSage thermo chemical softw are and databases.Calphad.2002.26(2):189 炉中钢液的酸溶铝[A]。应小于3X10一6，溶解氧应 [4]Fujisawa T,Sakao H.Equilibrium relations between the liquid
增大SiO2 的含量减少CaO／SiO2 比增大；随着钢液 中 O 含量的增大夹杂物中 SiO2 的含量增大CaO 的含量减小CaO／SiO2 比值减小．（3）图3（c）和 3（d）给出了液相线温度低于1200℃的低熔点区域． 与0∙72％ C 和0∙45％ Mn 平衡的0∙3％的等 Si 线 上所代表的夹杂物成分就是钢液与夹杂物达到平衡 态时夹杂物的成分．为了使生成的夹杂物在低熔点 区域即具有良好的变形能力应严格控制钢液中酸 溶铝和溶解氧的含量．（4）当夹杂物中 Al2O3 含量 为20％时与塑性区平衡的酸溶铝［Al］s 应小于3× 10－6与塑性区平衡的溶解氧应在2∙0×10－5～ 6∙0×10－5之间． 图3 硅（a）、锰（b）、铝（c）、氧（d）在 CaO－MnO－SiO2－Al2O3 系中的等值线 Fig．3 Iso－Si （a）iso－Mn （b）iso－Al （c） and iso－O （d） in CaO－MnO－SiO2－Al2O3system 3 结论 （1） 通过计算值与实验值的比较得出：用 FactSage 热力学计算软件计算分析 CaO－SiO2－Al2O3－ MnO 四元系是可行的．针对实际情况采用 CaO－ SiO2－Al2O3－MnO 四元系分析夹杂物的成分低熔 点区域比分别采用 CaO－SiO2－Al2O3 或 SiO2－Al2O3 －MnO 三元系分析更合理．热力学计算软件 FactSage 必将成为如何控制夹杂物性质的另一可靠方 法和有力工具并大量节约研发成本． （2） 为了得到塑性区的 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系夹杂物不能用 Al 脱氧或含铝较高的合金脱 氧可以用 Si－Mn 脱氧；且控制 CaO－SiO2－Al2O3－ MnO 四元系夹杂物中 Al2O3 为20％这时 LF 精炼 炉中钢液的酸溶铝［Al］s 应小于3×10－6溶解氧应 在2∙0×10－5～6∙0×10－5之间． （3） 随着钢液中 Si 含量的增大Mn 含量的减 小夹杂物中 SiO2 含量增大；随着钢液中 Al 含量的 增大夹杂物中 CaO 含量增大SiO2 的含量减少；随 着钢液中 O 含量的增大夹杂物中 SiO2 含量增大 CaO 含量减小．因此为严格控制酸溶铝 ［Al］s 含 量应采用低碱度渣系冶炼此时钢液中的氧含量 较高． 参 考 文 献 ［1］ Yamada YShimazu S．Wire rod for higher breaking strength steel cord．Wire J Int1986（4）：53 ［2］ Rudnik S．Discontinuities in hot-rolled steel caused by non-metallic inclusion．ISIJ Int1966204（4）：374 ［3］ Bale C WChartrand PDegterov S Aet al．FactSage thermochemical software and databases．Calphad200226（2）：189 ［4］ Fujisawa TSakao H．Equilibrium relations between the liquid ·380· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第4期 金利玲等：帘线钢Ca0SiO2一zOg一Mn0系夹杂物的成分控制 .381. iron components and the deoxidation products resulting from Mn [9]Elliott J F,Gleiser M,Ramakrishna V.Thermochemistry for Si-Al alloys.Tetsu to-Hagane.1977.63(9):1494 Steelmaking.London:Sddision Wesley Pub Co.1963:22 [5]Kang Y B.Lee H G.Inclusions chemistry for Mn/Si deoxidized [10]Ohta H.Sutto H.Activities in MnO SiO2 Al203 slags and de- steels:thermodynamic predictions and experimental confirma- oxidation equilibria of Mn and Si.Metall Mater Trans B.1996. tions.lSlJ1nt,2004,44(6):1006 27B:263 [6]Kang Y B.Jung I H.Sergei A,et al.Phase equilibria and ther- [11]Bernard G,Ribound P V,Urbain G.Oxide inclusions plastici- modynamic properties of the CaO-MnO-Al203-SiOz system by ty.Rev Metall CIT.1981.78(5):421 eritical evaluation,modeling and experiment.ISIJ Int.2004.44 [12]Malm S.On the precipitation of slag inclusions during solidifica (6):975 tion of high carbon steel deoxidized with aluminium and mish [7]Sifworth G K.Elliott J F.The thermodynamics of liquid dilute metal.Scand J Metall.1976,15:248 iron alloys.Met Sci.1974,18:298 [13]王立峰，卓晓军，张炯明，等.冶金过程中帘线钢夹杂物成分 [8]Gaye H.Gatellier C.Nadif M.et al.Slag metal reactions and 控制.北京科技大学学报，2003,25(4)：308 control of the residual inclusions composition in secondary steel- [14]王立峰.Si一Mn合金脱氧高碳钢中非金属变形夹杂物的研究 making.Rev Metall Cah Inf Tech.1987,84(11):759 [学位论文】北京：北京科技大学，2004：26 Composition control of a CaO SiO2 Al203 MnO system in tire cord steel JIN Liling,WANG Haitao,XU Zhongbo,WANG Fuming Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Seience and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI Based on of the activity data of each component of a CaO SiO2 Al203 MnO system calculated by thermodynamic software FactSage,the formation condition of plastic inclusions in the CaO SiO2 Al2O3 MnO system was discussed by thermodynamic calculation.Comparison with some experimental data proved that this proposed method was feasible.It is shown that in order to acquire deformable inclusions in tire cord steel,the dissolved aluminum should be controlled less than 0.0003,and the dissolved oxygen in liquid steel must be controlled in the range of 0.002.006. KEY WORDS tire cord steel;quaternary system;inclusion control;thermodynamic calculation;activity
iron components and the deoxidation products resulting from Mn－ Si－Al alloys．Tetsu－to－Hagane197763（9）：1494 ［5］ Kang Y BLee H G．Inclusions chemistry for Mn／Si deoxidized steels：thermodynamic predictions and experimental confirmations．ISIJ Int200444（6）：1006 ［6］ Kang Y BJung I HSergei Aet al．Phase equilibria and thermodynamic properties of the CaO－MnO－Al2O3－SiO2 system by critical evaluationmodeling and experiment．ISIJ Int200444 （6）：975 ［7］ Sifworth G KElliott J F．The thermodynamics of liquid dilute iron alloys．Met Sci197418：298 ［8］ Gaye HGatellier CNadif Met al．Slag-metal reactions and control of the residual inclusions composition in secondary steelmaking．Rev Metall Cah Inf Tech198784（11）：759 ［9］ Elliott J FGleiser MRamakrishna V．Thermochemistry for Steelmaking．London：Sddision Wesley Pub Co1963：22 ［10］ Ohta HSutto H．Activities in MnO－SiO2－Al2O3slags and deoxidation equilibria of Mn and Si．Metall Mater Trans B1996 27B：263 ［11］ Bernard GRibound P VUrbain G．Oxide inclusions plasticity．Rev Metall CIT198178（5）：421 ［12］ Malm S．On the precipitation of slag inclusions during solidification of high-carbon steel deoxidized with aluminium and mish metal．Scand J Metall197615：248 ［13］ 王立峰卓晓军张炯明等．冶金过程中帘线钢夹杂物成分 控制．北京科技大学学报200325（4）：308 ［14］ 王立峰．Si－Mn 合金脱氧高碳钢中非金属变形夹杂物的研究 ［学位论文］．北京：北京科技大学2004：26 Composition control of a CaO－SiO2－Al2O3－MnO system in tire cord steel JIN L ilingWA NG HaitaoXU ZhongboWA NG Fuming Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Based on of the activity data of each component of a CaO－SiO2－Al2O3－MnO system calculated by thermodynamic software FactSagethe formation condition of plastic inclusions in the CaO－SiO2－Al2O3－MnO system was discussed by thermodynamic calculation．Comparison with some experimental data proved that this proposed method was feasible．It is shown that in order to acquire deformable inclusions in tire cord steelthe dissolved aluminum should be controlled less than0∙0003％and the dissolved oxygen in liquid steel must be controlled in the range of 0∙002％～0∙006％． KEY WORDS tire cord steel；quaternary system；inclusion control；thermodynamic calculation；activity 第4期 金利玲等： 帘线钢 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂物的成分控制 ·381·