D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.06.028 第29卷第6期 北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 Cao Sio2一A12O3一MnO系低熔点区域控制 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 摘要通过热力学计算软件FactSage计算分析了Ca0 SiO2一Al20g一Mn0四元系夹杂物低熔点区域的控制范围.从控制夹 杂物成分的角度，指出随着Al2O3含量和Ca0含量的增加，夹杂物低熔点区域大小都是先增大后减小：随着SiO2含量和MnO 含量的增加，夹杂物低熔点区域增大·为了得到低熔点夹杂物，应控制Si02-Al203Ca0一M0系中Al203质量分数为20%左 右，Ca0质量分数在25%~30%之间：同时控制Ca0/Si02比值为0.8~1，Si02质量分数应为30%左右 关键词炼钢：Ca0Si02一Al203一Mn0系：热力学计算：夹杂物：成分控制 分类号TF703.6 夹杂物控制技术是现代洁净钢治炼的主要内容 吉布斯自由能解析表达式，这些解析表达式以各种 之一，不同用途的钢材对非金属夹杂物的性质、数 不同模型为基础，如规则或亚规则溶液模型、亚晶格 量、成分和尺寸有不同的要求，在冶炼帘线钢的过 模型、缔合物模型或更加复杂的中心原子模型和集 程中，一般不采用铝脱氧而采用硅锰脱氧，原因是既 团变分模型等，也可以采用各种多项式进行纯粹的 硬又不变形的Al203夹杂物是导致拉拔和合股断 数学模拟.FactSage软件支持l1种溶液模型[6].它 裂、缩短帘线钢疲劳寿命和降低疲劳强度的主要原 包括简单的多项式数学模拟法、外推法、修正的似化 因山.由于研究四元系夹杂物方法比较少，对四元 学模型、相互作用系数模型等.人们熟知的外推方 渣系相图的研究也很少，因此以往的文献中，一般认 法有科勒(Kohler)方程、图普(Toop)方程、邦尼尔 为Mn0Al203SiO2类夹杂物是硅锰的脱氧产物， (Bonnier)方程和希拉特(Hillert)方程[7]等 而Ca0一Alz03SiOz类夹杂物是脱氧产物和精炼渣 2 Cao SiO2一Al2O3一Mn0四元系相 复合作用产生的，而在实际生产过程中，钢中的夹 杂物除了少量的MnS外，绝大部分是Ca0-SiO2一 图表征以及夹杂物塑性控制范围结 Alz03Mn0、Ca0Si02一Alz03一Mg0类四元及四元 果及讨论 以上夹杂物].有关资料表明，夹杂物的熔点和其 2.1Al2O3含量对Ca0SiO2一Al2O3一Mn0系夹杂 变形能力有很大的关系，在轧制温度下随着夹杂物 物熔点的影响 熔点的降低，其变形性能越来越好3.本文首次 为了对比Al203含量对四元系Ca0Si02一 根据热力学计算软件FactSage[可，计算、分析得出 Al203Mn0低熔点区域的影响，作Al2O3质量分数 Ca0SiO2一Al203一Mn0四元系的相图、低熔点区 0(Al203)分别为5%，10%，15%，20%，25%和 域，讨论了帘线钢获得良好变形能力的夹杂物成分 30%的四元相图，并与不含Alz03的Ca0Si02一 的控制范围 Mn0三元系相图比较，限于篇幅，只列出Al2O3质 1计算分析方法 量分数为15%，20%，25%和30%的四元相图，见 图1.图中的阴影部分分别表示A1203质量分数为 Ca0 SiO2一Al203一Mn0四元系相图通过热力 15%,20%,25%和30%的Ca0Si02一Al203一Mn0 学计算软件FactSage计算分析得出，FactSage热力 系相图在1400℃时液相投影区域. 学计算软件是以吉布斯自由能最小方法进行化学平 图2表示无Al203的Ca0Si02一Mn0三元相 衡和相平衡计算的，在进行相图的数值计算时，为 图，阴影部分表示Ca0一Si02一Mn0三元相图在 了得出计算系统的自洽的描述，需要写出所有相的 1400℃时液相投影区域.图3表示A1203含量变化 收稿日期：2006-02-12修回日期：2006-08-13 与低熔点（低于1400℃）区域面积所占百分比的关 作者简介：金利玲(1981一)，女，硕士研究生：许中波(1957-)男， 系，由图3可以得出：D(Al203)从0变化到20%的 副教授，博士 过程中，低熔点区域迅速增加，在20%变化到30%
CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系低熔点区域控制 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 通过热力学计算软件 FactSage 计算分析了 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系夹杂物低熔点区域的控制范围．从控制夹 杂物成分的角度指出随着 Al2O3 含量和 CaO 含量的增加夹杂物低熔点区域大小都是先增大后减小；随着 SiO2 含量和 MnO 含量的增加夹杂物低熔点区域增大．为了得到低熔点夹杂物应控制 SiO2－Al2O3－CaO－MnO 系中 Al2O3 质量分数为20％左 右CaO 质量分数在25％～30％之间；同时控制 CaO／SiO2 比值为0∙8～1SiO2 质量分数应为30％左右． 关键词 炼钢；CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系；热力学计算；夹杂物；成分控制 分类号 TF703∙6 收稿日期：2006－02－12 修回日期：2006－08－13 作者简介：金利玲（1981－）女硕士研究生；许中波（1957－）男 副教授博士 夹杂物控制技术是现代洁净钢冶炼的主要内容 之一不同用途的钢材对非金属夹杂物的性质、数 量、成分和尺寸有不同的要求．在冶炼帘线钢的过 程中一般不采用铝脱氧而采用硅锰脱氧原因是既 硬又不变形的 Al2O3 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［1］．由于研究四元系夹杂物方法比较少对四元 渣系相图的研究也很少因此以往的文献中一般认 为 MnO－Al2O3－SiO2 类夹杂物是硅锰的脱氧产物 而 CaO－Al2O3－SiO2 类夹杂物是脱氧产物和精炼渣 复合作用产生的．而在实际生产过程中钢中的夹 杂物除了少量的 MnS 外绝大部分是 CaO－SiO2－ Al2O3－MnO、CaO－SiO2－Al2O3－MgO 类四元及四元 以上夹杂物［2］．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［3－4］．本文首次 根据热力学计算软件 FactSage ［5］计算、分析得出 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系的相图、低熔点区 域讨论了帘线钢获得良好变形能力的夹杂物成分 的控制范围． 1 计算分析方法 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系相图通过热力 学计算软件 FactSage 计算分析得出．FactSage 热力 学计算软件是以吉布斯自由能最小方法进行化学平 衡和相平衡计算的．在进行相图的数值计算时为 了得出计算系统的自洽的描述需要写出所有相的 吉布斯自由能解析表达式．这些解析表达式以各种 不同模型为基础如规则或亚规则溶液模型、亚晶格 模型、缔合物模型或更加复杂的中心原子模型和集 团变分模型等．也可以采用各种多项式进行纯粹的 数学模拟．FactSage 软件支持11种溶液模型［6］．它 包括简单的多项式数学模拟法、外推法、修正的似化 学模型、相互作用系数模型等．人们熟知的外推方 法有科勒（Kohler）方程、图普（Toop）方程、邦尼尔 （Bonnier）方程和希拉特（Hillert）方程［7－8］等． 2 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元系相 图表征以及夹杂物塑性控制范围结 果及讨论 2∙1 Al2O3 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂 物熔点的影响 为了 对 比 Al2O3 含 量 对 四 元 系 CaO－SiO2－ Al2O3－MnO 低熔点区域的影响作 Al2O3 质量分数 w （Al2O3） 分别为 5％10％15％20％25％ 和 30％的四元相图并与不含 Al2O3 的 CaO－SiO2－ MnO 三元系相图比较．限于篇幅只列出 Al2O3 质 量分数为15％20％25％和30％的四元相图见 图1．图中的阴影部分分别表示 Al2O3 质量分数为 15％20％25％和30％的 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系相图在1400℃时液相投影区域． 图2表示无 Al2O3 的 CaO－SiO2－MnO 三元相 图阴影部分表示 CaO－SiO2－MnO 三元相图在 1400℃时液相投影区域．图3表示 Al2O3 含量变化 与低熔点（低于1400℃）区域面积所占百分比的关 系．由图3可以得出：w（Al2O3）从0变化到20％的 过程中低熔点区域迅速增加在20％变化到30％ 第29卷 第6期 2007年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．06．028
第6期 金利玲等：Cao Sio2一A2Os一M血O系低熔点区域控制 .575. 过程中，低熔点区域略有下降.因此控制Ca0一 利于降低氧化物熔点，这与Ca0Si02一Al203三元 Si02一Al203Mn0四元系夹杂物中Al203为20%有 系夹杂物中Al203的成分控制范围一致[]. ALO (a) (b) SiO, 0.9 0.1 0.96000.1 tAl0=15% 20% 500 A,0-20% 0.8 Mno 500 Mno 0.8, 02 0.7 03 400 0.7 0.3 0.6 0.4 Cao 0.4 (SiO.) 0.6 0.5 1100 w(MnO) 0.5 (SiO,) 0.5 300 1200 0.5 0.4 50 0.6 0.4 1.100 0.6 0.3 0.7 0.3/s 0 1■100 0.7 03 0.8 0.2 00100 0.8 0.1 900 F21002000 1300400 -1600 2200 0.9 2300 0.162100 0090 600 500 1600 0.9 1700 2200 Ca00.90.80.70.60.50.40.3020.1Mn0 Ca00.90.80.70.6050.4030.20.Mn0 CaO) (CaO) AL.O. (c) (d) 25 0.96000.1 309% 0.917000.1 Mn008/0002A,0,25% F16000.2 10A10,)=30% Mn00.8 0.7 -1500 0.3 07 03 0.6 0.4 0.6 500 04 05 0 Mn w(SiO.) 0.5 400 0.5 300 0.4 0.6 0.4 200 0.6 0.3 0.7 03 07 0.2 0.8 02 300 0.8 500 0 400 0.1 2000 0.1 400 0.9 一1500- 1700 300 0.9 100 Ca00.90.80.70.60.50.4030.20.1Mn0 Ca00.90.80.7 0.60.50.403020.1Mn0 (CaO) (CaO) 图1不同A120a含量的Ca0Si02一Al203一0相图.（a)）w(A120)=15%;(b)w(A20h)=20%:（c)w(20)=25%:(d)w(A20b)= 30% Fig.1 Cao-SiOz-Al2Os-MnO phase diagrams with different mass fractions of Al2Os:(a)w(Al2O3)=15%;(b)w(Al2O3)=20%: (c)w(A120s)=25%:(d)w(A103)=30% SiO, 60 0.9 0.1 0.8 02 03 0.3 000 w(SiO.) 0.6 13500 0.4 0.5 05 0 0.4 0.6 0.3 400 0.7 00 1015202530 00 02 0.8 w(AL,O.Y% 0.1 0.9 图3低于1400℃C区域面积比例与A03含量的关系 Cao 0.90.80.70.60.50.4030.20.1Mn0 (CaO) Fig-3 Relationship of low melting area percent to Al2Os content 图2Ca0SiOh-Mn0相图 的夹杂物中的重要组成，一般通过控制加入锰铁的 Fig.2 CaO SiO2MnO phase diagram 量以及钢液中Mn含量来控制复合夹杂物中MnO 2.2Mn0含量对Ca0SiO2一Al2O3一Mn0系夹杂 含量 物熔点的影响 为了对比Mn0含量对四元系Ca0一SiO2一 MnO为锰铁的脱氧产物，是钢液脱氧初期生成 Al203Mn0低熔点区域的影响，作Mn0质量分数
过程中低熔点区域略有下降．因此控制CaO－ SiO2－Al2O3－MnO 四元系夹杂物中 Al2O3 为20％有 利于降低氧化物熔点这与 CaO－SiO2－Al2O3 三元 系夹杂物中 Al2O3 的成分控制范围一致［9］． 图1 不同 Al2O3 含量的 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 相图．（a） w（Al2O3）＝15％；（b） w（Al2O3）＝20％；（c） w（Al2O3）＝25％；（d） w（Al2O3）＝ 30％ Fig．1 CaO－SiO2－Al2O3－MnO phase diagrams with different mass fractions of Al2O3： （a） w（Al2O3）＝15％；（b） w（Al2O3） ＝20％； （c） w（Al2O3）＝25％；（d） w（Al2O3）＝30％ 图2 CaO－SiO2－MnO 相图 Fig．2 CaO－SiO2－MnO phase diagram 2∙2 MnO 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂 物熔点的影响 MnO 为锰铁的脱氧产物是钢液脱氧初期生成 图3 低于1400℃区域面积比例与 Al2O3 含量的关系 Fig．3 Relationship of low melting area percent to Al2O3content 的夹杂物中的重要组成一般通过控制加入锰铁的 量以及钢液中 Mn 含量来控制复合夹杂物中 MnO 含量． 为了 对 比 MnO 含 量 对 四 元 系 CaO－SiO2－ Al2O3－MnO 低熔点区域的影响作 MnO 质量分数 第6期 金利玲等： CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系低熔点区域控制 ·575·
.576. 北京科技大学学报 第29卷 分别为5%，10%，15%，20%，25%和30%的四元相 此控制Si02一Al203Ca0一Mn0系中Ca0质量分数 图，并与不含Mn0的Ca0SiO2一Al203三元相图作 在25%~30%有利于降低夹杂物熔点.另外在整个 比较o).由于篇幅关系，只列出当Mn0含量不同 变化过程中，Ca0/Si02比也相应越来越大， 时低于1400℃区域占总相图的百分比，见图4. 60 70 6 50 30 如 30 b 10 20 30 40 (CaOy% 0 0 51015202530 w(MnOy% 图5低于1400℃区域面积比例与Ca0含量的关系 图4低于1400℃区域面积比例与M血0含量的关系 Fig.5 Relationship of low melting area percent to CaOcontent Fig.4 Relationship of low melting area percent to MnO content 2.4Si0h含量对Ca0SiO2一A20s一Mn0系夹杂 由图4清晰可见：Mn0质量分数从0变化到 物熔点的影响 30%的过程中，低熔点区域面积比例一直增加，且含 SiO2为硅铁的脱氧产物，是钢液脱氧初期生成 有MnO的低熔点区域面积比例比不含MnO的 的夹杂物的重要组成，一般通过控制加入硅铁的量 Ca0SiO2一Al203三元相图中的低熔点区域面积比 以及钢液中Si含量来控制复合夹杂物中SiOz含 例大.当Mn0质量分数为0时，低熔点区域面积比 量，由于Si的还原性介于Ca和Mn以及Al和Mn 例为10%左右，当Mn0质量分数为30%时，低熔点 之间，因此控制夹杂物中的Si02比控制A203、 区域面积比例高达60%.可见提高Si02一Al203一 Mn0和Ca0都要容易， Ca0 MnO系中Mn0含量有利于扩大低熔点区域， 为了对比Si02含量对四元系Ca0一SiO2一 降低夹杂物熔点，因此控制Mn0含量在0~30% Al2O3Mn0低熔点区域的影响，计算了SiO2质量 内，越高越容易生成低熔点夹杂物 分数分别为5%，10%，15%，20%，25%，30%和 2.3Ca0含量对Ca0SiO2一Al0-Mn0系夹杂物 35%的四元相图.图6表示$i02含量变化与低熔 熔点的影响 点（低于1400℃）区域面积所占百分比的关系， Ca0是碱性炼钢方法基本的造渣材料，很多耐 火材料中也含有此成分，这些材料都是含钙外来夹 60 杂物的可能来源，它们可以从炉渣或钢液与耐火材 料的反应而产生.但在钢的夹杂物中通常没有发现 它是一单独的相，因为它易与其他成分反应而形成 000 硅酸盐和铝酸盐等化合物，因此有必要研究Ca0含 量对Si02一Al203一Mn0Ca0四元系熔点的影响， 。方0$2力2古05 w(SiO,% 为了对比Ca0含量对四元系SiO2一Al03一 MnO Ca0低熔点区域的影响，作Ca0质量分数分 图6低于1400℃区域面积比例与Si02含量的关系 别为5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%和40% Fig.6 Relationship of low melting area percent to SiO content 的四元相图，并与不含Ca0的Si02一Al203一Mn0三 由图6可以获得如下规律：Si02含量在从0变 元相图做比较，图5表示出Ca0含量变化与低熔点 化到35%的变化过程中，低熔点区域一直增加，可 (低于1400℃)区域面积所占百分比的关系. 见提高Si02一Al203℃a0一Mn0系中Si02含量有利 由图5分析得出：Ca0Si02一Al203一Mn0四元 于降低夹杂物熔点，另外在整个变化过程中， 系夹杂物比不含Ca0的Si02一Al203一Mn0三元系 Ca0/SiO2比也相应地越来越小. 夹杂物的低熔点区域要大，Ca0质量分数从0变化 2.5Ca0/SiO2含量对Ca0Si02一Al03-Mn0系 到40%的过程中，低熔点区域是先增加后减少，当 夹杂物熔点的影响 Ca0质量分数在25%~30%时低熔点区域最大，因 Ca0/Si02比对Ca0Si02一Al203一Mn0系夹杂
分别为5％10％15％20％25％和30％的四元相 图并与不含 MnO 的 CaO－SiO2－Al2O3 三元相图作 比较［10］．由于篇幅关系只列出当 MnO 含量不同 时低于1400℃区域占总相图的百分比见图4． 图4 低于1400℃区域面积比例与 MnO 含量的关系 Fig．4 Relationship of low melting area percent to MnO content 由图4清晰可见：MnO 质量分数从0变化到 30％的过程中低熔点区域面积比例一直增加且含 有 MnO 的低熔点区域面积比例比不含 MnO 的 CaO－SiO2－Al2O3 三元相图中的低熔点区域面积比 例大．当 MnO 质量分数为0时低熔点区域面积比 例为10％左右当 MnO 质量分数为30％时低熔点 区域面积比例高达60％．可见提高 SiO2－Al2O3－ CaO－MnO 系中 MnO 含量有利于扩大低熔点区域 降低夹杂物熔点．因此控制 MnO 含量在0～30％ 内越高越容易生成低熔点夹杂物． 2∙3 CaO 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂物 熔点的影响 CaO 是碱性炼钢方法基本的造渣材料很多耐 火材料中也含有此成分这些材料都是含钙外来夹 杂物的可能来源它们可以从炉渣或钢液与耐火材 料的反应而产生．但在钢的夹杂物中通常没有发现 它是一单独的相因为它易与其他成分反应而形成 硅酸盐和铝酸盐等化合物．因此有必要研究 CaO 含 量对 SiO2－Al2O3－MnO－CaO 四元系熔点的影响． 为了对比 CaO 含量对四元系 SiO2－Al2O3－ MnO－CaO 低熔点区域的影响作 CaO 质量分数分 别为5％10％15％20％25％30％35％和40％ 的四元相图并与不含 CaO 的 SiO2－Al2O3－MnO 三 元相图做比较．图5表示出 CaO 含量变化与低熔点 （低于1400℃）区域面积所占百分比的关系． 由图5分析得出：CaO－SiO2－Al2O3－MnO 四元 系夹杂物比不含 CaO 的 SiO2－Al2O3－MnO 三元系 夹杂物的低熔点区域要大．CaO 质量分数从0变化 到40％的过程中低熔点区域是先增加后减少当 CaO 质量分数在25％～30％时低熔点区域最大因 此控制 SiO2－Al2O3－CaO－MnO 系中 CaO 质量分数 在25％～30％有利于降低夹杂物熔点．另外在整个 变化过程中CaO／SiO2 比也相应越来越大． 图5 低于1400℃区域面积比例与 CaO 含量的关系 Fig．5 Relationship of low melting area percent to CaO content 2∙4 SiO2 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂 物熔点的影响 SiO2 为硅铁的脱氧产物是钢液脱氧初期生成 的夹杂物的重要组成一般通过控制加入硅铁的量 以及钢液中 Si 含量来控制复合夹杂物中 SiO2 含 量．由于 Si 的还原性介于 Ca 和 Mn 以及 Al 和 Mn 之间因此控制夹杂物中的 SiO2 比控制 Al2O3、 MnO 和 CaO 都要容易． 为了 对 比 SiO2 含 量 对 四 元 系 CaO－SiO2－ Al2O3－MnO 低熔点区域的影响计算了 SiO2 质量 分数分别为 5％10％15％20％25％30％ 和 35％的四元相图．图6表示 SiO2 含量变化与低熔 点（低于1400℃）区域面积所占百分比的关系． 图6 低于1400℃区域面积比例与 SiO2 含量的关系 Fig．6 Relationship of low melting area percent to SiO2content 由图6可以获得如下规律：SiO2 含量在从0变 化到35％的变化过程中低熔点区域一直增加可 见提高 SiO2－Al2O3－CaO－MnO 系中 SiO2 含量有利 于降 低 夹 杂 物 熔 点．另 外 在 整 个 变 化 过 程 中 CaO／SiO2比也相应地越来越小． 2∙5 CaO／SiO2 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系 夹杂物熔点的影响 CaO／SiO2 比对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂 ·576· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第6期 金利玲等：Cao Sio2一A2Os一M血O系低熔点区域控制 .577 物熔点有重要影响，为了对比Ca0/SiO2比对四元 (3)Ca0/Si02比值对Ca0Si02一Al203-Mn0 系Ca0SiO2一Al203一Mn0低熔点区域的影响，作 系夹杂物低熔点区域大小有着重要影响，应控制 Ca0/Si02比分别为0.93,1.4,1.87和2.8的四元 Ca0/Si02比值为0.8~1.由于夹杂物的成分可以 相图.图7表示出Ca0/Si02比与低熔点（低于 用钢液与夹杂物间的平衡热力学来预测，当钢渣间 1400℃)区域面积所占百分比的关系， 达到热力学平衡时，夹杂物的成分与钢渣的成分趋 40 于一致，因此本文的研究将为更好控制钢渣的成分 提供了有力的理论基础，并为研究钢液与夹杂物，钢 20 一渣之间的关系提供另一可靠途径，大大减少工 作量 0 参考文献 51.01.52.0253.0 Cao/SiO, [1】邢献强，李居强.钢帘线用超高强度钢丝的研究进展，金属制 品，1999,25(6)：7 图7低于1400℃区域面积比例与Ca0/SiO2比的关系 [2]顾克井，魏军，蔡开科，等.72A钢非金属夹杂物行为.北京 Fig-7 Relationship of low melting area percent to CaO/SiO ratio 科技大学学报，2003,25(1)：26 通过图7分析得出：随着Ca0/Si02比值的增 [3]Bernard G,Ribound P V,Urbain G.Oxide inclusions plasticity. Rev Metall CIT:1981,78(5):421 大，低熔点区域越来越小，CaO/SiO2<1时低熔点区 [4]Malm S.On the precipitation of slag inclusions during solidifica- 域最大.根据实际生产情况，应将CaO/SiO2比值控 tion of high carbon steel deoxidized with aluminium and mish met- 制在0.8~1为宜， al.Scand J Metall,1976.15:248 [5]Bale C W.Chartrand P.Degterov S A.et al.FactSage thermo 3结论 chemical software and databases.Calphad,2002.26(2):189 [6]Pelton A D.Thermodynamic database development:modeling and (1)Al203和Ca0含量对Ca0Si02一Al203一 phase diagram calculations in oxide systems.Rare Met.2006.25 MnO系夹杂物低熔点区域大小影响有着相同的规 (5):473 律：随着Al203和Ca0含量的增加，夹杂物低熔点 [7]Sundman B.Review of alloys modeling.Anal Fisica Ser B. 区域都是先增大后减小.为了得到低熔点夹杂物， 1990,86(2):69 应控制Si02一Alz03Ca0一Mn0系中Al203质量分 [8]Agren J.A note on the use of different representations of excess" 数为20%左右，Ca0质量在25%~30%之间 energies in ternary systems.Calphad,1982,6(4):279 [9]Maeda S,Soejima T.Shape control of inclusions in wire rod for (2)Si02和Mn0含量对Ca0Si02一Al203一 high tensile tire cord by refining with synthetic slag /Steelmaking Mn0系夹杂物低熔点区域大小影响有着相同的规 Conference Proceedings.Warrendale,1989:379 律：随着SiO2和Mn0含量的增加，夹杂物低熔点区 [10](西德)德国钢铁工程师协会编.渣图集.王俭，彭有强，毛裕 域都是一直增大，即适量的SiO2和Mn0含量对降 文，译.北京：冶金工业出版社，1989：89 [11]王立蜂.Si一M合金脱氧高碳钢中非金属变形夹杂物的研究 低夹杂物的熔点和扩大塑性区有作用，与文献[11] [学位论文]，北京：北京科技大学，2004：32 的结果一致，也证实了本文介绍的方法可行 Control on low melting point area in a CaO SiO2 Al203 MnO system JIN Liling).WANG Haitao),XU Zhongbo),WANG Fuming) Metallurgical and Ecological Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACI The compositions of low melting point inclusions in a CaO SiOz Al2O3 MnO system were calcu- lated and analyzed by thermodynamic software FactSage.The results show that the area of low melting point in- clusions first increases then decreases with the alumina and calcium oxide contents accumulating.However,it al- ways increases with the silica and manganese oxide contents rising.To obtain low melting point inclusions,the alumina and silica contents should be approximately controlled to 20%and 30%,respectively,the Ca content restricted to 25%-30%,and Cao/SiO2 should be 0.8-1. KEY WORDS steelmaking;Cao SiO2 Al203 MnO system;thermodynamic computation;inclusions;com- position control
物熔点有重要影响．为了对比 CaO／SiO2 比对四元 系 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 低熔点区域的影响作 CaO／SiO2 比分别为0∙931∙41∙87和2∙8的四元 相图．图 7 表示出 CaO／SiO2 比与低熔点 （低于 1400℃）区域面积所占百分比的关系． 图7 低于1400℃区域面积比例与 CaO／SiO2 比的关系 Fig．7 Relationship of low melting area percent to CaO／SiO2 ratio 通过图7分析得出：随着 CaO／SiO2 比值的增 大低熔点区域越来越小CaO／SiO2＜1时低熔点区 域最大．根据实际生产情况应将 CaO／SiO2 比值控 制在0∙8～1为宜． 3 结论 （1） Al2O3 和 CaO 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－ MnO 系夹杂物低熔点区域大小影响有着相同的规 律：随着 Al2O3 和 CaO 含量的增加夹杂物低熔点 区域都是先增大后减小．为了得到低熔点夹杂物 应控制 SiO2－Al2O3－CaO－MnO 系中 Al2O3 质量分 数为20％左右CaO 质量在25％～30％之间． （2） SiO2 和 MnO 含量对 CaO－SiO2－Al2O3－ MnO 系夹杂物低熔点区域大小影响有着相同的规 律：随着 SiO2 和 MnO 含量的增加夹杂物低熔点区 域都是一直增大即适量的 SiO2 和 MnO 含量对降 低夹杂物的熔点和扩大塑性区有作用与文献［11］ 的结果一致也证实了本文介绍的方法可行． （3） CaO／SiO2 比值对 CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系夹杂物低熔点区域大小有着重要影响应控制 CaO／SiO2 比值为0∙8～1．由于夹杂物的成分可以 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．因此本文的研究将为更好控制钢渣的成分 提供了有力的理论基础并为研究钢液与夹杂物钢 －渣之间的关系提供另一可靠途径大大减少工 作量． 参 考 文 献 ［1］ 邢献强李居强．钢帘线用超高强度钢丝的研究进展．金属制 品199925（6）：7 ［2］ 顾克井魏军蔡开科等．72A 钢非金属夹杂物行为．北京 科技大学学报200325（1）：26 ［3］ Bernard GRibound P VUrbain G．Oxide inclusions plasticity． Rev Metall CIT198178（5）：421 ［4］ Malm S．On the precipitation of slag inclusions during solidification of high-carbon steel deoxidized with aluminium and mish metal．Scand J Metall197615：248 ［5］ Bale C WChartrand PDegterov S Aet al．FactSage thermochemical software and databases．Calphad200226（2）：189 ［6］ Pelton A D．Thermodynamic database development：modeling and phase diagram calculations in oxide systems．Rare Met200625 （5）：473 ［7］ Sundman B．Review of alloys modeling．Anal Fisica Ser B 199086（2）：69 ［8］ Agren J．A note on the use of different representations of excessenergies in ternary systems．Calphad19826（4）：279 ［9］ Maeda SSoejima T．Shape control of inclusions in wire rod for high tensile tire cord by refining with synthetic slag∥Steelmaking Conference Proceedings．Warrendale1989：379 ［10］ （西德）德国钢铁工程师协会编．渣图集．王俭彭亻育强毛裕 文译．北京：冶金工业出版社1989：89 ［11］ 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2004：32 Control on low melting point area in a CaO－SiO2－Al2O3－MnO system JIN L iling 1）WA NG Haitao 1）XU Zhongbo 1）WA NG Fuming 2） Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The compositions of low melting point inclusions in a CaO－SiO2－Al2O3－MnO system were calculated and analyzed by thermodynamic software FactSage．The results show that the area of low melting point inclusions first increases then decreases with the alumina and calcium oxide contents accumulating．Howeverit always increases with the silica and manganese oxide contents rising．To obtain low melting point inclusionsthe alumina and silica contents should be approximately controlled to20％ and30％respectivelythe CaO content restricted to25％－30％and CaO／SiO2should be0∙8－1． KEY WORDS steelmaking；CaO－SiO2－Al2O3－MnO system；thermodynamic computation；inclusions；composition control 第6期 金利玲等： CaO－SiO2－Al2O3－MnO 系低熔点区域控制 ·577·
