D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.06.010 第25卷第6期 北京科技大学学报 VoL.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2003 低碱度顶渣控制帘线钢中MnO-AO,-SiO2 类夹杂物成分的实验研究 王立峰张炯明王新华靳庆峰 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要在实验室中使用高温管式炉对以工业纯铁为原料配制的帘线钢进行脱氧和顶渣熔 炼，研究了顶渣成分对MnO-Al,O,SiO类夹杂物的成分的影响.结果表明，在顶渣碱度为 0.7-1.36时，随着顶渣中AlO,含量的增加，夹杂物中的Al,D含量也随之增加.当顶渣中Al,O 含量低于8%时，MO-Al,O,-SiO,类夹杂物的成分在塑性区范围.通过控制脱氧条件和顶渣的 成分可以把MnO-AO,-SiO2类夹杂物的成分控制在塑性区内的， 关键词布线钢：夹杂物：顶渣：脱氧 分类号T℉703.6 汽车工业的发展，要求减轻汽车自重，降低 共进行了28炉实验，配渣的原则是碱度的4个因 汽车轮胎骨架材料的帘线钢用量，因而必须提高 素与A10,含量的7个因素共28种全排列组合. 钢帘线用钢丝的强度和疲劳强度，提高帘线钢疲 渣料中所用的CaO,SiO2和Al,O,都采用分析纯的 劳寿命的关键因素之一就是减少脆性夹杂物的 氧化物，其中对CaO进行了粉碎和预脱水处理. 含量，控制夹杂物成分常用的工艺是控制脱氧条 表1渣料的配渣方案 件和采用低碱度顶渣进行熔炼，对此国内外的有 Table 1 Composition of slag 关文献很少详细阐述其原理和控制工艺. 水平 We/WsIo: WAno/ 本文阐述了用低碱度渣处理工业纯铁配制 1 0.8 的高碳帘线钢的方法，研究了顶渣成分对钢中 2 1.0 10 1.2 15 MnO-Al,O,-SiO2类夹杂物成分的影响和顶渣、酸 1.5 20 溶铝与夹杂物之间的关系， 5 25 6 一 30 1原料及处理 40 11实验用钢的配制 2实验方法 实验用钢是用工业纯铁在真空电磁感应炉 中进行熔炼，真空度为6.7kPa,加入碳粉、单晶硅 实验是在SGO216-B1型高温管式炉中进行， 和工业纯的单质锰来调整钢液的C,Si和Mn的 炉子的温度误差在±2℃以内，A,O,炉管的恒温 含量，调整后的钢液主要化学成分（质量分数） 带为200mm.炉管的底部通入高纯的氩气进行 为：C,0.65%-0.78%:Si,0.13%-0.24%;Mn, 气氛保护，炉管的上部用高温橡胶密封. 0.60%0.63%:A5,0.02%0.07%. 在Mg0坩埚中加入预先配制的钢料1kg,加 1.2渣料的配制 热熔化并将温度保持在1600℃，5min后取样：加 实验用顶渣的配比如表1所示，本次实验总 入单晶硅进行脱氧，用钼丝棒搅拌30s,加入硅5 收稿日期200303-8王立峰男，28岁，博士研究生 min取样；然后加入质量是钢料20%的渣料，渣 *国家自然科学基金资助项目(No.50274006) 料熔化后开始计时，每隔5min取钢样和渣样，同
第 2 5 卷 第 6 期 2 0 03 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e sr iyt o f S e i e n e e a n d eT e h n o le gy B iej in g V b L25 N o . 6 D即 . 2 0 0 3 低碱度顶 渣控制 帘线钢 中 M n o , A 1 2 O -3 IS O Z 类夹杂物成分 的实验研究 王 立 峰 张 炯 明 王 新 华 靳庆峰 北 京科 技大学 冶 金学 院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 在 实验 室 中使用 高温管 式炉 对 以工 业纯铁 为原料 配 制 的帘线 钢进 行 脱氧 和顶 渣熔 炼 , 研 究 了顶 渣成 分 对 M n o - A 1 2 0 3一 51 0 2 类 夹 杂物 的成 分 的影 响 . 结 果表 明 , 在 顶 渣碱 度 为 .0 7一 1 . 3 6 时 ` , 随着 顶 渣 中 A 1 2 0 , 含 量 的增加 , 夹杂物 中的 1A 2 0 。 含 量 也随 之增 加 . 当顶渣 中 1A 2 q 含量低 于 8 % 时 , M n o we A 1 2 q 名10 2类夹 杂物 的成 分在 塑性 区范 围 . 通 过控 制脱 氧条 件和顶 渣 的 成 分 可 以把 M n o 峨1 2 0 3一 51 0 2 类夹 杂 物 的成分 控 制在 塑性 区 内 的 . 关键 词 帘 线钢 ; 夹杂 物 ; 顶渣 ; 脱氧 分类 号 FT 703 .6 汽 车 工业 的发 展 , 要 求 减 轻汽 车 自重 , 降低 汽 车轮 胎 骨 架材 料 的帘 线钢 用 量 , 因 而必 须提 高 钢 帘线 用 钢 丝 的强度 和 疲劳 强度 . 提 高帘 线钢 疲 劳 寿 命 的关 键 因 素 之 一就 是 减 少脆性 夹 杂 物 的 含 量 . 控 制 夹杂 物成 分 常用 的工艺 是控 制 脱氧 条 件 和采 用 低碱 度 顶渣 进 行熔炼 , 对 此 国 内外 的有 关文 献 很 少详 细 阐述 其 原 理 和控 制 工 艺 . 本文 阐述 了 用低 碱 度 渣 处 理 工 业 纯 铁配 制 的 高碳 帘 线 钢 的方 法 , 研 究 了顶 渣 成 分 对 钢 中 M n C卜 A 1 2 0 3一51 0 2 类 夹 杂物 成 分 的 影响 和 顶渣 、 酸 溶铝 与夹 杂物 之 间 的关 系 . 1 原 料及 处理 L l 实 验 用钢 的 配 制 实 验 用 钢 是用 工 业纯 铁在 真 空 电磁 感 应 炉 中进行 熔 炼 , 真 空 度 为 .6 7沙 a , 加 入碳 粉 、 单 晶硅 和 工业 纯 的单 质锰 来 调 整 钢液 的 C , iS 和 M n 的 含 量 , 调整 后 的钢 液主 要 化 学 成分 (质 量 分 数 ) 为 : C , 0 . 6 5 % 一0 . 7 8 % ; 5 1 , 0 . 1 3 % 刁 . 2 4 % ; M n , 0 . 6 0 % 一0 . 6 3 % ; A l s , 0 . 0 2% 一0 . 0 7% . 1 .2 渣 料 的配 制 实 验 用顶 渣 的 配 比如 表 1 所 示 . 本 次实 验 总 收稿 日期 20 03 刁3 一 8 王 立峰 男 , 28 岁 , 博士研 究生 * 国 家 自然 科 学基 金资 助项 目 ( N o . 5 02 74 0 6) 共进 行 了 28 炉 实验 , 配渣 的原则 是碱度 的 4 个 因 素 与 A LO , 含 量 的 7 个 因素 共 28 种 全 排 列 组合 . 渣料 中所用 的 C aO , is q 和 1A 2 O 3 都采 用 分 析纯 的 氧化 物 , 其 中对 C a o 进 行 了粉碎 和 预 脱 水处 理 . 表 1 渣料 的配 渣方 案 aT b l e 1 C o m p o s 川0 0 o f s 肠 g 水 平 Wc 澎Ws io : 巩即 3 /% 1 0 . 8 5 2 1 . 0 10 3 1 . 2 15 4 1 . 5 2 0 5 一 2 5 6 一 3 0 7 一 4 0 2 实验方 法 实 验是在 S G O 1Z 6 - B ll 型 高温 管式 炉 中进 行 , 炉子 的温 度误 差 在 士2 ℃ 以 内 , 1A 2 O , 炉管 的恒 温 带为 2 0 ~ . 炉 管 的底 部 通 入 高纯 的氢 气 进 行 气 氛 保 护 , 炉 管 的 上 部用 高温 橡 胶 密 封 . 在 M g O 增 祸 中 加入 预 先 配制 的钢 料 I gk , 加 热 熔 化 并将 温 度 保持 在 1 6 0 ℃ , s m in 后 取 样 : 加 入 单 晶硅 进 行 脱氧 , 用 钥丝 棒 搅拌 30 5 , 加 入硅 5 m in 取 样 ; 然 后加 入 质 量是 钢 料 20 % 的渣料 , 渣 料 熔 化后 开 始 计 时 , 每 隔 s m in 取钢 样 和渣样 , 同 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2003. 06. 010
Vol.25 No.6 王立峰等：低碱度顶渣控制帘线钢中MnO-Al,O,SiO,类夹杂物成分的实验研究 529 时用氧化锆定氧探头进行定氧，以确定平衡时 间，40min后将坩锅取出水冷，分离渣钢.实验结 束后，分析钢样和渣样的化学成分.钢样中的夹 杂物用电子显微镜SEM-EDX分析，酸溶铝用电 感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行分析. 3结果及讨论 顶渣处理40min后钢的化学成分为：[C]= 0.47%~0.71%,[Si]=0.16%0.26%,[Mm]=0.38%- 0.52%,[S]=0.007%-0.011%,P]-0.009%-0.011%, [A]=0.0003%0.0012%.其中有个别炉次的C和 M的含量偏低，原因可能是由于处理时间过长 烧损所致.图1是温度保持在1600℃时氧活度随 时间变化过程，25min后氧活度值基本保持不 变，本实验的顶渣处理钢的时间是40mn,因而 可以说反应基本上达到平衡状态，在用硅脱氧和 顶渣处理的过程中，钢中的自由氧[O]是由Si与 O的平衡来控制的 0 图2MnO-Al,O,-SiO2类夹杂物SEM分析图 顶渣成分 Fig.2 SEM images for MnO-Al,O,SiO:inclusions 60 1Ca0/Si0,-0.75,Al20,=4.45% 2Ca0/Si02=0.78,A20,=7.46% 01.0 50 3 Ca0/Si0:-0.79,Al,0,=12.9% 0.2 40 0.8 4Ca0/Si02-0.76,Al0,-21.78% 4 0.4 3 0.6 0.6 04 10 10 20304050 0.8 0.2 t/min 图1实验过程中钢中氧活度随时间的变化 1.0 Fig.I Variation of Oxygen activities in the experiment 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Al203 试样中的夹杂物用SEM-EDX分析，实验所 图3Mn0-Alh,0-Si0,类夹杂物的成分分布图 分析的夹杂物可分为两类：一类是MnO-AlO, Fig.3 Distribution of MnO-AkO,-SiO,inclusions SiO2类夹杂物，第二类是CaO-Al,O,-SiO,-Mg0类 夹杂物.共分析了405个夹杂物，其中一类夹杂 的内部和周边.而未进入塑性夹杂物成分区主要 物72个，占总夹杂物的18%，第二类夹杂物333 有两个原因：(I)部分夹杂物Al,O,含量偏低或偏 个，占82%.图2是典型的MnO-Al0-SiO2类夹 高；(2)少部分夹杂物MnO/SiO2比偏低 杂物，夹杂物中Ca0含量较低，尺寸在4m以下， 图4为MnO-SiO,-Al,O,系非金属夹杂物Al2O, 呈球状或椭球状分布，图2(a)中夹杂物的成分是 含量与钢液[A]s含量之间的关系.可以看到，非 0.16%Ca0,40.5%Si02,21.3%Al0和33.3%Mn0, 金属夹杂物中的Al2O含量随钢液[AIs含量的增 图2(b)中夹杂物的成分是35.15%Ca0,14.4% 加而提高.由MnO-SiO2-Al,O,系塑性非金属夹杂 Al03和44.1%Mn0. 物成分区可知，塑性夹杂物的A1,O,含量应控制 图3是全部实验钢样中脱氧产物MnO 在12%~28%，根据图4的结果，钢液[A]s含量 Al,O,-SiO2类夹杂物成分分布.由于夹杂物中其 应控制在0.0003%~0.0005%. 他组元含量相对较低，作图时忽略了FeO,CaO, 由图4可知，夹杂物中的A0含量与钢中的 MgO等组元.夹杂物部分分布在图中所标塑性区 酸溶铝含量有着紧密的联系，而钢中的酸溶铝在
卫 v o 5 2 . N o . 王立 峰 等 6 : M 低碱 度 顶渣控 制 帘线钢 中 力 叭儿 名 1 q 0 0 2 类夹杂 物成 分 的实验 研 究 时用 氧 化 错 定氧 探 头进 行定氧 , 以确 定平 衡 时 间 , 4 0 m in 后 将增 锅 取 出水 冷 , 分 离渣 钢 . 实验 结 束 后 , 分析 钢样 和 渣样 的化学 成 分 . 钢样 中 的夹 杂 物 用 电子显 微 镜 S E M 一 E D X 分 析 , 酸溶 铝 用 电 感 祸合 等 离子 体 质谱 法 ( CI P 一 M s) 进行 分 析 . 3 结 果及 讨 论 顶渣 处 理 40 m in 后 钢 的 化学 成 分 为 : 【C] = 0 . 4 7% 一0 , 7 1% , [5 1] ” 0 . 16% 一0 . 2 6% , 【M n ] = 0 . 3 8% 一 0 . 52% , 〔S ] = 0 . 0 0 7% 、 0 . 0 1 1% , 口I司 . 0 0 9% 一0 . 0 11% , A[ l] 劝 . 0 0 3%刁.0 01 2 % . 其 中有 个别 炉 次 的 C 和 M n 的含 量偏 低 , 原 因可 能是 由于处 理 时 间过长 烧 损所 致 . 图 l 是温度 保 持 在 16 0 ℃ 时氧 活度 随 时间 变化 过 程 , 25 m in 后 氧 活 度值基 本 保 持不 变 , 本 实验 的顶渣处 理钢 的 时 间是 40 m in , 因而 可 以说 反应 基本上 达 到平 衡状 态 . 在 用 硅脱 氧和 顶渣处理 的过程 中 , 钢 中的 自由氧 艺O1 是 由 iS 与 O 的平衡 来 控 制 的 . 顶 渣成 分 1 C a o /5 10 2= 0 7 5 , 1A 2 0 3 , 4 . 4 5% 2 C a ()/ S lq 刃 . 7 8 , A 几O3 “ 7 . 4 6 % 3 C a ( ) 25 10 , = 0 . 7 9 , A 1 2 0 , “ 12 . 9 % 4 C a (刃5 1认司 . 76, A儿q 月 1 . 78% 图 2 M n o ` A l z o -s 名 i认 类夹杂物 S EM 分析 图 F ig · 2 SE M ha a ge s of r M o O卜 A I , 0 声iO : in c l u s ot . s 7060 504 ,飞01 。ù ”一ù ù ,J, nU 10 匕 J se 一一一- - 一 J 一- 一一- - 0 10 2 0 30 4 0 5 0 刀m in 图 1 实验 过程 中钢 中氟活度 随 时间 的变化 F i g . 1 Va ir a iot n o f o xy 沙 . a e 6 v i柱韶 加 比 e e x衅ir 二 t 试 样 中 的夹 杂物用 S E M - E D X 分 析 , 实验 所 分 析 的夹杂 物 可分 为两 类 : 一类 是 M n C卜 A 1 2 0 3- is q 类 夹 杂物 , 第 二 类 是 C a o 卜 A 1 2O -as io 厂M go 类 夹杂 物 . 共分 析 了 40 5 个 夹杂 物 , 其 中一类 夹 杂 物 72 个 , 占总夹 杂物 的 18 % , 第二 类夹 杂 物 3 3 个 , 占 82 % . 图 2 是 典型 的 M n C卜 A 1 2 q 一51 0 2 类 夹 杂物 , 夹 杂物 中 C aO 含 量较低 , 尺寸 在 4 阿 以下 , 呈球状 或椭 球状 分 布 , 图 2( a) 中夹杂 物 的成分 是 0 . 1 6 % C aO , 4 0 . 5 % 5 10 2 , 2 1 . 3 % A 1 2 0 3和 33 . 3 % M n o , 图 2 (b ) 中夹 杂物的成 分 是 35 . 巧 % C ao , 14 .4 % A Lq 和 4 . 1 % M n O . 图 3 是 全 部 实 验 钢 样 中 脱 氧 产 物 N 匕O卜 A 儿q 一is 认 类夹 杂 物 成分 分布 . 由于夹杂物 中其 他组 元含 量 相对 较低 , 作 图时 忽略 了 eF o , C ao , M g O 等组元 . 夹 杂物 部分 分布在 图中所标塑性 区 A 1 2O 3 图 3 M n o ` A I 2 0 声10 : 类夹 杂物 的成 分分 布图 F .ig 3 D is 川b 吐如 n o f M n o 卜 A l z o r 名10 : 恤cl u s 孟o n s 的 内部 和周 边 . 而未 进 入塑 性夹 杂物 成分 区主 要 有 两个 原 因 : ( l) 部分 夹 杂物 A h 0 3含 量 偏低 或偏 高 ; ( 2) 少 部分 夹 杂物 M n o / S iq 比偏 低 . 图 4 为 M n C卜 is O Zes A LO 3系非 金属夹 杂物 A LO 3 含量与 钢液 A[ 1 5 含量之 间的 关系 . 可 以看到 , 非 金 属夹 杂 物 中 的 A 1 2 O , 含量 随钢 液 【lA ] s 含量 的 增 加而 提 高 . 由 M n C卜 51 0 厂 1A 2仇 系 塑性 非金属 夹杂 物 成分 区 可知 , 塑性 夹 杂物 的 A 1 2 O , 含量 应 控制 在 12 % 一 2 8 % , 根据 图 4 的 结果 , 钢 液 A[ 1 5 含 量 应控 制 在 0 . 0 0 0 3 % ~ 0 . 0 0 0 5 % . 由 图 4 可知 , 夹杂物 中的 从0 3含 量 与钢 中 的 酸溶 铝含 量 有着紧 密 的联 系 , 而钢 中的酸溶 铝在
·530 北京科技大学学报 2003年第6期 100 100 80 80 %(OTV) 60 40 日目 %(OTV) 60 季 40 6.0目 目 3 20 9 0 6 8101214 0510 152025303540 [Al]s106 (Al20)s/% 图4夹杂物中A山0，含量与钢中酸溶铝[A小，的关系 图6夹杂物中A山0与顶渣中A,D,的关系 Fig.4 Relation between (Al,O,)and [Al]s Fig.6 Relation between (Al,O,).and(AlO,)s 不加铝脱氧的情况下是由渣中的A2O含量控制 一步理论计算.根据文献[1]提供的1600℃时 的.图5是钢中酸溶铝随顶渣中A2O,含量的变化 MnO-AlO,SiO2三元活度和有关热力学参数，计 关系图，钢中酸溶铝含量随A山，O,含量的增加而 算出1600℃时，夹杂物中的A10和钢中酸溶铝 增加，为保证酸溶铝含量低于5×10时，顶渣中 [Al】s的关系和夹杂物的MnO/SiO2与酸溶铝的关 AO,应低于8%.目前我国的帘线钢采用不加铝 系，分别如图7和图8所示 脱氧，钢中的酸溶铝在经过氩气底吹搅拌后含量 对于高碳Si-Mn脱氧钢，用Si-Mn的脱氧化 较高，因而可以采用低碱度的顶渣来降低和控制 学反应分别为： 钢中的酸溶铝，使其满足生成塑性夹杂物的要 2 MnO(s)+[Si]=SiO:(s)+2 [Mn], 求，这一技术在日本神户钢厂已实践应用. 50 .--Mn0/Si0h=0.7 -Mno/SiO,=1.0 14 40-·-Mn0/Sio=2.0 12 30 10 ■ ■ 20 8 6 10 4 0 0 46 8 10 05101520253035 [A]s10-s (ALO)/% 图7计算得出的夹杂物A仙，O含量与钢液IA关系 图5钢中酸溶铝IAs与渣中(AO的关系.炉渣碱度 Fig.7 Calculational relation between (AlO,)and [Alls 为0.71-1.36 Fig.5 Relation between [Alls and (Al,O,)s --(A0)=15% -(A0,)=20% 图6是顶渣的碱度在0.71~1.36时，脱氧类夹 上-(Ah0=30% 杂物中的AlO与顶渣中A1,O,含量的关系，由图 可见，随着顶渣中A1,O含量增加夹杂物中的 A1,O,含量也相应增加，随着渣中Al,O,含量的增 O!S/OuW 加夹杂物中AlO含量变得更加分散，分布在 20%到80%之间.在MnO-Al,O,-Si02系夹杂物中 0 46 塑性区的Al,0,含量大约是12%~28%，为达到该 810 【Als/106 范围，顶渣中AlO含量应控制在4%~8%之间. 图8计算得出的夹杂物MnO/SiO,与钢液IAs关系 实验结果表明，钢液[A]s含量对非金属夹杂 Fig.8 Calculational relation between (MnO/SiO,)and 物A1O,含量有重要的影响，以下对此问题做进 [AIls
一 5 3 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 3 年 第 ` 期 ~ 一 - 一一 一一一一 -一一 10 0 r es 内 es we se e es 一 一- 一 - - - , 1 0 0 厂 一一一 一一 —一—一 1 匕口目曰日一口 口ú 巳口目口 口日州口 ǎUO ù 6 岁 4 、ǎd “之à 口 口 口田日口 潮 0 `今 r曰州l 口尹日 口 滩一 。 瘾 口 日三声 l !|卜曰es 0 `己dnU . 2 、次ǎd N 尽 0 日盆已口二`占 es 日 匕 se es 二一 - -一 ` - - 州 一上 - - - 一 - 二 ~ 一一- - 二 2 4 6 8 10 12 14 A[ l ] s / 10 一` 图 4 夹 杂物 中 从0 , 含 t 与钢 中酸 溶铝 lIA l , 的关 系 F 啥 . 4 R山iot n b e幻叶 e n 《A】, 0 办 , a n d IA I】 s O L一一 - 上` 一一 J se ` 一 一 - - 一` 目 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 40 (A 1 2 0 , ) s %/ 图 6 夹杂物 中 A l l q 与 顶渣 中 月 . 0 : 的关 系 F ig · 6 R e la 伽 n b e wt e n (A l , O J 、 a n d (lA , O J , 不加 铝 脱 氧 的情况 下 是 由渣 中的 A 1 2 0 , 含 量控 制 的 , 图 5 是 钢 中酸 溶铝 随顶 渣 中A L0 3 含量 的变化 关系 图 , 钢 中酸 溶 铝含 量 随 A 】 2仇 含量 的增加 而 增加 , 为保 证酸溶铝含 量 低 于 s xl 沪 时 , 顶渣 中 A 1 2 0 , 应 低于 8 % . 目前我 国的帘线 钢采用 不 加铝 脱氧 , 钢 中的酸 溶 铝在经 过氢 气底 吹搅拌 后 含量 较 高 , 因而 可 以采 用低 碱度 的顶渣来 降低 和 控 制 钢 中 的酸 溶 铝 , 使 其 满 足生 成 塑 性 夹杂物 的要 求 , 这 一 技 术在 日本 神 户钢 厂 已 实践 应 用口, . 一 步理 论 计 算 . 根 据 文 献 【l] 提 供 的 1 6 0 ℃ 时 M n o 卜 A I刃 3名iq 三元 活度 和 有关 热 力 学参 数 , 计 算 出 1 60 0 ℃ 时 , 夹 杂 物中 的 A 七q 和钢 中酸 溶铝 阵1 5 的关 系和 夹 杂 物 的 M n o/ iS 认 与酸溶 铝 的关 系 , 分 别如 图 7 和 图 8 所 示 . 对 于 高碳 5 1州 M n 脱 氧 钢 , 用 5 1 一 M n 的脱氧 化 学 反应 分 别 为 : Z M n o ( s ) + [5 1] = 5 10 2 ( s ) + 2 〔M n ] , - 一 N位 0 /5 10 户。 7 — M o O /5 102 = 1 . 0 - 一 M n o/ is O 户.2 0 次、ǎd 八 蔺à l 4 l 2 二. . … . 一洲6 甲。暇ū奋ú : 岗 峥月 2 L e - se 曰` se es L` es 一一 盛- 一- 曰 - 司 0 5 10 1 5 2 0 2 5 30 3 5 (A 1刃 3 )扩% 图 5 钢 中酸 溶铝 【A l」 : 与 渣 中 (月 1 0 , ) : 的 关系 . 炉渣 碱度 为 0 . 7 1 ~ 1 . 36 F 褚 . 5 R e l a iot n )t e 幻泞 e e o I IA] , a n d (A 】l q ) s [A l} : / 1 0 一` 图 , 计 算得 出 的夹杂 物 从0 3含量 与钢 液 I胡 : 关系 F褚 . 7 C a l e u al iOt . a l 代 aI 如 n b e wt 即. (A】2仇卜 a n d 【A I】 s - 一 ( A】 2认沁二 1 5% 图 6 是 顶渣 的碱度 在 .0 7 1一 1 . 36 时 , 脱氧 类 夹 杂 物 中 的 A 1 2 0 , 与顶 渣 中 1A 2 0 , 含量 的关 系 . 由 图 可 见 , 随 着 顶 渣 中 A 1 2 O , 含 量 增 加 夹 杂 物 中 的 A九0 , 含 量 也相 应 增 加 , 随着 渣 中 A lOz 3 含 量 的 增 加 夹 杂 物 中 A 七q 含 量 变 得 更 加 分 散 , 分 布 在 20 % 到 80 % 之 间 . 在 M n C卜 A 1 2认一 iq 系夹 杂 物 中 塑 性 区 的 A 儿0 3 含 量大 约 是 12 % ~ 28 % , 为 达 到 该 范 围 , 顶 渣 中 A儿仇 含 量 应控 制 在 4 % 一 8 % 之 间 . 实验 结果 表 明 , 钢 液 lA[ 〕 s含量对 非金 属 夹 杂 物 A LO , 含 量 有 重 要 的影 响 , 以下对 此 问题 做进 0 l ot 一 — - 一 - 一一 ~ 一 一一占 - 一~ — 一一一 ,口 0 2 4 6 8 1 0 [A I ] s / 10 一 6 图 8 计 算得 出的夹 杂物 M n o ls i o : 与 钢液 IA 】1 。 关系 F 哈8 C a l e u 肠ito n a l 比aI 找o n b e掬韶n (M o o ls i o : ) 。 a n d IlA l s
Vol.25 No.6 王立峰等：低碱度顶渣控制帘线钢中MO-Al,O,-SiO:类夹杂物成分的实验研究 ·531, △G9=-5700-34.8T,J/mo-41 (1) 由顶渣控制的.当顶渣碱度在0.71~1.36范围内， 号AL0(6rS-SiO4g9+号[AN. 顶渣的A1O,控制在8%以内时，可以使钢液中的 △G9=219400-35.7T,J/mol1 (2) 酸溶铝[As控制在0.0005%以内. 图7为夹杂物Mn0/SiO2为0.7,1.0和2.0时， (3)当顶渣碱度在0.71~136之间时，夹杂物 夹杂物中AlO含量与钢液[A],含量之间的关系. 中AlO,含量随顶渣中AlO含量增加而增加，当 可以看到，夹杂物中AlO含量随[A]s含量增加 顶渣中AlO,含量低于8%时，夹杂物中Al,O含 而增加，当夹杂物的MnO/Si0=1.0时，A,O,含量 量低于28%，能满足塑性区中AlO,含量的要求. 为12%~28%，与此对应的钢液[Als含量为 (4)通过热力学计算可知，为得到塑性的 0.0002%~0.0005%,与本实验得到的夹杂物 MnO-AlO,-SiO2类夹杂物，钢液中酸溶铝As应 Al,O含量与钢液[As的关系基本相符 控制在0.0002%~0.0005%之间，与实验结果基 由图6看到，本次实验MnO-SiOz-AlO,系大 本符合. 多数夹杂物偏离塑性夹杂物成分区的另一个原 (5)用低碱度渣来控制钢中酸溶铝的含量进 因是夹杂物的MnO/SiO2比偏低.图8为实验得到 而控制MnO-Al,O,-SiO2类夹杂物成分的方法在 的夹杂物MnO含量与钢液[A]s之间的关系，可 实践上是可行的 以看到，夹杂物MnO/SiO,含量比随[A小s含量增加 参考文献 而增加，当夹杂物中的A,0含量在20%时，为了 使MnO/SiO2在0.5-2.0内，那么钢液中酸溶铝则 1 Suito H,Inoue R.Thermodynamics on control of in- clusions compositions in ultra-clean steel [J].ISIJ Int, 应在0.00015%~0.00055%内.综合考虑[As对夹 1996,36(5:528 杂物Al,O,含量和MnO/SiO2比的影响，钢液[Al]s 2 Maeda S,Soejima T,Saito T,et al.Shape control of in- 含量应控制在0.0002%~0.0005%左右. clusions in wire robs for high tensile tire by refining with synthetic slag [A].1989 Steelmaking Conference Pro- 4结论 ceedings [C].Chicaco,1989.379 3 Elliott J F,Gleiser M,Ramakrishna V.Thermochemistry (1)夹杂物中A2O,含量随着钢液中酸溶铝含 for Steelmaking II [M].London:Sddision-Wesley Pub 量增加而增加，当夹杂物A10,含量为12%~28% Co,Reading Mass,1963 时，钢液[A含量应控制在0.0003%~0.0005%. 4 Turkdogan E T.Physical Chemistry of High Temperature (②)在采用硅脱氧的条件下，钢中的酸溶铝是 Technology [M].New York:Academic Press,1980 Composition Control of CaO-SiO2-Al2O,-MgO Inclusion by Using Low Basic Top Slag for Tire Cord Steel in Laboratory WANG Lifeng,ZHANG Jiongming,WANG Xinhua,JIN Qingfeng Metallurgy School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The effect of top slag composition on MnO-ALO,-SiO inclusion composition was studied by con- trolling the condition of deoxidization and the composition of top slag in an experimental furnace in which the tire cord steel were melt.The Al2O,content in the inclusion increased with the Al,O,content of top slag increasing while the basicity of top slag was within 0.7~1.36.Plastic MnO-AlO,-SiO inclusion existed while the Al2O,content of top slag was below 8%.The composition of MnO-ALO,-SiO,inclusion can be controlled within the plastic area by controlling the condition of deoxidization and the composition of top slag KEY WORDS tire cord steel;inclusion;top slag;deoxidization
、 b l .2 5 N 0 . 6 王立峰 等 : 低 碱度 顶渣 控 制帘线 钢 中 M n O 一LOJ 名iO : 类夹 杂物成 分 的实 验研 究 △嘴 = 一 5 7 0 0 一 3 4 . 8 T, J /m o l t ,确 ! ( l ) 号 A ` 2 0 3 ( s ) + : S` , 一 S` 0 2 ` s ,号A[ 1 △伏 = 2 19 4 0 0一 3 5 . 7 ,T J/m o l ` z , ` , ( 2 ) 图 7 为 夹杂 物 M n o / 51 0 2 为 .0 7 , 1 0 和 .2 0 时 , 夹 杂物 中1A 2 O , 含量 与钢 液 A[ l] , 含 量之 间 的关系 . 可 以看到 , 夹 杂物 中 1A 2 q 含 量 随 A[ l] , 含 量增 加 而 增 加 , 当夹 杂物 的 M n O / 51 0 2司 . 0 时 , A LO , 含 量 为 12 % 一 2 8% , 与此 对 应 的钢 液 A[ l] , 含 量 为 .0 0 0 0 2% 一 .0 0 00 5% , 与 本 实 验 得 到 的 夹 杂 物 A 儿。 , 含量 与 钢液 队lJ , 的 关系 基本 相 符 . 由图 6 看 到 , 本 次 实验 M n (〕一 5 10 厂 A 1 2 O , 系大 多 数 夹杂 物 偏 离塑 性 夹 杂 物成 分 区 的 另 一 个原 因是 夹 杂物 的 M n O /51 0 2 比偏低 . 图 8 为 实验 得到 的夹 杂 物 M n O 含 量 与钢 液 [A I] s 之 间的 关系 , 可 以看 到 , 夹杂 物 M n o/ iS 0 2含 量 比随 [lA ] s 含 量增 加 而增 加 , 当夹杂物 中的 A 1 2 O 3含 量 在 20 % 时 , 为 了 使 M no s/ 10 2 在 .0 5一2 . 0 内 , 那 么钢 液 中酸 溶铝 则 应 在 0 . 00 0 巧% 一 .0 0 0 0 5 5% 内 . 综合 考虑 A[ 1 5对 夹 杂 物 A 1 2 O , 含 量和 M l l O / 5 10 2 比的影 响 , 钢 液 [A I] s 含 量 应控 制在 .0 0 0 2% 一 .0 0 0 5% 左 右 . 由顶 渣 控制 的 . 当顶渣 碱度 在 .0 71 一 1 . 36 范 围 内 , 顶 渣 的 1A 2 O , 控 制在 8 % 以内 时 , 可 以使钢 液 中 的 酸 溶 铝 A[ l] 。 控 制 在 .0 0 0 5 % 以 内 . (3 ) 当顶 渣碱 度 在 .0 71 一 1 . 36 之 间 时 , 夹 杂 物 中 A七O , 含量 随 顶 渣 中 A几O , 含 量增 加 而 增加 , 当 顶渣 中 A 1 2O , 含 量 低 于 8 % 时 , 夹 杂 物 中 A 1 2 O 。含 量低 于 28 % , 能满足 塑 性 区 中 A LO , 含 量 的要 求 . (4 ) 通 过 热 力 学 计 算 可 知 , 为 得 到 塑 性 的 M n O - A 1 2O 3一51 0 2 类 夹杂 物 , 钢 液 中酸溶 铝 [lA ] , 应 控制 在 .0 00 2 % 一 .0 0 0 5 % 之 间 , 与 实验 结 果基 本符 合 . (5) 用 低 碱度 渣 来控 制 钢 中酸 溶铝 的 含量 进 而控 制 M n O戒LO 广51 0 2 类 夹 杂 物成 分 的 方法 在 实践 上是 可行 的 . 参 考 文 献 4 结 论 ( l) 夹 杂物 中 1A 2 O 3含 量随 着钢 液 中酸 溶 铝含 量 增加 而增 加 , 当夹 杂物 A 1 2 O , 含 量 为 12 % 一 28 % 时 , 钢 液协1 、 含 量应 控 制在 .0 0 0 3% 一 .0 0 0 5 % . (2 )在 采用 硅脱 氧 的条件 下 , 钢 中的酸 溶铝 是 S u i t o H , I n o u e R . hT emr o d y n am i e s on c o n tr o l o f i n - c l u s i o n s e o m P o s i t i o n s i n u l t r a e c l e即 s t e e l [JI . I S IJ In t , 1 9 96 , 3 6 ( 5 ) : 5 2 8 M ae d a S , S o ej im a T, S a i t o ,T e t al . Sh ap e e o n t r o l o f i n - e l u s i o n s i n w ier r o b s of r h ihg t e n s i l e ti r e by r e if n i gn w iht s y n th et i e s lag IA ] . 19 8 9 S t e e lm adl gn C o n fe r e n c e P r o - e e e di n g s [ C ] . C hi e a e o , 1 9 8 9 . 3 7 9 E ll iot J F, G l e i s e r M , R力 n l a k r i s hn a V hT e mr o c h e m i s ytr fo r S t e e ln ak ing 11 [M ] . L o n d o n : S ddi s i o n 一 We s l e y Pu b C o , eR a d i n g M a s s , 19 6 3 uT kr d o g an E .T P hy s i e a l C h em i s好 o f H i g h eT m eP ar t uer eT e hn o l o gy 汇M ] . N e w Y 亡r k : A e ad em i e Per s s , 19 80 肚贾工f黔七、鱿岁仁塞 ù渝歼贾龄沈趾烈卜 C o m P o s it i o n C o ntr o l o f C a O 一 5 10 2一 A 1 2 O 3 一 M g O I n c ut s i o n by U s i n g L o w B a s i c oT P S l a g fo r iT er C o dr S t e e l i n L a b o r a t o yr 恻刀G L 诉 n g, ZI 例刀 G iJ 口” g m i gn, 删 N G iX hn au , 刀浑 Qi n gfe ng M e t a ll l l r g y S e h o o l , U n i v e rs ity o f s e i e n e e 跳d T七e h n o l o g ) B e ij in g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T hT e e fe e t o f t o P s l a g e o m P o s it ion o n M nO 一 A 1 2 O 3一 5 10 : i cn l u s i o n e o m P o s i t i o n w a s s t u d i e d b y e o n - tr o ll ign ht e e o n d i t i o n o f de o x i d i z iat o n an d ht e e o m p o s i t i o n o f t oP s l a g in an e xP ierm e ant l fu m a c e in hw i e h hte it re e o r d s te e l we re m e lt . hT e A 1 2 O , e o n t e n t i n ht e in e l u s i on in e r e a s e d w i ht het A 1 2 O 。 e o n te nt o f t oP s l昭 in e er a s i n g w h il e th e b a s i e iyt o f t o P s l a g wa s w i ht i n 0 . 7一 1 . 3 6 . P l a s ti e M n O 一 A 1 2 O 。 一 5 10 2 i cn l u s ion e x i s t e d hw il e th e A 1 2 O 〕 e on te n t o f t o P s lag w a s b e l o w s % . hT e e o m P o s it i o n o f M n O 一 A LO 3一 5 10 2 in c lsu i o n c an b e c o ntr o l l e d 诚ht i n ht e Pl a s ti e aer a b y e o n tr o llin g het e o dn iit o n o f de o x iid z at i o n a n d het e o m P o s it i o n o f ot P 5 1眼 · K E Y W O R D S t i r e e or d s t e e l; i n c lsu i o n : tOP s lag ; d e o x id i z iat on
