MgO含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO熔渣中液态相影响的模拟

第36卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.36 Suppl.1 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 Mg0含量对CaO-Sio2一A仙，O3-Mg0熔渣中液态相影 响的模拟 林腾昌2)四，朱荣12)，王成杰12，李超2，李明钢2) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:lintengchang(@126.com 摘要运用Factsage软件模拟了Mg0含量对Ca0-SiO2-Al,0,-Mg0熔渣中液相区的影响.结果表明，随着Ca0-SiO2一 A山，0，-Mg0渣中Mg0含量增加，渣中低熔点液相区整体向低Ca0高Si02区移动.相图中1500℃液相区比例由0%Mg0(质 量分数)时的25.05%上升至9%Mg0(质量分数)时的52.69%，而后降至15%Mg0时的46.70%.相图中1400℃液相区比 例由3%Mg0时的14.41%上升至11%Mg0时的34.39%，而后降至15%Mg0时的31.04%.相图中1300℃液相区比例由 5%Mg0时的5.57%上升至14%Mg0时的11.02%，而后降至15%Mg0时的10.50%.相图中1200℃液相区域比例在Mg0 为0-6%时为零，由7%Mg0时的0.88%上升至11%Mg0时的1.22%，在Mg0为13%-15%时降为零.模拟结果可对以 Ca0-Si02-A山，0，-Mg0为基本组元配置炼钢渣系的成分选择提供有效指导. 关键词CaO-SiO2一Al203-Mg0熔渣：Mg0:液相区 分类号TF524 Simulation on influence of Mgo content on liquid phase in CaO-SiO,Al,O,- Mgo slag LIN Teng-chang,ZHU Rong,WANG Cheng jie,LI Chao,LI Ming-gang 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:lintengchang@126.com ABSTRACT The influence of MgO content on liquid phase in Cao-SiO2AL,O,-Mgo slag system was simulated by Factsage software. The results show that,with increase of Mgo content in Cao-SiOAl2O,-Mgo slag,the low melting point liquid area moves forward 'low Cao high Si'area.1500C liquid area ratio of phase diagram rises from 25.05%of0%Mgo (mass fraction)to 52.69%of 9%Mg0,and drops to 46.70%of 15%Mg0.1400 C liquid area ratio of phase diagram rises from 14.41%of 3%MgO to 34.39% of 11%Mgo,and drops to 31.04%of 15%Mgo.1300 C liquid area ratio of phase diagram rises from 5.57%of 5%Mgo to 11.02%of 14%Mgo,and drops to 10.05%of 15%Mg0.1200 C liquid area ratio of phase diagram is 0 when Mgo content during 0 to 6%,and rises from 0.88%of 7%Mgo to 1.22%of 11%Mg0,then changes to 0 when Mgo content during 13%to 15%. Simulation results provide an effective guidance for composition selection of steelmaking slag with the CaO-SiO,Al,O,MgO components as the basic configuration. KEY WORDS Cao-Si02-Al2O3-Mgo slag;MgO:liquid region 为使得治金过程高效顺利进行，渣系成分的选 具备良好的流动性，可有效吸附钢中夹杂物，提高脱 择及低熔点控制是重要研究内容之一.低熔点炉渣 磷脱硫效率，减少脱气时间及避免钢液二次氧化等， 收稿日期：2013-11-20 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.s1.029:http://journals.ustb.edu.cn

第 36 卷 增刊 1 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 Suppl． 1 Apr． 2014 MgO 含量对 CaO--SiO2 --Al2 O3 --MgO 熔渣中液态相影 响的模拟 林腾昌1，2) ，朱 荣1，2) ，王成杰1，2) ，李 超1，2) ，李明钢1，2) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: lintengchang@ 126． com 摘 要 运用 Factsage 软件模拟了 MgO 含量对 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 熔渣中液相区的影响． 结果表明，随着 CaO--SiO2 -- Al2O3 --MgO 渣中 MgO 含量增加，渣中低熔点液相区整体向低 CaO 高 SiO2 区移动． 相图中 1500 ℃液相区比例由 0% MgO( 质 量分数) 时的 25. 05% 上升至 9% MgO( 质量分数) 时的 52. 69% ，而后降至 15% MgO 时的 46. 70% ． 相图中 1400 ℃ 液相区比 例由 3% MgO 时的 14. 41% 上升至 11% MgO 时的 34. 39% ，而后降至 15% MgO 时的 31. 04% ． 相图中 1300 ℃ 液相区比例由 5% MgO 时的 5. 57% 上升至 14% MgO 时的 11. 02% ，而后降至 15% MgO 时的 10. 50% ． 相图中 1200 ℃液相区域比例在 MgO 为 0 ～ 6% 时为零，由 7% MgO 时的 0. 88% 上升至 11% MgO 时的 1. 22% ，在 MgO 为 13% ～ 15% 时降为零． 模拟结果可对以 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 为基本组元配置炼钢渣系的成分选择提供有效指导． 关键词 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 熔渣; MgO; 液相区 分类号 TF524 Simulation on influence of MgO content on liquid phase in CaO-SiO2-Al2O3- MgO slag LIN Teng-chang1，2)  ，ZHU Ｒong1，2) ，WANG Cheng-jie 1，2) ，LI Chao 1，2) ，LI Ming-gang1，2) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: lintengchang@ 126． com ABSTＲACT The influence of MgO content on liquid phase in CaO-SiO2-Al2O3-MgO slag system was simulated by Factsage software． The results show that，with increase of MgO content in CaO-SiO2-Al2O3-MgO slag，the low melting point liquid area moves forward ‘low CaO high SiO2’area． 1500 ℃ liquid area ratio of phase diagram rises from 25. 05% of 0% MgO ( mass fraction) to 52. 69% of 9% MgO，and drops to 46. 70% of 15% MgO． 1400 ℃ liquid area ratio of phase diagram rises from 14. 41% of 3% MgO to 34. 39% of 11% MgO，and drops to 31. 04% of 15% MgO． 1300 ℃ liquid area ratio of phase diagram rises from 5. 57% of 5% MgO to 11. 02% of 14% MgO，and drops to 10. 05% of 15% MgO． 1200 ℃ liquid area ratio of phase diagram is 0 when MgO content during 0 to 6% ，and rises from 0. 88% of 7% MgO to 1. 22% of 11% MgO，then changes to 0 when MgO content during 13% to 15% ． Simulation results provide an effective guidance for composition selection of steelmaking slag with the CaO-SiO2-Al2O3-MgO components as the basic configuration． KEY WOＲDS CaO-SiO2-Al2O3-MgO slag; MgO; liquid region 收稿日期: 2013--11--20 DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． s1． 029; http: / /journals． ustb． edu． cn 为使得冶金过程高效顺利进行，渣系成分的选 择及低熔点控制是重要研究内容之一． 低熔点炉渣 具备良好的流动性，可有效吸附钢中夹杂物，提高脱 磷脱硫效率，减少脱气时间及避免钢液二次氧化等

增刊1 林腾昌等：Mg0含量对CaO-SiO2一A山，O3-Mg0熔渣中液态相影响的模拟 ·157· 是钢液良好洁净度的保证).治金过程中低熔点 括专用渣系，如易切削钢精炼渣（如表1所示），而 预熔渣与渣系优化研究等一直是近年来的研究热 不同钢种的液相线温度也会对连铸中间包覆盖剂的 点，本文基于对治金过程中渣系的调研，分析了 熔点要求稍有差异（见表2）.综合来看，这些渣系 各渣系间的共同点，运用Factsage热力学软件模拟 间的共同特点为均以Ca0-SiO2一AL,03-Mg0为基 了Mg0含量对Ca0-SiO2-Al,03-Mg0四元渣系液 本组元，不同工位渣系中四个组元的应用比例具有 相区的影响规律 一定差异，另外含有Fe0、Mn0、Cr203、TiO2、氟化物 等.其中转炉渣和电炉渣中含Ca0较高，另含质量 1炼钢过程中典型渣系及共同特点 分数为15%~20%的Fe0,普通精炼渣中含Ca0较 炼钢过程中有转炉渣、电炉渣、预熔渣、LF精炼 高，预熔精炼渣中含较高的A山，0，中间包覆盖剂和 渣、中间包覆盖剂和结晶器保护渣等，特殊钢种还包 结晶器保护渣中含Ca0、Si0,较高D) 表1典型渣系中Ca0-Si02-A山，0-Mg0组元构成（质量分数）- Table 1 Composition constituent of typical slag of Ca0-Si02Al2O3-Mgo % 渣系 Cao Si02 A203 Mgo 备注 转炉、电炉渣 40-60 10-20 15 5~15 无氟 洁净钢精炼渣 50~70 10-20 10~30 5~15 预熔精炼渣 40-50 0~10 35w45 0~8 无氟 中间包覆盖剂 20~25 25~30 15 10~20 含氟 结品器保护渣 25-30 30~35 12w15 1~3 传统含氟 结晶器保护渣 25-35 30-40 26 15 无氟 表2不同钢种液相线温度 Table 2 Liquidus temperature of different steels 钢种成分（质量分数）/% 钢种 液相线/℃ Si Mn Cr G Mo 公 Al Cu 28MnCr5 0.28 0.10 0.70 0.03 0.03 0.90 0.010 0.01 0 0.0210 0 1509 GCrl5 1.00 0.25 0.35 0.02 0.021.550.3000 0 0.0015 0.25 1460 20CrMn'TiH 0.20 0.27 0.10 0.02 0.02 1.20 0 0 0.8 0.0210 0.05 1500 20CrMoH 0.20 0.27 0.75 0.02 0.02 1.050 0.20 0 0.0200 0 1513 45* 0.450.27 0.65 0.03 0.03 0.020.025 0 0.0200 0.02 1498 2 渣系数值模拟与结果分析 了含有SS0,P0,C03FCH0H-H,0稀溶质 SiO2-Ca0-Al20,-Cu20-Fe0-MgO-NaO-K2O- 对于物质一定但与外界有能量交换的体系（封 Ti02-Ti203-Fe203-Zr02-Cr0-Cr203-Ni0- 闭体系)，恒温恒压过程总是朝吉布斯(Gbs)自由 B203Pb0-Zn0熔体体系)对Ca0-Si02-AL,03- 能降低的方向进行，平衡状态下体系总的吉布斯自 Mg0系溶液进行了多元多相平衡计算，分析了Mg0 由能最低，每一组元在各相中的化学位相等.基于 此原理可实测二元相图或三元相图的一些截面，再 含量变化对渣系液态区域的影响规律.Ca0-SiO,- 用低元系的相图与热力学数据外推（科勒外推法、 AL,03-Mg0渣中Mg0质量分数在0~15%范围内 科里内特外推法和姆拉努外推法)，计算多元相平 波动时，炉渣中不同温度液相区的模拟结果如图1 衡对实际材料设计与工艺条件优化很重要的.众 所示. 多研究表明，熔渣的成分是影响渣系熔点、黏度及渣 由图1的模拟结果可知，当Ca0-Si02-A山，03- 中组元活度等性能的重要因素，直接影响了炼钢用 Mg0渣中Mg0含量为0时，只有1500℃液相区而 炉渣的渣况6-9 无1400℃液相区.当Mg0含量为3%时，渣中出现 本节运用Factsage软件的FACT6.3化合物数 1400℃液相区.当Mg0含量为5%时，渣中出现 据库（超过4400种化合物）中的溶液数据库（包括 1300℃液相区.当Mg0含量为7%时，渣中出现

增刊 1 林腾昌等: MgO 含量对 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 熔渣中液态相影响的模拟 是钢液良好洁净度的保证［1--3］． 冶金过程中低熔点 预熔渣与渣系优化研究等一直是近年来的研究热 点［4--6］，本文基于对冶金过程中渣系的调研，分析了 各渣系间的共同点，运用 Factsage 热力学软件模拟 了 MgO 含量对 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 四元渣系液 相区的影响规律． 1 炼钢过程中典型渣系及共同特点 炼钢过程中有转炉渣、电炉渣、预熔渣、LF 精炼 渣、中间包覆盖剂和结晶器保护渣等，特殊钢种还包 括专用渣系，如易切削钢精炼渣( 如表 1 所示) ，而 不同钢种的液相线温度也会对连铸中间包覆盖剂的 熔点要求稍有差异( 见表 2) ． 综合来看，这些渣系 间的共同特点为均以 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 为基 本组元，不同工位渣系中四个组元的应用比例具有 一定差异，另外含有 FeO、MnO、Cr2O3、TiO2、氟化物 等． 其中转炉渣和电炉渣中含 CaO 较高，另含质量 分数为 15% ～ 20% 的 FeO，普通精炼渣中含 CaO 较 高，预熔精炼渣中含较高的 Al2O3，中间包覆盖剂和 结晶器保护渣中含 CaO、SiO2 较高［7 --8］． 表 1 典型渣系中 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 组元构成( 质量分数) ［9--14］ Table 1 Composition constituent of typical slag of CaO-SiO2 -Al2O3 -MgO % 渣系 CaO SiO2 Al2O3 MgO 备注 转炉、电炉渣 40 ～ 60 10 ～ 20 1 ～ 5 5 ～ 15 无氟 洁净钢精炼渣 50 ～ 70 10 ～ 20 10 ～ 30 5 ～ 15 — 预熔精炼渣 40 ～ 50 0 ～ 10 35 ～ 45 0 ～ 8 无氟 中间包覆盖剂 20 ～ 25 25 ～ 30 1 ～ 5 10 ～ 20 含氟 结晶器保护渣 25 ～ 30 30 ～ 35 12 ～ 15 1 ～ 3 传统含氟 结晶器保护渣 25 ～ 35 30 ～ 40 2 ～ 6 1 ～ 5 无氟 表 2 不同钢种液相线温度 Table 2 Liquidus temperature of different steels 钢种 钢种成分( 质量分数) /% C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Al Cu 液相线/℃ 28MnCr5 0. 28 0. 10 0. 70 0. 03 0. 03 0. 90 0. 010 0. 01 0 0. 0210 0 1509 GCr15 1. 00 0. 25 0. 35 0. 02 0. 02 1. 55 0. 300 0 0 0. 0015 0. 25 1460 20CrMnTiH 0. 20 0. 27 0. 10 0. 02 0. 02 1. 20 0 0 0. 8 0. 0210 0. 05 1500 20CrMoH 0. 20 0. 27 0. 75 0. 02 0. 02 1. 05 0 0. 20 0 0. 0200 0 1513 45# 0. 45 0. 27 0. 65 0. 03 0. 03 0. 02 0. 025 0 0 0. 0200 0. 02 1498 2 渣系数值模拟与结果分析 对于物质一定但与外界有能量交换的体系( 封 闭体系) ，恒温恒压过程总是朝吉布斯( Gibbs) 自由 能降低的方向进行，平衡状态下体系总的吉布斯自 由能最低，每一组元在各相中的化学位相等． 基于 此原理可实测二元相图或三元相图的一些截面，再 用低元系的相图与热力学数据外推( 科勒外推法、 科里内特外推法和姆拉努外推法) ，计算多元相平 衡对实际材料设计与工艺条件优化很重要［15］． 众 多研究表明，熔渣的成分是影响渣系熔点、黏度及渣 中组元活度等性能的重要因素，直接影响了炼钢用 炉渣的渣况［16--19］． 本节运用 Factsage 软件的 FACT6. 3 化合物数 据库( 超过 4400 种化合物) 中的溶液数据库( 包括 了含有 S--SO4--PO4--CO3 --F--Cl--I--OH--H2O 稀溶质 的 SiO2 --CaO--Al2O3 --Cu2O--FeO--MgO--Na2O--K2O-- TiO2 -- Ti2O3 -- Fe2O3 -- ZrO2-- CrO-- Cr2O3 -- NiO-- B2O3 --PbO--ZnO 熔体体系) 对 CaO--SiO2 --Al2O3 -- MgO 系溶液进行了多元多相平衡计算，分析了 MgO 含量变化对渣系液态区域的影响规律． CaO--SiO2-- Al2O3 --MgO 渣中 MgO 质量分数在 0 ～ 15% 范围内 波动时，炉渣中不同温度液相区的模拟结果如图 1 所示． 由图 1 的模拟结果可知，当 CaO--SiO2 --Al2O3 -- MgO 渣中 MgO 含量为 0 时，只有 1500 ℃ 液相区而 无 1400 ℃液相区． 当 MgO 含量为 3% 时，渣中出现 1400 ℃ 液相区． 当 MgO 含量为 5% 时，渣 中 出 现 1300 ℃ 液相区． 当 MgO 含量为 7% 时，渣 中 出 现 ·157·

·158 北京科技大学学报 第36卷 CaO Cao (Mgo)=09 0.9 0.1 0.94 0.1 (MgO)=1% 0.8 0.2 0.8 0.2 03 0.7 0.3 0.7 0.4 0.5 500 0.5 0.4 150 0 0.6 04/go 0.6 03 0.7 0.34 0.7 0.2 0.8 0.2 1500 0.8 0.1 09 0.1 0.9 A1,00.908070605d40.3020isi0 A1,00.90.80.70.60.50.40.30.20 质量分数 质量分数 Cao Cao 0.9 0.1 0.9 01 0.8 0.8 0.2 1u(Mg0=29% 0.2 0.7A 0. Mg0)=3% 0.7k 03 04 0.4 0.5 140 质量分 0.4 0 0.5 0.5 1450 150 30. 140 0.4 06要 0.3 0.7 0.3∠ 0.7 0.2 0.8 0.2 1500 1450 0.8 0.1 0.9 0.1f 09 AL,0,0.90.80.70.60.50.4030i20 AL,0,090.8070.60504030201si0, 质量分数 质量分数 Cao Cao 0.90.1 w(Mg0)=4% 0.8 0.2 0.2 0.7/ 0 uMg0=5%0.8 0.7 0.3 1500 04 0.4 0.5 1450 06垂 05w 0.4 1450 06 0.3 1350 0.7 0.3 0.7 【450 0.2 0.8 0.2 1500 0.8 0.1 0.9 0.1 0.9 A1,0,d9080.70i6050.40.3020si0 A1,0,0.90.80.70.60.5040.30.20.1 5i02 质量分数 质量分数 Cao CaO 0.9 0.1 09/01 0.8 0.2 0.8 0.2 w(MgO)=6% 0.7 0.3 w(Mg0)=7% 0.7 0 龄0 1400 50 04 0.6华 0 05华 0.4 0.6 0.3 0.7 0.3 0.7 0.2 150 0.8 0.2 1200) 30.8 0.1 0.9 0.1 0.9 500 41,0,0.9080.70.60504030.20.isi0 A1,0,0.9080.70i600403020isi0, 质量分数 质量分数

·158· 北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷

增刊1 林腾昌等：Mg0含量对CaO-SiO2一A山，O3-Mg0熔渣中液态相影响的模拟 ·159· Cao CaO 0.9 0.1 0.9 0.1 (MgO)=8% 0.8 0.2 uMg0)=99%0.8 0.2 0.7 0 0.7 0.3 04色经 0.4 1400 1400. 800.5 0.4 1400 06 0.3 0.7 0.3 501450 1300 0.7 0.2 0.8 0.2 200 0.8 0.1 500 0.9 0.1 s00 0.9 Al,O, 0.90.80.70.60.50.40.30.20.1si0 A1,0 0.908070.6050.40.30.20.1s0, 质量分数 质量分数 Cao Cao 0.9 0.1 0.9 0.1 (MgO=10% 0.8 0.2 0.84 02 w(MgO)=11% 0.7 0.3 0.7 0.3 s05 0.4色 0.4色 1350 。s 1350 05 1350 w06磨 0.3 0.7 0.3f 1200 08 0.2 20 07 0.2 7 0.8 0.1 0.9 0.1 0.9 A1,0,090.80.70.6050.4030.20 SiO. A1,00.90.80.70.6050.40.30.20.1s0 质量分数 质量分数 Cao Ca0 0.9 0.1 0g1 0.1 (Mg0户=12% 0.8 0.2 0.8 0.2 (MgO)=13% 0.7 0.3 0.7 0.3 0.4 0.4 5000.5 0.4 45006腰 04/ 1350 0.34 博” 0.7 0.3 07 0.2 0.8 0.2 0.8 1250 0.1 0.9 0.14 0.9 A1,00.90.80.70.6050.40信020 A1,0,0.90.80.70.60.50.40.30.20.1 Sio. 质量分数 质量分数 Cao Cao 0.9 01 09 0.1 w(0Mg0)-14% 0.8 0.2 0.8 0.2 Mg0)=l5% 07 0.3 7 0.3 分数 0.6 0.4 04色 005 a6 .4 13503s0 00.6苹 05 0.41300 06 0.34 0.7 0.3 0.7 0.2 0.8 0.2 0.8 0.1 0.9 0.1 0.9 A1,0,0.90.80.70.60.50.40.3020.si0 A1,0,0.90.80.70.60504030.201s0, 质量分数 质量分数 图1不同Mg0含量时Ca0SiO2一Al203-Mg0渣系模拟结果 Fig.1 Simulation results of Cao-Si02l2O,-Mgo slag with different contents of Mgo

增刊 1 林腾昌等: MgO 含量对 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 熔渣中液态相影响的模拟 图 1 不同 MgO 含量时 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 渣系模拟结果 Fig． 1 Simulation results of CaO-SiO2 -Al2O3 -MgO slag with different contents of MgO ·159·

·160 北京科技大学学报 第36卷 1200℃液相区.当Mg0含量为13%时，渣中1200℃ A山，O3-Mg0为基本组元的钢渣低熔点液相区模拟， 液相区消失.Ca0-SiO2一AL,03-Mg0相图中的低 对渣的基础成分选择、渣系控制路线优化、无氟及低 熔点液相区随着Mg0含量的增加整体向低CaO高 氟渣的开发起到一定的指导作用. Si02区移动. 1400 ·。炉渣熔点 12 由模拟结果计算得到图2中不同目标温度时相 ·最低熔点时MgO含量 11 图中低熔点区域比例变化趋势.由图可知，随着渣 51350 0 10 中Mg0含量的增加，相图中1500℃液相区比例由 9 0%Mg0时的25.05%上升至9%Mg0时的 120- 8 52.69%,而后降低至15%Mg0时的46.70%.相图 模拟：CaO-SiO-ALO-MgO 7 对比1：Ca0-Si0,-A0,-Mg0-0.5% 中1400℃液相区域由3%Mg0时的14.41%上升至 Mn0-0.5%Fe0 6 11%Mg0时的34.39%，而后降低至15%Mg0时 对比2：CaO-Si0-Al,0-Mg0- 1100 MnO-FeO-FeO,-2%CaF 的31.04%.相图中1300℃液相区域比例由5% 1050 Mg0时的5.57%上升至14%Mg0时的11.02%，而 模拟 对比1 对比2 3 后降低至15%Mg0时的10.50%.相图中1200℃ 图3四元渣模拟结果与多元渣实测结果对比 Fig.3 Compare of slag simulation results with multiple slag test re- 液相区域比例由7%Mg0时的0.88%上升至11% sults Mg0时的1.22%，而后减低至12%Mg0时的 1.04%,当Mg0继续增加时，1200℃液相区消失. 3 结论 504 o-1009 400 a-1300C (1)当Ca0-Si02-Al,03-Mg0渣中Mg0含量 40 为0时，只有1500℃液相区而无1400℃液相区；当 30 Mg0含量为3%时，渣中出现1400℃液相区：当 Mg0含量为5%时，渣中出现1300℃液相区：当 Mg0含量为7%时，渣中出现1200℃液相区.相图 10 中的低熔点液相区随着Mg0含量的增加整体向低 Ca0高SiO,区移动. 0 46810121416 (2)在以Ca0-SiO2-Al,0,-Mg0为基本组元 MO的质量分数/% 配置炼钢渣系时，以1500℃为控制目标（如LF精炼 图2Ca0-SiO2-AL203-Mg0相图中不同Mg0含量时液相区域 渣)，Mg0为8%~9%时可达最大液相区；以 比例 1400℃为控制目标（如转炉渣、电炉渣等），Mg0为 Fig.2 Liquid area ratio in Ca0-Si0,Al,0-Mgo phase diagram 11%~12%时可达最大液相区：以1300℃为控制目 with different contents of Mgo 标（如中间包覆盖剂、预熔渣、精炼速熔合成渣等）， 由以上分析可知，在以Ca0-Si02一Al,0,-Mg0 Mg0为13%~14%时可达最大液相区，以渣系熔点 为基本组元配置炼钢渣系时，若以1500℃为控制目 1200℃为控制目标时，Mg0为10%~11%时可达最 标（如LF精炼渣），Mg0为8%~9%时可达最大液 大液相区 相区；若以1400℃为控制目标（如转炉渣、电炉渣 (3)Ca0-Si02一Al203-Mg0基本组元钢渣低 等)，Mg0为11%~12%时可达最大液相区；若以 熔点区域模拟，对渣系控制路线、无氟及低氟渣的开 1300℃为控制目标（如中间包覆盖剂、预熔渣、精炼 发、渣的基础成分选择方面起到很好的指导作用. 速熔合成渣等)，Mg0为13%~14%时可达最大液 相区；若以渣系熔点1200℃为控制目标时，Mg0为 参考文献 10%~11%时可达最大液相区. [1]Yang X M,Jiao J S,Ding R C,et al.A thermodynamic model for 增加渣系中组元（如Fc0、Fe,0,等）和加入氟 calculating sulphur distribution ratio between Cao-Si02-Mgo- 化物均会降低渣的熔点，渣系模拟结果与实测结果 Al2O:ironmaking slags and carbon saturated hot metal based on 的对比见图3.由图可知，实测实验中渣的配比均未 the ion and molecule coexistence theory.IS/J Int,2009,49(12): 1828 达到多元渣系的最低熔点，不同渣系中在最低熔点 Kang Y J,Sichen D,Morita K.Activities of Si0 in some Ca0- 时渣中Mg0含量也有差异.因此，以Ca0-SiO2- Al2O3iO(-10%Mgo)melts with low SiOz contents at 1873

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 1200 ℃液相区． 当 MgO 含量为13% 时，渣中1200 ℃ 液相区消失． CaO--SiO2 -- Al2O3 --MgO 相图中的低 熔点液相区随着 MgO 含量的增加整体向低 CaO 高 SiO2 区移动． 由模拟结果计算得到图 2 中不同目标温度时相 图中低熔点区域比例变化趋势． 由图可知，随着渣 中 MgO 含量的增加，相图中 1500 ℃ 液相区比例由 0% MgO 时 的 25. 05% 上 升 至 9% MgO 时 的 52. 69% ，而后降低至 15% MgO 时的 46. 70% ． 相图 中1400 ℃液相区域由3% MgO 时的14. 41% 上升至 11% MgO 时的 34. 39% ，而后降低至 15% MgO 时 的 31. 04% ． 相图中 1300 ℃ 液相区域比例由 5% MgO 时的5. 57% 上升至14% MgO 时的11. 02% ，而 后降低至 15% MgO 时的 10. 50% ． 相图中 1200 ℃ 液相区域比例由 7% MgO 时的 0. 88% 上升至 11% MgO 时 的 1. 22% ，而 后 减 低 至 12% MgO 时 的 1. 04% ，当 MgO 继续增加时，1200 ℃液相区消失． 图 2 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 相图中不同 MgO 含量时液相区域 比例 Fig． 2 Liquid area ratio in CaO-SiO2 -Al2O3 -MgO phase diagram with different contents of MgO 由以上分析可知，在以 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 为基本组元配置炼钢渣系时，若以 1500 ℃ 为控制目 标( 如 LF 精炼渣) ，MgO 为 8% ～ 9% 时可达最大液 相区; 若以 1400 ℃ 为控制目标( 如转炉渣、电炉渣 等) ，MgO 为 11% ～ 12% 时可达最大液相区; 若以 1300 ℃为控制目标( 如中间包覆盖剂、预熔渣、精炼 速熔合成渣等) ，MgO 为 13% ～ 14% 时可达最大液 相区; 若以渣系熔点 1200 ℃ 为控制目标时，MgO 为 10% ～ 11% 时可达最大液相区． 增加渣系中组元( 如 FeO、Fe2O3 等) 和加入氟 化物均会降低渣的熔点，渣系模拟结果与实测结果 的对比见图 3． 由图可知，实测实验中渣的配比均未 达到多元渣系的最低熔点，不同渣系中在最低熔点 时渣中 MgO 含量也有差异． 因此，以 CaO--SiO2 -- Al2O3 --MgO 为基本组元的钢渣低熔点液相区模拟， 对渣的基础成分选择、渣系控制路线优化、无氟及低 氟渣的开发起到一定的指导作用． 图 3 四元渣模拟结果与多元渣实测结果对比 Fig． 3 Compare of slag simulation results with multiple slag test re￾sults 3 结论 ( 1) 当 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 渣中 MgO 含量 为 0 时，只有 1500 ℃液相区而无 1400 ℃ 液相区; 当 MgO 含量为 3% 时，渣 中 出 现 1400 ℃ 液 相 区; 当 MgO 含量为 5% 时，渣 中 出 现 1300 ℃ 液 相 区; 当 MgO 含量为 7% 时，渣中出现 1200 ℃ 液相区． 相图 中的低熔点液相区随着 MgO 含量的增加整体向低 CaO 高 SiO2 区移动． ( 2) 在以 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 为基本组元 配置炼钢渣系时，以 1500 ℃为控制目标( 如 LF 精炼 渣) ，MgO 为 8% ～ 9% 时可达最大液相区; 以 1400 ℃为控制目标( 如转炉渣、电炉渣等) ，MgO 为 11% ～ 12% 时可达最大液相区; 以 1300 ℃ 为控制目 标( 如中间包覆盖剂、预熔渣、精炼速熔合成渣等) ， MgO 为 13% ～ 14% 时可达最大液相区，以渣系熔点 1200 ℃为控制目标时，MgO 为 10% ～ 11% 时可达最 大液相区． ( 3) CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO 基本组元钢渣低 熔点区域模拟，对渣系控制路线、无氟及低氟渣的开 发、渣的基础成分选择方面起到很好的指导作用． 参 考 文 献 ［1］ Yang X M，Jiao J S，Ding Ｒ C，et al． A thermodynamic model for calculating sulphur distribution ratio between CaO-SiO2 - MgO￾Al2O3 ironmaking slags and carbon saturated hot metal based on the ion and molecule coexistence theory． ISIJ Int，2009，49( 12) : 1828 ［2］ Kang Y J，Sichen D，Morita K． Activities of SiO2 in some CaO￾Al2O3 -SiO2 ( － 10% MgO) melts with low SiO2 contents at 1873 ·160·

增刊1 林腾昌等：Mg0含量对Ca0-Sio2-A山，O3-Mg0熔渣中液态相影响的模拟 ·161· K.1 SIJ Int,2007,47(6):805 钢铁，2005,40(11)：27) B]Zhao B J,Eugene JA K,Hayes P C.Phase equilibria in the sys- [12]Deng X Y,Su D X,Ma J C,et al.LF refining slag optimization tem "Mno"Ca0-Mgo-6i0,Al,0 with Al O /Si0,weight ratio of low carbon cold heading steel.Steelmaking,2012,28 (4):13 of 0.17 and Mgo/Ca0 weight ratio of 0.25 at Mn-Si alloy satura- (邓叙燕，苏笃星，马建超，等.低碳冷墩钢LF精炼渣的优 tion.1SUmt,2006,46(11）:1594 化.炼钢，2012,28(4)：13) 4]Li S Q,Zhu R,Li S Q,et al.Kinetics about refining ultra low [13]Sun W,Wang K Z,Wen G H,et al.Optimization on mould pow- sulphur steel by using slag systems with Ba0.I Unir Sci Technol der of weathering steel beam blank continuous casting.fron Steel, Beng,2003,25(6):520 2009,44(9):28 (李素芹，朱荣，李士琦，等.含Ba0渣系精炼极低硫钢的动力 (孙维，汪开忠，文光华，等。耐候钢异型坯连铸结品器保护 学.北京科技大学学报，2003,25(6)：520) 渣性能优化研究.钢铁，2009,44(9)：28) 5]Yang F.Wu ZQ.Chen J W.Effects of w(Mgo)on high tempera- [14]Wang Q,He S P,Xie D,et al.Formation zone of fluorine-free ture properties of high alumina blast furnace slag.Res /ron Steel, mold fluxes for slab continuous casting of low carbon steel.J Unir 2011,39(1):4 Sci Technol Beijing,2008.30(5):487 (杨福，吴志清，程建文.w(MgO)对高炉高铝渣高温性能的影 (王谦，何生平，解丹，等.低碳钢板坯连铸用无氟保护渣生 响.钢铁研究，2011,39(1)：4) 成区域的研究.北京科技大学学报，2008,30(5)：487) 6]Jiang Z H,Dong Y W,Zhang X F,et al.Development and appli- 15]Ales K.Modelling of phase diagrams and thermodynamic proper- cation of premelted slag for electroslag remelting process.Special ties using Calphad method-Development of thermodynamic data- Steel,2011,32(3):17 bases.Comput Mater Sci,2013,66:3 (姜周华，董艳伍，张新法，等.电渣重熔用预熔渣的开发和应 16] Kume K,Morita K,Miki T,et al.Activity measurement of Ca0- 用.特殊钢，2011,32(3)：17) Si02AlO.s-Mgo slags equilibrated with molten silicon alloys. Sun L Y,Ren Y,Meng B C,et al.Effect of temperature and S0mt,2000,40(6):561 composition on viscosities of tundish fluxes.Bull ChinCeram Soc, 7]Wang Y H,Xie B,Diao J,et al.Solubility in citric acid of de- 2012,31(3):688 phosphorization slags from high phosphorus hot metal refining.I (孙璐艳，任耘，孟炳辰，等.温度及组成变化对中间包覆盖剂 Unin Sci Technol Beijing,2011,33(3):323 黏度的影响.硅酸盐通报，2012,31(3)：688) (王永红，谢兵，刁江，等。高磷铁水脱磷渣构溶性.北京科技 [8]Chen R H,Wang Y,Zhi JJ,et al.Development of high basicity cov- 大学学报，2011,33(3)：323) ering flux for tundish in Baosteel.Steelmaking,2005,21(1):21 [18]Andersson M A T,Jonsson P G,Nzotta MM.Application of the (陈荣欢，王妍，职建军，等.宝钢高碱度中间包覆盖剂的开 sulphide capacity concept on high-basicity ladle slags used in 发，炼钢，2005,21(1)：21) bearing-steel production./SI/Int,1999,39(11):1140 Jonsson P G,Jonsson L,Sichen D.Viscosities of LF slags and [19]Cheng Z W,Chen W Q,Li L S,et al.Influence of mold flux their impact on ladle refining.IS//Int,1997,37(5):484 property on heat transfer in mold.J Unir Sci Technol Beijing, [0]Hou G H,Li W F,Guo W,et al.Microstructure and mineral 2003,25(6):524 phase of converter slag.J Chin Ceram Soc,2008,36(4):436 (成泽伟，陈伟庆，李联生，等.保护渣性能对结品器内传热 (侯贵华，李伟峰，郭伟，等.转炉钢渣的显微形貌及矿物相 的影响.北京科技大学学报，2003,25(6)：524) 硅酸盐学报，2008,36(4)：436) D0]Cen Y Q,Chen Q Z.Orthogonal test of BOF slag melting point. [11]Zhan D P,Jiang Z H,Luo JJ,et al.RH-KTB deep desulfuriza- Jiangxi Metall,1991,11(1/2):50 tion practice using premelted slag.Iron Steel,2005,40(11):27 (岑永权，陈麒忠.转炉初渣熔点正交实验.江西治金，1991， (战东平，姜周华，罗建江，等.RH-KTB预熔渣深脱硫实践. 11(1/2):50)

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