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,114 北京科技大学学报 2009年增刊1 1工艺条件及实验方法 60 100tVD真空处理炉是杭钢电炉炼钢厂生产线 中的重要组成部分，其最低真空度可达50Pa,并在 线可调.本实验轴承钢GCl5的冶炼工艺路线为： 20 1O0tEAF(EBT)→LF→VD→CC.进VD之前，先 用铝进行脱氧并控制[A1]s在0.025%~0.040%， 2.0 2.5 3.03.54.04.55.0 碱度R 炉渣碱度控制在2.5~4.5，用定氧仪测定此时的活 度氧为(4~7)×10-6 图1VD前[A]s烧损与炉渣碱度的关系 炉渣实验总炉数为17炉，真空处理时间及真空 80 度实验为27炉，在VD前后分别取钢样和渣样进行 60 钢中[A1]s和炉渣成分的检测，最后在轧制成的钢 带上取样，用氧氨联测仪分析钢中的总氧含量，并利 用微软的EXCEL中内置的统计分析模块，对VD 20 真空处理过程温降、不同的真空时间和真空度与钢 14 161820222426 材中总氧含量的相关性进行回归分析， AL,0,质量分数% 2实验结果与讨论 图2VD前[AI]s绕损与渣中AlzO3含量的关系 所实验的27炉GCr15钢VD处理前后平均温 中的Fe0、Mn0反应而烧损，还参与了与渣中SiOz 降为2.96℃min1,最大温降为4.35℃min-1,最 的反应，使得SO2成为新的供氧源，其反应式及有 小温降为2.28℃min1,VD处理的平均真空时间 关参数如下： 为25min. 4[A1]+3(Si02)=2(Al203)+3[Si](1) 2.1VD前后钢中[A1]s及炉渣成分的变化 △Ge=-668590+113.469T,Jmol-1 表1给出了17炉VD前后的平均[A]s和炉渣 al,03a[si】 平均成分.图1则是该17炉炉渣VD前的碱度R △G=△G9+RTln3 (2) a(sioz)a[AI] 与[AI]s的烧损值△[AI]s关系的散点图及其趋势 图，其中碱度最低的为2.5，最高的为4.5.图2是 式中as=fs-[%Si],a[=fAM[%Al],lgfi= VD前的渣中Al2O3含量与△[A]s的趋势图.由图 ∑[%] 可见，经VD真空处理后，炉渣碱度和Al2O3含量对 利用文献[5]所提供的相互作用系数（表2）以 [A]s的损失造成了较大的影响，在实验碱度范围 及文献[6]采用分子离子共存模型算得的氧化物活 内，钢中[A]s的烧损量随着VD前的炉渣碱度及渣 度（表3）可计算该反应式△G,将计算所得的△G与 中A2O3含量的升高而减少 相应的碱度绘成关系图，如图3所示 表1VD前后炉渣组元（质量分数）及[AIs的变化(17炉平均) 表21873K时钢液中元素的相互作用系数 % e州 eN e e eRi est 实验Ca0 Si02 Fe0Mn0Mg0Al20s[AI]s 0.045 0.00560.058 0.11 -6.6-0.23 VD前55.3816.190.470.046.4418.470.033 VD后55.0715.510.240.027.3019.350.016 表3炉渣主要组元的成分（质量分数）及其氧化物的活度% Cao SiO2 A1203 Mgo asi02 a203 由于钢水在进VD前钢中的[Al]s含量较高，此 38.94 19.4614.50 20.19 0.0005 0.0102 时钢水中氧含量较低，炉前定氧仪实测a[o]=(5一 46.7121.01 15.01 10.10 0.0005 0.0097 8)×10-6,显然钢中大部分铝的烧损并不是钢中 57.8 13.3 15.8 4.3 0.0002 0.0084 [O]所消耗.从表1可知VD前后渣中FeO、MnO 55.418.7229.474.510.00010.0238 含量降低得较小，而S02的含量却有明显下降，同 时AO3含量有明显上升，因此可以认为，在该碱度 从图3可知随着碱度的升高△G值升高，即A1 范围内，真空处理时[A1]不仅与钢水中的[0]及渣 还原S02的难度增大，从式(2)可得只有当碱度超1 工艺条件及实验方法 100t VD 真空处理炉是杭钢电炉炼钢厂生产线 中的重要组成部分其最低真空度可达50Pa并在 线可调．本实验轴承钢 GCrl5的冶炼工艺路线为： 100t EAF （EBT）→LF→VD→CC．进 VD 之前先 用铝进行脱氧并控制［Al］s 在0∙025％～0∙040％ 炉渣碱度控制在2∙5～4∙5用定氧仪测定此时的活 度氧为（4～7）×10—6． 炉渣实验总炉数为17炉真空处理时间及真空 度实验为27炉在 VD 前后分别取钢样和渣样进行 钢中［Al］s 和炉渣成分的检测最后在轧制成的钢 带上取样用氧氮联测仪分析钢中的总氧含量并利 用微软的 EXCEL 中内置的统计分析模块对 VD 真空处理过程温降、不同的真空时间和真空度与钢 材中总氧含量的相关性进行回归分析． 2 实验结果与讨论 所实验的27炉 GCr15钢 VD 处理前后平均温 降为2∙96℃·min —1最大温降为4∙35℃·min —1最 小温降为2∙28℃·min —1VD 处理的平均真空时间 为25min． 2∙1 VD 前后钢中［Al］s 及炉渣成分的变化 表1给出了17炉 VD 前后的平均［Al］s 和炉渣 平均成分．图1则是该17炉炉渣 VD 前的碱度 R 与［Al］s 的烧损值Δ［Al］s 关系的散点图及其趋势 图其中碱度最低的为2∙5最高的为4∙5．图2是 VD 前的渣中 Al2O3 含量与Δ［Al］s 的趋势图．由图 可见经 VD 真空处理后炉渣碱度和 Al2O3 含量对 ［Al］s 的损失造成了较大的影响在实验碱度范围 内钢中［Al］s 的烧损量随着 VD 前的炉渣碱度及渣 中 Al2O3 含量的升高而减少． 表1 VD 前后炉渣组元（质量分数）及［Al］s 的变化（17炉平均） ％ 实验 CaO SiO2 FeO MnO MgO Al2O3 ［Al］s VD 前 55∙38 16∙19 0∙47 0∙04 6∙44 18∙47 0∙033 VD 后 55∙07 15∙51 0∙24 0∙02 7∙30 19∙35 0∙016 由于钢水在进 VD 前钢中的［Al］s 含量较高此 时钢水中氧含量较低炉前定氧仪实测 a［O］＝（5～ 8）×10—6显然钢中大部分铝的烧损并不是钢中 ［O］所消耗．从表1可知 VD 前后渣中 FeO、MnO 含量降低得较小而 SiO2 的含量却有明显下降同 时 Al2O3 含量有明显上升因此可以认为在该碱度 范 围内真空处理时［Al］不仅与钢水中的［O］及渣 图1 VD 前［Al］s 烧损与炉渣碱度的关系 图2 VD 前［Al］s 烧损与渣中 Al2O3 含量的关系 中的 FeO、MnO 反应而烧损还参与了与渣中 SiO2 的反应使得 SiO2 成为新的供氧源其反应式及有 关参数如下： 4［Al］＋3（SiO2） 2（Al2O3）＋3［Si］ （1） ΔG ○—＝—668590＋113∙469TJ·mol —1． ΔG＝ΔG ○—＋ RTln a 2 Al2 O3 a 3 ［Si］ a 3 （SiO2 ） a 4 ［Al］ （2） 式 中 a［Si］＝ f Si·［％Si］a［Al］＝ f Al·［％Al］lg fi＝ ∑ e j i［％ j ］． 利用文献［5］所提供的相互作用系数（表2）以 及文献［6］采用分子离子共存模型算得的氧化物活 度（表3）可计算该反应式ΔG将计算所得的ΔG 与 相应的碱度绘成关系图如图3所示． 表2 1873K 时钢液中元素的相互作用系数 e j i e Al Al e Si Al e Al Si e Si Si e O Al e O Si 0∙045 0∙0056 0∙058 0∙11 —6∙6 —0∙23 表3 炉渣主要组元的成分（质量分数）及其氧化物的活度 ％ CaO SiO2 Al2O3 MgO aSiO2 aAl2 O3 38∙94 19∙46 14∙50 20∙19 0∙0005 0∙0102 46∙71 21∙01 15∙01 10∙10 0∙0005 0∙0097 57∙8 13∙3 15∙8 4∙3 0∙0002 0∙0084 55∙41 8∙72 29∙47 4∙51 0∙0001 0∙0238 从图3可知随着碱度的升高ΔG 值升高即 Al 还原 SiO2 的难度增大．从式（2）可得只有当碱度超 ·114· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1