正在加载图片...
.774 北京科技大学学报 第29卷 钙对夹杂物变性作用非常明显，高Ca含量的 炉分别取LF前、LF炉毕，以及VD后钢样渣样各 轴承钢，其夹杂物都变性为球形钙铝酸盐夹杂，没有 一个，微合金处理的两炉要在真空处理前、后取样. 生成Mg0·Al2O3,这说明Mg、Ca有一定的牵制作 试验后取钢样渣样进行化学成分分析，并制备电镜 用；当Mg占优势的时候，能大量生成Mg0·Al203, 样进行夹杂物形貌观察和能谱分析8]. 反之则大量生成钙铝酸盐夹杂 3.2试验结果与讨论 通过实验发现，钢中Al、Ca和Mg含量对D类 从成分分析结果可以看出，采用第1种方案，炉 夹杂物的影响比较重要，因此控制D类夹杂，要从 渣碱度明显提高，渣中A203含量也提高，而钢中 控制钢中Al、Ca和Mg含量入手.研究表明，随着 钙、镁的质量分数为10-数量级，改变不大；采用第 钢中A1含量的增加，Mg含量增加，并且在高碱度2种方案，渣中Mg0含量不高，但钢中的钙含量不 渣(w(Ca0)/w(Si0z)≥3)条件下，钢中Mg含量增 均匀；采用第3种方案，炉渣碱度提高，渣中Mg0含 加的趋势更加明显，从而导致轴承钢中Mg0·Al203 量变化不大，但钢中钙、镁含量明显提高， 形成的可能性提高，同样，随着钢中酸溶A1的增 为了进一步验证钢中氧化物夹杂的种类、形貌 加，Ca含量也增加，尤其是在高碱度条件下影响更 和大小分布情况，本研究采用$EM进行观察，并结 加显著，在钢中低Mg的情况下，就会生成球状的 合能谱分析，发现第1种及第2种方案，轴承钢夹杂 xCa0yAl2O3夹杂物 物中仍存在较多Mg0·Al203、钙铝酸盐及其复合态 实验还表明，钙铝酸盐与Mg0Al03的生成有 脆性不变形夹杂，大多呈现为规则的球形，大小在 定的相关联系，根据反应： 3~10m左右（见图10~12），说明这两种实验方 [Ca]+Mgo.Al203()=CaOAl203(+[Mg], 案对降低轴承钢中D类夹杂物的作用不大，而采用 △Ge=43807-53.33 T J'moli-1(1) 第3种方案（见图12），在提高炉渣碱度的同时增加 炉渣的流动性和吸附性能，使钢中的大颗粒D类夹 据炉渣结构的共存理论]和热力学平衡，推导 杂物减少，主要钢中生成以较细小的镁铝尖晶石为 了炉渣成分对轴承钢中Ca、Mg含量影响的理论模 主、(Ca,Mg,Al),0,复合夹杂共存的D类夹杂物， 型，得出1773K时： 轴承钢质量有较明显的提高 lg[%Ca]/[%Mg]= Ig Nca0Al,0一lgNg0Al,0十0.57 (2) 式中，Nca0L,0,和NMg0AL,0,为组元Ca0·Al03、 Mg0Al2O3的作用浓度[3]. 0 可见：在高碱度条件下，钙铝酸盐与Mg0·Al203 很容易相互转换，当[%Ca]较高时，就会生成钙铝 2 能量eV 酸盐，当[%Mg]较高时就会生成Mg0·Alz03,其中 Ca、Mg之间的精确关系有待于进一步深入研究.因 图10第1种方案典型(Ca,g,A)0,复合夹杂物 此，在实际生产中要充分优化地控制钢中Ca、Mg和 Fig-10 Typical (Ca.Mg,Al)O,complicated inclusions in the A含量，达到D类夹杂物的最低化山. first project 3工厂试验研究 3.1试验方法 在保证原基本工艺不变的前提下，强调工艺、炉 渣成分和钢中铝含量稳定.分为三种试验方案：一 是在LF炉完成精炼后，在渣面添加复合改渣剂1 0 (金属脱氧剂和氧化物)，化渣后，进入VD:二是VD 后微合金处理（喂入少量复合合金添加剂）；三是在 5 um 能量keV LF炉完成精炼后，添加复合添渣剂2，化渣后，进入 VD. 图11第2种方案典型钙铝酸盐夹杂物 每个方案试验一个浇次(7炉)，取2炉试样.每 Fig-11 Typical calcium-aluminates inclusions in the second project钙对夹杂物变性作用非常明显．高 Ca 含量的 轴承钢其夹杂物都变性为球形钙铝酸盐夹杂没有 生成 MgO·Al2O3这说明 Mg、Ca 有一定的牵制作 用；当 Mg 占优势的时候能大量生成 MgO·Al2O3 反之则大量生成钙铝酸盐夹杂． 通过实验发现钢中 Al、Ca 和 Mg 含量对 D 类 夹杂物的影响比较重要因此控制 D 类夹杂要从 控制钢中 Al、Ca 和 Mg 含量入手．研究表明随着 钢中 Al 含量的增加Mg 含量增加并且在高碱度 渣（ w（CaO）／w（SiO2）≥3）条件下钢中 Mg 含量增 加的趋势更加明显从而导致轴承钢中 MgO·Al2O3 形成的可能性提高．同样随着钢中酸溶 Al 的增 加Ca 含量也增加尤其是在高碱度条件下影响更 加显著在钢中低 Mg 的情况下就会生成球状的 xCaO·yAl2O3 夹杂物． 实验还表明钙铝酸盐与 MgO·Al2O3 的生成有 一定的相关联系根据反应： ［Ca］＋MgO·Al2O3（s）＝CaO·Al2O3（s）＋［Mg］ ΔG ○—＝43807—53∙33T J·mol —1 （1） 据炉渣结构的共存理论［2］和热力学平衡推导 了炉渣成分对轴承钢中 Ca、Mg 含量影响的理论模 型得出1773K 时： lg［％Ca］／［％Mg］＝ lg NCaO·Al2 O3—lg NMgO·Al2 O3＋0∙57 （2） 式中NCaO·Al2 O3 和 NMgO·Al2 O3 为组元 CaO·Al2O3、 MgO·Al2O3 的作用浓度［3］． 可见：在高碱度条件下钙铝酸盐与MgO·Al2O3 很容易相互转换．当［％Ca ］较高时就会生成钙铝 酸盐当［％Mg］较高时就会生成 MgO·Al2O3其中 Ca、Mg 之间的精确关系有待于进一步深入研究．因 此在实际生产中要充分优化地控制钢中 Ca、Mg 和 Al 含量达到 D 类夹杂物的最低化［11］． 3 工厂试验研究 3∙1 试验方法 在保证原基本工艺不变的前提下强调工艺、炉 渣成分和钢中铝含量稳定．分为三种试验方案：一 是在 LF 炉完成精炼后在渣面添加复合改渣剂1 （金属脱氧剂和氧化物）化渣后进入 VD；二是 VD 后微合金处理（喂入少量复合合金添加剂）；三是在 LF 炉完成精炼后添加复合添渣剂2化渣后进入 VD． 每个方案试验一个浇次（7炉）取2炉试样．每 炉分别取 LF 前、LF 炉毕以及 VD 后钢样渣样各 一个微合金处理的两炉要在真空处理前、后取样． 试验后取钢样渣样进行化学成分分析并制备电镜 样进行夹杂物形貌观察和能谱分析［8］． 3∙2 试验结果与讨论 从成分分析结果可以看出采用第1种方案炉 渣碱度明显提高渣中 Al2O3 含量也提高而钢中 钙、镁的质量分数为10—6数量级改变不大；采用第 2种方案渣中 MgO 含量不高但钢中的钙含量不 均匀；采用第3种方案炉渣碱度提高渣中 MgO 含 量变化不大但钢中钙、镁含量明显提高． 为了进一步验证钢中氧化物夹杂的种类、形貌 和大小分布情况本研究采用 SEM 进行观察并结 合能谱分析发现第1种及第2种方案轴承钢夹杂 物中仍存在较多 MgO·Al2O3、钙铝酸盐及其复合态 脆性不变形夹杂大多呈现为规则的球形大小在 3～10μm 左右（见图10～12）．说明这两种实验方 案对降低轴承钢中 D 类夹杂物的作用不大．而采用 第3种方案（见图12）在提高炉渣碱度的同时增加 炉渣的流动性和吸附性能使钢中的大颗粒 D 类夹 杂物减少主要钢中生成以较细小的镁铝尖晶石为 主、（CaMgAl）xOy 复合夹杂共存的 D 类夹杂物 轴承钢质量有较明显的提高． 图10 第1种方案典型（CaMgAl） xOy 复合夹杂物 Fig．10 Typical （CaMgAl） xOy complicated inclusions in the first project 图11 第2种方案典型钙铝酸盐夹杂物 Fig．11 Typical calcium-aluminates inclusions in the second project ·774· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷