增刊1 田冬东等：Ca0-Al,0,SiO2Mg0渣系精炼行为的热力学预测 ·131· 式中，K为反应式(9)的平衡常数. 四元系夹杂物间反应达到平衡时，钢液中的等溶解 由于钢种要求硅的质量分数<0.05%，氧的质 氧的质量分数线，分别取Mg0的质量分数为5%和 量分数<0.002%，假设硅的质量分数为0.05%，并 10%,如图6. 以此做出1873K时钢液与Ca0-Si02-A1,03-Mg0 (a 1873K 1873K 0.9 0.1 [%C-0.12 0.9 0.1 [%C=0.12 [%s]=0.05 [9%Si=0.05 0.8 0.2 [%Cr=2.38 0.8 [%Cr=2.38 0.7 0.3 [%Mm-0.5 07 3 [%Mn-0.5 [%Mo=1.02 [%Mo]=1.02 0.6 0.4 [%Ni=0.14 0.6 [%Ni=0.14 05 0.5 05 0.5 0.4 0.6 0.4 100 0.6 0.3 0.7 0.3 0.7 0.2 0.8 02 0 08 0.1 0.9 0.1 30.9 C00.90.80.70.60.50.40.30.20.1 A1,0 Ca00.9080i70.650.430i20.TA1,0 图6钢液成分与Ca0Si02-A1203-M0四元系夹杂物平衡时的等[O]线.(a)c(Mg0)=5%:(b)w(Mg0)=10%(单位：10-6) Fig.6 Equilibrium iso-[O]lines established among molten steel and Ca0-i021203-Mgo inclusions:(a)w(Mgo)=5%:(b)(MgO)=10% (unit:10-6) 由图6可以看出，在满足钢液中硅的质量分数 面积越大.如果将夹杂物成分控制在区域2，则夹杂 少于0.05%的条件时，只能将Ca0-Si02-A1203- 物中各组元成分的控制范围是：Ca0在50%左右， Mg0四元系夹杂物控制在1400℃低熔点区域2内. A山，03在45%左右，Mg0的质量分数在5%左右， 在o(Mg0)=5%的条件下时，低熔点区域1内的溶 Si02的质量分数小于5%. 解氧的质量分数均大于5×10，远大于氧的质量 (2)低熔点区域1内渣系的硫容量明显小于区 分数小于2×10-的要求，即使在低熔点区域1面 域2，且无论区域1还是区域2内，硫容量均随碱度 积最大时(w(Mg0)=10%),低熔点区域1内溶解 的增加而增加，钙铝比越大，硫容量随碱度增加的幅 氧的质量分数仍大于2×10-5，所以低熔点区域1 度越大 不适用于临氢钢12Cr2MolR.如图6(a),在低熔点 (3)对于临氢钢12Cr2Mol1R,应将Ca0-Si02- 区域2内溶解氧的质量分数均小于8×10-6，且大 A1,03-Mg0四元系夹杂物控制在低熔点区域2，且 部分小于5×10-6，乃至更低，满足钢种对于钢液对 碱度和钙铝比越大越好 氧的质量分数的要求，碱度R和钙铝比C/A的增加 能降低钢液中的溶解氧的质量分数.而且根据2.2 节可知，低熔点区域2内硫容量远大于低熔点区域 参考文献 1,将Ca0-Si02-A1,03-Mg0四元系夹杂物控制在 ] Guo J B.Wang L J,Liu Y Q,et al.Thermodynamic analysis of 低熔点区域2时，还具有较好的脱硫能力.所以，对 control on plasticization of non-metallic inclusions in the spring 于临氢钢12Cr2MolR来说，应将Ca0-Si02-Alz0,- steel of high-speed railway.Mater China,2011,31(12):27. (郭俊波，王丽君，刘延强，等.高铁弹条钢夹杂物塑性化控 Mg0四元系夹杂物控制在低熔点区域2，且碱度和 制的热力学分析.中国材料进展，2011,31(12)：27) 钙铝比增加不仅能增加四元系夹杂物的硫容量，还 2] Yang G W,Wang X H,Huang F X,et al.Transient inclusion 能减少钢液中的溶解氧 evolution during RH degassing.Steel Res Int,2013,85(1):1 B] Gu K J,Wei J,Cai KK,et al.Non-metallic inclusions in 72A 4结论 steel.J Univ Sci Technol Beijing,2003,25(1):26 (1)为控制低熔点区域面积最大，对于控制在 (顾克井，魏军，蔡开科，等.72A钢非金属夹杂物行为.北 区域1的夹杂物成分（质量分数）要求为：Ca0在 京科技大学学报，2003,25(1)：26) 4]Jin LL,Wang H T,Xu Z B,et al.Control on low melting point 30%左右，A山03在15%左右，Mg0在10%左右， area in a Cao-Si02Al2O-MnO system.J Univ Sci Technol Bei- Si02大于40%，且Si02的质量分数越多，低熔点区 jing,2007,29(6):574增刊 1 田冬东等: CaO--Al2O3--SiO2--MgO 渣系精炼行为的热力学预测 式中，K 为反应式( 9) 的平衡常数． 由于钢种要求硅的质量分数 ＜ 0. 05% ，氧的质 量分数 ＜ 0. 002% ，假设硅的质量分数为 0. 05% ，并 以此做出 1873 K 时钢液与 CaO--SiO2--A12O3--MgO 四元系夹杂物间反应达到平衡时，钢液中的等溶解 氧的质量分数线，分别取 MgO 的质量分数为 5% 和 10% ，如图 6． 图 6 钢液成分与 CaO--SiO2 --A12O3 --MgO 四元系夹杂物平衡时的等［O］线 . ( a) w( MgO) = 5% ; ( b) w( MgO) = 10% ( 单位: 10 － 6 ) Fig． 6 Equilibrium iso-［O］lines established among molten steel and CaO-SiO2 -A12O3 -MgO inclusions: ( a) w( MgO) = 5% ; ( b) w( MgO) = 10% ( unit: 10 － 6 ) 由图 6 可以看出，在满足钢液中硅的质量分数 少于 0. 05% 的条件时，只能将 CaO--SiO2--A12O3-- MgO 四元系夹杂物控制在 1400 ℃低熔点区域 2 内． 在 w( MgO) = 5% 的条件下时，低熔点区域 1 内的溶 解氧的质量分数均大于 5 × 10 － 5 ，远大于氧的质量 分数小于 2 × 10 － 5 的要求，即使在低熔点区域 1 面 积最大时( w( MgO) = 10% ) ，低熔点区域 1 内溶解 氧的质量分数仍大于 2 × 10 － 5 ，所以低熔点区域 1 不适用于临氢钢 12Cr2Mo1Ｒ． 如图 6( a) ，在低熔点 区域 2 内溶解氧的质量分数均小于 8 × 10 － 6 ，且大 部分小于 5 × 10 － 6 ，乃至更低，满足钢种对于钢液对 氧的质量分数的要求，碱度 Ｒ 和钙铝比 C /A 的增加 能降低钢液中的溶解氧的质量分数． 而且根据 2. 2 节可知，低熔点区域 2 内硫容量远大于低熔点区域 1，将 CaO--SiO2--A12O3--MgO 四元系夹杂物控制在 低熔点区域 2 时，还具有较好的脱硫能力． 所以，对 于临氢钢 12Cr2Mo1Ｒ 来说，应将 CaO--SiO2--A12O3-- MgO 四元系夹杂物控制在低熔点区域 2，且碱度和 钙铝比增加不仅能增加四元系夹杂物的硫容量，还 能减少钢液中的溶解氧． 4 结论 ( 1) 为控制低熔点区域面积最大，对于控制在 区域 1 的夹杂物成分( 质量分数) 要求为: CaO 在 30% 左右，Al2O3 在 15% 左右，MgO 在 10% 左右， SiO2 大于 40% ，且 SiO2 的质量分数越多，低熔点区 面积越大． 如果将夹杂物成分控制在区域 2，则夹杂 物中各组元成分的控制范围是: CaO 在 50% 左右， Al2O3 在 45% 左右，MgO 的质量分数在 5% 左右， SiO2 的质量分数小于 5% ． ( 2) 低熔点区域 1 内渣系的硫容量明显小于区 域 2，且无论区域 1 还是区域 2 内，硫容量均随碱度 的增加而增加，钙铝比越大，硫容量随碱度增加的幅 度越大． ( 3) 对于临氢钢 12Cr2Mo1Ｒ，应将 CaO--SiO2-- A12O3--MgO 四元系夹杂物控制在低熔点区域 2，且 碱度和钙铝比越大越好． 参 考 文 献 ［1］ Guo J B，Wang L J，Liu Y Q，et al． Thermodynamic analysis of control on plasticization of non-metallic inclusions in the spring steel of high-speed railway． Mater China，2011，31( 12) : 27． ( 郭俊波，王丽君，刘延强，等． 高铁弹条钢夹杂物塑性化控 制的热力学分析． 中国材料进展，2011，31( 12) : 27) ［2］ Yang G W，Wang X H，Huang F X，et al． Transient inclusion evolution during ＲH degassing． Steel Ｒes Int，2013，85( 1) : 1 ［3］ Gu K J，Wei J，Cai K K，et al． Non-metallic inclusions in 72A steel． J Univ Sci Technol Beijing，2003，25( 1) : 26 ( 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，2003，25( 1) : 26) ［4］ Jin L L，Wang H T，Xu Z B，et al． Control on low melting point area in a CaO-SiO2 -Al2O3 -MnO system． J Univ Sci Technol Bei￾jing，2007，29( 6) : 574 ·131·