郭宝奇等：低碳含铝钢20Mn2精炼渣系Ca0-SiO2-A,0,-Mg0CaF2的优化 1419* Ca0/Si02含量的增加而升高.对于20Mn2钢，若将钢 一等氧含量曲线 0.9 中铝的质量分数控制在1.5×10-4以上，渣的成分应 .1 -1873K 0.8 M:0质量分数为5% 该在质量分数为1.5×104等铝线的左下方，向饱和 CaO区域靠近，即为高碱度，低熔点的成分区域 07 0.3 06 A04 3精炼渣成分优化 S0,质量分数 0.5 3.1渣系成分的优化 0.4 0.6 通过第一部分的实验分析和第二部分的热力学计 0.3 0.7 算可以发现，原精炼渣中A山，0，含量过低，导致该渣系 0.2 0.8 熔化温度偏高，距离低熔点区域较远，并且析出大量固 0. 、0.9 相氧化物，导致渣黏度和熔化温度升高，渣吸附夹杂物 0.30.20.1A1.0 和脱氧的能力下降 090.80.70.60.5 0.4 0质量分数 为了改善渣的精炼效果，首先需要使渣的成分 图7等氧质量分数曲线(10-6)与渣系的关系 处在1600℃的液相线以内，即为1600℃的液相区， Fig.7 Relationship between isooxygen content curves (10-6)and 促进其对夹杂物的吸附.根据前面CF,对液相线影 slag systems 响的研究，该实验渣系中添加Caf,对降低液相线温 度的作用有限，需要降低C/A的比值至1.5左右才 含铝钢对钢中铝含量有着严格要求，控制钢中 能使CaF,有效降低熔化温度.为了有效控制钢中氧 合理的铝含量可以提高组织韧性，过高的酸溶铝会 含量，需要将渣的成分向右移动，在满足低熔点区域 降低钢的塑性，在轧制过程产生裂纹的.通过控制 条件的情况下，渣的成分要向Ca0的饱和区域靠近， 精炼渣的成分可以有效地调整钢中酸溶铝含量，对 降低渣一钢平衡时钢中氧含量，进而减少钢中夹杂物 于20M2钢控制[AI]在1.5×10以上.在低碳含 的数量 铝钢中利用式(4)和式(5)0，采用相同的方法得出 渣系的优化路径如图8中箭头方向所示，图中正 渣-钢体系中的等A1含量曲线.图8为渣-钢反应在 方形表示原始渣系，黑色圆形表示目标的优化渣系. 1600℃达到平衡时钢液中等A1含量曲线与渣成分 综合低熔点区域、铝含量和低氧三方面，渣系成分应控 的关系 制为：Ca050%~60%,Al,0320%~35%,Si020~ 4[A]+3(Si02)=2(AL,0,)+3[Si] (4) 10%,Mg05%,CaF20-5% △G9=-658300+107.2T,Jmol1. (5) 3.2优化渣系的实验结果 等铝质量分数曲线 在原有渣系的基础上通过加入铝矾土调节渣中 0.9 -1873K A山0，含量，结合加入石灰的量将渣系成分调整到图 M0质量分数5% 0.8 0.6×10 02 8中的黑色圆形区域.对优化的精炼渣系分别取渣 07 03 样和对应的钢样，取样方法和试样处理方法与1.2 0,质量分数 0.6 0.4 中优化前的取样过程一致.所取优化渣系成分结果 2×10 05 0.5 的平均值如表3.可以看出该渣系处在目标渣系的 范围内 0.4 0.6 6×10 利用FactSage得出优化渣的成渣过程，如图9. 0.3 07 渣系在940℃时开始熔化，1620℃时精炼渣完全熔 0.22 2x10 0.8 化.与优化前相比，可以看出优化后渣的熔化速度变 0.1 0.9 2×10 快，熔化温度降低，渣钢反应的温度范围内渣中固相 00.9 0.80.70.60.50.4 03 0.20.1 明显减少，改善了精炼渣的流动性与吸附夹杂物的 CO质量分数 能力 图8等铝质量分数曲线(10~6)与渣系的关系 Fig.8 Relationship between iso-aluminum content curves (10-5) 表320M2钢优化后精炼渣的主要成分（质量分数） and slag systems Table 3 Main composition of the optimized refining slag of 20Mn2 steel 在S0,质量分数低于30%的区域，钢液中A1含 Al203 Mgo CaF, 其他 量随着碱度的增加而升高，在高碱度区域，铝含量随着 54.0 10.2 26.4 5.5 2.5 1.4郭宝奇等: 低碳含铝钢 20Mn2 精炼渣系 CaO--SiO2 --Al2O3 --MgO--CaF2 的优化 图 7 等氧质量分数曲线( 10 － 6 ) 与渣系的关系 Fig． 7 Ｒelationship between iso-oxygen content curves ( 10 － 6 ) and slag systems 含铝钢对钢中铝含量有着严格要 求，控 制 钢 中 合理的铝含量可以提高组织韧性，过高的酸溶铝会 降低钢的塑性，在轧制过程产生裂纹［15］． 通过控制 精炼渣的成分可以有效地调整钢中酸溶铝含量，对 于 20Mn2 钢控制［Al］在 1. 5 × 10 － 4以上． 在低碳含 铝钢中利用式( 4) 和式( 5) ［10］，采用相同的方法得出 渣--钢体系中的等 Al 含量曲线． 图 8 为渣--钢反应在 1600 ℃ 达到平衡时钢液中等 Al 含量曲线与渣成分 的关系． 4［Al］+ 3( SiO2 ) 2( Al2O3 ) + 3［Si］． ( 4) ΔG = － 658300 + 107. 2T，J·mol － 1 ． ( 5) 图 8 等铝质量分数曲线( 10 － 6 ) 与渣系的关系 Fig． 8 Ｒelationship between iso-aluminum content curves ( 10 － 6 ) and slag systems 在 SiO2 质量分数低于 30% 的区域，钢液中 Al 含 量随着碱度的增加而升高，在高碱度区域，铝含量随着 CaO / SiO2 含量的增加而升高． 对于 20Mn2 钢，若将钢 中铝的质量分数控制在 1. 5 × 10 － 4 以上，渣的成分应 该在质量分数为 1. 5 × 10 － 4 等铝线的左下方，向饱和 CaO 区域靠近，即为高碱度，低熔点的成分区域． 3 精炼渣成分优化 3. 1 渣系成分的优化 通过第一部分的实验分析和第二部分的热力学计 算可以发现，原精炼渣中 Al2O3 含量过低，导致该渣系 熔化温度偏高，距离低熔点区域较远，并且析出大量固 相氧化物，导致渣黏度和熔化温度升高，渣吸附夹杂物 和脱氧的能力下降． 为了改善渣的精炼效果，首先需要 使 渣 的 成 分 处在 1600 ℃ 的液相线以内，即为 1600 ℃ 的液相区， 促进其对夹杂物的吸附． 根据前面 CaF2 对液相线影 响的研究，该实验渣系中添加 CaF2 对降低液相线温 度的作用有限，需要降低 C /A 的比值至 1. 5 左右才 能使 CaF2 有效降低熔化温度． 为了有效控制钢中氧 含量，需要将渣的成分向右移动，在满足低熔点区域 条件的情况下，渣的成分要向 CaO 的饱和区域靠近， 降低渣--钢平衡时钢中氧含量，进而减少钢中夹杂物 的数量． 渣系的优化路径如图 8 中箭头方向所示，图中正 方形表示原始渣系，黑色圆形表示目标的优化渣系． 综合低熔点区域、铝含量和低氧三方面，渣系成分应控 制为: CaO 50% ～ 60% ，Al2O3 20% ～ 35% ，SiO2 0 ～ 10% ，MgO 5% ，CaF2 0 ～ 5% ． 3. 2 优化渣系的实验结果 在原有渣系的基础上通过加入铝矾土调节渣中 Al2O3 含量，结合加入石灰的量将渣系成分调整到图 8 中的黑色圆形区域． 对优化的精炼渣系分别取渣 样和对应 的 钢 样，取样方法和试样处理方法与 1. 2 中优化前的取样过程一致． 所取优化渣系成分结果 的平均值如表 3． 可以看出该渣系处在目标渣系的 范围内． 利用 FactSage 得出优化渣的成渣过程，如 图 9． 渣系在 940 ℃ 时开始熔化，1620 ℃ 时精炼渣完全熔 化． 与优化前相比，可以看出优化后渣的熔化速度变 快，熔化温度降低，渣钢反应的温度范围内渣中固相 明显减少，改善了精炼渣的流动性与吸附夹杂物的 能力． 表 3 20Mn2 钢优化后精炼渣的主要成分( 质量分数) Table 3 Main composition of the optimized refining slag of 20Mn2 steel % CaO SiO2 Al2O3 MgO CaF2 其他 54. 0 10. 2 26. 4 5. 5 2. 5 1. 4 · 9141 ·