D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.019 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 合金钢中镁铝尖晶石夹杂物生成与转化热力学 姜桂连12) 李京社)李向东3)王再飞)林晓川) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)天津钢管集团有限公司炼钢厂，天津3003013)焦作大学，焦作454000 摘要通过FactSage6.0热力学软件计算，研究了合金钢中镁铝尖晶石(Mg0·Al2O3)形成和向低熔点复合夹杂物转化的热 力学条件，以及钙处理对钢液成分和夹杂物成分的影响.研究结果表明：钢中生成镁铝尖晶石夹杂物需要镁的含量较低：当钢 液中溶解钙的质量分数为1×10一时，镁铝尖晶石会转化变成液态的复合夹杂物：随着钙加入量的增加，液态复合夹杂物中 Al2O3和Mg0的含量继续降低，C0的含量继续增加，SiO2的含量较低，基本保持不变：随着钙加入量的增加，钢液中的氧含 量会降低，镁含量增加· 关键词合金钢：非金属夹杂物；镁铝尖晶石；热力学 Thermodynamics on the formation and transformation of MgO.Al2O3 inclusions in alloy steel JIA NG Gui-lian).LI Jing she),LI Xiang-dong,WANG Zai-fei.LIN Xico-chuan) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)Steelmaking Plant,Tianjin Pipe Corporation Ltd..Tianjin 300301,China 3)University of Jiaozuo.Jiaczuo 454000,China ABSTRACI Thermodynamics on the formation and transformation of spinel inclusions in gas cylinder steel and the effect of calcium treatment on the compositions of molten steel and inclusions were studied by using Factsage 6.0 software.The results show that spinel inclusions will be produced even through the content of magnesium is very low,and the spinel inclusions will transform to liquid complex inclusions when the content of dissolved Ca in the molten steel exceeds 1X10.With the increase of calcium,on one hand, the contents of Al203 and Mgo in the complex inclusion keep decreasing.and the content of Cao increases,but the content of SiOz changes a little.On the other hand,the content of oxygen decreases,while the content magnesium increases. KEY WORDS alloy steel:non-metallic inclusions:MgO.Al203 spinel:thermodynamics MgOA2O3夹杂物属于D类点状不变形夹杂 熔点复合夹杂物转化的热力学研究并不多，Hino 物，这类夹杂物会造成钢铁产品的表面缺陷，降低钢 等门通过热力学计算发现当钢液中有一定含量的 材的抗腐蚀性能，K,Mizuno和H.Todoroki等人在 Ca时，钙镁硅铝酸盐复合夹杂物是比Mg0·Al2O3 不锈钢表面缺陷处发现了大量的Mg0·Al2O3夹杂 更稳定的相，所以Mg0·Al2O03夹杂物势必会向钙镁 物)；其次这类夹杂物还容易沉积在浸入式水口 硅铝酸盐复合夹杂转变， 内部，造成水口堵塞). 镁和钙在钢液中很容易被氧化，同时，这两种元 关于Mg0·Al203夹杂物产生的热力学研究较 素在炼钢温度下均以气态形式存在，在钢液中的溶 多6，对Mg0Al203夹杂物生成的相关热力学数 解度很低，所以，测定关于钙和镁在钢液中的相关热 据进行了测定，包括生成的吉布斯自由能以及Mg、 力学数据非常困难.目前文献中报道的数据相差较 A1和0之间的一阶和二阶相互作用系数；然后利用 大，引用不同文献中的数据，会得到不同的结论，本 这些热力学数据绘制出了Mg一AO系得生成物的 研究使用FactSage6.0热力学软件对合金钢中 稳定的区域图，但是关于Mg0·AlzO3夹杂物向低 Mg0·Al203夹杂物生成与转化进行计算 收稿日期：2009-06-30 基金项目：中国博士后科学基金资助项目(N0,20080430020) 作者简介：姜桂连(1964一）男，高级工程师，博士研究生，Emal:jiangquilian@tpco~cm合金钢中镁铝尖晶石夹杂物生成与转化热力学 姜桂连1‚2） 李京社1） 李向东3） 王再飞1） 林晓川1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 天津钢管集团有限公司炼钢厂‚天津300301 3） 焦作大学‚焦作454000 摘 要 通过 FactSage6∙0热力学软件计算‚研究了合金钢中镁铝尖晶石（MgO·Al2O3）形成和向低熔点复合夹杂物转化的热 力学条件‚以及钙处理对钢液成分和夹杂物成分的影响．研究结果表明：钢中生成镁铝尖晶石夹杂物需要镁的含量较低；当钢 液中溶解钙的质量分数为1×10－6时‚镁铝尖晶石会转化变成液态的复合夹杂物；随着钙加入量的增加‚液态复合夹杂物中 Al2O3 和 MgO 的含量继续降低‚CaO 的含量继续增加‚SiO2 的含量较低‚基本保持不变；随着钙加入量的增加‚钢液中的氧含 量会降低‚镁含量增加． 关键词 合金钢；非金属夹杂物；镁铝尖晶石；热力学 Thermodynamics on the formation and transformation of MgO·Al2O3 inclusions in alloy steel JIA NG Gu-i lian 1‚2）‚LI Jing-she 1）‚LI Xiang-dong 3）‚W A NG Za-i fei 1）‚LIN Xiao-chuan 1） 1） School of Metallurgical and Ecological Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） Steelmaking Plant‚Tianjin Pipe Corporation Ltd．‚Tianjin300301‚China 3） University of Jiaozuo‚Jiaozuo454000‚China ABSTRACT T hermodynamics on the formation and transformation of spinel inclusions in gas cylinder steel and the effect of calcium treatment on the compositions of molten steel and inclusions were studied by using Factsage 6∙0software．T he results show that spinel inclusions will be produced even through the content of magnesium is very low‚and the spinel inclusions will transform to liquid complex inclusions when the content of dissolved Ca in the molten steel exceeds1×10－6．With the increase of calcium‚on one hand‚ the contents of Al2O3and MgO in the complex inclusion keep decreasing‚and the content of CaO increases‚but the content of SiO2 changes a little．On the other hand‚the content of oxygen decreases‚while the content magnesium increases． KEY WORDS alloy steel；non-metallic inclusions；MgO·Al2O3spinel；thermodynamics 收稿日期：2009-06-30 基金项目：中国博士后科学基金资助项目（No．20080430020） 作者简介：姜桂连（1964－）‚男‚高级工程师‚博士研究生‚E-mail：jiangguilian＠tpco．cn MgO·Al2O3 夹杂物属于 D 类点状不变形夹杂 物‚这类夹杂物会造成钢铁产品的表面缺陷‚降低钢 材的抗腐蚀性能‚K．Mizuno 和 H．Todoroki 等人在 不锈钢表面缺陷处发现了大量的 MgO·Al2O3 夹杂 物［1－2］；其次这类夹杂物还容易沉积在浸入式水口 内部‚造成水口堵塞［3］． 关于 MgO·Al2O3 夹杂物产生的热力学研究较 多［4－6］‚对 MgO·Al2O3 夹杂物生成的相关热力学数 据进行了测定‚包括生成的吉布斯自由能以及 Mg、 Al 和 O 之间的一阶和二阶相互作用系数；然后利用 这些热力学数据绘制出了 Mg－Al－O 系得生成物的 稳定的区域图．但是关于 MgO·Al2O3 夹杂物向低 熔点复合夹杂物转化的热力学研究并不多‚Hino 等［7］通过热力学计算发现当钢液中有一定含量的 Ca 时‚钙镁硅铝酸盐复合夹杂物是比 MgO·Al2O3 更稳定的相‚所以 MgO·Al2O3 夹杂物势必会向钙镁 硅铝酸盐复合夹杂转变． 镁和钙在钢液中很容易被氧化‚同时‚这两种元 素在炼钢温度下均以气态形式存在‚在钢液中的溶 解度很低‚所以‚测定关于钙和镁在钢液中的相关热 力学数据非常困难．目前文献中报道的数据相差较 大‚引用不同文献中的数据‚会得到不同的结论．本 研究使用 FactSage 6∙0 热力学软件对合金钢中 MgO·Al2O3 夹杂物生成与转化进行计算． 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．019