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电渣重熔过程中夹杂物的演变及渣的挥发

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摘要

1.1 电渣重熔简介

1.2 电渣重熔渣系

1.2.1 电渣常用渣系组元

1.2.2 电渣常用渣系组元

1.3 电渣重熔研究现状

1.3.1 电渣重熔对钢中夹杂物的影响研究

1.3.2 电渣重熔所用渣系的影响研究

1.4 本课题的研究意义

2.1 实验

2.1.1 原料

2.1.2 实验装置与分析仪器

2.2 结果与讨论

2.2.1 重熔前后T.O和S含量变化

2.2.2 夹杂物数量及尺寸分布

2.2.3 夹杂物的类型及形貌

2.2.4 MnS析出的计算

2.3 本章小结

第3章 不同电渣重熔渣系对钢中夹杂物的影响

3.1 实验

3.1.1 实验原料

3.2.2 实验方案

3.2.3 检测方法

3.2 实验结果及分析

3.2.1 钢中T.O含量的变化

3.2.2 钢中夹杂物统计

3.2.3 钢中夹杂物类型分析

3.2.4 钢中夹杂物的性质

3.3 本章小结

第4章 电渣重熔过程中渣的挥发

4.1 实验

4.1.1 实验原料

4.1.2 实验方案

4.1.3 实验设备

4.2 实验结果

4.2.1 渣系XRD物相分析

4.2.3 渣的挥发情况

4.2.4 CaF2-CaO-SiO2三元渣系中SiO2活度计算

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

电渣重熔是一种二次精炼工艺,以其优异的产品质量及凝固方式,用于多种金属和合金的冶炼。随着工业的发展,对电渣钢品质要求也在不断提高。常用的CaF2-Al2O3以及CaF2-CaO-Al2O3渣系,电渣锭中夹杂物多以铝酸盐夹杂物为主,影响了钢的性能。CaF2-CaO-SiO2渣系能有效改善钢中夹杂物的性能,提高钢的品质,然而关于CaF2-CaO-SiO2三元渣系的研究较少。本论文通过工业实验、实验室重熔实验以及渣的恒温挥发实验,研究了CaF2-Al2O3、CaF2-CaO-SiO2以及CaF2-Al2O3-CaO-SiO2渣系对钢中夹杂物演变的影响,以及各渣系的挥发情况。实验结论如下:
  (1)工业实验结果表明,70%CaF2-30%Al2O3渣系电渣重熔的脱氧及脱硫效果显著。T.O含量由电极中的121ppm,降低至电渣锭中的43.6ppm。硫含量从电极中的101ppm降低至16ppm,脱硫率达到了84.16%,其中气化脱硫率为79.2%。经过电渣重熔,夹杂物的数量、尺寸及分布均得到明显改善。随着T.O含量的降低,夹杂物数密度由重熔前的855个/mm2降低至257个/mm2,最大尺寸由8.38μm减小至4.24μm,夹杂物横截面积占观察面积的比值(Sa)显著减小。钢中夹杂物由电极中的Al2O3、MnS和(Al,Ti,Mn)O-MnS复合夹杂物,经重熔后转变为尺寸在1μm左右的Al2O3夹杂,以及以Al2O3为核心,外层附着MnS的复合型夹杂。
  (2)重熔实验分别采用了五组渣系分别为:T1,70%CaF2-30%Al2O3;T2,50%CaF2-30%CaO-20%SiO2;T3,50%CaF2-25%CaO-25%SiO2;T4,50%CaF2-20%CaO-30%SiO2;T5,55%CaF2-10%CaO-10%Al2O3-25%SiO2。原钢中T.O为23.3ppm,重熔后,T1~T5钢中T.O含量均得到降低,其中T1中T.O含量为17.1ppm,T2~T5中T.O含量由11.9ppm逐渐提高到16.8ppm。其中,T1中T.O含量最高,而在T2~T5中,随着渣中SiO2含量的增加,钢中的全氧含量随之增高。原钢中夹杂物数密度为293个/mm2,T1中夹杂物数密度为168个/mm2,T2~T5中夹杂物数密度由115个/mm2逐渐提高至165个/mm2。钢中夹杂物的最大平均尺寸也由原钢中的8.02μm,减少到T1~T5中的4.31μm、3.86μm、3.91μm、3.98μm、4.11μm。原钢中Sa为0.05%,重熔后减少到T1~T5中的0.021%、0.015%、0.017%、0.019%、0.020%。T2~T5中,随着CaO/SiO2比值的降低,钢中夹杂物的数量随之增加,夹杂物尺寸也逐渐变大。
  (3)原钢中夹杂物类型基本以单独的TiN、(Al,Mg)O、MnS以及复合的(Al,Mg,Ca)O-(Ca,Mn)S夹杂物为主,最大尺寸约为10μm左右。重熔后,钢中TiN、MnS夹杂基本得到去除,T1中夹杂物转变为MgO·Al2O3尖晶石类夹杂以及MgO·Al2O3-(Ca,Mn)S复合夹杂物;T2~T5中夹杂物类型为(Al,Mg,Ca,Mg)O-(Ca,Mn)S复合型夹杂物,夹杂物尺寸在1~3μm左右。原钢和T1中氧化物夹杂基本以高熔点的MgO·Al2O3尖晶石夹杂为主,T2~T4中氧化物夹杂为低熔点塑性夹杂物,T5中氧化物夹杂有25%的夹杂物为低熔点塑性夹杂物,其他氧化物夹杂为脆性夹杂物,因此CaF2-CaO-SiO2渣系可有效控制钢中夹杂物类型。
  (4)在1673K下恒温挥发30min,T1渣系的总失重率为2.23%,T2渣系的总失重率为1.30%,T3渣系的总失重率为1.86%,T4渣系的总失重率为2.28%,T5渣系的总失重率为2.20%。随着渣中SiO2含量的升高,CaF2-CaO-SiO2渣中SiO2的活度明显增高,CaF2、CaO活度随之降低,因此选用低SiO2活度的渣系,可有效减少渣的挥发失重。

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