崔金鵬,楊純柳,于利民,宋 程,王 旭
(1東北特殊鋼集團股份有限公司,遼寧 大連 116031;2鋼鐵研究總院連鑄技術國家工程研究中心,北京 100081)
無取向硅鋼追求潔凈化過程中,精煉手段是很重要的一環(huán),其中RH 精煉不僅僅要滿足成分的達標,而且還要減輕脫氧合金化產生的各種非金屬夾雜物。為了去除夾雜物將精煉渣調整到合理的流動性至關重要,以此來增加熔渣吸附夾雜物的能力[1]。調整精煉渣成分來調整熔點,進而使得其熔點低、黏度低及流動性好,有利于鋼渣界面吸附目標夾雜物,從而將澆注過程中鋼水的非金屬夾雜物含量降至最低水平[2-5]。為了降低無取向硅鋼中的夾雜物的數量,降低精煉渣的熔點尤為重要,這樣就可以很好的吸附夾雜物,達到目的要求。
本文針對高牌號無取向硅鋼采用的CaO-SiO2-Al2O3-MgO 四元渣系,采用FactSage 軟件研究了不同成分下的精煉渣熔點,對典型成分的精煉渣融化溫度進行測量,驗證計算結果的準確性,為試驗鋼合理的RH精煉渣成分選擇提供了理論指導。
試驗鋼種為新鋼工業(yè)化生產的35ZW350 牌號無取向電工鋼,成分如表1所示。制造工藝流程如圖1所示。
圖1 35ZW350無取向硅鋼的制造工藝
表1 試驗鋼的化學成分(質量分數)%
試驗過程中精煉渣樣(見表2)采用MAGIPRO-2400X 熒光光譜分析儀分析渣中CaO、Al2O3、MgO、SiO2等。
表2 試驗鋼RH精煉渣樣成分%
操作規(guī)程中RH精煉頂渣成分要求:CaO/SiO2≥5;CaO/Al2O3為1.5~1.8;∑(FeO+MnO)≤1.5%。
3.1 CaO含量對熔點的影響
為了分析渣中CaO 含量對四元CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔點的影響,對w(CaO)=30%、35%、40%、45%、50%、55%和60%計算,結果如圖2所示。圖中主要關注熔化溫度低于1 400 ℃的區(qū)域(下同)。從圖中可以看出,w(CaO)=30%時,低熔點區(qū)域在w(SiO2)=45%~90%,w(Al2O3)=0%~54%,w(MgO)=0%~32%;w(CaO)=40%時,低熔點區(qū)域在w(SiO2)=55%~81%,w(Al2O3)=0%~38%,w(MgO)=0%~20%;當w(CaO)=45%時,且在Al2O3端附近出現低熔點區(qū)域。熔點區(qū)域在w(SiO2)=68%~84%,w(Al2O3)=2%~33%,w(MgO)=0%~16%;w(CaO)=50%時,低熔點區(qū)域靠近Al2O3端,在w(SiO2)=0%~10%,w(Al2O3)=80%~100%,w(MgO)=0%~9%,這是因為渣中出現12CaO·7Al2O3(低熔點)導致[6-7]。繼續(xù)增加CaO 低熔點區(qū)域消失這一點可以從60%時看到。結果還表明隨著渣中CaO上升,低熔點區(qū)域縮小。在工業(yè)生產中,常采用高堿度渣系,因此選用該渣系時要求RH精煉過程中對精煉渣成分進行精確控制[8-10]。從圖中也可以看出當CaO 含量為30%,低熔點區(qū)域面積最大。且低熔點區(qū)域隨CaO含量增加而減少,直到最終消失。
圖2 CaO含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點的影響
3.2 SiO2含量對熔點的影響
為了分析SiO2含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔點的影響,對w(SiO2)=3%、5%、10%、15%、20%計算,渣系的相圖如圖3 所示。當w(SiO2)=3%時,低熔點區(qū)域在w(CaO)=43%~56%,w(Al2O3)=40%~55%,w(MgO)=0%~8%;隨著SiO2含量的逐漸上升,低熔點區(qū)域變小,當SiO2上升到10%或15%時,渣系沒有熔點<1 400 ℃的區(qū)域。因此,為了精煉渣具有較高的堿度,認為應將SiO2含量確定在10%以內[11-13]。
圖3 SiO2含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點的影響
3.3 Al2O3含量對熔點的影響
分別對w(Al2O3)=5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%計算,結果如圖4 所示。隨著Al2O3含量升高,熔點較低區(qū)域(1 400 ℃以內)先緩慢增加而后快速減小,當w(Al2O3)=15%~20%時,熔點較低的區(qū)域達到最大值。從圖中可以看出當四元渣系中Al2O3含量為5%時,該渣系熔點較低的區(qū)域位于w(CaO)=11%~53%,w(SiO2)=42%~68%,w(MgO)=0%~25%,此時堿度在1.2~3.8。當Al2O3為15%時,低熔點區(qū)域在w(CaO)=0%~56%,w(SiO2)=42%~82%,w(MgO)=0%~37%。當Al2O3含量進一步增加,低熔點區(qū)域變小,Al2O3上升到30%時,區(qū)域進一步減小,而當渣中Al2O3含量繼續(xù)增至35%時,該渣系幾乎沒有<1 400 ℃區(qū)域。分析認為Al2O3含量在10%~20%較為合適。
圖4 Al2O3含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點的影響
3.4 MgO含量對熔點的影響
為了分析MgO 含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔點的影響,對w(MgO)=2%、4%、6%、8%、10%、14%、18%進行計算,對計算結果進行分析處理后得到的渣中不同MgO 含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系熔點的影響如圖5所示。由圖可知,隨著該四元渣系中MgO含量的逐漸升高,所得相圖中的低熔點區(qū)域范圍(1 400 ℃以內)逐漸變大。當渣中MgO 含量從2%逐步上升至8%時,該精煉渣系低熔點區(qū)域的面積增加明顯,且下方也出現低熔點區(qū)域。當w(MgO)=10%時,低熔點區(qū)域在w(CaO)=6%~48%,w(SiO2)=40%~75%,w(Al2O3)=0%~34%,并且下方低熔點區(qū)域消失。MgO含量繼續(xù)增加,低于1 400 ℃的區(qū)域變化不大,但MgO含量達到18%時,相圖中低于1 400 ℃的區(qū)域只有很小的區(qū)域,將近消失。分析認為將渣中MgO 含量控制在 8%~10%較為合適。
圖5 MgO含量對CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點的影響
根據精煉渣熔點計算結果,選取典型成分進行驗證,具體成分及熔點測試結果如表3所示。由表3可知,計算出的精煉渣熔點與實測值比較吻合,誤差值在5%以下,說明計算結果可靠,可以用來指導實際生產。
表3 典型成分熔點測試結果
5.1 研究四元渣系CaO-SiO2-Al2O3-MgO中CaO組元含量對低熔點低于1 400 ℃區(qū)域的影響發(fā)現,當CaO含量為30%~40%時低熔點區(qū)域較大。
5.2 從Al2O3組元對熔點低于1 400 ℃區(qū)域的影響發(fā)現,Al2O3含量為10%~20%時低熔點區(qū)域較大。
5.3 四元系CaO-SiO2-Al2O3-MgO中SiO2含量影響熔點低于1 400 ℃的區(qū)域大小,在SiO2含量從5%增加到25%時低熔點區(qū)域面積是減小的。應將SiO2控制在10%以內較為合適。
5.4 MgO 對熔點低于1 400 ℃區(qū)域的影響發(fā)現,MgO含量為8%~10%時低熔點區(qū)域較大。
5.5 精煉渣熔點計算值與實測值吻合較好,誤差在5%以下,計算結果可靠,可為精煉渣系的合理選擇做出重要理論指導。