不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算

摘要

近年来,国内外市场对不锈钢质量的要求在迅速提高,为满足用户的需求及提高自身产品的竞争力,提高不锈钢连铸坯的洁净度已成为各生产企业的一个重要课题,不锈钢冶炼过程中以夹杂物控制为中心的高洁净化也越来越引起人们的重视。
　　 以非金属央杂物的热力学性质为理论依据控制其类型及形态是主要研究方向,并已取得了一定进展。根据热力学计算,认为炉渣-钢液-夹杂物三者之间达到完全平衡,而在实际冶炼过程中,由于传输和动力学条件的制约,不可能完全满足炉渣与钢液、钢液与夹杂物之间元素迁移所需的足够时间,则不可能达到上述三者的完全平衡,非金属夹杂物在钢液中的成分也就不能完全等同于炉渣的成分。结合前人对夹杂物的热力学研究成果,充分考虑到冶炼过程中的动力学条件,进行不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算具有重要的指导意义。
　　 本课题的目标是结合冶金热力学的平衡计算、运用冶金动力学的理论和研究方法,研究不锈钢液脱氧时夹杂物的动力学形成机制。本课题用相互作用系数法计算钢液组元的活度,用高阶亚正规溶液模型计算SiO2-Al2O3-CaO-MgO渣系和MnO-SiP2-Al2O3-CaO渣系组元的活度,并基于该溶液模型建立了钢液脱氧和氧化物夹杂控制的热力学模型,应用于不锈钢脱氧过程的渣-金平衡、钢液-氧化物夹杂平衡的计算,分析非金属夹杂物的动力学形成机制。
　　 本课题以计算机仿真为主要手段,运用冶金热力学和动力学的理论和研究方法,对不锈钢脱氧过程进行分析,建立不同脱氧条件下夹杂物形成的动力学计算模型,应用VB编制了该模型的计算软件,模型计算结果如下:
　　 (1)对430铁素体不锈钢铝脱氧时镁铝尖晶石的动力学形成机制研究表明:金属相传质是渣中MgO还原的速率控制环节。Mg在钢液边界层的扩散为钢液-夹杂物反应的速率控制环节。而对整个系统来说,Mg在渣.金界面钢液边界层的扩散是夹杂物生成过程的速率控制环节。
　　 (2)为了减少MgO-Al2O3尖晶石的形成,应提高炉渣中SiO2的含量,降低炉渣碱度;
　　 (3)铁素体不锈钢用铝脱氧时,最终可形成MgO浓度达到饱和的镁铝尖晶石夹杂;
　　 (4)对316奥氏体不锈钢硅脱氧时硅酸盐类夹杂物的动力学形成机制的研究表明,钢液中Si氧化和渣中MnO还原的反应速率控制环节为渣相的传质,而渣中Al2O3和CaO还原的反应速率控制环节为金属相的传质。而对整个系统来说,渣-金反应是夹杂物(包括Al2O3、CaO)生成过程的速率控制环节;
　　 (5)奥氏体不锈钢用硅脱氧时,可认为最终夹杂物由CaO-SiO2-Al2O3复合物组成,夹杂物内CaO含量可达45％,Al2O3为4％左右。