《大型铸锻件》
HEAVY CASTINGANDFORGING
干果礼品盒No. 1
January 2021
邢凯］胡建东1张永集2
（1.天津重型装备工程研究有限公司，天津300457 ；2.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南410083）
摘要：分析原精炼渣存在的问题，提出使用CaO-SiO 2-Al 2O 3精炼渣代替CaO-SiCO-CaF 精炼渣。在通过相图 分析并总结前人理论研究的基础上，选取精炼渣组元质量•比：CaO 为45% ~50%,A2（O 为20% ~25%,SiO, 为12% ~15%,MgO 为6% ~10%。经过现场应用试验，证明其能够满足产品要求。
关键词：精炼渣；铝镇静钢；炉渣配比中图分类号:TF111 文献标志码:B
Smelting Aluminum Killed Steel with High Contents A12O 3 Refining Slag
Xing Kai , Hu Jiandong , Zhang Yongji
Abstract : The existing problems of the original refining slag have been analyzed , and CaO-Si (O At O3 refining
slag has been proposed to eeplace CaO-SiO°-CaF refining slag. On the basis of phase diagram analysis and summary
of previous theereticat studies , the mass ratios of refined slag components have 1)X61 selected : CaO is 45% ~ 50% , At O 3 O 20% 〜25% , SiCO O 12% ~ 15% , and MgO O 6% ~ 10% . Through application test at site, it has been proved ihat O can meet ihe requiremenis of the product.
Key wordt : refining slag ； aluminum hilled sted ； slag ratio
精炼渣对洁净钢的冶炼有着非常重要的作 用，其主要作用体现在以下方面：第一，埋弧加热,
防止吸气；第二，脱除钢水中的氧和硫；第三，合理 的精炼渣成分能够有效的吸附夹杂。传统的精炼 渣使用的是CaO-SOO 二元渣系，为了降低该精炼 渣的熔点，提高精炼渣熔化后的流动性，需要添加 一定量的萤石（主要成分CaF 2），但这会加剧精炼
渣对精炼包耐火材料的侵蚀。同时，渣中（CaF?）
和（SO?）在高温下会反应生成有毒气体SiF ，造 成工作环境的污染。对于允许使用铝脱氧的钢
种，为了提高钢水的洁净度，降低精炼渣对精炼包
的侵蚀，我们使用高A12O 3精炼渣进行钢水精炼。
该精炼渣主要组元为CaO-SiO 2-Al 2O 3，避免萤石
的使用。由于可以使用含A1材料进行脱氧，钢液自制化妆水
中溶解氧含量能够得到很好的控制，钢水脱S 也
相应较为容易。但是良好的精炼渣需要对其组元
配比进行合理选择。
1原精炼渣分析
原精炼渣分析时，选取了 7炉某产品炼钢用 精炼渣进行取样，而后逐炉次进行化学成分分析,
求其平均值，得到精炼渣成分见表1。
从表1可看出，原精炼渣的主要物相为硅酸
二钙和硅酸三钙，其熔点都大于2000P ，精炼渣
中的其他一些物相为RO （RO 为MgO 、CaO 、FeO
和MnO 的总称），如图1（a ）为CaO-SiO 2的二元
收稿日期：2020 -07 -31
相图。硅酸二钙和硅酸三钙熔点较高，从而使得
精炼渣的整体熔点很高。MgO 和CaO 熔点较高,
而且其离子团相比其他离子团要大得多，因此会
增大精炼渣黏度，降低钢渣间化学反应速度。
为了降低该精炼渣的熔点和粘度需要使用萤
石材料。从图1（b ）CaO-SO ）2-CaF2三元相图中可 以看出，为了降低精炼渣的熔点到1500P 以下,
需要配入一定量的萤石。根据公司2016 -2017
年的统计结果，在使用CaO-SiO 2精炼渣冶炼时,
萤石的平均使用量见表2，萤石比例和相图分析
基本相符。
表1原精炼渣取样化学成分(质量分数，％)
Table 1 Chemical compositiont of original refining slag (matt fraction , % )
炉次CaO
SiO 2
MgO A12O 3
CaF FeO MnO
1-151.4125.45 6.91 4.969.770. 190.031-251.0730. 16
8.68 5.99 2.640.090.081-347.6929. 189.66 6.88
5.250.060. 12
2-56.6231.29 5.41 3.9 1.650. 110.092-47.4336.210.25 4.51-0.230.473-48. 1831.2610.7 6. 11 2.530.050. 173-248.4631.9711.72 4. 19 2.830. 180. 13平均
50. 12
30.79
9.05
5.22
4. 110. 13
0. 16
表2 CaO-SiO 2精炼渣萤石用量
Table 2 Amouni of fuoritr in CaO-SiO 2 rfning tag
钢水量/t 萤石用量/hg 100 ~140600 〜70060 〜110
500 〜600
2高A12O 3精炼渣配比优化
对于允许ai 镇静的钢种，我们使用高A12O 3
精炼渣进行钢水精炼。通过理论分析和前人工作统计，优化选择组元配比。
(a)CaO-SiO，二元相图
(3CaO SiO2)3CaF2mass%CaF2
(b)CaO-SiO^CaF2三元相图
图1精炼渣系相图⑴
Figure1Refining slag system phase diagram
CaO0.90.80.70.60.50.40.30.20.1A12O3
图21500P时CaO-Al2O3-SiO2-MgO(6%)的低熔点区域Figure2Low melting regions of
CaO-Al2O3-SiO2-MgO(6%)ae1500P
(1)熔点控制
选用精炼渣时，一般多选在相图的低熔点位置，保证精炼渣的流动性较好，有利于钢水的脱氧和脱硫效果。利用Factsage计算1500P时的CaO-SiO2-Al2O3相图，同时考虑MgO(固定比例6%)，如图2。该相图中基本分成两个低熔点区域，即区域A和区域B，能够实现精炼渣熔点相对较低。
(2)碱度控制
碱度是精炼渣一个重要的参数。渣的碱度对精炼过程的脱氧、脱硫均有较大影响。碱度提高可使钢中平衡氧降低，而且可提高硫在渣-钢之中的分配比，即利于脱氧和脱硫。原渣系中二元碱度R=“(CaO)S
(S®,)=1-6，其碱度相对较低，属于低碱度渣。因此新渣系选择组元配比时考虑适当提高渣中A12O3的比例，即向图2中区域B靠近。
(3)精炼渣吸附夹杂物研究
吸附A12O3夹杂的能力与渣中CaO与A12O3的活度有直接关系。A12O3的活度降低有利于铝氧平衡向正向反应，促进钢中A12O3进入渣中；而CaO活度提高，有利于CaO与A12O3形成多种钙铝酸盐化合物，有利于吸附A12O3夹杂，降低钢水中［0］含量，提高精炼渣脱氧能力。A12O3的含量 在很大程度上影响了CaO-SiO2-Al2O3精炼渣的熔化温度，控制渣中A12O3适当的含量可以得到流动性良好的精炼渣，提高钢液洁净度水平。
赵东伟等人⑷利用Factsage计算了精炼渣CaO-SiO2-Al2O3各组元的活度并得到：当(ca0)S(s>02)=4~6时可以得到A12O3的活度较低,CaO的活度较高的渣系；当SOO的含量一定时，(o)/(现03)比值增加,A12O3的活度减小，而CaO的活度增加。当(啊/((=1.5~2时可以得到A12O3的活度较低,CaO「的活度较高的渣系。
(4)精炼渣上浮的考虑
在精炼过程中，由于精炼包底部吹Aa的作用，钢水和精炼渣受到严重扰动，出现卷渣现象，因此设计
精炼渣时需要考虑精炼渣从钢水中上浮去除。夹杂物要能容易上浮去除，则要求精炼渣表面张力要大，而且渣-钢间的界面张力较大为好。有研究表明⑶：高A12O3精炼渣的表面张力随着碱度的增加而增加，渣-钢间的界面张力随着碱度的增加也增加。但是，当A12O3含量一定时，为了获得较大的精炼渣表面张力，需要提高渣中
(下转第17页)
时进棒，适时测量操作机一端锻坯的内径，若内孔大，则外径需预留收孔量。成形至锻坯长度比成品尺寸短约50mm、外径大约10mm时，拔出芯轴平整两端面，得到平整的端面外形，之后在500 mm上平砧下V形砧上拉拔旋压一到两趟，完成收孔、校直和精整。
4工艺方案验证
采用优化后的锻造工艺方案，并严格按照工艺参数要求操作，外形尺寸、表面和内壁质量完全符合要求。
5结论
(1)采用传统锻造工艺出成品一般需要7~8火次完成，外形尺寸、表面和内壁质量的合格率约70%，工艺优化后，出成品可4火次完成，合格率100%。
(2)钢锭利用率提高，优化前利用率约80%，优化后利用率提高约5%，一是充分利用了冒口与锭身过渡衔接处的材料；二是单倍尺锻造，每一火次平整锻坯两端，整个锻坯完全利用，省去锯切两端工艺弃料；三是反穿芯轴拔长，消除内壁锥度，减少内壁工艺余量；四是减少火次，减少火耗损失。
(3)降低制造成本，加快了生产节凑，优化后的锻造工艺约节约3火次，利用率提高约5%，省去了锯床锯切下料。
nifeshe参考文献
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研究[D].中南大学，2007.
[2]吕炎.锻件缺陷分析与对策[M].北京：机械工
业出版社，1999.
[3]俞汉清，陈金德.金属塑性成形原理[M].北
京：机械工业出版社，1999.
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(上接第5页)
CaO的含量，从而导致精炼渣的熔点上升，精炼渣熔化困难，渣的粘度过大，流动性不好，这也将影响脱氧、脱硫效果和auo3夹杂物的吸附。
表3高A12O3精炼渣成分(质量分数，％)
Table3Compositions of high contents Al2O3
苜蓿根refining slag(mass fraction,%)
CaO S O MgO A12O3原渣系47〜5625〜315〜94〜8
建议45〜5012-156〜1020〜25
表4CaO-SiO2-AI2O3精炼渣化学成分
(质量分数，％)
Table4Chemtcal compositions of CaO-SiO2-AI2O3
reining slag(mass fraction,%)
炉号CaO S O MgO A12O3
1-1-N48.1015.667.1725.42
1-2-N50.7214.29 5.9725.30
1-1-N52.1715.868.9020.10
11153.3511.069.1325.22
1-1-N54.6412.84 5.5324.55
2-1-N49.8514.017.8924.18
2-2-N52.4214.11 6.2625.60
2-3-N46.4416.489.0324.19
21146.9017.897.6026.11
2-3-N50.7415.157.0723.15
3-1-N51.4515.02 6.8023.88
3-3-N44.5115.289.6826.12
3-3-N50.0411.659.9826.13
平均50.1014.567.7724.61
(5)优化方案
综合考虑以上各方面，建议使用的CaO-SiO?-A12O3精炼渣各组元配比方案见表3。
3应用实践
试验炉次产品在精炼阶段出钢前取精炼渣样，进行荧光光谱分析，分析结果见表4。
通过对比表3和表4，试验过程中精炼渣分析结果基本符合原设计，达到了预期设计目标。生产实践中，新设计精炼渣化渣速度与原来相比明显提高，缩短了冶炼时间，精炼过程中未发现新的不利问题，锻件最终的UT检测结果也均合格，说明该渣系能够很好地满足生产需要。但是，精炼渣中(MgO)含量与原精炼渣相比降低幅度不大，仍有进一步改善空间。
参考文献
[1]陈树江，田凤仁，李国华，等.相图分析及应用
体外碎石机
[M].北京：冶金工业出版社，2007：110,160.
[2]赵东伟，包燕平，王敏，等.高洁净度铝镇静钢
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过氧化氢浓度测定9-13.
[3]杨景军.特殊钢高A12O3精炼渣系热力学性质及
物性参数研究[D].北京：北京科技大学钢铁冶
金新技术国家重点实验室，2015：64-65.
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