高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼生產(chǎn)中RH精煉渣系熔點(diǎn)分析

崔金鵬，楊純柳，于利民，宋 程，王 旭

（1東北特殊鋼集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116031；2鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國(guó)家工程研究中心，北京 100081）

1 前 言

無(wú)取向硅鋼追求潔凈化過(guò)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(dá)標(biāo)，而且還要減輕脫氧合金化產(chǎn)生的各種非金屬夾雜物。為了去除夾雜物將精煉渣調(diào)整到合理的流動(dòng)性至關(guān)重要，以此來(lái)增加熔渣吸附夾雜物的能力[1］。調(diào)整精煉渣成分來(lái)調(diào)整熔點(diǎn)，進(jìn)而使得其熔點(diǎn)低、黏度低及流動(dòng)性好，有利于鋼渣界面吸附目標(biāo)夾雜物，從而將澆注過(guò)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(wú)取向硅鋼中的夾雜物的數(shù)量，降低精煉渣的熔點(diǎn)尤為重要，這樣就可以很好的吸附夾雜物，達(dá)到目的要求。

本文針對(duì)高牌號(hào)無(wú)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(diǎn)，對(duì)典型成分的精煉渣融化溫度進(jìn)行測(cè)量，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，為試驗(yàn)鋼合理的RH精煉渣成分選擇提供了理論指導(dǎo)。

2 試 驗(yàn)

試驗(yàn)鋼種為新鋼工業(yè)化生產(chǎn)的35ZW350 牌號(hào)無(wú)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(wú)取向硅鋼的制造工藝

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

試驗(yàn)過(guò)程中精煉渣樣（見(jiàn)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(yàn)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 精煉渣成分對(duì)熔點(diǎn)的影響

3.1 CaO含量對(duì)熔點(diǎn)的影響

為了分析渣中CaO 含量對(duì)四元CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔點(diǎn)的影響，對(duì)w（CaO）=30%、35%、40%、45%、50%、55%和60%計(jì)算，結(jié)果如圖2所示。圖中主要關(guān)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(shí)，低熔點(diǎn)區(qū)域在w（SiO2）=45%～90%，w（Al2O3）=0%～54%，w（MgO）=0%～32%；w（CaO）=40%時(shí)，低熔點(diǎn)區(qū)域在w（SiO2）=55%～81%，w（Al2O3）=0%～38%，w（MgO）=0%～20%；當(dāng)w（CaO）=45%時(shí)，且在Al2O3端附近出現(xiàn)低熔點(diǎn)區(qū)域。熔點(diǎn)區(qū)域在w（SiO2）=68%～84%，w（Al2O3）=2%～33%，w（MgO）=0%～16%；w（CaO）=50%時(shí)，低熔點(diǎn)區(qū)域靠近Al2O3端，在w（SiO2）=0%～10%，w（Al2O3）=80%～100%，w（MgO）=0%～9%，這是因?yàn)樵谐霈F(xiàn)12CaO·7Al2O3（低熔點(diǎn)）導(dǎo)致[6-7］。繼續(xù)增加CaO 低熔點(diǎn)區(qū)域消失這一點(diǎn)可以從60%時(shí)看到。結(jié)果還表明隨著渣中CaO上升，低熔點(diǎn)區(qū)域縮小。在工業(yè)生產(chǎn)中，常采用高堿度渣系，因此選用該渣系時(shí)要求RH精煉過(guò)程中對(duì)精煉渣成分進(jìn)行精確控制[8-10］。從圖中也可以看出當(dāng)CaO 含量為30%，低熔點(diǎn)區(qū)域面積最大。且低熔點(diǎn)區(qū)域隨CaO含量增加而減少，直到最終消失。

圖2 CaO含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點(diǎn)的影響

3.2 SiO2含量對(duì)熔點(diǎn)的影響

為了分析SiO2含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔點(diǎn)的影響，對(duì)w（SiO2）=3%、5%、10%、15%、20%計(jì)算，渣系的相圖如圖3 所示。當(dāng)w（SiO2）=3%時(shí)，低熔點(diǎn)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(diǎn)區(qū)域變小，當(dāng)SiO2上升到10%或15%時(shí)，渣系沒(méi)有熔點(diǎn)＜1 400 ℃的區(qū)域。因此，為了精煉渣具有較高的堿度，認(rèn)為應(yīng)將SiO2含量確定在10%以內(nèi)[11-13］。

圖3 SiO2含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點(diǎn)的影響

3.3 Al2O3含量對(duì)熔點(diǎn)的影響

分別對(duì)w（Al2O3）=5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%計(jì)算，結(jié)果如圖4 所示。隨著Al2O3含量升高，熔點(diǎn)較低區(qū)域（1 400 ℃以內(nèi)）先緩慢增加而后快速減小，當(dāng)w（Al2O3）=15%～20%時(shí)，熔點(diǎn)較低的區(qū)域達(dá)到最大值。從圖中可以看出當(dāng)四元渣系中Al2O3含量為5%時(shí)，該渣系熔點(diǎn)較低的區(qū)域位于w（CaO）=11%～53%，w（SiO2）=42%～68%，w（MgO）=0%～25%，此時(shí)堿度在1.2～3.8。當(dāng)Al2O3為15%時(shí)，低熔點(diǎn)區(qū)域在w（CaO）=0%～56%，w（SiO2）=42%～82%，w（MgO）=0%～37%。當(dāng)Al2O3含量進(jìn)一步增加，低熔點(diǎn)區(qū)域變小，Al2O3上升到30%時(shí)，區(qū)域進(jìn)一步減小，而當(dāng)渣中Al2O3含量繼續(xù)增至35%時(shí)，該渣系幾乎沒(méi)有＜1 400 ℃區(qū)域。分析認(rèn)為Al2O3含量在10%～20%較為合適。

圖4 Al2O3含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點(diǎn)的影響

3.4 MgO含量對(duì)熔點(diǎn)的影響

為了分析MgO 含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔點(diǎn)的影響，對(duì)w（MgO）=2%、4%、6%、8%、10%、14%、18%進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析處理后得到的渣中不同MgO 含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系熔點(diǎn)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(diǎn)區(qū)域范圍（1 400 ℃以內(nèi)）逐漸變大。當(dāng)渣中MgO 含量從2%逐步上升至8%時(shí)，該精煉渣系低熔點(diǎn)區(qū)域的面積增加明顯，且下方也出現(xiàn)低熔點(diǎn)區(qū)域。當(dāng)w（MgO）=10%時(shí)，低熔點(diǎn)區(qū)域在w（CaO）=6%～48%，w（SiO2）=40%～75%，w（Al2O3）=0%～34%，并且下方低熔點(diǎn)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(dá)到18%時(shí)，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(rèn)為將渣中MgO 含量控制在 8%～10%較為合適。

圖5 MgO含量對(duì)CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精煉渣熔點(diǎn)的影響

4 分析驗(yàn)證

根據(jù)精煉渣熔點(diǎn)計(jì)算結(jié)果，選取典型成分進(jìn)行驗(yàn)證，具體成分及熔點(diǎn)測(cè)試結(jié)果如表3所示。由表3可知，計(jì)算出的精煉渣熔點(diǎn)與實(shí)測(cè)值比較吻合，誤差值在5%以下，說(shuō)明計(jì)算結(jié)果可靠，可以用來(lái)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

表3 典型成分熔點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

5 結(jié) 論

5.1 研究四元渣系CaO-SiO2-Al2O3-MgO中CaO組元含量對(duì)低熔點(diǎn)低于1 400 ℃區(qū)域的影響發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CaO含量為30%～40%時(shí)低熔點(diǎn)區(qū)域較大。

5.2 從Al2O3組元對(duì)熔點(diǎn)低于1 400 ℃區(qū)域的影響發(fā)現(xiàn)，Al2O3含量為10%～20%時(shí)低熔點(diǎn)區(qū)域較大。

5.3 四元系CaO-SiO2-Al2O3-MgO中SiO2含量影響熔點(diǎn)低于1 400 ℃的區(qū)域大小，在SiO2含量從5%增加到25%時(shí)低熔點(diǎn)區(qū)域面積是減小的。應(yīng)將SiO2控制在10%以內(nèi)較為合適。

5.4 MgO 對(duì)熔點(diǎn)低于1 400 ℃區(qū)域的影響發(fā)現(xiàn)，MgO含量為8%～10%時(shí)低熔點(diǎn)區(qū)域較大。

5.5 精煉渣熔點(diǎn)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，誤差在5%以下，計(jì)算結(jié)果可靠，可為精煉渣系的合理選擇做出重要理論指導(dǎo)。