国内刊号：11-2133/TF
国际刊号：1001-0963
发布日期:
作者：朱庆童1, 定巍2,3,4, 李岩1
单位：1.内蒙古科技大学稀土产业学院,内蒙古包头014010;；2.内蒙古科技大学材料科学与工程学院,内蒙古包头014010;；3.内蒙古科技大学新金属材料重点实验室,内蒙古包头014010;；4.内蒙古科技大学轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室,内蒙古包头014010
关键词：中高锰钢,精炼渣,Al2O3两相性行为,碱度,MnO生成,FactSage模拟
基金：内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2023ZD03,2024MS05012);内蒙古自治区直属高校基本科研业务资助项目
中高锰钢因高强度-塑性协同效应及轻量化特性成为汽车钢的优选材料,但其在工业化冶炼方面面临严峻挑战,即精炼过程中熔渣SiO<sub>2</sub>与钢液中Mn的氧化还原反应显著,导致[Si]、(MnO)等成分控制失效。为解决该难题,基于FactSage热力学软件,构建CaO-SiO<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-MgO四元渣系和Fe-<i>x</i>Mn(<i>x</i>分别为5%、10%、20%、30%)体系的热力学平衡模型。在温度为1 600 ℃、钢渣比为10∶1条件下,系统探究碱度(<i>R</i>=CaO/SiO<sub>2</sub>=1~6)和Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量(<i>w</i>(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>),质量分数为20%~50%)对渣-金反应的交互作用机制。重点分析渣中SiO<sub>2</sub>活度(<i>a</i><sub>SiO<sub>2</sub></sub>)、MnO含量和脱硫效率等关键参数,阐明精炼渣组分对渣-金反应的调控规律,提出渣系优化设计方案。结果表明,提高碱度可显著降低SiO<sub>2</sub>活度,抑制反应(2[Mn]+(SiO<sub>2</sub>)=[Si]+2(MnO))的进行,使渣中MnO质量分数从<i>R</i>=1时的19.7%下降到<i>R</i>=6时的2.3%,为保持精炼渣组分稳定性,应该尽量控制碱度大于4。Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>呈现显著的两相性行为,当Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>呈酸性时,其酸性特征会削弱有效碱度,导致SiO<sub>2</sub>活度升高,MnO含量激增。协同调控碱度和Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量才可将MnO控制在最低值。精炼渣(<i>R=6,w</i>(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)=30%)与30Mn钢反应后,MnO质量分数(<i>w</i>(MnO))为2.1%。对于0.03S钢,当精炼渣<i>R</i>=5~6、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>质量分数为27%~30%时,脱硫效率最优,但需要控制<i>w</i>(MnO)≤2%,以避免该含量升高恶化脱硫效果。在满足MnO含量控制和最佳脱硫效率的情况下,优化后的最佳渣系适用于冶炼<i>w</i>(Mn)≤28%的中高锰钢。
来源：2025年第10期
《钢铁研究学报》期刊编辑部