高牌号无取向硅钢生产中RH精炼渣系熔点分析

2024-03-20崔金鹏杨纯柳于利民

山东冶金 2024年1期

崔金鹏，杨纯柳，于利民，宋程，王旭

（1东北特殊钢集团股份有限公司，辽宁大连 116031；2钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，北京 100081）

1 前言

无取向硅钢追求洁净化过程中，精炼手段是很重要的一环，其中RH 精炼不仅仅要满足成分的达标，而且还要减轻脱氧合金化产生的各种非金属夹杂物。为了去除夹杂物将精炼渣调整到合理的流动性至关重要，以此来增加熔渣吸附夹杂物的能力[1］。调整精炼渣成分来调整熔点，进而使得其熔点低、黏度低及流动性好，有利于钢渣界面吸附目标夹杂物，从而将浇注过程中钢水的非金属夹杂物含量降至最低水平[2-5］。为了降低无取向硅钢中的夹杂物的数量，降低精炼渣的熔点尤为重要，这样就可以很好的吸附夹杂物，达到目的要求。

本文针对高牌号无取向硅钢采用的CaO-SiO2-Al2O3-MgO 四元渣系，采用FactSage 软件研究了不同成分下的精炼渣熔点，对典型成分的精炼渣融化温度进行测量，验证计算结果的准确性，为试验钢合理的RH精炼渣成分选择提供了理论指导。

2 试验

试验钢种为新钢工业化生产的35ZW350 牌号无取向电工钢，成分如表1所示。制造工艺流程如图1所示。

图1 35ZW350无取向硅钢的制造工艺

表1 试验钢的化学成分（质量分数）%

试验过程中精炼渣样（见表2）采用MAGIPRO-2400X 荧光光谱分析仪分析渣中CaO、Al2O3、MgO、SiO2等。

表2 试验钢RH精炼渣样成分%

操作规程中RH精炼顶渣成分要求：CaO/SiO2≥5；CaO/Al2O3为1.5～1.8；∑（FeO+MnO）≤1.5%。

3 精炼渣成分对熔点的影响

3.1 CaO含量对熔点的影响

为了分析渣中CaO 含量对四元CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔点的影响，对w（CaO）=30%、35%、40%、45%、50%、55%和60%计算，结果如图2所示。图中主要关注熔化温度低于1 400 ℃的区域（下同）。从图中可以看出，w（CaO）=30%时，低熔点区域在w（SiO2）=45%～90%，w（Al2O3）=0%～54%，w（MgO）=0%～32%；w（CaO）=40%时，低熔点区域在w（SiO2）=55%～81%，w（Al2O3）=0%～38%，w（MgO）=0%～20%；当w（CaO）=45%时，且在Al2O3端附近出现低熔点区域。熔点区域在w（SiO2）=68%～84%，w（Al2O3）=2%～33%，w（MgO）=0%～16%；w（CaO）=50%时，低熔点区域靠近Al2O3端，在w（SiO2）=0%～10%，w（Al2O3）=80%～100%，w（MgO）=0%～9%，这是因为渣中出现12CaO·7Al2O3（低熔点）导致[6-7］。继续增加CaO 低熔点区域消失这一点可以从60%时看到。结果还表明随着渣中CaO上升，低熔点区域缩小。在工业生产中，常采用高碱度渣系，因此选用该渣系时要求RH精炼过程中对精炼渣成分进行精确控制[8-10］。从图中也可以看出当CaO 含量为30%，低熔点区域面积最大。且低熔点区域随CaO含量增加而减少，直到最终消失。

图2 CaO含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精炼渣熔点的影响

3.2 SiO2含量对熔点的影响

为了分析SiO2含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔点的影响，对w（SiO2）=3%、5%、10%、15%、20%计算，渣系的相图如图3 所示。当w（SiO2）=3%时，低熔点区域在w（CaO）=43%～56%，w（Al2O3）=40%～55%，w（MgO）=0%～8%；随着SiO2含量的逐渐上升，低熔点区域变小，当SiO2上升到10%或15%时，渣系没有熔点＜1 400 ℃的区域。因此，为了精炼渣具有较高的碱度，认为应将SiO2含量确定在10%以内[11-13］。

图3 SiO2含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精炼渣熔点的影响

3.3 Al2O3含量对熔点的影响

分别对w（Al2O3）=5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%计算，结果如图4 所示。随着Al2O3含量升高，熔点较低区域（1 400 ℃以内）先缓慢增加而后快速减小，当w（Al2O3）=15%～20%时，熔点较低的区域达到最大值。从图中可以看出当四元渣系中Al2O3含量为5%时，该渣系熔点较低的区域位于w（CaO）=11%～53%，w（SiO2）=42%～68%，w（MgO）=0%～25%，此时碱度在1.2～3.8。当Al2O3为15%时，低熔点区域在w（CaO）=0%～56%，w（SiO2）=42%～82%，w（MgO）=0%～37%。当Al2O3含量进一步增加，低熔点区域变小，Al2O3上升到30%时，区域进一步减小，而当渣中Al2O3含量继续增至35%时，该渣系几乎没有＜1 400 ℃区域。分析认为Al2O3含量在10%～20%较为合适。

图4 Al2O3含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO系精炼渣熔点的影响

3.4 MgO含量对熔点的影响

为了分析MgO 含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO 渣系熔点的影响，对w（MgO）=2%、4%、6%、8%、10%、14%、18%进行计算，对计算结果进行分析处理后得到的渣中不同MgO 含量对CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系熔点的影响如图5所示。由图可知，随着该四元渣系中MgO含量的逐渐升高，所得相图中的低熔点区域范围（1 400 ℃以内）逐渐变大。当渣中MgO 含量从2%逐步上升至8%时，该精炼渣系低熔点区域的面积增加明显，且下方也出现低熔点区域。当w（MgO）=10%时，低熔点区域在w（CaO）=6%～48%，w（SiO2）=40%～75%，w（Al2O3）=0%～34%，并且下方低熔点区域消失。MgO含量继续增加，低于1 400 ℃的区域变化不大，但MgO含量达到18%时，相图中低于1 400 ℃的区域只有很小的区域，将近消失。分析认为将渣中MgO 含量控制在 8%～10%较为合适。