钢液脱氧控制热力学模拟

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由此可见， 一旦掌握钢液和氧化物体系中各组 元的活度值， 就可以容易地计算渣一 金反应和钢液－ 氧化物夹杂反应 （ 氧化物夹杂实际上可以视为微小 炉渣体系） 钢液中 。 溶解元素活度可以用互作用参
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３ 模型应用及验证
１ 热力学模型
众所周知， 钢中夹杂物影响着钢铁产品的性 能， 如炼钢过程产生的氧化物夹杂对钢在高速切削 加工条件下切削 性能和钢帘线生产中 拉拔性能，以
及 ３４ ０ 不锈钢冷轧薄板表面质量有重要影响。利用 夹杂物工程技术可以控制钢包精炼中渣一 金平衡， 脱氧和夹杂物变性处理，以 形成对钢加工性能和使 用性能有利的或无害的钢中夹杂物。 钢液的脱氧反应一般可表示为：
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１０ ９
２０ ０３中国钢铁年会论文集
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氧化物体系中组元的活度计算可表示为：
度的数据是钢包精炼炉炉渣设计和控制必不可少的
化。表 １ 给出钢中的硅， 钙和锰的脱氧反应， 铝， 以 及复合脱氧的 化学反应及其自由 能变化。
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数 方法计算［，氧化物体系中组元的活度值， １ ５ １ 本
文用多元系亚正规溶液模型计算。 图１ 分别给出了 和图２ 温度为 １０℃的Ｍ Ｏ ５０ ｎ－ Ａ２ １ ｑ一ｑ 和温度为 １ ０ ６ ℃的 ＣＯＡ 伪－姚 三 ０ ａ－ｌ Ｓ ， ｉ 元氧化系中 各组元的等活度曲 线。 前者是碳钢在凝 固过程产生的Ｍ ＯＡ ０－Ｏ 三元系氧化物夹杂， ｎ －ｌ ｔ ｉ ２ Ｓ２ 后者是钢包精炼过程中产生的 ＣｏＡ２ Ｓ 三 ａ－１ ｉ 岛－姚 元系氧化物夹杂。图 １ 和图２ 的等活度计算结果可 作为预测碳钢夹杂物关键的热力学数据。
摘 要 本文基于多元系亚正规溶液模型建立了钢液脱氧控制的热力学模拟方法， 并应用于钢包精炼中渣－ 金平衡、 脱氧控制和钢中氧化物夹杂成分预测。钢包渣一 金平衡条件下硅脱氧和钢液铝硅脱氧后钙处理的工 业性试验， 以及钢液凝固过程形成的氧化物夹杂成分分析结果验证了模拟计算。应用实践说明， 该热力学模 拟方法可以用于钢包精炼中钢液的脱氧控制和钢中氧化夹杂物控制。 关键词 热力学模拟 脱氧控制 渣一 金平衡 夹杂物工
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本趋于热力学平衡，这也是应用热力学模型的基 本条件。在现代钢包精炼中，底吹氢气搅拌、 加
热、喂线、合成渣及在线快速分析等技术的应用， 完全有条件借助于钢液脱氧的热力学模拟进行精炼 渣成分的在线调整， 用渣一 金平衡控制钢液的脱氧， 用钙处理等方法对钢中的脱氧产物进行变性处理，
中溶解氧含量的影响。可见， 硅的脱氧能力与炉渣 中二氧化硅的活度有关， 钢液中 溶解氧含量随渣中 二氧化硅活度而降低， 而二氧化硅的活度取决于炉 渣的成分 图４ 给出了使用 ４ 个不同炉渣， 金平 渣一 衡时硅的脱氧能力的变化， 为提高钢中硅的脱氧能 力， 钢包精炼渣中二氧化硅活度应控制在较低水平。
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石 曰 羊 ｝
ｌ） １
一１ ９ ０ ２ ． ９ ７ ９ ＋ ７ Ｔ ６
式中，， Ａ， ｎ Ｃ） ａ 分别为以铁 ａ（ Ｍ＝ Ｓ Ｍ 和 ａ和 ０ ｌｉ ， 液中１ 重量浓度为标准态， ％ 钢中脱氧剂和氧的活 度；ｍ 是以 ａ。 纯固体为标准态， 氧化物体系中脱氧
钢液中元素的活度可按下式计算：
炼 钢
连 铸
。一
表 １ 钢中脱级反应
Ｔ ｂ １ Ｔ ｅ ｒｄ ｔ ｒ ｃｉ ｓ ｔｅ ｎ ａ ｔ ｎ ｉ ｓｅ ｌ ａ ． ｈ ｄ ｉａｉ ｅ ｍ ｏ ｏ ｎ
钢液脱氧控制热力学模拟
张 晓兵
（ 宝钢集团一钢公司技术中心）
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图３ ００ ＯＭ ０１％） １ ０ ， －ｇ（ 一 ６ Ｃ ａ ０ 从ｑ－０ 四元氧化系中 Ｓ２ ＣＯ Ａ ０ 和Ｓ 组元的等活度曲线 ａ ， ３ ｑ １ ２
利用夹杂物工程技术冶炼钢帘线和无铅易切削 钢以及不锈钢冶炼中氧化铬的硅还原， 必须通过渣
ｉ ， ｝ｌ Ｖ
炼 钢
连 铸
１ ９１
金平衡， 进行硅脱氧控制。在钢包精炼中， 钢包
炉渣的成分取决于出钢过程钢的预脱氧、合成渣的 加人和出钢中下渣量等。冶炼过程中应控制钢包炉 渣成分 ，借助于渣一 金平衡来控制钢 中溶解氧和有 关脱氧元素的含量 图４ ｒ 给出 温度为 １８℃时，炉渣成分对钢 ５０
依据。在钢包精炼过程中利用渣一 金平衡原理，通 过控制炉渣中组元的活度就可以达到控制钢液脱氧 反应的目 的。
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