摘要
在过去几十年里，先进超超临界（A-USC）电厂得到了迅速发展，以满足节能减排的要求。由于A-USC电厂的服役环境通常是高温（高于650℃）和高压（高达35 MPa）,对高性能材料的需求与日俱增。凭借优异的高温性能，新型耐热奥氏体不锈钢（如Sanicro25和Sanicro35）是A-USC发电厂过热器和再热器的主要候选材料。但新型耐热奥氏体不锈钢合金含量较高，在实际生产中，极易产生热加工开裂现象，因此实现该类钢的高洁净度冶炼至关重要。优化精炼渣成分、合理调控钙处理工艺参数，可以有效降低钢中全氧含量，改性大尺寸高熔点夹杂物。目前，Al2O3含量对高碱度精炼渣系黏度和精炼能力的影响尚未明晰，钙加入量对精炼渣处理后的奥氏体耐热钢中夹杂物的影响也未见报道。因此，系统研究新型奥氏体耐热不锈钢的高洁净度冶炼工艺意义重大。 本文以新型奥氏体耐热不锈钢Sanicro25为研究对象，探究了 Al2O3含量对高碱度精炼渣黏度、精炼能力的影响以及钙加入量对夹杂物改性的影响，主要结论如下: 随着Al2O3含量从10％增加到20％,精炼渣黏度急剧下降，在Al2O3含量20％～30％的范围内变化不大。在1833～1873 K时，当Al2O3含量达到25％，精炼渣黏度降至最低值。此外，渣活化能随着Al2O3含量的增加而逐渐降低，Al2O3含量为25％时渣系活化能最低。从固相沉淀行为的角度考虑，增加Al2O3含量显著抑制渣中CaO相的析出，有利于降低黏度。从离子单元结构的角度考虑，随着Al2O3含量的增加，液相中的离子单元结构变得复杂，铝酸盐和硅酸盐网络结构的聚合度增加，有利于黏度的提高。当Al2O3含量从10％增加到25％时，添加Al2O3对固相析出行为的抑制作用对降低渣黏度起主导作用。随着Al2O3含量进一步提高到30％，Al2O3的添加对网络聚合度的促进作用对提高渣黏度起主导作用。经过精炼渣处理后，钢中夹杂物主要由Al2O3转变为MgO-Al2O3和CaO-MgO-Al2O3，当Al2O3含量从10％增加到25％时，全氧含量降低至17 ppm,夹杂物数密度降低至56 mm-2,继续提高Al2O3含量会导致全氧含量提升。综上，精炼渣中Al2O3含量为25％时，精炼效果最佳。 钙处理可有效将夹杂物改善为圆形，随着钙加入量的提升，夹杂物类型发生如下转变:MgO-Al2O3→MgO-CaO-Al2O3→CaO-Al2O3→CaO。由 MgO-CaO-Al2O3三元相图可以看出，钙加入量为0.2％时，大部分夹杂物分布于液相区内，钙处理起到了良好的改性效果，其他钙加入量钢中大部分夹杂物为固相，钙处理效果较差。此外，随着钙加入量的提升，夹杂物数密度由55.8 mm2降至40.0 mm2;夹杂物平均直径呈先降低后升高的趋势，最小平均直径为0.84 μm;小尺寸夹杂物（＜1.5μm）占比呈先升高后降低的趋势，最大占比为95％。钙加入量对夹杂物改性的影响机理为:溶解钙优先与MgO-Al2O3中的镁元素发生置换反应，在原MgO-Al2O3夹杂物表面形成CaO-MgO-Al2O3夹杂物层，该置换反应随钢液中溶解钙含量提高而愈发彻底，直至生成CaO-Al2O3夹杂物;继续提高钙加入量，溶解钙与CaO-Al2O3夹杂物反应，在原CaO-Al2O3夹杂物表面形成CaO夹杂物层，直至生成CaO夹杂物。综上，钙加入量为0.2％时，夹杂物改性效果最佳。
NETL