1 400 ℃氩气气氛条件下CaO-Al2O3-Ce2O3-CaF2渣系的相平衡关系

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240059

摘要/Abstract

摘要：

为填补稀土钢冶金渣系热力学研究和热力学数据的空白，通过高温热力学平衡实验并结合扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）等检测分析手段，研究了CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂渣系在1 400 ℃氩气气氛条件下的相平衡关系及液相区分布，并绘制出相应的等温相图.在氩气气氛条件下，CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂渣系在1 400 ℃共存在8个平衡共存区，包括单一液相区、4个两相平衡共存区（L+C₁₁A₇F，L+C₂A₃Ce，L+C₂ACe，L+CA₂）以及3个三相平衡共存区（L+C+C₂ACe，L+C₂ACe+C₁₁A₇F，L+CA₂+C₂A₃Ce）.通过两相平衡共存区中的液相面确定了CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂渣系在1 400 ℃氩气气氛条件下的液相区范围.

关键词: CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂渣系, 相平衡关系, 液相区, 热力学平衡, 等温相图

Abstract:

In order to fill the gap in thermodynamic research and thermodynamic data of metallurgical slag system of rare earth steel， the phase equilibrium relationships and liquid phase distribution of CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂ slag system at 1 400 ℃ in argon were determined by the high-temperature thermodynamic equilibrium experiment and scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer （SEM-EDS）， and the isothermal phase diagram was plotted. Eight equilibrium coexistence regions in the CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂ slag system were determined at 1 400 ℃ in argon， including a single liquid phase region， four two-phase equilibrium regions （L+C₁₁A₇F， L+C₂A₃Ce， L+C₂ACe， and L+CA₂）， and three three-phase equilibrium regions （L+C+C₂ACe， L+C₂ACe+C₁₁A₇F， L+CA₂+C₂A₃Ce）. The liquid phase region of the CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂ slag system at 1 400 ℃ in argon was determined by the liquid phase boundary in the two-phase equilibrium regions.

Key words: CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂ slag system, phase equilibrium relationship, liquid phase region, thermodynamic equilibrium, isothermal phase diagram

中图分类号:

TF 14

叶江盛, 刘承军, 梁志刚, 王野光. 1 400 ℃氩气气氛条件下CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂渣系的相平衡关系[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2025, 46(10): 89-95.

Jiang-sheng YE, Cheng-jun LIU, Zhi-gang LIANG, Ye-guang WANG. Phase Equilibrium Relationships of CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂ Slag System at 1 400 ℃ in Argon[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science), 2025, 46(10): 89-95.

图/表 10

图1 渣样预熔后的SEM照片

Fig.1 SEM photo of pre-melted slag samples

表1 实验渣的实际初始成分（质量分数） (slags (mass fraction) %)

Table 1 Actual initial compositions of experimental

编号	CaO	Al₂O₃	CeO₂	CaF₂	w(CaO)/ w(Al₂O₃)
1	34.39	35.42	15.03	15.16	0.97
2	35.18	37.78	12.17	14.88	0.93
3	37.09	37.78	9.68	15.45	0.98
4	31.62	44.13	8.65	15.60	0.72
5	29.24	41.52	13.96	15.27	0.70
6	19.05	60.68	4.32	15.96	0.31
7	14.40	58.40	12.18	15.02	0.25
8	39.32	49.83	2.13	8.72	0.79
9	33.91	45.90	13.00	7.19	0.74
10	24.53	53.01	8.86	13.60	0.46
11	28.33	56.15	4.46	11.05	0.50
12	20.11	61.07	11.44	7.38	0.33
13	32.87	59.19	2.59	5.35	0.56
14	50.28	44.83	2.32	2.57	1.12

图2 实验过程中的温度曲线

Fig.2 Temperature curve during experimental process

图3 铈氧化物的优势区域图

Fig.3 Advantage zone diagram of Ce oxide

图4 典型渣样的扫描电镜图像（a）—渣样1；（b）—渣样2；（c）—渣样3；（d）—渣样4；（e）—渣样5；（f）—渣样6；（g）—渣样7；（h）—渣样8；（i）—渣样9；（j）—渣样10；（k）—渣样11；（l）—渣样12；（m）—渣样13；（n）—渣样14.

Fig.4 SEM image of typical slag samples

图5 典型关键相区的XRD结果

Fig.5 XRD results of typical critical phase regions

图6 杠杆定律的验证

Fig.6 Verification of lever law

表2 渣样的相平衡关系

Table 2 Phase equilibrium relationship of slag samples

渣样编号	相平衡关系
8	L+C₁₁A₇F
10	L+C₂A₃Ce
11	L+CA₂+C₁₁A₇F
13	L+C₂A₃Ce+C₃A₃F
14	L+C₃A+C₁₁A₇F
1，2，3	L+C+C₂ACe
4，5，9	L+C₂ACe+C₁₁A₇F
6，7，12	L+CA₂+C₂A₃Ce

图7 CaO-Al2O3-Ce2O3-CaF2渣系在1 400 ℃下的平衡共存区（a）—单一视角下；（b）—图7a视角绕z轴顺时针旋转30°.

Fig.7 Equilibrium region of CaO-Al2O3-Ce2O3-CaF2 system at 1 400 ℃

图8 CaO-Al2O3-Ce2O3-CaF2渣系在1 400 ℃下的等温相图

Fig.8 Isothermal phase diagram of CaO-Al2O3-Ce2O3-CaF2 slag system at 1 400 °C

参考文献 20

[1]	余景生，余宗森，章复中. 稀土处理钢手册［M］. 北京：冶金工业出版社， 1993： 22-29.
	Yu Jing-sheng， Yu Zong-sen， Zhang Fu-zhong. Handbook of rare earth treatment steel［M］. Beijing： Metallurgical Industry Press， 1993： 22-29.
[2]	中国科学技术协会，中国稀土学会. 稀土科学技术学科发展报告［M］. 北京：中国科学技术出版社， 2016： 3-26.
	China Association for Science and Technology， The Chinese Society of Rare Earth. Report on the development of rare earth science and technology discipline［M］. Beijing： China Science & Technology Press， 2016： 3-26.
[3]	唐向东，宋伟，杨会庭，等. 稀土处理钢浇注的工艺难点及对策［J］. 钢铁钒钛， 2001， 22（3）： 68-72.
	Tang Xiang-dong， Song Wei， Yang Hui-ting， et al. Countermeasure for the problems of continuous casting of RE-treated steels［J］. Iron Steel Vanadium Titanium， 2001， 22（3）： 68-72.
[4]	Qiu J Y， Huo G J， Liu C J. Phase equilibrium relationship of CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-MgO system at 1573K［J］. Metallurgical and Materials Transactions B， 2023， 54（5）： 2411-2425.
[5]	王德永，刘承军，史培阳，等. 稀土氧化物对连铸保护渣结晶温度的影响［J］. 钢铁研究学报， 2004， 16（5）： 28-32.
	Wang De-yong， Liu Cheng-jun， Shi Pei-yang， et al. Effect of rare earth oxide on crystallization temperature of mold flux for continuous casting［J］. Journal of Iron and Steel Research， 2004， 16（5）： 28-32.
[6]	Qi J， Liu C J， Jiang M F. Properties investigation of CaO-Al₂O₃-SiO₂-Li₂O-B₂O₃-Ce₂O₃ mould flux with different w（CaO）/w（Al₂O₃） for heat-resistant steel continuous casting ［J］. Canadian Metallurgical Quarterly， 2017， 56（2）： 212-220.
[7]	Blazek K， Yin H B， Skoczylas G， et al. Development and evaluation of lime alumina-based mold powders for casting high-aluminum TRIP steel grades ［J］. AIST Trans， 2011， 8： 232-240.
[8]	Jeong S J， Kim T S， Park J H. Relationship between sulfide capacity and structure of MnO-SiO₂-Al₂O₃- Ce₂O₃ system ［J］. Metallurgical and Materials Transactions B， 2017， 48（1）： 545-553.
[9]	Shibata E， Nakamura T， Nishida T， et al. Evaluation of desulphurization flux in CaO-Al₂O₃-BaO-CeO₂-MgO system［J］. Steel Research International， 2004， 75（5）： 308-313.
[10]	Qi J， Liu C J， Zhang C， et al. Effect of Ce₂O₃ on structure， viscosity， and crystalline phase of CaO-Al₂O₃-Li₂O-Ce₂O₃ slags［J］. Metallurgical and Materials Transactions B， 2017， 48（1）： 11-16.
[11]	Zheng X， Liu C J. Effect of Ce₂O₃ on the melt structure and properties of CaO-Al₂O₃-based slag［J］. ISIJ International， 2022， 62（6）： 1091-1098.
[12]	Li M C， Li R S， Zhang T S. Phase equilibria of SiO₂-Ce₂O₃- CaO-25wt% Al₂O₃ system at 1673K-1773K［J］. Ceramics International， 2022， 48（21）： 31614-31626.
[13]	Ueda S， Morita K， Sano N. Activity of AlO_1.5 for the CaO-AlO_1.5-CeO_1.5 system at 1773K ［J］. ISIJ International， 1998， 38（12）： 1292-1296.
[14]	Kitano R， Ishii M， Uo M， et al. Thermodynamic properties of the CaO-AlO_1.5-CeO_1.5system ［J］. ISIJ International， 2016， 56（11）： 1893-1901.
[15]	朱德英，孙丽枫，马雪雪，等. 空气气氛条件下CaO-Al₂O₃-CeO₂渣系在1500℃的相平衡关系［J］. 材料与冶金学报， 2022， 21（1）： 37-42.
	Zhu De-ying， Sun Li-feng， Ma Xue-xue， et al. Phase equilibrium relationship of CaO-Al₂O₃-CeO₂ slag system at 1500℃ in air atmosphere［J］. Journal of Materials and Metallurgy， 2022， 21（1）： 37-42.
[16]	Qiu J Y， Wang H， Huo G J， et al. Phase diagram of CaO-Al₂O₃-CeO _x slag system at 1600℃ in reducing atmosphere and air atmosphere［J］. Ceramics International， 2023， 49（12）： 20447-20455.
[17]	Liu Z Y， Sun L F， Zhao H， et al. Isothermal phase diagram of CaO-SiO₂-Nb₂O₅-5wt% Fe₂O₃-TiO₂ system at 1200℃［J］. Ceramics International， 2022， 48（21）： 31636-31651.
[18]	Qiu J Y， Liu C J， Liu Z Y， et al. Isothermal phase diagram of CaO-SiO₂-Nb₂O₅-La₂O₃ system at 1300℃ and 1200℃［J］. Ceramics International， 2020， 46（4）： 4832-4842.
[19]	Liang W， Li J， Lu B， et al. Analysis on clogging of submerged entry nozzle in continuous casting of high strength steel with rare earth［J］. Journal of Iron and Steel Research International， 2022， 29（1）： 34-43.
[20]	Tian C， Yu J K， Jin E D， et al. Effect of interfacial reaction behaviour on the clogging of SEN in the continuous casting of bearing steel containing rare earth elements［J］. Journal of Alloys and Compounds， 2019， 792： 1-7.

1 400 ℃氩气气氛条件下CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂渣系的相平衡关系

Phase Equilibrium Relationships of CaO-Al₂O₃-Ce₂O₃-CaF₂ Slag System at 1 400 ℃ in Argon

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[1]	黄雪驰，李宝宽，段怡如，刘中秋. 电渣重熔过程钢中氧含量预测及控制[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(4): 524-534.
[2]	武晓峰;张海峰;杨洪才;胡壮麒. B对Zr-Ti-Ni-Cu-Be块状非晶合金热稳定性的影响[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2003, 24(12): 1177-1180.
[3]	李连福;姜茂发;金成姬;王文忠. 1673K下BaO-BaF_2-Cr_2O_3渣系的热力学性质[J]. 东北大学学报:自然科学版, 1998, 19(6): 4--.