中間包覆蓋劑對鋁鎮(zhèn)靜含鈦不銹鋼再氧化行為的影響-江蘇省鋼鐵行業(yè)協(xié)會

前言

作為反應(yīng)容器，中間包對最終鋼水質(zhì)量有顯著影響，其質(zhì)量受夾渣、與中間包覆蓋劑反應(yīng)、耐火材料劣化、與鋼包填料反應(yīng)及空氣氧化等因素影響。鋼水進(jìn)入中間包后，會與中間包覆蓋劑發(fā)生反應(yīng)。鋼包渣/中間包覆蓋劑中的可還原氧化物（如SiO2、FetO和MnO）可能導(dǎo)致中間包處理過程中再氧化。

Kuchar和Holappa的研究表明，使用雙層鋼包渣可在液態(tài)渣池上方形成固態(tài)粉末層，防止熱量損失和再氧化。稻殼灰（RHA）隔熱粉中SiO2含量約90wt.%，因其出色的隔熱效果被廣泛用作中間包覆蓋劑。然而，若稻殼灰中的SiO2分解，則會成為再氧化的源頭。部分研究發(fā)現(xiàn)，SiO2分解是鋼水中鋁元素再氧化的原因，且SiO2也會導(dǎo)致鈦元素再氧化。

Kim等人研究了單獨(dú)使用RHA及RHA與鋼包渣/鋁酸鈣（CA）覆蓋劑組合的效果，發(fā)現(xiàn)稻殼灰對中間包內(nèi)鋼水（Fe-0.2%C-0.1%Si）再氧化的影響更顯著，且非金屬夾雜物（NMI）數(shù)量隨稻殼灰添加量增加而增多。此外，Kim等人比較了兩種中間包覆蓋劑（鋁酸鈣（CA）和硅酸鈣（CS））與硅鎮(zhèn)靜304不銹鋼鋼水的反應(yīng)情況，結(jié)果顯示，使用鋁酸鈣覆蓋劑時，液渣中的鋁元素轉(zhuǎn)移至鋼水，降低總氧含量；而使用硅酸鈣覆蓋劑時，鋼水成分未變。

然而，以往研究較少涉及含鈦鐵素體不銹鋼（Ti-FSS）的中間包處理，且在研究中間包覆蓋劑時未將鈦納入鐵素體不銹鋼（FSS）鋼水的考慮范圍。此外，也未比較兩種中間包隔熱材料（氧化鎂粉和稻殼灰與鋁酸鈣覆蓋劑的組合）。因此，本文探討了含鈦鐵素體不銹鋼與不同中間包覆蓋劑組合之間的渣-鋼反應(yīng)和再氧化行為。

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中間包覆蓋劑對鋁鎮(zhèn)靜含鈦不銹鋼再氧化行為的影響

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試驗(yàn)方法

2.1感應(yīng)爐試驗(yàn)

試驗(yàn)過程中，將電解鐵和低碳鉻鐵（LCFeCr）裝入電熔氧化鎂坩堝（純度99.9%，60mm×50mm×120mm），并加入試劑級金屬錳（純度99.9%），以得到所需初始鋼水成分（即Fe-30%Cr-0.2%Mn）。將裝有電解鐵（345g）和LCFeCr（250g）的氧化鎂坩堝放入配有石墨加熱元件的高頻感應(yīng)爐中。首先，使用機(jī)械旋轉(zhuǎn)泵對石英反應(yīng)室進(jìn)行抽真空處理，然后吹入Ar-3%H2混合氣體。在Ar-H2氣氛中對坩堝中的鋼進(jìn)行感應(yīng)加熱。將氣體混合物通入加熱至723K的鎂屑中，以去除雜質(zhì)。在坩堝內(nèi)壁布置B型熱電偶，用于測量系統(tǒng)溫度。

將Fe-30%Cr-0.2%Mn鋼加熱至1823K后，通過石英管（14mm×12mm×500mm）加入試劑級鋁（0.4g，0.07wt.%），進(jìn)行脫氧處理。加鋁1min后，在Ar-H2氣氛環(huán)境中加入試劑級鈦（0.8g，0.13wt.%）。加鈦1min后，用石英管（6mm×4mm×500mm）通過真空抽吸法采集初始鋼樣。取樣后，立即將工業(yè)級氬氣（純度99.9%）吹入石英反應(yīng)室（不經(jīng)過鎂屑爐，并關(guān)閉Ar-3%H2氣源）。通過氧化鋁噴槍吹入氧氣（純度99.99%），模擬從鋼包向中間包轉(zhuǎn)移鋼水過程中所發(fā)生的再氧化現(xiàn)象。吹氧結(jié)束移開氧化鋁噴槍（吹氧2min后），采集鋼樣。

將商用CA覆蓋劑倒入鋼水后，向CA覆蓋劑中加入商用氧化鎂（MgO）粉、稻殼灰（RHA）或兩者的混合物，以模擬連鑄中間包中的實(shí)際情況。試驗(yàn)所使用商用CA覆蓋劑（顆粒型，1mm）、氧化鎂（MgO）隔熱粉（＜500μm）和RHA隔熱粉（多孔球型，5mm）的成分如表1所示。每次MgO+CA（MgO：CA=1：4）或RHA+CA（RHA：CA=1：4）試驗(yàn)中，均使用48g的CA覆蓋劑和12g的MgO粉/RHA，每次MgO+RHA+CA（MgO：RHA：CA=1：1：4）試驗(yàn)中均使用40g的CA覆蓋劑并加入10g的MgO粉和10g的RHA。添加覆蓋劑后，在3min、5min和10min時使用石英抽吸采樣器采集鋼樣。用燃燒分析儀（ONH-p）測量鋼樣中的總含氧量。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）分析鋼樣中的Al、Ti、Si、Mn和Cr含量。使用X射線熒光光譜儀（XRF）檢測鋼包渣成分。

2.2單熱電偶試驗(yàn)

本研究過程中進(jìn)行了單熱電偶試驗(yàn)（SHTT），以觀察MgO/RHA隔熱粉在CA覆蓋劑中的溶解行為。SHTT裝置配有光學(xué)顯微鏡和攝像機(jī)，能夠?qū)崟r記錄1823K溫度條件下透明鋼包渣中氧化物顆粒的溶解情況。

2.3非金屬夾雜物的特征

為了觀察NMI數(shù)量密度（ND）隨反應(yīng)時間的變化情況，用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）和能量色散光譜儀（EDS）在15kV加速電壓下對各拋光樣本的局部區(qū)域進(jìn)行觀察。采用電解萃取法，從三維角度觀察基體鋼中獨(dú)立的NMI顆粒（10％AA溶液，500mA電流，3h）。用聚碳酸酯膜過濾器（0.1μm孔徑）對萃取后的溶液進(jìn)行過濾，并通過FE-SEM和EDS觀察NMI的化學(xué)成分和三維形態(tài)。

結(jié)果與討論

3.1吹氧對鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼鋼水中夾雜物形成的影響：再氧化評估

本研究通過向鋼水中吹入氧氣對鋼包過渡階段鋼水的再氧化情況進(jìn)行了模擬。在FTstel和FToxid數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，通過FactSageTM（8.2版）熱化學(xué)計算軟件所得計算結(jié)果推測，初始吹氧階段會形成（Al,Cr）2O3剛玉相，而當(dāng)氧氣濃度超過200ppm時，會在Ti-FSS鋼水中形成一種主要由TiOx-Al2O3組成的新液相。為了驗(yàn)證計算結(jié)果，通過SEM進(jìn)行了觀察。由于吹氧所形成的初始NMI成分為Al2O3。Wang和Sridhar在其報告中表示，Al2O3夾雜物是在氧分壓為1×10-5-5×10-5atm的氬氣環(huán)境下所形成。另外，Rampersadh和Pistorius研究發(fā)現(xiàn)鋁鎮(zhèn)靜鋼鋼水從鋼包轉(zhuǎn)移至中間包的過程中，會由于再氧化形成Al2O3夾雜物。根據(jù)Lee和Kang的研究，在氧分壓為10-4atm的商用氬氣環(huán)境下，由于與氧氣發(fā)生反應(yīng)，會出現(xiàn)FetO-Al2O3-TiOx或Al2O3-TiOx氧化膜，但在氧分壓為10-8atm純氬氣環(huán)境中，鋁鎮(zhèn)靜含鈦鋼（0.05wt.%Ti和0.01wt.%-0.05wt.%Al）則未發(fā)生再氧化。此外，Park和Kang表示，對于Fe-0.07%Al-0.03%Ti和Fe-0.03%Al-0.07%Ti鋼，隨著氧分壓增大，先出現(xiàn)剛玉（富Al2O3）相，隨后形成擬板鈦礦（富Ti3O5）相。如果鋼水中的氧分壓因額外吹入氧氣而升高，則會如同F(xiàn)actSageTM（8.2版）計算結(jié)果一樣形成Al2O3-TiOx夾雜物。

3.2不同中間包覆蓋劑組合對鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼再氧化的影響

在吹氧并加入覆蓋劑后，渣-鋼反應(yīng)所導(dǎo)致鋼水成分變化情況的歸一化結(jié)果顯示：含鈦鐵素體不銹鋼中[O]和[Al]的總含量在吹氧后加入覆蓋劑前呈下降趨勢。吹氧過程中，鋁元素與氣態(tài)氧發(fā)生氧化反應(yīng)生成Al2O3夾雜物并上浮至鋼水表面。其中，[O]和[Al]總含量下降表明，氧化物上浮和去除速度高于氧化速度。

MgO+CA試驗(yàn)中加入覆蓋劑后，鋼水中的總氧含量持續(xù)下降，但在RHA+CA試驗(yàn)中總氧含量先下降后又再次上升。Park等人在其報告中指出，14%CaO-35%Al2O3-41%SiO2-10%MgO鋼包渣中的SiO2在渣-鋼界面處分解為[Si]和[O]，導(dǎo)致鋼水再氧化。此外，Kim等人研究發(fā)現(xiàn)增加RHA的添加比能夠提高渣層SiO2活度，進(jìn)而促進(jìn)SiO2分解。因此，硅和氧會轉(zhuǎn)移到鋼水中。

Feng等人研究發(fā)現(xiàn)，鋼包渣中的Cr2O3與[Al]發(fā)生反應(yīng)會促使鋼水再氧化，但本研究表明鉻的再氧化并非鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼潔凈度的主要影響因素。

MgO+CA試驗(yàn)中，Al含量呈持續(xù)略微下降趨勢，而RHA+CA和MgO+RHA+CA試驗(yàn)中Al含量的下降幅度相對較大。

由于發(fā)生渣-鋼反應(yīng)，所有試驗(yàn)中Ti含量均呈明顯下降趨勢。RHA+CA試驗(yàn)中，[Ti]含量下降幅度遠(yuǎn)超MgO+CA和MgO+RHA+CA試驗(yàn)。根據(jù)Park等人的研究，SiO2分解會導(dǎo)致鋼水再氧化，而[Al]和[Ti]含量會由于SiO2發(fā)生還原反應(yīng)而下降。RHA溶入渣池后會使SiO2活度有所提升，進(jìn)而導(dǎo)致RHA+CA試驗(yàn)中鈦損增大。

3.3鋼包渣成分及其熱化學(xué)性質(zhì)的變化情況

本研究并未對CA覆蓋劑和隔熱粉進(jìn)行均勻混合，而是采用與實(shí)際中間包類似的做法，先向鋼水中加入CA覆蓋劑，再在CA覆蓋劑上方加入RHA或MgO隔熱粉。

鋼包渣（CA覆蓋劑和隔熱粉混合熔融層）的化學(xué)成分變化情況顯示：由于只有在添加覆蓋劑后鋼水才與CA覆蓋劑發(fā)生反應(yīng)，所以CA覆蓋劑的化學(xué)成分為初始狀態(tài)時保持不變。所有試驗(yàn)中SiO2/MgO含量都是先快速上升，后在3-5min下降。MgO和RHA隔熱層并未完全溶解，因而鋼樣上粘有部分固態(tài)隔熱粉顆粒。因此，根據(jù)1823K條件下MgO在CA覆蓋劑中的溶解極限（約8wt.%），最初5min內(nèi)可能會因?yàn)殇摪鼧拥牟痪鶆蛐詫?dǎo)致存在部分SiO2和MgO含量估值過高的情況。

由于隔熱材料會不斷溶入熔渣層，在渣-鋼反應(yīng)動力學(xué)研究過程中需要考慮到RHA和MgO隔熱粉在CA渣池中的溶解速度。本研究在1823K條件下進(jìn)行了單熱電偶試驗(yàn)。結(jié)果顯示，MgO隔熱粉（500μm）在1s內(nèi)溶入CA覆蓋劑，RHA隔熱粉（500μm）在2s內(nèi)溶入CA覆蓋劑。

Lee和Chung通過單熱電偶試驗(yàn)對塊狀MgO和MgO-C在CaO-SiO2-Al2O3渣中的溶解速度進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，1823K條件下MgO的溶解速度為1.51×10-6m/s，而MgO-18%C的溶解速度為1.22×10-6m/s。Feitchtinger等人在其報告中指出，1723K條件下，當(dāng)渣黏度約為0.5Pa·s時，SiO2在CaO-SiO2-Al2O3渣中的溶解速度為1.1×10-5m/s，并且其與熔渣的黏度成反比。由于1823K條件下熔融CA覆蓋劑的黏度為0.15Pa·s（根據(jù)FactSageTM（8.2版）計算所得），進(jìn)而推測MgO隔熱粉中的MgO和RHA隔熱粉中的SiO2會在CA覆蓋劑和隔熱粉界面處迅速溶入熔渣池。由此可知，試驗(yàn)條件下MgO和RHA隔熱粉在CA覆蓋劑中的化學(xué)溶解，并非溶解速度的決定性影響因素。

3.4耐火材料-鋼包渣-鋼水-夾雜物（ReSMI）多相反應(yīng)模型的應(yīng)用

為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本研究在FTmisc和FToxid數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上利用從有效平衡反應(yīng)區(qū)模型修改而來的耐火材料-鋼包渣-鋼水-夾雜物（ReSMI）多相反應(yīng)模型，在FactSageTM（8.2版）中進(jìn)行了宏觀模擬。

ReSMI模擬過程的流程圖如圖1所示。每次試驗(yàn)均以0min為起點(diǎn)確定鋼水的初始成分。為方便起見給出假定試驗(yàn)條件如下：①計算起始時間點(diǎn)上CA覆蓋劑與隔熱層交界面（即有效反應(yīng)區(qū)）處的CA覆蓋劑和隔熱粉（MgO或RHA）已完全熔化且混合均勻；②鋼水僅與渣相發(fā)生反應(yīng)（無其他相）；③計算過程中單位時間內(nèi)鋼-渣有效反應(yīng)區(qū)保持不變；④在較短時間內(nèi)，耐火材料與鋼水以及熔渣之間不會發(fā)生明顯反應(yīng)。

結(jié)果表明，雖然其中存在些許偏差，但計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果整體良好吻合。ReSMI模擬在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和工業(yè)規(guī)模上的準(zhǔn)確性均已得到證實(shí)。計算結(jié)果表明，含鈦鐵素體不銹鋼中Al和Ti含量隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行不斷下降。覆蓋劑組合中不含RHA情況下（即MgO+CA）的總脫氧量高于含RHA覆蓋劑組合，與試驗(yàn)結(jié)果良好吻合。Kim等人在其研究報告中指出，試驗(yàn)中RHA含量最高的情況下，Al的氧化速度最快，并且Al的氧化速度隨RHA含量的減少而下降。實(shí)際上，含RHA條件下計算值與試驗(yàn)結(jié)果之間存在一些偏差，這種偏差可能是由于試驗(yàn)過程中RHA隔熱粉未完全熔入CA覆蓋劑，但模擬過程中所使用的假設(shè)條件卻是完全熔入覆蓋劑所致。

雖然計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相對一致，但由于每次試驗(yàn)中初始階段的鋼水成分存在差異，要對不同中間包覆蓋劑組合條件下的再氧化行為進(jìn)行定量評估仍然非常困難。為了實(shí)現(xiàn)對每種中間包覆蓋劑組合條件下再氧化行為的定量評估，假定不同覆蓋劑組合條件下鋼水的初始成分相同。計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相似，MgO+CA覆蓋劑組合條件下總脫氧量最高，含RHA覆蓋劑組合條件下Al含量減少，Si含量增加最為顯著。但是，盡管MgO+CA覆蓋劑組合條件下Ti含量略有上升，但不同覆蓋劑組合對其影響并不顯著。上述結(jié)果表明，RHA隔熱粉添加量越多，反應(yīng)越強(qiáng)烈，鋼水的再氧化明顯。Mg轉(zhuǎn)移量隨著MgO隔熱粉含量的增加而增多，并且MgO+CA覆蓋劑組合條件下在10min內(nèi)可達(dá)約2.5ppm。不過，在RHA+CA試驗(yàn)中幾乎未發(fā)現(xiàn)Mg轉(zhuǎn)移，而在MgO+RHA+CA試驗(yàn)中Mg的轉(zhuǎn)移量則介于MgO+CA和RHA+CA試驗(yàn)之間。

3.5中間包覆蓋劑組合對鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼鋼水夾雜物形成行為的影響

實(shí)際連鑄操作中鋼水在中間包中的停留時間通常約為5-10min，本文對10min內(nèi)的非金屬氧化物顆粒情況進(jìn)行了研究。Park等人在其研究報告中給出了含鈦鐵素體不銹鋼中MgO-Al2O3-TiOx夾雜物的形成行為，并指出氧分壓為10-13atm條件下MgO-Al2O3-TiOx夾雜物中的主要成分為Ti2O3（Ti3+）。計算得到本研究氧分壓約為10-13atm。

每次試驗(yàn)在吹氧0min時，大部分夾雜物為富Al2O3夾雜物，同時還含有少量Ti2O3-Cr2O3-Al2O3液相夾雜物。Wang等人對在16.5%Cr-0.22%Ti-0.012%Al不銹鋼鋼水中加入鐵鉻（FeCr）合金條件下夾雜物的變化情況進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加鐵鉻合金后，Ti2O3-Cr2O3-Al2O3夾雜物的數(shù)量密度增大，隨后由于夾雜物上浮開始下降，最后殘留部分富Ti2O3夾雜物。此外，添加鋼包渣后，富Ti2O3夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)門i2O3-Cr2O3-Al2O3和Ti2O3-Cr2O3-SiO2液相夾雜物。Wang等人在其研究報告中表示，夾雜物中的Al2O3含量由于渣-鋼反應(yīng)呈上升趨勢。

MgO+CA試驗(yàn)中夾雜物的數(shù)量密度（主要為富Al2O3夾雜物）不斷減小，這是因?yàn)橹虚g包覆蓋劑中不含可還原成分（如SiO2），且夾雜物由于上浮進(jìn)入到鋼包渣中所致。然而在RHA+CA試驗(yàn)中，夾雜物的數(shù)量密度在5min內(nèi)突然增大，隨后減小。在MgO+RHA+CA試驗(yàn)中，夾雜物數(shù)量密度先減小，又在10min時由于MgO隔熱粉先行溶解（RHA隨后溶入CA覆蓋劑）而開始增大。

Kim等人在其研究報告中表示，RHA分解所產(chǎn)生的氧氣會與鋁發(fā)生反應(yīng)并使鋼水出現(xiàn)再氧化，進(jìn)而使夾雜物的數(shù)量密度增大。Duan等人還對不同中間包覆蓋劑組合（即，RHA、RHA+CA覆蓋劑和RHA+CS覆蓋劑）條件下硅鎮(zhèn)靜316L不銹鋼的再氧化行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在僅添加RHA的試驗(yàn)中，再氧化會導(dǎo)致夾雜物的數(shù)量密度顯著增大，而在使用RHA+CA覆蓋劑的情況下夾雜物的數(shù)量密度會不斷減小，不過在RHA和CaO-SiO2覆蓋劑組合條件下夾雜物的數(shù)量密度變化不大（幾乎保持恒定），這是因?yàn)樵刂械腟iO2會不斷分解并發(fā)生再氧化反應(yīng)，夾雜物由于被渣池吸收而產(chǎn)生了補(bǔ)償效應(yīng)。

不同覆蓋劑組合條件下夾雜物顆粒的尺寸分布情況顯示：MgO+CA試驗(yàn)起初所形成的夾雜物尺寸在3μm以上，隨后隨反應(yīng)時間的延長而減小，最后剩余尺寸小于2μm的細(xì)小顆粒。多位研究人員認(rèn)為，鋼水與夾雜物顆粒之間的接觸角越大，毛細(xì)作用力和空腔橋接力就越大，進(jìn)而會通過碰撞促使夾雜物生長。由于Al2O3夾雜物的接觸角約為132°-144°（大于Ti2O3（119°-128°）和MgO-Al2O3尖晶石（93°-114°）等其他氧化物），因而富Al2O3夾雜物容易聚集并上浮至渣相中。MgO+RHA+CA和RHA+CA試驗(yàn)中鋼水會在RHA的作用下發(fā)生再氧化，進(jìn)而促使2μm以下小夾雜物顆粒急劇增多。鋁鎮(zhèn)靜不銹鋼鋼水中，在SiO2再氧化反應(yīng)的作用下，夾雜物的數(shù)量密度和富Al2O3夾雜物占比會隨RHA添加量的增加而增多。此外，還會形成一定量的Ti2O3夾雜物顆粒。Wang等人研究發(fā)現(xiàn)，Al2O3夾雜物也會在中間化合物AlTi2O5的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)門i3O5或Ti3O5-Al2O3固溶體。再氧化作用下，F(xiàn)e-Al-Ti-O鋼水中的初始不規(guī)則形狀夾雜物會轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐螉A雜物。

Bai等人對僅添加Al和同時添加Al和Ti情況下20wt.%Cr不銹鋼的演變行為進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)添加Ti后不銹鋼中出現(xiàn)了Ti過飽和區(qū)，導(dǎo)致已經(jīng)形成的Al2O3夾雜物演變?yōu)門iOx。Basu等人在研究報告中表示，含Ti超低碳鋼中間包處理過程中，RHA中SiO2的不斷溶解會導(dǎo)致形成TiOx-Al2O3夾雜物。

RHA中SiO2的再氧化作用使MgO+RHA+CA和RHA+CA覆蓋劑組合試驗(yàn)夾雜物中Ti2O3的含量遠(yuǎn)高于其在MgO+CA覆蓋劑試驗(yàn)中的含量。

另外，在采用MgO+CA和MgO+RHA+CA覆蓋劑的條件下，添加覆蓋劑5min后便形成MgO-Al2O3基尖晶石夾雜物。多位研究人員對MgAl2O4尖晶石夾雜物的形成機(jī)理進(jìn)行了研究：①M(fèi)gO與Al2O3或[Al]和[O]直接發(fā)生反應(yīng)；②C還原模型；③Al還原模型和④Si還原模型。Park和Todoroki表示，渣相（和部分耐火材料）中含有可溶解Mg。Al再氧化后隨即所生成的Al2O3夾雜物會與可溶解Mg發(fā)生反應(yīng)生成MgAl2O4夾雜物。

不同[Mg]含量條件下（0-3ppm），鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼（30wt.%Cr）的相穩(wěn)定圖（以FToxid和FTstel數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用FactSageTM（8.2版）計算所得）顯示：在[Mg]含量向3ppm趨近的過程中，尖晶石和液相穩(wěn)定區(qū)不斷增大，而Ti2O3和Al2O3相穩(wěn)定區(qū)不斷減小。此外，液態(tài)氧化夾雜物成分由Al2O3-TiOx變?yōu)镸gO-Al2O3-TiOx。MgO+CA和MgO+RHA+CA試驗(yàn)中[Mg]含量增至2.5ppm左右。本研究的測量區(qū)域選自尖晶石含量較多（[Mg]含量為1-3pm）處。另外，RHA+CA試驗(yàn)中由于[Mg]的轉(zhuǎn)移量可以忽略不計，因而其中的夾雜物相以穩(wěn)定Al2O3為主。

總之，吹氧會使鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼鋼水中的Cr和Al發(fā)生氧化，而從鋼包轉(zhuǎn)移到中間包的過程中鋼水會因與大氣環(huán)境發(fā)生接觸出現(xiàn)再氧化。中間包處理過程中，最好選擇MgO+CA覆蓋劑組合。還原氧化物增多（如RHA中的SiO2）會導(dǎo)致[O]轉(zhuǎn)移且使ND增大。不過在使用MgO隔熱粉的情況下，受[Mg]轉(zhuǎn)移影響可能會形成尖晶石夾雜物。因此，雖然MgO+CA覆蓋劑組合（MgO：CA=1：4）最有利于確保鋼水的潔凈度，但應(yīng)準(zhǔn)確把握MgO隔熱粉的混合比，以免在連鑄過程中導(dǎo)致水口堵塞。此外，今后還將就不同覆蓋劑組合、不同隔熱粉和覆蓋劑混合比以及鋼包渣攜帶量對鋼水潔凈度的影響進(jìn)一步研究。

結(jié)論

本文針對鋁鎮(zhèn)靜含鈦鐵素體不銹鋼（Ti-FSS）在各種中間包覆蓋劑組合條件下由于氧化環(huán)境以及渣-鋼反應(yīng)所發(fā)生的再氧化現(xiàn)象進(jìn)行了研究。高溫試驗(yàn)條件下，利用FactSageTM（8.2版）進(jìn)行模擬計算，以明確不同中間包覆蓋劑對鋼水潔凈度的熱力學(xué)影響。本研究就中間包覆蓋劑（包括鋁酸鈣（CA）覆蓋劑、氧化鎂（MgO）和稻殼灰（RHA）隔熱粉）對Ti-FSS再氧化的控制作用提出了新的見解。[Ti]和[Al]含量的變化情況以及不同覆蓋劑組合條件下非金屬夾雜物的演變情況為工業(yè)操作過程中中間包工藝的優(yōu)化提供了新的思路。本研究結(jié)論總結(jié)如下：

1）當(dāng)向Ti-FSS鋼水吹氧時會形成固態(tài)Al2O3和液態(tài)Al2O3-TiOx夾雜物，這與試驗(yàn)觀察結(jié)果非常一致。由于反應(yīng)生成氧化物且氧化物上浮至鋼水表面，鋼水中的[Al]、[Cr]和[O]含量減少。

2）采用MgO+CA（MgO隔熱粉和CaO-Al2O3覆蓋劑）組合的情況下，Ti-FSS鋼水中的總氧含量會隨反應(yīng)時間的延長不斷下降。但在采用RHA+CA（RHA隔熱粉和CaO-Al2O3覆蓋劑）組合的情況下，由于SiO2會發(fā)生分解反應(yīng)，[O]元素會大量轉(zhuǎn)移。此外，由于發(fā)生渣-鋼反應(yīng)，鋼水中的[Al]和[Ti]含量也會不斷下降。

3）ReSMI多相反應(yīng)模型的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致。相同初始條件下各計算結(jié)果中，MgO+CA覆蓋劑組合、無SiO2等還原氧化物情況下的總脫氧量最高、鋁損最小，而采用含RHA覆蓋劑的情況下鋁損明顯。不同覆蓋劑對[Ti]含量的下降趨勢并無顯著影響。這說明渣池中由于增加RHA導(dǎo)致SiO2含量增多，進(jìn)而發(fā)生再氧化對鋁損產(chǎn)生的影響比其對鈦損的影響大得多。

4）采用MgO+CA覆蓋劑的情況下，夾雜物的數(shù)量密度不斷下降，而在添加RHA隔熱粉的情況下，夾雜物數(shù)量密度則會增大。所有試驗(yàn)中所產(chǎn)生的主要夾雜物均為富Al2O3氧化物，而在添加RHA的試驗(yàn)中，會形成部分富Ti2O3氧化物。在添加MgO隔熱粉的試驗(yàn)中，由于熔渣中發(fā)生了[Mg]轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致形成MgAl2O4尖晶石夾雜物。在MgO+CA覆蓋劑組合條件下，能夠達(dá)到最好的鋼水潔凈度，但應(yīng)準(zhǔn)確把握MgO隔熱粉的添加量，以最大限度減少尖晶石夾雜物的產(chǎn)生，并避免導(dǎo)致水口堵塞。