1前言
在煉鋼過(guò)程中，鋁（Al）被廣泛用作脫氧劑。脫氧反應(yīng)生成的氧化鋁（Al2O3）中，有一部分會(huì)以?shī)A雜物的形式殘留在鋼水中，在連鑄過(guò)程中可能導(dǎo)致水口堵塞。這種堵塞現(xiàn)象不僅會(huì)降低鋼材質(zhì)量，還會(huì)引發(fā)操作故障并增加成本。
作為解決水口堵塞的對(duì)策，向鋼水中添加鈣（Ca），將氧化鋁夾雜物改性為低熔點(diǎn)夾雜物的方法被認(rèn)為是有效的。然而，當(dāng)鋼水中存在硫（S）時(shí)，會(huì)析出硫化鈣（CaS），成為新的水口堵塞誘因。此外，對(duì)于硫存在下鈣處理后氧化鋁夾雜物的改性過(guò)程，目前尚未完全闡明。
本研究旨在評(píng)估硫存在下氧化鋁夾雜物的改性行為，并明確其作用機(jī)制。
2試驗(yàn)與分析方法
研究設(shè)計(jì)了三個(gè)階段的試驗(yàn)，具體如下：第一階段，向鋼水中投入鋁粒，保溫5-30min，以促進(jìn)氧化鋁夾雜物的生成與長(zhǎng)大。第二階段，制備鈣硅（Ca-Si）合金，將其投入含有氧化鋁夾雜物的鋼水中并保溫規(guī)定時(shí)間，使氧化鋁夾雜物改性為低熔點(diǎn)、無(wú)害的夾雜物。第三階段，將鈣硅合金添加到含有硫和氧化鋁夾雜物的鋼水中，保溫一定時(shí)間。
試驗(yàn)過(guò)程中，氣氛采用氬氣（Ar），試驗(yàn)溫度設(shè)定為1873K（1600℃）。試驗(yàn)結(jié)束后，采用惰性氣體熔融-非分散型紅外吸收法分析鋼水中的氧濃度；同時(shí)，利用能量分散型X射線光譜掃描電子顯微鏡（SEM-EDS）和電子探針顯微分析儀（EPMA），對(duì)夾雜物的尺寸與成分進(jìn)行分析。
3結(jié)果與討論
第一階段的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下。圖1展示了鋁粒及鈣合金處理時(shí)間與鋼水中氧濃度的變化關(guān)系。添加鈣合金10min后，鋼水中的氧濃度顯著降低，并達(dá)到穩(wěn)定值。此后，即使延長(zhǎng)保溫時(shí)間，氧濃度也未出現(xiàn)明顯變化。
同時(shí)，本研究還評(píng)估了鋼水中主要元素（鈣、鋁、硅）的濃度隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果如圖2所示。試驗(yàn)表明，硅（Si）濃度因在鋼水中的逐漸溶解而隨時(shí)間不斷增加；另一方面，鋁（Al）濃度因鈣對(duì)氧化鋁（Al2O3）的部分還原作用，在試驗(yàn)初期有所上升，隨后隨著鈣鋁酸鹽的形成而下降；由于鈣的蒸氣壓較高，在1873K的高溫條件下，鈣會(huì)迅速蒸發(fā)，導(dǎo)致鋼水中的鈣（Ca）濃度始終處于檢測(cè)限以下。
此外，通過(guò)SEM-EDS自動(dòng)分析，對(duì)夾雜物成分進(jìn)行了檢測(cè)。在1mm×1mm的測(cè)量范圍內(nèi)，本研究檢測(cè)了所有直徑≥1μm的夾雜物并分析其成分，結(jié)果如圖3所示。
圖3呈現(xiàn)了添加鈣硅合金后，隨鈣處理時(shí)間延長(zhǎng)，夾雜物中氧化鈣（CaO）含量的變化趨勢(shì)。結(jié)果證實(shí)，添加鈣硅合金后，氧化鈣會(huì)迅速在氧化鋁夾雜物表面富集，使得短時(shí)間內(nèi)夾雜物中的氧化鈣含量急劇增加；但隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，由于鈣的蒸發(fā)，夾雜物中氧化鈣的含量又呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。
4結(jié)論
研究表明，在含硫鋼水中通過(guò)鈣處理對(duì)氧化鋁夾雜物進(jìn)行改性時(shí)，鈣會(huì)迅速在氧化鋁表面富集并形成鈣鋁酸鹽，導(dǎo)致夾雜物中氧化鈣含量短期內(nèi)急劇上升；但由于高溫下鈣的蒸發(fā)損失，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，氧化鈣含量會(huì)逐漸下降，同時(shí)硫的存在可能促使硫化鈣析出，成為新的水口堵塞風(fēng)險(xiǎn)因素。鈣處理的長(zhǎng)期改性效果仍需進(jìn)一步控制工藝參數(shù)以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。
