含钛铝镇静钢中铝钛系夹杂物行为控制的基础研究

含钛铝镇静钢中铝钛类夹杂物的存在是浸入式水口结瘤的直接诱导因素，加之含钛钢水粘稠、可浇性差，尤其是薄板坯独特的浸入式水口构造使得水口结瘤倾向更为显著，断浇率极大，严重影响了连铸生产的顺行和含钛高级别品种钢的开发。为此，申请人提出含钛铝镇静钢中铝钛系夹杂物行为控制的研究课题，综合运用冶金热力学和冶金物理化学基本原理，探讨含钛铝镇静钢中合理的液相夹杂物形成和控制条件，使用高温激光共焦显微镜原位研究炉渣成分、温度因素对Al2O3-TiOX夹杂物溶解行为的影响，采用夹杂物-熔渣浸渍实验揭示铝钛系夹杂物在炉渣中的溶解机理。此项研究，不仅丰富了含钛铝镇静钢中夹杂物行为特征方面的研究成果，更为深入解决该钢种连铸浸入式水口结瘤问题提供理论依据。预期成果不仅在改善含钛钢水可浇性方面具有普遍指导意义，对于薄板坯连铸连轧开发含钛高附加值钢种也具有重要的生产指导价值。

水口结瘤与钢液成分及非金属夹杂物类型、含量有关。氧化铝簇群夹杂物容易在铝碳水口壁沉积，长时间高温反应、烧结形成结瘤物堵塞水口，造成水口流量降低甚至断浇。大量实践证明，铝钛复合脱氧会进一步加剧水口结瘤倾向，造成更严重的生产事故。为此，研究铝钛复合脱氧钢中非金属夹杂物形成与演变规律对于防止铝钛钢水口结瘤具有重要的理论指导意义。本项目探讨了含钛铝镇静钢中合理的液相夹杂物形成和控制条件，使用高温激光共焦显微镜原位研究了铝钛复合脱氧钢中夹杂物形成及演变特征，采用直接溶解法研究了温度、炉渣成分对Al2TiO5夹杂物溶解行为的影响。结果表明：在Fe-Al-Ti-O体系中，很难寻找到准确的液相夹杂物区域，即使存在这样的微小区域，也由于熔体成分的变化而难以保持。随着[Al]、[Ti]含量的变化，铝钛脱氧钢中夹杂物形态发生了显著改变。低铝、低钛钢中，夹杂物较少，很难发现夹杂物的碰撞、聚合现象。在高铝、低钛钢中，夹杂物较多，但簇群状夹杂物数量减少，夹杂物趋于分散。高铝高钛钢中夹杂物数量较多，簇群状夹杂物分布较多，簇群结果更为致密。在高钛低铝钢中，棒状状夹杂物数量较多，且经常以“搭桥”或“堆砌”的形式结合，形成树枝状结构。这类夹杂物具有较大的接触面积，更容易粘附在水口壁上形成结瘤物，这进一步解释了高钛钢易产生水口结瘤的原因。Al2TiO5夹杂物的溶解机理为：夹杂物均首先与逆扩散的液渣反应生成CaTiO3和Al2O3中间产物，生成的Al2O3再与炉渣反应生成尖晶石，并逐渐演变成产物相的二次溶解过程。Al2TiO5夹杂物溶解速度随渣碱度增加呈先降低后急剧增加的趋势。溶解速度随Al2O3含量增加而降低，随FeO含量增加和温度的升高而增加，夹杂物在不含MgO渣系中溶解速率更快。夹杂物在溶解初始阶段主要受边界层扩散传质控制，但随着中间产物的形成，中间产物的二次溶解限制了夹杂物的溶解速率。项目完成后，出版学术专著1部，发表学术论文13篇，其中SCI收录7篇，EI收录1篇，参加国际学术会议2次，国内学术会议3次，邀请国外专家来华交流2次，培养硕士研究生3名，本科生1名。