潔凈鋼中稀土夾雜物生長行為的實驗研究

黃亞鶴， 方 磊， 劉承軍

(1.南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京 210035；2.東北大學冶金學院， 遼寧 沈陽 110004)

潔凈鋼中稀土夾雜物生長行為的實驗研究

黃亞鶴1， 方 磊1， 劉承軍2

(1.南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京 210035；2.東北大學冶金學院， 遼寧 沈陽 110004)

摘要：通過掃描電鏡和能譜分析，研究潔凈鋼中稀土夾雜物的生長動力學過程。在本實驗條件下，得到以下結論：隨著反應時間的增加，潔凈鋼中稀土氧化物及氧硫化物夾雜的平均尺寸先逐漸增大而后減小，并在15 min時達到最大值，分別為2.86 μm和2.91 μm；潔凈鋼中稀土氧化物及氧硫化物夾雜的幾何尺寸均小于5 μm。

關鍵詞：稀土金屬； 潔凈鋼； 夾雜物； 動力學

引 言

稀土在鋼中的作用主要包括凈化鋼液、變質夾雜物和微合金化三個方面[1-4]。隨著潔凈鋼生產工藝的快速發展，關于稀土在潔凈鋼中的應用仍然存在污染鋼液的疑慮[5-6]。這主要是由于對潔凈鋼中稀土夾雜物形成機制的認識不足[7-11]。本文利用高溫模擬實驗，通過掃描電鏡和能譜分析，全面研究了潔凈鋼中稀土夾雜物的生長行為及其影響因素。

1 實驗方法

1.1 實驗原料

實驗用鋼化學成分如表1所示。選用的稀土元素為金屬鑭，其中金屬鑭的純度為99.9%。

表1 實驗鋼的化學成分/%

1.2 實驗準備

1)鋼樣準備：每次實驗用鋼量為500 g。鋼樣用稀鹽酸浸泡10 h，除去表面氧化物，然后用風筒吹干，以避免表面生銹，放入干燥器中待用。

2)坩堝準備：使用電熔氧化鎂坩堝，尺寸為內徑Φ50 mm，高度80 mm，壁厚2 mm。實驗過程中外套石墨坩堝保護，尺寸為內徑Φ60 mm，高度120 mm，壁厚10 mm。

3)取樣準備：采用內徑Φ8 mm，壁厚1 mm的石英管。

1.3 實驗步驟

實驗裝置采用GL-2型高溫管式電阻爐，如圖1所示。實驗過程如下：1)氬氣在開始升溫前半小時開始通入，流量為0.001 m3/min。2)將鋼樣放入氧化鎂坩堝內，外套石墨坩堝保護，一起放入管式電阻爐恒溫區。升溫至實驗溫度1550 ℃，恒溫30 min。3)測定鋼液中的氧活度，根據氧活度及硫含量計算用稀土用量。4)將預先稱量好的稀土金屬用鐵皮包好，用細絲捆綁在石英管上，加入時迅速將石英管插入鋼液中，并用石英管攪拌10 s，隨后在1，5，10，15，30，60 min分別取樣。(5)再一次測定氧活度，實驗數據如表2所示。6)剩余鋼液隨爐冷卻，至鋼液完全凝固后，停氬氣。7)用掃描電鏡和能譜儀對每組試樣中的夾雜物進行成分分析并觀察形貌。

表2 實驗數據

圖1 實驗裝置圖

2 結果分析與討論

經稀土處理后，鋼中的稀土夾雜物主要為鑭的氧化物和氧硫化物。圖2表示鋼中氧化鑭夾雜隨反應時間變化的掃描電鏡和能譜分析圖片。鋼中氧化鑭夾雜的尺寸隨時間的變化規律曲線如圖3所示。由圖2和圖3可知，鋼中氧化鑭夾雜的尺寸均小于5.00 μm，隨著反應時間的增加，氧化鑭夾雜的平均尺寸先增大而后減小，并在15 min時達到最大值，為2.86 μm。分析認為，在本實驗條件下，當氧化鑭夾雜尺寸小于5.00 μm時，易于在鋼中聚集上浮去除。

圖4表示鋼中氧硫化鑭夾雜的尺寸隨時間的變化規律。由圖可知，氧硫化鑭夾雜的尺寸變化規律與氧化鑭夾雜的類似。鋼中氧硫化鑭夾雜的尺寸均小于5.00 μm，隨著反應時間的增加，氧硫化鑭夾雜的平均尺寸先增大而后減小，并在15 min時達到最大值，為2.91 μm。

圖2 鋼中La2O3夾雜的SEM和EDS結果

圖3 鋼中氧化鑭夾雜的尺寸隨時間的變化規律

圖4 鋼中氧硫化鑭夾雜的尺寸隨時間的變化規律

3 結 論

通過掃描電鏡和能譜分析，研究潔凈鋼中稀土夾雜物的生長動力學過程。在本實驗條件下，得到以下結論：

1)在本實驗條件下，隨著反應時間的增加，潔凈鋼中稀土氧化物及氧硫化物夾雜的平均尺寸先逐漸增大而后減小，并在15 min時達到最大值，分別為2.86 μm和2.91 μm。

2)在本實驗條件下，潔凈鋼中稀土氧化物及氧硫化物夾雜的幾何尺寸均小于5 μm。

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收稿日期：2017-07-25

作者簡介：黃亞鶴(1982—)，女，工程師。電話：13851956776

中圖分類號：TG146.4+5