耐还原体在氧化铝抗烧点物料增碳运作的制约

保温开始时，用石英管吸取钢水试样并计时为0min，并间隔一定时间重复取样。试验过程中钢液中有气体溢出并在渣表面燃烧。所取钢样利用高频燃烧红外吸收法测定其碳含量，利用带能谱的电子探针对耐火材料与钢水反应层的元素分布进行了分析，研究用耐火材料的显微结构及对增碳作用的影响。由于实验后钢样表面不平整，利用阿基米德排水法测定了一定高度的钢样的体积，并计算出耐火材料被钢水侵蚀的平均厚度。

给出不同Al2O3C坩埚钢样中碳含量随热处理时间的变化关系。其试验结果经过2次重复试验验证，变化趋势完全相同，数据变化差异均在10%的范围内。由图可见，在保温120min的时间范围内，钢水的碳含量都是先增大后减少；保抗氧化剂不同的Al2O3C坩埚的原料组成原料组分A0/%A1/%A2/%A3/%粒度在31mm40电熔刚玉粒度在10mm25粒度小于0.088mm2016石墨15金属Al粉4金属Si粉4SiC粉粒度小于0.088mm4树脂（外加）试验用坩埚示意图温结束时，所有钢水中的最终碳含量要大于钢样初始的碳含量（w（C）=0.002%）。在不同坩埚内处理的钢样达到最大碳含量的时间不同，不加抗氧化剂和加SiC抗氧化剂的坩埚中，在45min左右达到最大值；加Si抗氧化剂的坩埚中，在30min后达到最大值；而加Al抗氧化添加剂的坩埚，20min后达到最大值。同时，不同钢样中碳含量的最高值也不相同。钢水中碳含量的最大值从大到小依次为：没有添加抗氧化剂的坩埚中钢水的增碳量大于在同一保温时间的加入SiC、Si33和Al为抗氧化剂坩埚的增碳量。

Al2O3C耐火材料中不同抗氧化剂对钢水增碳作用的影响（16002h）给出了不同坩埚耐火材料反应层的元素分布的面扫描分析结果，从图可以看出，对于添加不同抗氧化剂的坩埚都存在一个熔钢与耐火材料发生反应所致的脱碳反应层，在此区域基本没有碳的存在。在没有抗氧化剂的坩埚中脱碳层的平均厚度最大，约为2.83mm；在添加抗氧化剂Al的坩埚中脱碳层的平均厚度最小，约为0.68mm；在添加抗氧化剂Si的坩埚中脱碳层的平均厚度约为0.91mm；在添加抗氧化剂SiC的坩埚中脱碳层的平均厚度约为1.42mm.同时耐火材料被钢水侵蚀发生蚀损，没有抗氧化剂的坩埚蚀损厚度约为4.01mm；抗氧化剂Al的坩埚中蚀损厚度约为1.00mm；抗氧化剂Si的坩埚中蚀损厚度约为1.42mm；在添加抗氧化剂SiC的坩埚中脱碳层的平均厚度约为2.2mm.耐火材料蚀损的厚度与脱碳反应层的厚度呈正比对应关系<3>，这主要是由于含碳耐火材料在钢水渗透后，耐火材料中碳发生溶解，耐火材料发生结构剥落造成耐火材料蚀损。

添加不同抗氧化剂的Al2O3C坩埚反应层的EDA分析钢水中碳含量变化趋势是由耐火材料对钢水的增碳作用（式1）和空气中的氧通过渣的传递进入钢水中产生的脱碳作用（式2）共同造成的<4-5>。在钢水与耐火材料接触初期，钢水与耐火材料之间的脱碳层尚未形成，耐火材料中的石墨与熔钢的接触面积很大，按式（1）碳直接溶入钢中，即当钢水刚与耐火材料接触，在未开始取样前已有大量的碳渗入熔钢中，耐火材料中碳向熔钢中溶解的速度大于熔钢中碳的氧化速度，熔钢中的碳含量增加，由于钢的熔化需要一定的时间，所以造成了在所取的第1个钢样（t=0）中碳的含量已远远大于熔钢中的原始碳含量。随着保温时间的延长，耐火材料生成脱碳反应层，耐火材料中的石墨与熔钢接触的面积减少，耐火材料中碳向熔钢中溶解的速度小于熔钢中碳的氧化速度，熔钢中的碳含量逐渐降低。耐火材料在处理过程中发现有气泡从熔渣表面冒出并形成兰色火焰，表明放出的CO在表面氧化为CO2。在试验中添加渣的量是相同的，因此可以认为空气通过渣向钢中传递氧能力是相同的进而造成的脱碳能力是相同的。因此坩埚中钢水碳含量的不同主要由抗氧化剂的不同引起的。

C（s）=（1）2+O2=2CO（g）（2）在中，相对于4种不同Al2O3C耐火材料坩埚中钢水中碳含量以及最高碳含量的差异主要来自于耐火材料本身的抗钢水渗透和耐侵蚀能力。这是因为熔钢的渗透及溶解碳在熔钢中的扩散为整个增碳过程中的控制步骤<6>。熔钢的渗透与孔径大小，长度以及它对耐火材料的润湿性有关；碳在熔钢中的扩散与浓度梯度、扩散系数、温度等因素有关<7>。而抗氧化剂的添加以及在高温时发生的化学反应对上述两个方面都可以产生影响降低耐火材料对钢水的增碳作用，具体表现为：（1）抗氧化剂的添加可以提高Al2O3C耐火材料对钢水的抗渗透和耐侵蚀能力，在加入同等质量的抗氧化剂剂时，Al对提高耐火材料的抗钢水渗透和耐侵蚀能力最大，Si次之，SiC最差，因此，在相同保温时间内，熔钢对耐火材料的渗透深度和侵蚀厚度越小，耐火材料对钢水的增碳作用也就越小，钢水中的碳含量就越低；（2）抗氧化剂本身或与周围体系的反应生成物溶解到熔钢中，增大了钢水的粘度，降低了碳在熔钢中的扩散速度，降低了耐火材料对钢水的增碳作用<8>；（3）在加入相同质量的抗氧化剂时，Al、Si和SiC的密度依次增大，但远小于刚玉的密度，因此，在耐火材料坩埚中，石墨的相对体积含量依次增加，即使钢水对耐火材料渗透的深度相同，耐火材料对钢水的增碳总量在添加Al的坩埚中最小，Si次之，在不加抗氧化剂的坩埚中最大。

结论（1）在空气中含碳耐火材料对ULC钢水的增碳作用，取决于两方面的作用：一方面是耐火材料中的碳向熔钢中的溶解；另一方面是熔钢中的碳的氧化。当耐火材料中碳向熔钢中溶解的速度大于熔钢中碳的氧化速度，ULC钢中的碳含量增加，反之则降低。（2）在Al2O3C耐火材料中加入抗氧化添加剂时，对其向熔钢中增碳有一定的抑制作用，在加入量相同时，Al的抑制作用最大，Si次之，SiC的抑制作用最小。（3）Al2O3C耐火材料增碳的抑制作用主要来自于抗氧化剂的加入提高了耐火材料抗钢水的渗透和耐侵蚀能力，同时促进钢水粘度的提高，降低了碳在钢水中的扩散速度。