.1450 工程科学学报，第43卷，第11期 Frozen stee 50m 图2水口堵塞物形貌及成分 Fig.2 Morphology and composition of the deposits in the submerged entry nozzle 杂物四个平衡相，其中液态夹杂物的成分为 主要为球形铝钛复合夹杂物，为液态夹杂物：当铝 Al2O,-TiOx.钢厂内钛稳定铁素体不锈钢精炼过程 质量分数降低到0.67×104和0.12×104时，试样中 中，钢液成分主要分布在液相夹杂物区域或靠近 主要为氧化钛类夹杂物.因此，将铝、钛含量控制 液相夹杂物区域，因此夹杂物的熔点较低：而且实 在A-Ti-O相图的液态氧化物区域，可以获得较 际取样观察到球形的、成分均匀的A1-Ti-O类夹 高的钛收得率和较好的钢水洁净度.Bai等2)研 杂物，证实了相图中液相夹杂物存在的合理性，此 究了Fe-20Cr不锈钢中Al、Ti添加对夹杂物的影 外，Li等2还研究了Fe-20Cr不锈钢中A1-Ti-0 响，发现钢液中添加Ti元素瞬间会生成TO,夹 的平衡相图，如图3(b)所示.进一步，李璟宇利 杂，但之后会被钢液中Al元素还原.Pan等2I研 用实验室2kg真空感应炉研究了不同铝、钛含量 究了321奥氏体不锈钢中A-Ti-0平衡关系，得 下，Fe-20Cr不锈钢中夹杂物的形成.发现铝质量 到相同的结果；但是，321奥氏体不锈钢中TN析 分数为8×10和6×10的试样中主要为氧化铝类 出温度较高，极易在氧化物上异质形核，进一步阻 夹杂物：铝质量分数为2.4×10和1.8×104的试样 碍核心氧化物的成分演变 (a) 1.0 Numerical value:mass fraction of O/10 (b) 1.0 Numerical value:mass fraction of O/1 8 AL.O: 15 11 0.1 .10 0.1 15 20 5 20 30 0.01 .30 50 Liquidoxide 0.01 70 Liquid oxide TiO 0.001-- Ti,O, 0.001 TiO 1200 160 230 140 1 140/1 10 11/90 10 0.001 0.01 0.1 0.001 0.01 0.1 [%T可 [%T可 图31600℃时铁素体不锈钢中A-Ti-0平衡相图.(a)11Cr铁素体不锈钢：(b)20Cr铁素体不锈钢 Fig.3 Stability diagram of the Al-Ti-O system in stainless steel at 600 C:(a)Fe-11Cr stainless steel;(b)Fe-20Cr stainless steel 不锈钢生产过程中常使用MgO含量较高的 时，A-Mg-Ti-O氧化物在1600℃温度下是液态 耐材以及含MgO的炉渣，高温冶炼过程MgO被 夹杂物.Zhang等B0研究发现钢液中Mg元素能将 部分还原到钢液中，提高钢液中Mg元素含量.在 固态Al2O,-TiO,夹杂物改性为液态夹杂物.Li等BI 铝脱氧镇静钢中，当有Mg存在时，易形成镁铝尖 研究了精炼过程中钛稳定18Cr不锈钢中夹杂物的 晶石类夹杂物.钛元素的添加加剧MgO的还原， 形成机理，发现提高钢液中T元素含量能够促进 促进钢液中Mg-A1-Ti-O复合型夹杂物的生成 镁铝尖晶石类夹杂转变为复合型Al2O,-MgO-TiOx Ren等通过实验室研究发现当TiO,含量较高 类夹杂物，包括内部固相镁铝尖晶石夹杂物和外杂 物 四 个 平 衡 相 ， 其 中 液 态 夹 杂 物 的 成 分 为 Al2O3−TiOx . 钢厂内钛稳定铁素体不锈钢精炼过程 中，钢液成分主要分布在液相夹杂物区域或靠近 液相夹杂物区域，因此夹杂物的熔点较低；而且实 际取样观察到球形的、成分均匀的 Al−Ti−O 类夹 杂物，证实了相图中液相夹杂物存在的合理性. 此 外 ，Li 等[26] 还研究了 Fe−20Cr 不锈钢中 Al−Ti−O 的平衡相图，如图 3（b）所示. 进一步，李璟宇[6] 利 用实验室 2 kg 真空感应炉研究了不同铝、钛含量 下，Fe−20Cr 不锈钢中夹杂物的形成. 发现铝质量 分数为 8×10−4 和 6×10−4 的试样中主要为氧化铝类 夹杂物；铝质量分数为 2.4×10−4 和 1.8×10−4 的试样 主要为球形铝钛复合夹杂物，为液态夹杂物；当铝 质量分数降低到 0.67×10−4 和 0.12×10−4 时，试样中 主要为氧化钛类夹杂物. 因此，将铝、钛含量控制 在 Al−Ti−O 相图的液态氧化物区域，可以获得较 高的钛收得率和较好的钢水洁净度. Bai 等[27] 研 究了 Fe−20Cr 不锈钢中 Al、Ti 添加对夹杂物的影 响，发现钢液中添加 Ti 元素瞬间会生成 TiOx 夹 杂，但之后会被钢液中 Al 元素还原. Pan 等[28] 研 究了 321 奥氏体不锈钢中 Al−Ti−O 平衡关系，得 到相同的结果；但是，321 奥氏体不锈钢中 TiN 析 出温度较高，极易在氧化物上异质形核，进一步阻 碍核心氧化物的成分演变. 1.0 Numerical value: mass fraction of O/10−6 8 10 15 20 30 50 70 140 120 100 Liquid oxide 90 Al2O3 Ti3O5 Ti2O3 (a) 0.1 0.01 0.001 0.001 0.01 0.1 1 10−4 [%Al] [%Ti] 1.0 Numerical value: mass fraction of O/10−6 11 15 15 20 30 40 50 70 90 230 160 120 100 Liquid oxide 140 Al2O3 Ti3O5 Ti2O3 (b) 0.1 0.01 0.001 0.001 0.01 0.1 1 10−4 [%Al] [%Ti] 图 3 1600 ℃ 时铁素体不锈钢中 Al−Ti−O 平衡相图. （a）11Cr 铁素体不锈钢；（b）20Cr 铁素体不锈钢 Fig.3 Stability diagram of the Al–Ti–O system in stainless steel at 600 ℃: (a) Fe–11Cr stainless steel; (b) Fe–20Cr stainless steel 不锈钢生产过程中常使用 MgO 含量较高的 耐材以及含 MgO 的炉渣，高温冶炼过程 MgO 被 部分还原到钢液中，提高钢液中 Mg 元素含量. 在 铝脱氧镇静钢中，当有 Mg 存在时，易形成镁铝尖 晶石类夹杂物. 钛元素的添加加剧 MgO 的还原， 促进钢液中 Mg−Al−Ti−O 复合型夹杂物的生成. Ren 等[29] 通过实验室研究发现当 TiOx 含量较高 时 ，Al−Mg−Ti−O 氧化物在 1600 ℃ 温度下是液态 夹杂物. Zhang 等[30] 研究发现钢液中 Mg 元素能将 固态 Al2O3−TiOx 夹杂物改性为液态夹杂物. Li 等[31] 研究了精炼过程中钛稳定 18Cr 不锈钢中夹杂物的 形成机理，发现提高钢液中 Ti 元素含量能够促进 镁铝尖晶石类夹杂转变为复合型 Al2O3−MgO−TiOx 类夹杂物，包括内部固相镁铝尖晶石夹杂物和外 50 μm Frozen steel Inclusions Al Ti O Cr Mg Ca 图 2 水口堵塞物形貌及成分 Fig.2 Morphology and composition of the deposits in the submerged entry nozzle · 1450 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期