真空渣-钢反应均质化稀土处理的物理化学机理

##1. 前言 GCr15 轴承钢广泛应用于航空航天、军事、机械制造等领域[1]。随着对高性能轴承钢的需求不断增加,对钢的洁净度提出了更严格的要求。适量稀土处理在钢中能起到净化钢液、改性夹杂与微合金化的作用[2]。由于二次氧化、与耐火材料的作用以及添加的不均匀,稀土处理钢的生产是不稳定的[3]。通过电渣重熔的方法稍好,在使用稀土氧化物渣进行电渣重熔过程中,使用硅钙合金作为还原剂,可以将稀土氧化物还原至钢液中[3,4]。然而,由于添加方法的限制,电渣重熔锭稀土的分布不均匀,稀土含量最高的部位可以达到最低部位的 5 倍[4]。相关研究考虑了稀土氧化物在渣中的分解反应,但钢中溶解的稀土含量极低[5]。相对而言,Babenko等通过热力学建模计算发现,在含有 15％Al2O3 和 8％MgO的CaO-SiO2-Ce2O3 渣中,还原稀土氧化物的反应可以使钢中的稀土含量达到0.055到16ppm[6]。碳在特定条件下可以作为"万能还原剂"。从氧化物的氧势图来看,碳氧反应形成CO的氧势线是向下的,这意味着如果反应温度足够高,碳可以还原稀土氧化物。因此,如果通过真空条件降低CO分压,就可以大大提高碳的还原能力,并且可以降低碳的还原温度。理论上讲,碳在真空下可以依靠渣钢间的反应还原稀土氧化物并均匀化稀土处理。本课题组通过实验室实验探讨了氩气和真空条件下含La2O3渣与钢的相互作用及对钢液净化和稀土合金化的影响。