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采用含TiO2渣系可以解决电渣重熔过程普遍存在钛烧损和电渣锭轴向成分不均匀的问题,但是电渣锭表面经常出现表面渣沟和波纹状缺陷。此外,大型电渣重熔过程金属液中Ti被氧化导致渣中TiO2不断积累,引起渣的物理性能和渣-金反应条件变化,也会造成电渣锭表面质量和成分不均匀性问题。这些缺陷均与含TiO2渣的物理性质和渣-金反应性密切相关。因此,研究TiO2含量对电渣重熔用渣的物理性质、电渣锭成分和夹杂物的影响对生产优质含钛电渣锭具有重要的指导意义。TiO2含量对CaF2-Al2O3-CaO-TiO2渣结晶行为的影响研究表明,渣中TiO2含量由4.2 mass%增加至16.8 mass%时,渣的结晶温度降低,渣的液相线温度由1439℃降低至1290℃。在连续冷却过程中,渣中结晶相均为11CaO·7Al2O3·CaF2、CaTiO3和CaF2。随着渣中TiO2含量增加,渣中主要结晶相由11CaO·7Al2O3·CaF2转变为CaTiO3。渣中第一类结晶相的形核速率是恒定的,为界面反应控制的一维长大。增加渣中TiO2含量降低11CaO·7Al2O3·CaF2结晶所需的渣中CaO的活度,从而抑制渣的结晶趋势。这有利于电渣重熔过程形成薄且均匀的渣壳,稳定通过渣壳的热流,改善电渣锭的表面质量。不同TiO2含量CaF2-Al2O3-CaO-TiO2渣的粘度和结构研究结果表明,渣中TiO2含量由4.2 mass%增加至16.8 mass%时,渣的粘度减小。TiO2使渣中复杂的Al-O-Al键和Q4结构遭到破坏,形成相对简单的Q2结构和Ti2O64-链状结构。渣中非桥氧数量增加,桥氧数量减少,使渣的聚合度降低。渣的结构变化与粘度结果一致,揭示了渣粘度随渣中TiO2含量增加而减小的机理。不同TiO2含量CaF2-Al2O3-CaO-TiO2渣对电渣重熔Fe-25Ni-15Cr合金成分的影响研究表明,金属液中的Ti与渣中Al2O3和SiO2反应,导致合金Ti烧损和增Al增Si。Ti烧损率为11%-21%,Al含量增加率为93%-111%,Si含量增加率约为5.9%。基于溶质渗透理论建立了渣-金反应的传质模型,可准确预报电渣锭中Ti、Al和Si的含量,模型预报与实际测量值的平均偏差为4.1%。对于[Ti]-(TiO2)和[Al]-(Al2O3)的渣-金反应体系,在电极端部渣-金界面处化学反应的限制性环节为Ti和Al在金属液膜中的传质,在渣-熔滴和渣-金属熔池界面处化学反应的限制性环节为各组元在金属液和熔渣中的传质。整个电渣过程中,[Si]-(SiO2)反应的限制性环节为SiO2在渣中的传质。在渣中SiO2和FeO含量分别低于0.43 mass%和0.81 mass%条件下,自耗电极中Ti含量为2.4-2.6 mass%、Al和Si含量分别低于0.1 mass%和0.3 mass%时,可保证Fe-25Ni-15Cr合金电渣锭中Ti、Al和Si含量均在标准范围。渣中TiO2含量由12.41 mass%增加至17.52 mass%时,电渣锭中Ti烧损量、增Al量和增Si量减小。继续增加渣中TiO2含量对电渣锭中Ti、Al和Si含量没有进一步影响。不同TiO2含量CaF2-Al2O3-CaO-TiO2渣对电渣重熔Fe-25Ni-15Cr合金中夹杂物的影响研究表明,渣中TiO2含量增加对合金中夹杂物数量、尺寸和类型没有影响。电极和电渣锭中夹杂物尺寸主要分布在1-3 μm。自耗电极中的夹杂物为TiN、Al2O3-Ti2O3和TiN包裹Al2O3-Ti2O3的复合夹杂物。金属熔池和电渣锭中的夹杂物为TiN、TiN包裹MgO-Al2O3-Ti2O3的复合夹杂物、MgO·Al2O3和以MgO·Al2O3为核心外层富Ti2O3的复合夹杂物。TiN夹杂物在电极端部不会完全分解,电渣锭中大部分TiN夹杂物是在金属熔池中析出的。电渣锭中TiN夹杂物含量取决于自耗电极中的N含量。电渣过程未去除的Al2O3-Ti2O3夹杂物与金属液中的溶解Mg反应生成MgO-Al2O3-Ti2O3夹杂物,形成TiN包裹MgO-Al2O3-Ti2O3的复合夹杂物。在金属熔池内新生成的MgO·Al2O3夹杂物与金属液中的溶解Ti反应生成以MgO·Al2O3为核心外层富Ti2O3的复合夹杂物。