1 前言
在炼钢过程中，铝（Al）被广泛用作脱氧剂。脱氧反应生成的氧化铝（Al2O3）中，有一部分会以夹杂物的形式残留在钢水中，在连铸过程中可能导致水口堵塞。这种堵塞现象不仅会降低钢材质量，还会引发操作故障并增加成本。
作为解决水口堵塞的对策，向钢水中添加钙（Ca），将氧化铝夹杂物改性为低熔点夹杂物的方法被认为是有效的。然而，当钢水中存在硫（S）时，会析出硫化钙（CaS），成为新的水口堵塞诱因。此外，对于硫存在下钙处理后氧化铝夹杂物的改性过程，目前尚未完全阐明。
本研究旨在评估硫存在下氧化铝夹杂物的改性行为，并明确其作用机制。
2 试验与分析方法
研究设计了三个阶段的试验，具体如下：第一阶段，向钢水中投入铝粒，保温5-30min，以促进氧化铝夹杂物的生成与长大。第二阶段，制备钙硅（Ca-Si）合金，将其投入含有氧化铝夹杂物的钢水中并保温规定时间，使氧化铝夹杂物改性为低熔点、无害的夹杂物。第三阶段，将钙硅合金添加到含有硫和氧化铝夹杂物的钢水中，保温一定时间。
试验过程中，气氛采用氩气（Ar），试验温度设定为1873K（1600℃）。试验结束后，采用惰性气体熔融-非分散型红外吸收法分析钢水中的氧浓度；同时，利用能量分散型X射线光谱扫描电子显微镜（SEM-EDS）和电子探针显微分析仪（EPMA），对夹杂物的尺寸与成分进行分析。
3 结果与讨论
第一阶段的试验结果总结如下。图1展示了铝粒及钙合金处理时间与钢水中氧浓度的变化关系。添加钙合金10min后，钢水中的氧浓度显著降低，并达到稳定值。此后，即使延长保温时间，氧浓度也未出现明显变化。
同时，本研究还评估了钢水中主要元素（钙、铝、硅）的浓度随时间的变化情况，结果如图2所示。试验表明，硅（Si）浓度因在钢水中的逐渐溶解而随时间不断增加；另一方面，铝（Al）浓度因钙对氧化铝（Al2O3）的部分还原作用，在试验初期有所上升，随后随着钙铝酸盐的形成而下降；由于钙的蒸气压较高，在1873K的高温条件下，钙会迅速蒸发，导致钢水中的钙（Ca）浓度始终处于检测限以下。
此外，通过SEM-EDS自动分析，对夹杂物成分进行了检测。在1mm×1mm的测量范围内，本研究检测了所有直径≥1μm的夹杂物并分析其成分，结果如图3所示。
图3呈现了添加钙硅合金后，随钙处理时间延长，夹杂物中氧化钙（CaO）含量的变化趋势。结果证实，添加钙硅合金后，氧化钙会迅速在氧化铝夹杂物表面富集，使得短时间内夹杂物中的氧化钙含量急剧增加；但随着反应的持续进行，由于钙的蒸发，夹杂物中氧化钙的含量又呈现出下降趋势。
4 结论
研究表明，在含硫钢水中通过钙处理对氧化铝夹杂物进行改性时，钙会迅速在氧化铝表面富集并形成钙铝酸盐，导致夹杂物中氧化钙含量短期内急剧上升；但由于高温下钙的蒸发损失，随着反应时间延长，氧化钙含量会逐渐下降，同时硫的存在可能促使硫化钙析出，成为新的水口堵塞风险因素。钙处理的长期改性效果仍需进一步控制工艺参数以稳定实现。
