BaO和MgO含量对CaO–Al2O3系保护渣与钢基底之间润湿行为的影响

结晶器内的界面现象对连铸过程的顺行和铸件的质量有很大的影响,虽然钢–渣之间的界面特性已经被许多研究者研究过,但是这些研究大多是已钢或铁为研究对象。传统的CaO–SiO₂系保护渣在参与高铝钢连铸时会与钢中的Al发生化学反应,导致保护渣的成分和性能发生变化,从而影响连铸顺行。因此,性能稳定的非反应型CaO–Al₂O₃系保护渣,成为高铝钢连铸过程的一种潜在功能材料。本文采用卧滴法,研究了BaO和MgO含量对非反应型CaO–Al₂O₃系保护渣润湿行为的影响,测量了渣-钢之间的接触角,并计算了界面张力。此外,还利用XPS测定了钢-渣界面处的氧种类,以证明保护渣成分和界面之间的内在联系。研究结果表明:BaO和MgO对保护渣的润湿行为有着不同的影响,具体而言,当BaO含量从3wt%增加到7wt%时,渣与IF钢的接触角从62.4°增加到74.5°,界面张力也从1630.3 mN/m增加到1740.8 mN/m。 XPS的结果表明,随着BaO的加入,钢–渣界面处的熔体结构发生聚合,O?(非桥氧)和O2?（游离氧）的比例降低,而O0(桥氧)的比例增加,这说明BaO的加入会降低熔剂对IF钢的润湿性。而当MgO含量从3wt%增加到7wt%时,渣与IF钢基体的接触角从62.4°减少到51.3°,界面张力也从1630.3 mN/m降低到1539.7 mN/m。加入MgO时,钢–渣界面处的熔体结构发生解聚,由于部分O0分解为O?和O2?,导致O0的比例减少,这说明MgO提高了IF钢的润湿性,使熔剂更容易在IF钢表面浸润。引起这一结果的主要原因是,Mg2+离子半径小于Ba2+离子,Mg2+的静电势也高于Ba2+,较高的静电势导致O2?和Mg2+之间产生较强的极化效应,导致熔体中Mg–O键由离子键向共价键转变,从而使得Mg2+的电荷补偿效应远远小于Ba2+。