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摘要
结合钢铁行业综合低碳减排研究现状，提出了电炉+固态脱碳制备硅钢的工艺构想。由于在固态脱碳过程中钢表面会形成氧化层，试验以1 mm Fe-Si-C(Si 1.5%～3.5%;C 0.18%～0.48%(质量分数))合金为研究对象，在H2O-H2气氛下开展固态脱碳研究，以此来揭示脱碳过程中表面氧化的规律。利用FactSage热力学软件绘制H2O-H2气氛下Fe-C-Si氧化热力学平衡相图，明确了各温度、气氛条件下Fe、Si选择性氧化的热力学规律。在1 423 K温度下开展固态脱碳试验，结果表明，脱碳效果良好，脱碳后碳质量分数可达到0.02%以下；气氛pH2O/pH2小于0.31时(pH2O、pH2分别为水蒸气和氢气的分压),固态脱碳后Fe-C-Si合金表面氧化物主要为SiO2,气氛pH2O/pH2达到0.34时，脱碳后Fe-C-Si合金表面氧化物主要由SiO2和Fe2SiO4 2种氧化物组成，随着气氛氧化性的增强，表面氧化物由SiO2转变为Fe2SiO4,这与热力学分析结果一致。试验利用扫描电子显微镜对脱碳后氧化层形貌、厚度进行观察分析，结果表明，在1 423 K下，pH2O/pH2=0.31时3.5%Si合金薄带氧化层内氧化物为细小球状SiO2,pH2O/pH2=0.56时氧化层内SiO2尺寸增大，且在氧化层与基体之间形成了一条明显的深色条状带；1.5%Si硅钢固态脱碳后所形成的氧化层内高度弥散分布着粒度细小的球状SiO2,在氧化层与基体之间并没有形成可作为分界线的条状SiO2带。研究氧化层生长动力学发现，1 423 K下Fe-1.5%Si-C硅钢氧化层生长速率最大，1 363 K下Fe-3.5%Si-C硅钢氧化层生长速率最小，这主要是因为脱碳过程形成了一种“蜂窝状”的氧化层结构，并不断向基体内部生长。
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