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氧是钢在凝固过程中偏析倾向最严重的元素之一,钢中氧的增加会影响到钢的性能,如降低钢材的延展性、冲击韧性和抗疲劳破坏性能,降低钢材的耐腐蚀性能等。目前最普遍使用的脱氧方法是沉淀脱氧,也就是在钢液中加入与氧结合能力比铁大的元素,使之与钢液中的溶解氧结合形成不溶于钢液的氧化物而析出。沉淀脱氧反应速度快,但会在钢液内部形成大量的氧化物夹杂物,如果这些夹杂物在钢液凝固前仍未去除的话,将会极大地影响钢材的使用性能,如疲劳寿命等。当钢液进行预脱氧后,需要对钢液进行合金化操作,合金元素的加入可以显著改变钢材的性能。目前主要是通过矿热炉冶炼硅铁合金,然后在炼钢过程中将铁合金加入到钢液中完成合金化操作。铁合金生产过程能耗高,环境污染严重。由于冶金反应具有电化学本质,理论上可以通过熔渣电解完成钢液的脱氧和合金化操作,因此关于氧化物熔渣电解相关基础研究是十分必要的。本文研究了各种因素如电化学参数、熔渣成分、温度等对熔渣脱氧和利用熔渣电解对钢液Si的合金化的影响。利用四电极法测量了CaO-SiO2-Al2O3和FexO-CaO-SiO2-Al2O3渣系在不同温度、不同氧分压下的电导率。此外,本文建立了一种关于MgO-CaO-Al2O3-SiO2-’FexO’熔渣中Fe3+/Fe2+比与氧分压、温度和熔渣成分的简单模型。得到如下结论：1)对于CaO-SiO2-Al2O3体系,其电导率随着CaO/Al2O3比增加先降低后增加,且在CaO/Al2O3比为1附近呈现出极小值,这是Ca2+对A13+电荷补偿作用所引起的。当固定A1203成分的含量且CaO的含量多于A1203时,随着SiO2被CaO替代,CaO-SiO2-Al2O3体系的电导率逐渐增加,因为此时已经有足够的Ca2+参与电荷补偿,新增加的Ca2+主要起到电荷传导的作用。2)对于FexO-CaO-SiO2-AI2O3体系,在1823K下,气氛为CO/CO2=0.2,固定FeO和SiO2成分时,随着CaO/Al2O3比增加,总电导率和离子电导率开始减小随后增加,而电子电导率开始保持不变随后在CaO/Al2O3=1开始增加。总电导率和离子电导率的最小值出现在CaO/Al2O3=1处,这是Ca2+对A13+电荷补偿作用所导致的。母渣分别为CaO-SiO2-Al2O3=40:40:20和CaO-SiO2-Al2O3=60:10:30(摩尔比)的FexO-CaO-SiO2-Al2O3体系不同铁氧化含量的电导率测量结果显示：在1823K下,当FexO百分比和熔渣碱度一定时,随着CO/CO2比的增加,总电导率和电子电导率单调递减,而离子电导率单调递增。随着CO/CO2比的增加,越来越多的铁离子转化为亚铁离子,导致离子电导率增加。在本实验中,亚铁离子与全铁之比y都是高于0.5,随着CO/CO2比的增加,y值增大,进而使得y×(1-y)值降低,由于电子电导率正比于y×(1-y),所以电子电导率单调减小。当FexO含量一定时,熔渣的碱度越高,熔渣的总电导率、离子电导率和电子电导率都是增加的。当熔渣的碱度越高时,将会有更多的Ca2+参与到电荷传导,从而使得熔渣的离子电导率越大。自由氧的增加会降低二价铁的含量而增加三价铁的含量,这将会使得二价铁与三价铁浓度之积增加,因此在一定成分范围内碱度更高的熔渣的电子电导率越高。3)用恒电流电解法研究了含铁氧化物的熔渣脱氧情况,研究发现：实验所选FexO-CaO-SiO2-Al2O3渣系脱氧效果明显,在钼棒阴极得到电解产物(Fe),而阳极端的产物只有CO。选用高碱度熔渣,实验温度适当提高,加大所施加电流都有利于提高电流效率。当其他条件相同时,熔渣中铁氧化物无论是以FeO还是以Fe2O3形式加入对电流效率影响不大。在实验条件下,熔渣碱度高、施加恒电流值大、实验温度高都将有利于提高电解速率。4)利用熔渣电解对钢液进行了Si合金化实验。对电解过程中的一些因素(渣系、电流等)对钢液Si合金化的影响进行了研究,结论如下：在使用熔渣CaO-SiO2-Al2O3并施加2.5A-4.5A电流的情况下电解两个小时,可将钢液中Si含量提高到2%以上。随着电极两端施加电流的增加,钢液中的Si含量和Si的合金化速率都在增加,这是由于大电流的情况下,会提供更多的电子,得电子的Si离子会越多,Si离子得电子的速率也会越快。相比于熔渣CaO:SiO2:Al2O3=57.33:15:27.67,使用熔渣CaO:SiO2:Al2O3=40:40:20时钢液中的Si含量略高一些,因为此时的熔渣中SiO2的含量更高,使得熔渣中含有的Si离子更多,从而导致了钢液中合金化的Si含量更高。在对钢液Si合金化过程中,钢液中Al和Ca含量略微增加,但增加量较小,约为5-30ppm。