感应炉旋转浸渍法研究刚玉—尖晶石质钢包浇注料损毁过程及其影响因素

发布时间：2020-07-24 20:43

【摘要】：随着对洁净钢品质的要求不断提高,直接与钢液或熔渣接触的精炼钢包内衬耐火材料的种类、服役性能及其对洁净钢中非金属夹杂物的影响也愈显重要。目前大型钢包采用刚玉-尖晶石浇注料作为包衬材料较为普遍,为延长其服役寿命,降低洁净钢冶炼成本,保证钢包的长期安全运转,研究刚玉-尖晶石质钢包浇注料动态损毁过程及其影响因素就显得更为迫切。本文以洁净钢精炼钢包内衬用刚玉-尖晶石浇注料为主要研究对象,由传统的实验室静态定性研究转为动态定量研究,采用感应炉旋转浸渍法研究了刚玉-尖晶石浇注料试样的动态损毁速率及其变化规律,探究了时间、温度、转速、热震次数、以及不同操作方式等诸因素对刚玉-尖晶石浇注料试样动态损毁过程的影响,并研究了刚玉-尖晶石浇注料试样损毁对钢中夹杂物的影响。还对主要影响因素进行了正交试验设计,试验分析了三因素三水平对刚玉-尖晶石浇注料试样损毁速率的影响。实验结果如下:(1)感应炉旋转浸渍实验时,固定温度1600℃、转速60r/min、热震次数0次、操作方式非间断不变,随着时间的推移(0.5~9h),刚玉-尖晶石质浇注料试样浸渍下部的损毁指数逐渐变大(25%~70%),损毁指数与时间呈正相关关系。试样浸渍下部的动态损毁速率是逐渐降低,初始损毁速率最大,接近50%,最终趋近于零。而三相界面处试样的损毁速率为先降低后增大、再降低(81%→6%→28%→8%)的趋势。试样三相界面处的损毁速率比试样浸渍下部的损毁速率大,试样三相界面处的动态损毁指数是试样浸渍下部损毁指数的约1.5倍。(2)固定浸渍时间、转速、热震次数、操作方式不变时,刚玉-尖晶石浇注料试样浸渍下部的损毁速率随着温度的升高为先降低、再升高(17%→13%→18%)。1700℃时最低,损毁速率约为13%,1800℃时最高,损毁速率约为18%。固定温度、时间、操作方式、热震次数不变时,不同转速对试样浸渍下部损毁速率的影响不显著。无论是间断操作还是非间断操作,试样浸渍下部的损毁速率都是逐渐下降的。间断操作试样浸渍下部的最大损毁速率为31%,而非间断的最大损毁速率为16%。随着热震次数的增加,试样浸渍下部损毁指数逐渐增大(45%→100%),但损毁指数的增幅(34%→12%→6%→3%→0%)是成比例逐渐下降的。试样浸渍下部的损毁速率随着热震次数的增加呈现先增加后降低的趋势(11%→32%→15%)。(3)通过三因素三水平正交试验分析可知,对刚玉-尖晶石浇注料试样损毁影响最大的因子是热震次数(B),其次是温度因素(A),操作方式(C)的影响最小,试样损毁的最大因子组合为B3A1C2。(4)在刚玉-尖晶石浇注料试样损毁的过程中,钢中夹杂物的数量,随着冶炼时间的延长,逐渐增多,且有聚集长大趋势。钢中夹杂物的尺寸逐渐增大,到一定阶段会成倍长大聚集。夹杂物的最大直径尺寸由3μm增大至55μm,试样浸渍8h后的钢液,钢中夹杂物的最大直径尺寸增大到52μm。钢中夹杂物的形状为不规则球状,夹杂物为Al_2O_3-SiO_2-FeO-Ca O系。(5)通过试样的宏观观察、XRD、SEM分析表明,刚玉-尖晶石质浇注料试样浸渍下部的损毁过程先是试样受热应力的作用,最薄弱的区域(刚玉骨料与基质接触面)产生微裂纹,从微裂纹中扩展为主裂纹,主裂纹进一步变大,因高温及热震作用,加之钢渣渗透、钢水机械冲刷和磨蚀,产生结构性剥落。试样浸渍下部的损毁分为三个断带,即变质层、渐变层和原砖层,变质层内有含Ca、Si元素物质的富集区,典型变质层厚度为109μm。试样内部有裂纹和孔洞,并有钢液和渣渗透进去,裂纹长度为3318μm。钢液和钢渣渗透进浇注料试样内部,与刚玉-尖晶石质浇注料试样发生化学反应,生成Ca_3Mg(SiO_4)_2、Fe_(16)Mg_8O_(32)、Ca_2Fe_2O_5化合物。本工作采用感应炉旋转浸渍法研究了刚玉-尖晶石质浇注料试样的动态损毁速率,探讨了试样动态损毁的变化过程及其影响因素,研究结果能一定程度反映实际钢包内衬耐材运行状况,可为降低耐火材料的消耗、提高钢包的使用寿命及钢包的安全运行提供实用指导。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ175.1
【图文】：

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图 1.1 传统洁净钢生产流程图Fig. 1.1 Traditional clean steel production flow chart（2）洁净钢精炼新工艺由于传统洁净钢生产工艺流程存在的种种局限性，有日本学者提出了分阶段冶炼工艺的初步方法，历经 20 年的不断发展和完善，新的洁净钢精炼工艺流程才应运而生，如图 2[10]所示。日本研究开发的洁净钢精炼新工艺相比较于传统工艺炉渣量更少、转炉冶

示意图,新流程,工艺,示意图

图 1.2 洁净钢生产新流程的工艺示意图Fig. 1.2 Process diagram for a cleaner steel production process1.1.3 洁净钢精炼存在的问题我国大部分钢厂采用的都是传统洁净钢生产工艺，包括全量铁水脱硫预处理、转炉冶炼以及炉外精炼工艺，这三步中控制钢水洁净度的主要方式是炉外精炼。以炉外精炼作为主要手段会使得精炼流程加长、能耗增大，还会引起回硫、回磷等问题，此外还会使得钢的质量变得不稳定，生产成本也会增加。由于传统洁净钢精炼流程未能很好地解决炼钢回硫、低碳脱磷、钢渣过氧化以及夹杂物控制困难等基本的热力学问题，使得生产出的钢水洁净度较低，并且难以有效稳定地控制钢水的纯净度，最终影响到钢材的性能和质量。此外，精炼过程中反应效率低下的问题又会产出大量的炉渣，铁和脱氧剂的消耗、洁净钢炉外精炼时间变长等一系列问题都会使洁净钢生产效率降低，成本升高。

示意图,钢包,耐火材料,示意图

1 文献综述包中存在的时间更长，也使得钢包包壁耐火材料面临更苛刻，具体如下：高温：洁净钢在钢包中精炼时，钢包内钢水的温度通常会达到，由于钢包内渣线部位需要埋弧加热，因此温度会比通常更高火材料具备耐高温的基本条件。熔渣侵蚀：洁净钢在钢包中精炼时，钢包中钢水上层会出现钢能减慢空气对钢水的氧化以及使钢水保温，但同时也会使钢侵蚀更严重。

【参考文献】