钢液甲烷脱氧及其对夹杂物影响规律的实验研究

发布时间：2020-08-24 15:07

【摘要】：随着工业化水平的提高,市场对钢材的综合性能提出了更高的要求,特别是对特殊钢中夹杂物的数量和形态要求及其苛刻。常规的脱氧方法是根据钢种要求,选择合适的脱氧剂加入到钢中,使钢中氧含量达到正常的范围。这种脱氧方式虽然脱氧速度快,但脱氧产物或为固态,或为液态,均会不可避免的部分残留在钢中,对钢液造成二次污染。因此,选择合适脱氧剂,降低钢中氧含量的同时,还能减少钢中夹杂物的含量,提高钢液纯净度,就显得非常重要。基于这一考虑,本论文将甲烷通入钢液,利用其高温下与钢中氧反应生成CO和H_2O的原理,降低钢液氧含量。此外,由于气态脱氧产物很难残留在钢中,对优化传统脱氧工艺,提高钢液纯净度有着重要的意义。本论文采用甲烷对钢液进行脱氧处理,研究了甲烷(甲烷与氩气混合气体)流量和通气时间对钢液氧、碳、氢含量的影响。同时,研究了不同脱氧剂脱氧后,钢中夹杂物的变化情况,得到的主要结论如下:(1)将甲烷通入被氧化的钢液,钢中氧含量快速降低,终点氧能降低到40ppm左右,延长通气时间和增大气体流量有利于甲烷对钢液氧含量进行有效去除。当甲烷流量相同时,甲烷和氩气的混合气体对降低钢液氧含量效果更加明显,脱氧速率更快,甲烷的利用率更高。向钢液通氩气16min后,钢液氧含量减少了75.1ppm,这表明,氩气能降低钢液氧含量,但这种脱氧效果非常有限。(2)从整个脱氧过程来看,通气前8min,钢液氧含量迅速降低,气体平均脱氧速率较快,甲烷利用率和脱氧率都比较高;通气后8min,钢液氧含量降低趋于平缓,气体平均脱氧速率和利用率逐渐降低。因此,为降低生产成本,提高甲烷的利用率,前期可以通入较大流量的气体,而到脱氧后期,可以适当减小气体流量或使用其它脱氧剂进行脱氧操作。(3)往钢液通入甲烷气体,随着通气时间的延长,钢中碳、氢含量都逐渐增加。与纯甲烷相比,通混合气体能减缓钢液增氢的速度。当甲烷流量相同的情况下,前期是否同时通入氩气对钢中碳含量影响不大,但与脱氧前相比,钢中碳、氢含量显著增加。因此实际生产用甲烷对钢液脱氧后,可以使用VD精炼炉对钢液进行真空处理,降低钢液氢含量。另外,因甲烷高温分解产生的碳使钢液增碳明显,因此甲烷脱氧更适合用于轴承钢、工具钢等高碳钢的生产。(4)与传统脱氧剂Al相比,甲烷脱氧后,钢中夹杂物的数量和种类明显减少,夹杂物尺寸有所减小。此外,钢中Al2O3夹杂物含量明显降低,同时,用甲烷对钢液脱氧后,脱氧产物大多为规则的圆形。相比于纯甲烷,甲烷和氩气的混合气体对钢中夹杂物的尺寸几乎没什么影响,但与Al脱氧相比,钢中Al2O3夹杂物含量得到大幅度降低,甲烷和氩气的混合气体能降低钢中夹杂物的数量和种类。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF703

【参考文献】