微孔MgO耐火材料对钢液洁净度的影响
发布时间：2021-04-10 15:22
通过浸泡实验研究了3种镁质（致密镁质、微孔MgO质、镁碳质）耐火材料与超低碳钢液（1 560℃）的相互作用,考察了不同浸泡时间（0～35 min）钢中O、N、C和Al、Si、Mn含量及钢中夹杂物的成分、数量、分布等特征的变化,并对耐火材料与钢的界面层进行了观测和分析。结果表明,随着浸泡时间的延长,3组钢中氧含量均先升高再降低,均对钢液有一定的污染,钢中夹杂物的数量增加,夹杂物种类由Al2O3-MnO夹杂逐渐转变为Al-Mg-Si-Mn-O复合夹杂。与致密镁质耐火材料相比,微孔MgO质和镁碳质耐火材料与钢的界面处分别能形成连续的镁铝尖晶石层和致密的MgO层,有助于降低耐火材料的侵蚀以及对钢液的污染。此外,与不含碳的镁质耐火材料相比,镁碳质耐火材料对钢液增碳严重。因此,微孔MgO质耐火材料不仅对钢液的二次污染小、不会向钢液增碳,而且还可以吸附钢中氧化铝夹杂,更有利于超低碳洁净钢的生产。
【文章来源】：钢铁研究学报. 2020,32(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
实验过程
耐火材料与钢液的相互作用同样在高频感应炉中进行,实验装置如图1所示。将3种耐火材料切割成10 mm×10 mm×25 mm的长条状,为了减小耐火材料表面粗糙度对界面反应的影响,用0.012 mm砂纸将耐火材料打磨平整,然后用酒精和超声波清洗仪清洗干净,放在干燥箱中干燥2 h,然后将实验用钢进行打磨除锈后备用。按照图1所示,将耐火材料放在内径约为30 mm的氧化镁坩埚(外套石墨坩埚)的底部,上面放置实验用钢钢块。向炉中持续通入纯度为99.999%的氩气,5 min后开始升温。当温度达到1 560 ℃,钢液完全熔化后开始计时,分别在0、5、20、35 min用内径为4 mm的石英玻璃管取1～4号钢样,断电,剩余试样随炉冷却至室温,实验过程如图2所示。
在1 560 ℃温度条件下,3种镁质耐火材料浸泡在钢液中的相互作用后,钢中的O和N含量随时间的变化如图3所示,从图中可知,与原始钢中的O、N含量(分别为47×10-6、25×10-6,质量分数)相比,钢中TO含量快速增加然后逐步下降;钢中N含量略微升高,N的质量分数范围为23.7×10-6～29.7×10-6。钢液保温0 min时,浸泡S1、S2、S3的钢样中TO质量分数明显提高,分别达到248×10-6、163×10-6、170×10-6,这表明钢液在极短时间内就被耐火材料及气氛中的残余氧所氧化,其中,致密镁质耐火材料造成钢中O含量增加最高,微孔MgO质及镁碳质耐火材料造成的O含量增加较低。在保温5 min时,钢样中O含量达到最大,但随着浸泡时间的延长,钢中TO含量逐步降低,这是由于钢中夹杂物有了足够的时间碰撞长大上浮或者被吸附到耐火材料表面所致。保温35 min时,S1、S2和S3浸泡的钢样中TO质量分数分别为204×10-6、108×10-6、70×10-6,与原始钢中的TO含量相比,均有一定程度的二次氧化。因此,在实际生产中,中间包耐火材料对IF钢的中间包浇注头坯的洁净度有影响,通常有必要对头坯进行降级改判。图4显示了钢中C含量随3种耐火材料浸泡时间的变化,从图中可以看出,与原始钢中C含量(61×10-6,质量分数)相比,不含碳的耐火材料(S1和S2)浸泡的钢中C含量变化不大,接近于原始钢中C含量水平,表明不含碳的致密镁质及微孔MgO质耐火材料没有造成增碳。而镁碳质耐火材料(S3)浸泡钢中C含量随时间不断增加,保温35 min时,钢中C质量分数达到890×10-6,不能适应超低碳钢的生产需要。其增碳原因主要包括2个方面,一是镁碳耐火材料中的石墨直接向钢液中溶解;另一方面,在与高温钢水相互作用下,镁碳耐火材料中石墨与氧化镁发生反应生成镁蒸气和CO,镁蒸气在氧化镁颗粒周围氧化沉积,从而使钢中C含量增加[19]。因此,虽然镁碳耐火材料对钢中增氧较低,但其对钢中增碳量非常显著,不利于超低碳IF钢的C含量的控制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐火材料与钢液相互作用的研究进展[J]. 黄奥,王雅杰,邹永顺,付绿平,顾华志,李光强. 中国材料进展. 2019(08)
[2]中间包结构及包衬耐火材料对钢水清洁度的影响分析[J]. 唐建洪,周玉军,魏海成. 世界有色金属. 2019(08)
[3]轻量耐火材料的研究现状与发展趋势[J]. 尹洪峰,党娟灵,辛亚楼,高魁,汤云,袁蝴蝶. 材料导报. 2018(15)
[4]耐火材料抗侵蚀性能研究进展[J]. 丁颖颖,张伟奇,陈宁,李素平. 中国陶瓷. 2018(07)
[5]刚玉骨料微孔化对钢包用刚玉质浇注料性能的影响[J]. 王志强,朱伯铨,雷中兴,李享成,彭肖仟. 耐火材料. 2017(05)
[6]精炼钢包用Al2O3-MgO-CaO系复相耐火材料的研发[J]. 尹雪亮,陈敏,王楠,徐磊. 钢铁研究学报. 2017(10)
[7]不同碳含量的MgO-C耐火材料与超低碳钢液的相互作用[J]. 王力,李光强,刘昱,张钊,李亚伟,徐小峰. 钢铁研究学报. 2017(08)
[8]IF钢铸坯皮下夹杂物与钩状坯壳的特征分布[J]. 苑鹏,宋丽娜,李海波,倪有金. 钢铁研究学报. 2016(12)
[9]中间包涂料对钢液洁净度的影响[J]. 刘昱,李光强,杨治争,饶江平. 过程工程学报. 2016(02)
[10]铈对IF钢冲击韧性的影响[J]. 杨吉春,杨昌桥,贾利涛. 稀土. 2014(03)
本文编号：3129880
【文章来源】：钢铁研究学报. 2020,32(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
实验过程
耐火材料与钢液的相互作用同样在高频感应炉中进行,实验装置如图1所示。将3种耐火材料切割成10 mm×10 mm×25 mm的长条状,为了减小耐火材料表面粗糙度对界面反应的影响,用0.012 mm砂纸将耐火材料打磨平整,然后用酒精和超声波清洗仪清洗干净,放在干燥箱中干燥2 h,然后将实验用钢进行打磨除锈后备用。按照图1所示,将耐火材料放在内径约为30 mm的氧化镁坩埚(外套石墨坩埚)的底部,上面放置实验用钢钢块。向炉中持续通入纯度为99.999%的氩气,5 min后开始升温。当温度达到1 560 ℃,钢液完全熔化后开始计时,分别在0、5、20、35 min用内径为4 mm的石英玻璃管取1～4号钢样,断电,剩余试样随炉冷却至室温,实验过程如图2所示。
在1 560 ℃温度条件下,3种镁质耐火材料浸泡在钢液中的相互作用后,钢中的O和N含量随时间的变化如图3所示,从图中可知,与原始钢中的O、N含量(分别为47×10-6、25×10-6,质量分数)相比,钢中TO含量快速增加然后逐步下降;钢中N含量略微升高,N的质量分数范围为23.7×10-6～29.7×10-6。钢液保温0 min时,浸泡S1、S2、S3的钢样中TO质量分数明显提高,分别达到248×10-6、163×10-6、170×10-6,这表明钢液在极短时间内就被耐火材料及气氛中的残余氧所氧化,其中,致密镁质耐火材料造成钢中O含量增加最高,微孔MgO质及镁碳质耐火材料造成的O含量增加较低。在保温5 min时,钢样中O含量达到最大,但随着浸泡时间的延长,钢中TO含量逐步降低,这是由于钢中夹杂物有了足够的时间碰撞长大上浮或者被吸附到耐火材料表面所致。保温35 min时,S1、S2和S3浸泡的钢样中TO质量分数分别为204×10-6、108×10-6、70×10-6,与原始钢中的TO含量相比,均有一定程度的二次氧化。因此,在实际生产中,中间包耐火材料对IF钢的中间包浇注头坯的洁净度有影响,通常有必要对头坯进行降级改判。图4显示了钢中C含量随3种耐火材料浸泡时间的变化,从图中可以看出,与原始钢中C含量(61×10-6,质量分数)相比,不含碳的耐火材料(S1和S2)浸泡的钢中C含量变化不大,接近于原始钢中C含量水平,表明不含碳的致密镁质及微孔MgO质耐火材料没有造成增碳。而镁碳质耐火材料(S3)浸泡钢中C含量随时间不断增加,保温35 min时,钢中C质量分数达到890×10-6,不能适应超低碳钢的生产需要。其增碳原因主要包括2个方面,一是镁碳耐火材料中的石墨直接向钢液中溶解;另一方面,在与高温钢水相互作用下,镁碳耐火材料中石墨与氧化镁发生反应生成镁蒸气和CO,镁蒸气在氧化镁颗粒周围氧化沉积,从而使钢中C含量增加[19]。因此,虽然镁碳耐火材料对钢中增氧较低,但其对钢中增碳量非常显著,不利于超低碳IF钢的C含量的控制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]耐火材料与钢液相互作用的研究进展[J]. 黄奥,王雅杰,邹永顺,付绿平,顾华志,李光强. 中国材料进展. 2019(08)
[2]中间包结构及包衬耐火材料对钢水清洁度的影响分析[J]. 唐建洪,周玉军,魏海成. 世界有色金属. 2019(08)
[3]轻量耐火材料的研究现状与发展趋势[J]. 尹洪峰,党娟灵,辛亚楼,高魁,汤云,袁蝴蝶. 材料导报. 2018(15)
[4]耐火材料抗侵蚀性能研究进展[J]. 丁颖颖,张伟奇,陈宁,李素平. 中国陶瓷. 2018(07)
[5]刚玉骨料微孔化对钢包用刚玉质浇注料性能的影响[J]. 王志强,朱伯铨,雷中兴,李享成,彭肖仟. 耐火材料. 2017(05)
[6]精炼钢包用Al2O3-MgO-CaO系复相耐火材料的研发[J]. 尹雪亮,陈敏,王楠,徐磊. 钢铁研究学报. 2017(10)
[7]不同碳含量的MgO-C耐火材料与超低碳钢液的相互作用[J]. 王力,李光强,刘昱,张钊,李亚伟,徐小峰. 钢铁研究学报. 2017(08)
[8]IF钢铸坯皮下夹杂物与钩状坯壳的特征分布[J]. 苑鹏,宋丽娜,李海波,倪有金. 钢铁研究学报. 2016(12)
[9]中间包涂料对钢液洁净度的影响[J]. 刘昱,李光强,杨治争,饶江平. 过程工程学报. 2016(02)
[10]铈对IF钢冲击韧性的影响[J]. 杨吉春,杨昌桥,贾利涛. 稀土. 2014(03)
本文编号：3129880
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