微孔MgO耐火材料对钢液洁净度的影响

摘要：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(1560℃)的相互作用,考察了不同浸泡时间(0～35min)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。     

微孔MgO耐火材料对钢液洁净度的影响

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Al_2O_3-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。     

镁铝尖晶石对钢液脱碳的影响

通过高温实验,研究了镁铝尖晶石对钢液脱碳反应的影响,利用热力学分析了镁铝尖晶石对钢液脱碳的作用机理.研究结果表明:高温(1 900 K)下镁铝尖晶石对钢液具有明显的脱碳作用,加热温度、钢中[C]含量以及镁铝尖晶石成分是影响钢液脱碳的主要因素;钢水脱碳量随着加热温度和钢中w[C]的升高而增加;镁铝尖晶石的化学成分对钢液脱碳有重要影响,其中以钢中[C]与MgO组分的反应为主要反应,与MgAl2O4的反应为次要反应.     

LF炉衬材质对超低硫钢精炼的影响

使用含碳铝镁尖晶石砖、镁碳砖以及电熔氧化镁材质的坩埚进行了超低硫钢精炼试验,探讨了不同耐火材料对LF精炼超低硫钢的影响.结果表明:使用含碳铝镁尖晶石砖的脱硫率最高,有利于深脱硫,使用镁碳砖的效果次之,使用氧化镁坩埚最差.但炉衬使用含碳铝镁尖晶石砖或镁碳砖,将导致钢液增碳,不利于低碳钢生产,在LF精炼超低碳钢时,钢包衬材质应该考虑使用无碳耐火材料.     

MgO与低密度钢液相互作用及其对夹杂物的影响

 为了研究高锰高铝低密度钢液与耐火材料间的相互作用规律,以Fe-20Mn-10Al-C(20%Mn、10%Al)低密度钢液与MgO耐火材料棒在1 600 ℃时界面反应为研究对象,分别反应30和60 min后对MgO耐火材料的微观结构以及钢中非金属夹杂物特征进行了观察。结果表明,反应后MgO耐火材料转变为3层结构,分别为致密的MgO·Al₂O₃尖晶石界面层,尖晶石颗粒、钙铝酸盐和MgO颗粒组成的过渡层以及MgO颗粒组成的原始层,且随着反应时间的增加,尖晶石界面层厚度增加;在高锰高铝低密度钢液与MgO耐火材料的相互作用下,钢中非金属夹杂物主要包括单一MgO·Al₂O₃夹杂、AlN夹杂、MgS夹杂和MgO·Al₂O₃-AlN、MgO·Al₂O₃-MgS等复合夹杂物。     

不同碳含量镁碳砖与熔渣间的润湿和侵蚀行为研究

文章通过高温润湿实验研究了不同碳含量的镁碳砖与四元熔渣的润湿和侵蚀行为。由高温润湿实验可知，随着镁碳砖中碳含量的降低，熔渣与MgO-C耐火材料间的接触角逐渐减小，在相同温度下熔渣与含碳量高的镁碳砖的接触角更大，在润湿反应结束后，只有碳含量为16%的镁碳砖与熔渣的接触角仍大于90°;随着镁碳砖中碳含量的增加，炉渣向耐火材料内部的渗透深度也逐渐减小，由94.90μm(12%C)降低至31.65μm(16%C)。镁碳砖中的碳含量的降低，可为熔渣的扩散、溶解和渗透等界面反应提供动力学条件，最终致使熔渣对镁碳砖的侵蚀更为严重。     

超低氧齿轮钢28MnCr5中镁铝尖晶石夹杂物的控制

利用FactSage软件对28MnCr5钢液和镁铝尖晶石夹杂物的平衡反应进行了分析,当w[Al]在0.02%~0.04%之间,w[Mg](0.39~0.42)×10-6的临界范围时开始生成镁铝尖晶石。计算发现:在现有28MnCr5钢精炼工艺条件下,钢液中会不可避免生成镁铝尖晶石夹杂物。当钢液w[Mg]8.5×10-6时,加入钙不能使其转变成低熔点液态夹杂物;而当钢液w[Mg]小于此值时,增加w[Ca]时,夹杂物按照"镁铝尖晶石→CaO-Al2O3-MgO系液态夹杂物→CaO"路径转变,钢液w[Ca]增加至3×10-6左右时均能将其转化为CaO-Al2O3-MgO系液态夹杂物。计算表明,精炼渣还原提供的[Ca]不能使28MnCr5钢中镁铝尖晶石夹杂物完全变性,须采用向钢液中喂钙线等手段来提高钢液中的钙含量。     

石油套管钢中镁铝尖晶石的形成与改性

通过石油套管钢的工业试验及热力学分析,研究精炼过程中镁铝尖晶石的形成和改性机理。结果表明:当钢液中溶解铝分别为0.02%和0.05%时,溶解镁只要达到1.5×10-6和2.8×10-6,钢中便有镁铝尖晶石生成;钢液中溶解铝0.02%,镁含量为4×10-6~8×10-6时,钢中溶解钙含量只要分别达到0.21×10-6和0.42×10-6,钢液中的镁铝尖晶石便开始向液态钙铝酸盐转变;镁铝尖晶石比氧化铝更容易改性为液态夹杂物;钢液精炼过程中夹杂物受钢渣反应和钙处理的影响,按照Al2O3→MgO-Al2O3系夹杂物→Ca O-Al2O3-MgO或Ca O-Al2O3系液态复合夹杂物的过程演变。     

Ce/Mg处理对M50轴承钢洁净度的影响

采用真空感应熔炼工艺冶炼航空轴承钢M50,对比分析了Ce处理、Mg处理和Ce–Mg复合处理对氧、硫含量和夹杂物分布特征的影响,结合热力学计算,阐明了加入Ce、Mg元素对钢液洁净度的影响机理。研究发现,Ce具有很强的脱氧、脱硫能力,加入Ce会优先生成Ce₂O₂S夹杂物,随着钢液中氧含量的降低,Ce还会与As等有害杂质元素结合,起到净化钢液的效果。过量的Ce会加剧其与镁铝尖晶石材质耐火材料的反应,导致钢中夹杂物数量的增加,Ce的质量分数为0.018%时,钢中夹杂物的尺寸和数量最小;添加Mg不仅可以脱氧、脱硫,还可以抑制Ce与镁铝尖晶石耐材的反应,Ce–Mg复合处理可以显著降低钢中的夹杂物的尺寸和数量,将钢中的氧的质量分数降低至0.00075%。      

304系不锈钢冶金过程硬质夹杂物形成机理分析

304不锈钢由于具有优异的耐蚀性、加工性能被广泛应用,而钢中硬质夹杂物对冷板表面质量影响较大。为了明晰304不锈钢中硬质夹杂物的形成机理,通过工业生产取样,利用自动扫描电镜ASPEX及统计方法,研究了304不锈钢冶炼过程中全氧含量、各类夹杂物的变化规律。研究结果表明,从AOD出钢到铸坯过程中,随着底吹搅拌的进行,钢中T[O]含量不断降低,T[O]质量分数由0.008 8%降低至0.002 5%。AOD出钢和LF出站夹杂物主要类型为硅酸盐,并含由少量复合型硅酸盐和镁铝尖晶石夹杂物,LF出站至铸坯,夹杂物的成分发生了部分转变,夹杂物中SiO₂含量减少,Al₂O₃含量升高。从AOD出钢至中间包,钢液中硬质夹杂物镁铝尖晶石和Al₂O₃很少,但从中间包到铸坯其比例显著增加,镁铝尖晶石夹杂物的比例增加了28%,钢-渣反应脱氧产物中的复合型硅酸盐夹杂物的比例也明显增加,而脱氧剂脱氧产物SiO₂和钢-渣反应脱氧产物中SiO₂-Al₂     

低碳MgO-C耐火材料性能优化研究进展

摘要：MgO-C耐火材料的低碳化有利于减少耐火材料对钢水的增碳作用,降低不可再生资源的使用量,符合绿色冶金宗旨。围绕低碳MgO-C耐火材料的抗热震性、抗氧化性、抗渣侵蚀性3个关键性能,综述了国内外学者在低碳MgO-C材料性能优化取得的研究进展。最后,对低碳MgO-C耐火材料的发展方向进行了展望。     

纳米炭黑对低碳镁碳耐火材料抗热震性的影响

为提高低碳镁碳耐火材料的抗热震性,采用了不同种类的炭黑制备了w（C）＝3％的低碳镁碳试样。通过浸渍1600 ℃钢液和风冷热循环实验,评价了试样的抗热震性,并与含16％石墨的传统镁碳试样进行了对比。结果发现,经5次热循环后,添加纳米炭黑N220的低碳镁碳试样具有与其传统镁碳试样相当的抗热震性。     

超低氧冶炼过程镁铝尖晶石形成的热力学分析与控制

 对超低氧试验钢精炼过程中镁铝尖晶石的形成机制和生成热力学计算分析表明：1873K时,MgO-Al2O3二元系夹杂物中MgO的质量分数超过17%时就能生成镁铝尖晶石;采用高碱度、w((CaO))/w((Al2O3))≈1、强还原性精炼顶渣对铝终脱氧钢液进行LF精炼时,在LF精炼中前期就实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石的转变;钢液中的镁则是实现Al2O3向MgO·Al2O3尖晶石转变的中介和桥梁。而钢中镁含量是由酸溶铝控制的。因此,保持钢液中足够的铝含量是镁铝尖晶石生成的前提。生产过程中,当钢液的w(［Al］)达到0.03%时,w(［Mg］)只需要1.32×10-7以上就能生成MgO·Al2O3尖晶石。     

钢铁中超低碳分析技术研究

研究了应用红外碳硫分析仪测定钢铁中超低碳的分析方法。对陶瓷坩埚经过马弗炉和管式坩埚炉2次灼烧,用钨粒、锡粒、纯铁为助熔剂,获得低稳定的空白值。经无水碳酸钠基准物质校准仪器,用红外吸收法分析钢铁中超低碳取得了良好的准确度和精密度。     

镁处理高碳硬线钢中夹杂物

 为了研究镁处理对高碳硬线钢中夹杂物影响规律,采用扫描电镜-能谱仪、FactSage热力学软件研究了不同镁添加量下钢中夹杂物的成分、形貌、尺寸、数量和分布,计算了高碳硬线钢中夹杂物平衡成分和生成质量随镁添加量的变化,分析了镁处理对夹杂物熟化生长的影响规律。结果表明,高碳硬线钢中镁质量分数由0.001 0%增加到0.001 8%,夹杂物的转变路线为Al₂O₃→Spinel→MgO,夹杂物平均尺寸由1.68 降到1.39 μm,且夹杂物分布更加均匀。随着溶解氧含量的增加,夹杂物的粗化率增加。当钢中溶解氧含量相同时,镁铝尖晶石的粗化率最大,其次是氧化镁,氧化铝夹杂物的粗化率最小。高碳硬线钢中镁添加量为0～0.004%,夹杂物的粗化率先增加后减小,镁添加量为0.001%时,夹杂物的粗化率最大。     

转炉渣与镁质耐火材料的润湿机制

 采用静滴法研究了2种情况下转炉渣与炉衬耐火材料的润湿性。当转炉渣与耐火材料直接接触时,转炉渣不熔化,当用刚玉坩埚将两者隔开时,界面处发生反应性润湿,动态接触角随温度升高而单调减小,铺展面积随时间成线性增加。渣中FeO含量由于镁碳砖基板表面的碳及中间产物CO的还原而降低,导致炉渣熔化性温度升高而未熔化。液态熔渣沿镁碳砖表面的气孔和裂纹向基体内扩散、渗透,渣中铁氧化物与镁碳砖机体内的MgO反应生成含高熔点相的黄色渗透层,起到保护炉衬的作用,从而解释了炉渣与耐火材料的粘附机制,为优化溅渣护炉工艺,合理调整炉渣成分和选择耐火材料等工艺操作提供理论依据。     

钢水温度和碳对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀的影响

根据热力学分析和热态实验研究了钢水温度及其碳质量分数对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀的影响，并探讨了耐火材料的侵蚀机理。研究表明，提高温度将加剧钢水对耐火材料的侵蚀，随钢水中碳质量分数的增加，耐火材料的侵蚀指数先增加后减小。侵蚀机理包括：一是钢水中碳与耐火材料组分氧化镁反应化学侵蚀耐火材料；二是钢水向耐火材料内部的渗入以及低熔点物相在耐火材料颗粒界面的析出，降低了耐火材料颗粒间的结合力，加剧了钢水冲刷对耐火材料的损毁程度。     

钢水温度和碳对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀的影响

根据热力学分析和热态实验研究了钢水温度及其碳质量分数对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀的影响,并探讨了耐火材料的侵蚀机理。研究表明,提高温度将加剧钢水对耐火材料的侵蚀,随钢水中碳质量分数的增加,耐火材料的侵蚀指数先增加后减小。侵蚀机理包括：一是钢水中碳与耐火材料组分氧化镁反应化学侵蚀耐火材料;二是钢水向耐火材料内部的渗入以及低熔点物相在耐火材料颗粒界面的析出,降低了耐火材料颗粒间的结合力,加剧了钢水冲刷对耐火材料的损毁程度。