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镁钙耐火材料对钢水的净化作用

  • 发布人:管理员
  • 发布时间:2013-07-15
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  ­王学达1)  陈树江2)  张红鹰2)  孙加林1)  洪彦若1)

  ­1)北京科技大学材料科学与工程学院 北京100083

  ­2)鞍山科技大学材料科学与工程学院

­摘 要 研究了不同CaO含量的镁钙耐火材料与­AR0l6钢水之间的作用。利用岩相、真空直读光谱分­析仪、扫描电镜能谱等手段对镁钙耐火材料与钢水作­用前后钢水和耐火材料的成分变化以及耐火材料的­显微结构变化进行了研究。研究结果表明:镁钙耐火­材料在1600℃下与AR0l6钢发生作用后生成了新­相;CaO含量大于30%的镁钙耐火材料与钢水作用­60min时脱S效果最佳;在本实验条件下,作用30­min可使钢中Al降到较低;增加镁钙耐火材料中的­CaO含量可进一步降低钢中S和Al。­

关键词   氧化钙,镁钙耐火材料,钢水净化,洁净钢,­脱硫­

夹杂的存在对钢材质量影响较大[1-4]。2l世纪,­特种钢和洁净钢将得到广泛应用,钢铁工业的发展目­标仍然是增加钢材品种,提高钢材质量。要提高钢材­质量,必须提高钢水纯度。以前只注重从炼钢工艺角­度研究如何提高钢的纯度,没有考虑与钢水接触的耐­火材料的影响[5,6]。耐火材料在高温下与钢水直接接­触,对钢水会或多或少地产生污染。有关钢水和耐火­材料之间相互作用的机理尚不十分清楚。本工作重­点研究了MgO—CaO系耐火材料与钢水作用后钢水­和耐火材料的成分变化以及耐火材料的显微结构变­化,探讨了耐火材料对钢水的净化作用。

1实验­

按设计的配方将镁钙砂、镁砂和结合剂充分混­匀,压制成ca0质量分数分别为10%、20%、30%、­40%、50%的坩埚,于1600℃保温3 h烧成。

­实验用钢为AR016钢,钢中C、Si、Mn、P、S、Alt­(全铝)和Als(酸熔铝)的质量分数(%)分别为­0.058、0.010、0.326、0.012、0.017、0.035和0.032。­

将镁钙坩埚放入高温管式炉中预热到1100℃,­把实验钢样放人坩埚中,同时通Ar保护,升温到1600℃时保温并开始计时,达到预定时间(分别为30min、60­min、90 min、120 min)后将装有钢水的坩埚放人油­中淬冷,然后对钢样和坩埚的成分以及坩埚的显微结­构进行分析。­

2 实验结果及分析­

2.1处理时间对钢中s含量的影响

­AR0l6钢在含CaO40%的镁钙坩埚中处理不同­时间后的S的含量见图1。可以看出,镁钙材料能有­效地吸附钢水中的硫。随着处理时间的延长,存在下­列脱硫反应:

  (CaO)+[S]=(CaS+[O] (1)­

使钢中的S随时间延长而降低,反应60min时达平­衡,钢中S最低。随处理时间的进一步延长,由于保­护气体Ar气不纯,带进O2,则有:­

  1/2O2=[O] (2)­

随着时间的延长,[O]的活度进一步增大,从而阻碍­了反应(1)的进一步进行,使反应朝逆向进行,使钢中­的[S]上升[7]。­­

2.2镁钙材料中CaO含量对钢中S含量的影响­

在CaO含量不同的镁钙坩埚中处理60min后,­AR016钢的S含量见图2。可以看出,随着镁钙坩埚­中CaO含量的增加,AR016钢的硫含量不断下降。

2.3处理时间对钢中Al含量的影响­

在含40%CaO的镁钙坩埚中处理不同时间后,­AR016钢的Al含量见图3。可以看出:处理时间对钢­中Al含量的影响开始比较明显,超过30min以后则­不明显。这是因为,30min后AR016钢的Al含量已­经降得很低,再延长时间也不会使其Al含量有大的­降低。­

2.4镁钙材料中CaO含量对钢中Al含量的影响

­在CaO含量不同的镁钙坩埚中处理30min后,­AR0l6钢的Al含量见图4。

可以看出,随着镁钙坩埚中CaO含量的增加。­R0l6钢的Al含量不断下降,但当CaO含量超过30%­后下降不明显。因为在本实验条件下,30%的CaO含­量已经接近反应平衡所需的CaO。­

2.5岩相分析

将与AR016钢反应90min后的镁钙耐火材料制­成岩相片进行显微结构分析,发现在靠近工作面一侧­出现了与原砖不同的一层反应层(经测量,其厚度约­为60μm),其中比较亮的部分就是反应生成的新相­(见图5)。而原砖中骨料和基质紧密结合,没有新相­生成(见图6)。这说明,镁钙材料和钢水之间发生了­一定的物理化学反应。

2.6扫描电镜能谱分析

­在电镜下分析CaO含量40%的镁钙耐火材料与­AR016钢水反应90 min后的反应层,考察反应层中­各成分的变化。测得反应层厚度大约为60μm,用宽­为10μm脚的长方形做面扫描,从工作面向原砖层一侧­连扫五次,结果见图7。可以看出:在镁钙坩埚的反­应层中,Al、S的含量沿工作面到原砖的方向逐渐减­少,说明镁钙耐火材料与钢水发生作用,即当钢中的­元素扩散到耐火材料表面时反应开始进行,反应产物­留在耐火材料表面;随着时间的延长,钢中的元素向­耐火材料内部扩散,反应继续进行。但扩散到内部的­元素毕竟是少数,在耐火材料内部生成的新相也少,­这样反应生成的新相大部分集中在耐火材料表面,就­使得耐火材料表面所含钢中元素含量较多。­­

 

        3 结论­
        (1)通过岩相分析可知,镁钙耐火材料与AR016­钢在高温下发生了化学反应,生成新相。
        (2)CaO含量大于30%的镁钙耐火材料,在处理­时间为60min的条件下脱S效果最佳。
        (3)在本实验条件下,处理30 min,可使钢中Al­降到较低,用延长处理时间的方法来达到降Al的目­的并非是有效方法。
        ­(4)增加镁钙耐火材料中CaO含量可降低钢中­的Al和S。­­

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