【摘要】：隨著對潔凈鋼品質(zhì)的要求不斷提高,直接與鋼液或熔渣接觸的精煉鋼包內(nèi)襯耐火材料的種類、服役性能及其對潔凈鋼中非金屬夾雜物的影響也愈顯重要。目前大型鋼包采用剛玉-尖晶石澆注料作為包襯材料較為普遍,為延長其服役壽命,降低潔凈鋼冶煉成本,保證鋼包的長期安全運(yùn)轉(zhuǎn),研究剛玉-尖晶石質(zhì)鋼包澆注料動態(tài)損毀過程及其影響因素就顯得更為迫切。本文以潔凈鋼精煉鋼包內(nèi)襯用剛玉-尖晶石澆注料為主要研究對象,由傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)定性研究轉(zhuǎn)為動態(tài)定量研究,采用感應(yīng)爐旋轉(zhuǎn)浸漬法研究了剛玉-尖晶石澆注料試樣的動態(tài)損毀速率及其變化規(guī)律,探究了時間、溫度、轉(zhuǎn)速、熱震次數(shù)、以及不同操作方式等諸因素對剛玉-尖晶石澆注料試樣動態(tài)損毀過程的影響,并研究了剛玉-尖晶石澆注料試樣損毀對鋼中夾雜物的影響。還對主要影響因素進(jìn)行了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),試驗(yàn)分析了三因素三水平對剛玉-尖晶石澆注料試樣損毀速率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:(1)感應(yīng)爐旋轉(zhuǎn)浸漬實(shí)驗(yàn)時,固定溫度1600℃、轉(zhuǎn)速60r/min、熱震次數(shù)0次、操作方式非間斷不變,隨著時間的推移(0.5~9h),剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料試樣浸漬下部的損毀指數(shù)逐漸變大(25%~70%),損毀指數(shù)與時間呈正相關(guān)關(guān)系。試樣浸漬下部的動態(tài)損毀速率是逐漸降低,初始損毀速率最大,接近50%,最終趨近于零。而三相界面處試樣的損毀速率為先降低后增大、再降低(81%→6%→28%→8%)的趨勢。試樣三相界面處的損毀速率比試樣浸漬下部的損毀速率大,試樣三相界面處的動態(tài)損毀指數(shù)是試樣浸漬下部損毀指數(shù)的約1.5倍。(2)固定浸漬時間、轉(zhuǎn)速、熱震次數(shù)、操作方式不變時,剛玉-尖晶石澆注料試樣浸漬下部的損毀速率隨著溫度的升高為先降低、再升高(17%→13%→18%)。1700℃時最低,損毀速率約為13%,1800℃時最高,損毀速率約為18%。固定溫度、時間、操作方式、熱震次數(shù)不變時,不同轉(zhuǎn)速對試樣浸漬下部損毀速率的影響不顯著。無論是間斷操作還是非間斷操作,試樣浸漬下部的損毀速率都是逐漸下降的。間斷操作試樣浸漬下部的最大損毀速率為31%,而非間斷的最大損毀速率為16%。隨著熱震次數(shù)的增加,試樣浸漬下部損毀指數(shù)逐漸增大(45%→100%),但損毀指數(shù)的增幅(34%→12%→6%→3%→0%)是成比例逐漸下降的。試樣浸漬下部的損毀速率隨著熱震次數(shù)的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(11%→32%→15%)。(3)通過三因素三水平正交試驗(yàn)分析可知,對剛玉-尖晶石澆注料試樣損毀影響最大的因子是熱震次數(shù)(B),其次是溫度因素(A),操作方式(C)的影響最小,試樣損毀的最大因子組合為B3A1C2。(4)在剛玉-尖晶石澆注料試樣損毀的過程中,鋼中夾雜物的數(shù)量,隨著冶煉時間的延長,逐漸增多,且有聚集長大趨勢。鋼中夾雜物的尺寸逐漸增大,到一定階段會成倍長大聚集。夾雜物的最大直徑尺寸由3μm增大至55μm,試樣浸漬8h后的鋼液,鋼中夾雜物的最大直徑尺寸增大到52μm。鋼中夾雜物的形狀為不規(guī)則球狀,夾雜物為Al_2O_3-SiO_2-FeO-Ca O系。(5)通過試樣的宏觀觀察、XRD、SEM分析表明,剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料試樣浸漬下部的損毀過程先是試樣受熱應(yīng)力的作用,最薄弱的區(qū)域(剛玉骨料與基質(zhì)接觸面)產(chǎn)生微裂紋,從微裂紋中擴(kuò)展為主裂紋,主裂紋進(jìn)一步變大,因高溫及熱震作用,加之鋼渣滲透、鋼水機(jī)械沖刷和磨蝕,產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性剝落。試樣浸漬下部的損毀分為三個斷帶,即變質(zhì)層、漸變層和原磚層,變質(zhì)層內(nèi)有含Ca、Si元素物質(zhì)的富集區(qū),典型變質(zhì)層厚度為109μm。試樣內(nèi)部有裂紋和孔洞,并有鋼液和渣滲透進(jìn)去,裂紋長度為3318μm。鋼液和鋼渣滲透進(jìn)澆注料試樣內(nèi)部,與剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料試樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成Ca_3Mg(SiO_4)_2、Fe_(16)Mg_8O_(32)、Ca_2Fe_2O_5化合物。本工作采用感應(yīng)爐旋轉(zhuǎn)浸漬法研究了剛玉-尖晶石質(zhì)澆注料試樣的動態(tài)損毀速率,探討了試樣動態(tài)損毀的變化過程及其影響因素,研究結(jié)果能一定程度反映實(shí)際鋼包內(nèi)襯耐材運(yùn)行狀況,可為降低耐火材料的消耗、提高鋼包的使用壽命及鋼包的安全運(yùn)行提供實(shí)用指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ175.1
【圖文】：

圖 1.1 傳統(tǒng)潔凈鋼生產(chǎn)流程圖Fig. 1.1 Traditional clean steel production flow chart（2）潔凈鋼精煉新工藝由于傳統(tǒng)潔凈鋼生產(chǎn)工藝流程存在的種種局限性，有日本學(xué)者提出了分階段冶煉工藝的初步方法，歷經(jīng) 20 年的不斷發(fā)展和完善，新的潔凈鋼精煉工藝流程才應(yīng)運(yùn)而生，如圖 2[10]所示。日本研究開發(fā)的潔凈鋼精煉新工藝相比較于傳統(tǒng)工藝爐渣量更少、轉(zhuǎn)爐冶

圖 1.2 潔凈鋼生產(chǎn)新流程的工藝示意圖Fig. 1.2 Process diagram for a cleaner steel production process1.1.3 潔凈鋼精煉存在的問題我國大部分鋼廠采用的都是傳統(tǒng)潔凈鋼生產(chǎn)工藝，包括全量鐵水脫硫預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉以及爐外精煉工藝，這三步中控制鋼水潔凈度的主要方式是爐外精煉。以爐外精煉作為主要手段會使得精煉流程加長、能耗增大，還會引起回硫、回磷等問題，此外還會使得鋼的質(zhì)量變得不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本也會增加。由于傳統(tǒng)潔凈鋼精煉流程未能很好地解決煉鋼回硫、低碳脫磷、鋼渣過氧化以及夾雜物控制困難等基本的熱力學(xué)問題，使得生產(chǎn)出的鋼水潔凈度較低，并且難以有效穩(wěn)定地控制鋼水的純凈度，最終影響到鋼材的性能和質(zhì)量。此外，精煉過程中反應(yīng)效率低下的問題又會產(chǎn)出大量的爐渣，鐵和脫氧劑的消耗、潔凈鋼爐外精煉時間變長等一系列問題都會使?jié)崈翡撋a(chǎn)效率降低，成本升高。

1 文獻(xiàn)綜述包中存在的時間更長，也使得鋼包包壁耐火材料面臨更苛刻，具體如下：高溫：潔凈鋼在鋼包中精煉時，鋼包內(nèi)鋼水的溫度通常會達(dá)到，由于鋼包內(nèi)渣線部位需要埋弧加熱，因此溫度會比通常更高火材料具備耐高溫的基本條件。熔渣侵蝕：潔凈鋼在鋼包中精煉時，鋼包中鋼水上層會出現(xiàn)鋼能減慢空氣對鋼水的氧化以及使鋼水保溫，但同時也會使鋼侵蝕更嚴(yán)重。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2769370