【摘要】：近幾年,隨著中間包壽命大幅提高,定徑水口使用壽命遠低于中間包壽命。為了實現與中間包包襯材料同壽命,研究定徑水口損毀機理提高其使用壽命具有非常重要的意義。目前,鋼鐵工業(yè)連續(xù)鑄坯使用的定徑水口原料是以粒徑為50μm左右的部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)顆粒為骨料,基質部分采用粒徑較小的單斜氧化鋯和穩(wěn)定劑共磨粉,通過1700℃以上燒結反應形成PSZ質定徑水口。骨料中穩(wěn)定劑的摻入量不易根據定徑水口的需求進行調整�；谝陨峡紤],本課題模擬氧化鋯質定徑水口基質組成和燒結穩(wěn)定過程,通過在脫硅單斜氧化鋯中添加不同種類及數量的穩(wěn)定劑,其中穩(wěn)定劑的種類、摻入量(質量分數)及試樣編號分別為2%CaO(A1)、4%CaO(A2)、6%CaO(A3)、2%MgO(B1)、2.5%MgO(B2)、3%MgO(B3)、1.8%Y2O3(C1)、3.6%Y2O3(C2)、5.4%Y2O3(C3)。借助X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)等檢測手段,研究了不同種類穩(wěn)定劑及摻入量對試樣的物理性能、相組成和顯微結構變化的影響;根據定徑水口使用中雜質擴散的區(qū)域和溫度范圍,測定了不同試樣室溫到1350℃的電導率;模擬定徑水口使用溫度,采用靜態(tài)坩堝法測定了其抗侵蝕性能。為探究PSZ定徑水口中氧空位遷移、雜質離子擴散和抗侵蝕性能關系提供理論依據。實驗研究得出以下結論:(1)隨著穩(wěn)定劑摻入量的增加,燒成后各試樣中穩(wěn)定相ZrO2(c+t-ZrO2)含量明顯增加,單斜相(m-Zr O2)明顯減少。(2)3種穩(wěn)定劑穩(wěn)定的ZrO2試樣經1710℃燒成后,同種穩(wěn)定劑的不同摻入量,試樣的晶粒大小變化并不明顯。不同種類穩(wěn)定劑穩(wěn)定的ZrO2試樣體積密度、顯氣孔率及微觀結構差別明顯。Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(Y-PSZ)試樣燒成后結構最致密,有少量分布均勻的氣孔存在;MgO穩(wěn)定的ZrO2(Mg-PSZ)試樣結合不致密,裂紋較多但無氣孔存在;CaO穩(wěn)定的ZrO2(Ca-PSZ)試樣結構致密,但存在大量的晶內氣孔及少量連通氣孔,其體積密度最低。(3)試樣的電導率均隨測試溫度的升高而增大;在相同溫度下試樣的電導率隨穩(wěn)定劑摻入量(一定范圍內)的增大而升高。不同相組成的ZrO2質材料,其高低溫區(qū)電導率存在顯著差異,立方相及四方相含量的增加有助于電導率的提高。(4)侵蝕后的所有試樣其侵蝕層相組成幾乎全為穩(wěn)定的ZrO2(t+c-ZrO2),原磚層與過渡層相組成變化不明顯。Y-PSZ抗侵蝕性能最佳,Mg-PSZ次之,Ca-PSZ抗侵蝕性能最差。熔渣的滲透擴散和穩(wěn)定劑的脫溶主要通過氣孔與裂紋發(fā)生,氣孔的存在不僅使試樣抗侵蝕性能減弱,也降低了試樣的電導率。
【圖文】：

1—中間包；2—定徑水口；3—鑲嵌體；4—水口本體圖 2.1 中間包無塞棒澆鑄系統(tǒng)[14]中間包耐火材料包括永久層澆注料、工作層干式料、水口及座磚、擋渣墻和連鑄三大件[15]。（1）永久層永久層介于工作層與中包殼之間，不與鋼液和鋼渣直接接觸，主要起隔熱護包殼的作用，一般用鋁鎂澆注料澆注[15]。（2）工作層工作層與鋼液、鋼渣直接接觸，需要承受鋼液的沖刷、鋼渣的侵蝕和滲透作層大多采用鎂質干式料，鎂質干式料抗渣性好、施工方便、易于解體，還到凈化鋼液的作用[15]。（3）水口及座磚中包水口是鋼液從中間包進入結晶器的通道，需要承受鋼液的沖刷和溫度劇變化；座磚則是起到保護和固定水口的作用，不與鋼液直接接觸；中包水

西安建筑科技大學碩士學位論文6圖 2.2 氧化鋯質定徑水口生產工藝流程圖2.2.2 定徑水口的損毀定徑水口在澆鑄過程中承受著鋼水及鋼水中某些夾雜物的化學侵蝕、由于溫度的急劇變化所產生的熱應力、鋼水對水口的機械沖刷、以及冷鋼粘附后引起的應力剝落等諸多因素的影響，因此其損毀形式主要表現為堵塞、擴徑、開裂和脫落[20]。在使用過程中，擴徑是影響水口連澆次數的主要因素。定徑水口擴徑將導致過多鋼水流入結晶器，相應的鑄坯拉速會被迫提高，容易造成漏鋼事故而停澆。氧化鋯定徑水口的損毀過程非常復雜，它是在高溫下與鋼液及鋼渣物理和化學作用的綜合結果，因此，其損毀機理可分為高溫物理作用和高溫化學作用兩大類[21-23]：（1）物理損毀：熱沖擊與機械沖刷損傷。定徑水口在使用過程中，開澆前后溫差較大（澆鑄溫度 1550℃左右），而且是迅速升溫，致使水口受熱不均即承受了劇烈熱沖擊，熱沖擊使定徑水口內部產生巨大熱應力，導致其產生細微裂紋。隨著澆鋼過程繼續(xù)進行，這些細微裂紋加快了鋼液及鋼渣向水口內部的侵蝕和滲透，進一步促使裂紋擴展產生宏觀裂紋，如此循環(huán)最終導致定徑水口擴徑、炸裂及損毀。在定徑水口損毀形式中，熱沖擊對水口的損傷最為嚴重。此外，流速較快的高溫鋼水會對水口產生強烈的熱沖刷，，使其產生剝落、缺損等。[21]（2）化學損毀：①氧化鋯中穩(wěn)定劑脫溶。目前使用的定徑水口原料為部分穩(wěn)定氧化鋯，主要化學成分是 ZrO2、少量穩(wěn)定劑（CaO、MgO、Y2O3等）和微量雜質。定徑水口在使用過程中，鋼水及鋼水中的夾雜物（MnO2、SiO2、MgO、Al2O3等）易與穩(wěn)定劑（CaO、MgO 等）發(fā)生反應，形成低共熔物，隨鋼水流失。穩(wěn)定劑的脫溶致使氧化鋯失去穩(wěn)定作用，立方相轉變?yōu)閱涡毕�，產生體
【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF341.6

【參考文獻】

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本文編號：2648017