電磁場對MgO-C耐火材料抗渣動力學(xué)的影響研究.pdf

1、隨著電磁冶金技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展,電磁場在鋼鐵冶金工業(yè)中存在領(lǐng)域日益廣泛,如在轉(zhuǎn)爐長流程煉鋼中利用電磁力對金屬熔體進(jìn)行非接觸加熱、旋轉(zhuǎn)攪拌、分離、流速及形狀控制,在電爐短流程煉鋼中電弧爐產(chǎn)生電磁場或感應(yīng)爐中存在電磁場,以及爐外精煉中存在的電磁場。這些領(lǐng)域的特點是高溫環(huán)境,急冷急熱,有電磁場存在,渣蝕嚴(yán)重。而MgO-C耐火材料由于具有較好的熱震穩(wěn)定性和抗侵蝕性,因此常使用于帶電磁場的高溫環(huán)境中。高溫下耐火材料為半導(dǎo)體,熔融的爐渣中含有大量

2、自由移動的離子,電磁場對耐火材料本身性質(zhì)及渣與耐火材料的界面反應(yīng)均會產(chǎn)生重要影響,主要表現(xiàn)在電磁場對石墨氧化反應(yīng)和渣/鎂砂的侵蝕作用兩方面的影響上。本文從電磁場對MgO-C耐火材料抗侵蝕動力學(xué)理論及實踐影響機理的角度,開展了氬氣氣氛下靜磁場和電磁場環(huán)境對MgO-C耐火材料抗渣機理的影響研究,并結(jié)合侵蝕速率研究了靜磁場下MgO-C耐火材料的侵蝕動力學(xué)機理,同時研究了電磁場下碳含量、高鐵渣等對MgO-C耐火材料抗侵蝕的影響機制。采用X射線衍

3、射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDS)分別對實驗后試樣的物相、顯微結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分進(jìn)行分析,著重分析渣與MgO-C耐火材料界面處成分、相組成、氣孔等顯微結(jié)構(gòu)。
　　 在1700℃、0.1MPa氬氣氣氛、磁場強度H=0、125、250、500mT的環(huán)境下分別保溫15min、30min、60min、120min,進(jìn)行靜磁場環(huán)境下熔渣對低碳(6wt.％)MgO-C磚的侵蝕實驗,研究磁場強度對低碳MgO-C磚的渣蝕機理

4、和侵蝕動力學(xué)的影響。結(jié)果表明,在靜磁場環(huán)境下,低碳MgO-C磚渣蝕后,侵蝕初期試樣有較厚的滲透層,在渣蝕層/滲透層邊界處Ca、Si沿MgO邊界滲入磚內(nèi):侵蝕后期試樣大部分形成了MgO致密層,滲透層消失;渣線部位高溫相為富鋁的鎂鋁尖晶石,低熔相為硅酸三鈣和鎂黃長石;MgO和碳的反應(yīng)是侵蝕過程的主要機理,其反應(yīng)速率主要由CO(g)和Mg(g)在滲透層的擴(kuò)散控制。無磁場時,低碳MgO-C磚渣蝕后,侵蝕初期在渣蝕層和原質(zhì)層邊界處存在由許多鎂砂顆

5、粒橋接形成結(jié)構(gòu)較致密的MgO保護(hù)層,阻止了渣向原質(zhì)層的滲入;侵蝕后期試樣中MgO保護(hù)層消失,渣向磚中滲透,滲透層厚度較小;渣線部位高溫物相為鎂鋁尖晶石,低熔相為鎂橄欖石和鈣鎂橄欖石;MgO-C磚的侵蝕受MgO在渣中的溶解控制。
　　 在1600℃、0.1MPa氬氣氣氛、感應(yīng)爐中,進(jìn)行電磁場作用下熔渣對低碳(6wt.%)MgO-C磚的侵蝕實驗,研究電磁場對低碳MgO-C磚抗渣侵蝕機理的影響。結(jié)果表明,在電磁場下,低碳MgO-C磚渣

6、蝕后,在試樣的渣層和脫碳層之間有一層較厚的富MgO反應(yīng)層;由于電磁場提高了Fe2+、Mn2+離子在MgO的擴(kuò)能,該層中含有大量Mn摻雜的MgFe2O4相。脫碳層中含大量氣孔,且尺寸較大。但還原金屬顆粒較少,粒度較小。主要是由于鋼水和石墨形成高溫電池,使CO氣體在和金屬Fe分區(qū)生成。脫碳層中渣含量較少,但脫碳層厚度較大。渣向磚中滲透很小。渣線部位高溫物相為鎂鋁尖晶石,低熔相為鈣鎂橄欖石和頑輝石。
　　 分別在1600℃、0.1MP

7、a氬氣氣氛、感應(yīng)爐和電阻爐中,進(jìn)行熔渣與MgO-C磚的侵蝕實驗,研究電磁場對含F(xiàn)e量不同的渣與含碳量不同的MgO-C磚抗渣侵蝕機理的影響。實驗結(jié)果表明:電磁場促進(jìn)了高鐵渣對MgO-C試樣滲透層的形成和損毀,加強了渣中Fe2+/3+對富MgO反應(yīng)層的侵蝕。渣中Fe含量對試驗脫碳層的侵蝕影響較大,減小了渣的粘度并降低了脫碳層中Mg蒸汽的分壓,加強了脫碳層的侵蝕。MgO-C試樣中碳的含量對富Mg0反應(yīng)層和脫碳層的侵蝕影響較大,碳含量的增加使富