论文题目: VOD炉用高钙镁钙材料抗渣侵蚀及抗水化性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 于燕文
导师: 杨正方,李红霞
关键词: 高钙镁钙材料,侵蚀机理,锆英石,抗渣性,水化性
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 跟踪了进口高钙镁钙材料在不锈钢精炼VOD炉中的现场试验,并通过残砖的显微结构、化学组成及矿物分析对高钙镁钙材料与炉渣的反应和侵蚀机理进行了研究,结论如下:镁钙材料的试用包龄为镁铬材料的两倍;氧化钙含量大于50%后,镁钙材料对渣的抵抗力将大大增强;随着渣碱度的增加,镁铬材料的侵蚀速率有增大的趋势,而镁钙材料的侵蚀速率则进一步减小;破解了进口材料的技术秘密,得到了高钙镁钙材料的配料参数与设计思路。研究了Y2O3和混合稀土及锆英石对高钙镁钙材料烧结、微观结构及水化性能的影响。在本实验条件下,添加混合稀土0.5wt%或Y2O31.0wt%到高钙镁钙材料中,在1650oC煅烧5h,首次成功地研制出体积密度大于3.19g/cm3,常温和高温（1400oC,0.5h）抗折强度分别为110MPa和14MPa的高钙镁钙材料。该材料在0.2MPa,130oC,2h的高压釜水化条件下,水化增重率为2.3%。通过化学纯试剂全粉料合成高钙镁钙试样,研究了高钙镁钙材料中MgO和CaO晶体生长动力学。结果表明:当Y2O3加入量在1.0wt%时,1650oC下氧化钇即全部固溶到氧化钙晶格中,导致了氧化钙晶格的畸变,促进了高钙镁钙材料的烧结。因而提高了该材料的抗水化能力。这对降低高性能抗水化的高钙镁钙合成原料的生产成本具有理论指导意义。锆英石加入量为4%的试样,高钙MgO-CaO材料的水化增重率最小,这是因为方镁石晶粒发育长大,且有部分CaO生成CaZrO3,有利于高钙镁钙材料抗水化性能的改善。选取现场VOD、AOD炉渣,通过对CaO含量为22～53%的镁钙材料的实验室坩锅抗渣试验表明:随着镁钙材料中的氧化钙含量的增加,VOD渣对镁钙材料的侵蚀和渗透能力高于AOD渣。这是因为VOD炉渣中含有较高的Al2O3和CaF2,增加了渣的渗透能力,降低了渣的熔点及粘度所致。自制高钙镁钙材料的抗渣性能优于进口材料,从显微结构中可看到CaO与炉渣反应生成高熔点的C3S和C2S致密层,阻挡了炉渣的进一步渗透。根据CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系于1600oC时的液相区及饱和面图,计算了MgO-CaO系耐火材料与熔渣边界层的饱和浓度和熔渣的粘度,无论何种渣,渗透程度随着CaO的增加而降低。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
引言
第一章 文献综述
1.1 VOD（Vacuum Oxygen Decarburization）法
1.2 VOD 炉衬工作条件
1.3 VOD 炉衬用耐火材料
1.3.1 VOD 精炼钢包内衬用耐火材料的蚀损
1.3.2 VOD 炉衬用耐火材料
1.4 MgO-CaO 系耐火材料的发展
1.4.1 MgO 和 CaO 作为耐火材料的优点及存在的问题
1.4.2 MgO-CaO 材料的防水化
1.4.2.1 MgO-CaO 砂的水化机理
1.4.2.2 提高 MgO-CaO 砂抗水化性的措施
1.4.3 MgO-CaO 材料的抗渣性
1.4.3.1 镁钙系耐火材料氧化镁与熔渣的反应
1.4.3.2 炉渣的渗透机理
1.4.3.3 润湿角对炉渣向碱性耐火材料渗透的影响
1.4.3.4 熔渣向镁钙系耐火材料内部渗透的途径
1.4.4 炉渣组份对耐火材料的侵蚀
1.4.4.1 炉渣碱度(CaO/SiO_2)对侵蚀的影响
1.4.4.2 渣中 Al_2O_3 含量对侵蚀的影响
1.4.4.3 渣中 CaO 和 MgO 对侵蚀的影响
1.5 VOD 炉用 MgO-CaO 系耐火材料
1.6 高钙镁钙砖的生产工艺
1.6.1 生产制备方式对 MgO-CaO 质耐火原料烧结性能的影响
1.6.2 合成高钙镁钙砂的生产
1.7 镁钙系耐火材料存在问题及发展方向
1.8 实验方案的提出
第二章 高钙镁钙材料在 VOD 钢包使用损毁剖析
2.1 高钙镁钙材料在 VOD 钢包中的试验
2.1.1 砌筑与烘烤
2.1.2 操作及使用情况
2.1.2.1 试用包龄
2.1.2.2 钢水在钢包中的滞留时间
2.1.2.3 侵蚀速率
2.2 VOD 炉用后高钙镁钙砖显微结构及物相分析
2.2.1 包壁部位的镁钙砖
2.2.1.1 原砖结构
2.2.1.2 残砖结构
2.2.2 包底部位的镁钙砖
2.2.2.1 原砖结构
2.2.2.2 残砖结构
2.2.3 渣线部分的镁钙砖
2.2.3.1 原砖结构
2.2.3.2 残砖结构
2.3.V OD 用后残砖化学分析
2.3.1 渣线部位 SFKD65 耐火材料
2.3.2 包壁(SFR)与包底(SRT)部位耐火材料
2.4 小结
2.5 侵蚀机理分析
2.5.1 镁钙砖的蚀变机理
2.5.1.1 化学反应
2.5.1.2 MgO-CaO 耐火材料在炉外精炼渣中的溶解
2.5.1.3 炉外精炼渣在镁钙材料中的渗透
2.5.2 影响镁钙砖蚀变的因素
2.5.2.1 碱度对侵蚀的影响
2.5.2.2 铁含量对侵蚀的影响
2.5.2.3 砖中 SiO_2 和 Al_2O_3 含量对侵蚀的影响
2.5.2.4 镁钙砖中气孔率对侵蚀的影响
2.6 小结
第三章 添加物对高钙镁钙材料抗水化性能的影响
3.1 锆英石添加物对高钙镁钙材料抗水化性能的影响
3.1.1 实验过程
3.1.1.1 试样的制备
3.1.1.2 研究方法
3.1.2 结果和分析
3.1.2.1 锆英石的加入量对常温性能的影响
3.1.2.2 锆英石加入对试样抗水化性的影响
3.1.3 小结
3.2 稀土氧化物对高钙镁钙材料抗水化性能的影响
3.2.1 实验过程
3.2.1.1 试样的制备
3.2.1.2 性能测试
3.2.2 结果与讨论
3.2.2.1 稀土氧化物对高钙镁钙材料抗水化性的影响
3.2.2.2 Y_2O_3 与混合稀土对高钙镁钙材料力学性能的影响
3.2.2.3 稀土氧化物促进高钙镁钙试样烧结，提高抗水化性的原因
3.2.2.4 Y_2O_3 在高钙镁钙材料中的固溶
3.2.3 小结
3.3 合成高钙镁钙材料 MgO 晶粒生长动力学研究
3.3.1 实验过程
3.3.1.1 试样制备
3.3.1.2 实验方法
3.3.2 结果与分析
3.3.2.1.M gO 晶粒生长的活化能
3.3.2.2 MgO 晶粒生长机理
3.3.3 小结
第四章 镁钙系材料的抗渣性能研究
4.1 实验过程
4.1.1 试样制备
4.1.2 渣的选取
4.1.3 镁钙系耐火材料的抗渣侵蚀实验
4.1.4 侵蚀深度及渗透深度的测定
4.2 分析与讨论
4.2.1 渣蚀后镁钙试样的分析
4.2.1.1 MC1 渣蚀试样
4.2.1.2 MC2 渣蚀试样
4.2.1.3 MC3 渣蚀试样
4.2.1.4 MC4 渣蚀试样
4.2.1.5 SMC4 渣蚀试样
4.2.1.6 MCY 渣蚀试样
4.2.1.7 MCR 渣蚀试样
4.2.1.8 小结
4.2.2 熔渣与耐火材料反应的热力学分析
4.2.3 镁钙系耐材向 AOD 与 VOD 炉外精炼渣中熔解引起试样侵蚀
4.2.3.1 MgO-CaO 系试样的侵蚀动力学方程
4.2.3.2 CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO 四元系16000C 的液相区与饱和面图
4.2.3.3 镁钙系耐火材料与熔渣边界处饱和浓度的估算
4.2.3.4 熔渣对不同 CaO 含量 MgO-CaO 试样的侵蚀速度
4.2.4 AOD 与 VOD 炉外精炼渣在 MgO-CaO 试样中渗透的分析
4.2.4.1 熔渣渗透深度的影响因素
4.2.4.2 渣砖性质的计算
4.2.4.3 熔渣粘度的近似计算
4.2.4.4 MgO-CaO 试样抗渣渗透性的比较
4.3 结论
第五章 结论
参考文献
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致谢
发布时间: 2007-07-10
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