電磁場對MgO-C耐火材料抗渣動力學的影響研究.pdf

1、隨著電磁冶金技術和超導技術的發(fā)展,電磁場在鋼鐵冶金工業(yè)中存在領域日益廣泛,如在轉爐長流程煉鋼中利用電磁力對金屬熔體進行非接觸加熱、旋轉攪拌、分離、流速及形狀控制,在電爐短流程煉鋼中電弧爐產生電磁場或感應爐中存在電磁場,以及爐外精煉中存在的電磁場。這些領域的特點是高溫環(huán)境,急冷急熱,有電磁場存在,渣蝕嚴重。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及渣與耐火材料的界面反應均會產生重要影響,主要表現(xiàn)在電磁場對石墨氧化反應和渣/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,并結合侵蝕速率研究了靜磁場下MgO-C耐火材料的侵蝕動力學機理,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、顯微結構和微區(qū)成分進行分析,著重分析渣與MgO-C耐火材料界面處成分、相組成、氣孔等顯微結構。
　　 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、和侵蝕動力學的影響。結果表明,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: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和碳的反應是侵蝕過程的主要機理,其反應速率主要由CO(g)和Mg(g)在滲透層的擴散控制。無磁場時,低碳MgO-C磚渣蝕后,侵蝕初期在渣蝕層和原質層邊界處存在由許多鎂砂顆

5、粒橋接形成結構較致密的MgO保護層,阻止了渣向原質層的滲入;侵蝕后期試樣中MgO保護層消失,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、感應爐中,進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反應層;由于電磁場提高了Fe2+、Mn2+離子在MgO的擴能,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、感應爐和電阻爐中,進行熔渣與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。實驗結果表明:電磁場促進了高鐵渣對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反應層和脫碳層的侵蝕影響較大,碳含量的增加使富