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镁质泡沫陶瓷过滤器净化钢液的机制研究

镁质泡沫陶瓷过滤器净化钢液的机制研究

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作者：张文文武汉科技大学

学位级别：硕士

钢中的Al2O3、Al-Ti-O夹杂严重降低了钢液的浇注性能,恶化了钢的深加工、抗腐蚀、耐疲劳等性能,去除夹杂的中间包过滤技术已引起科研、产业界的高度关注。本文利用微孔镁质浇注料、镁质泡沫陶瓷过滤器中的MgO对钢中Al2O3、Al-Ti-O夹杂... 详细信息

钢中的Al2O3、Al-Ti-O夹杂严重降低了钢液的浇注性能,恶化了钢的深加工、抗腐蚀、耐疲劳等性能,去除夹杂的中间包过滤技术已引起科研、产业界的高度关注。本文利用微孔镁质浇注料、镁质泡沫陶瓷过滤器中的MgO对钢中Al2O3、Al-Ti-O夹杂的物理吸附、化学反应功能,研究微孔镁质材料与IF钢、含钛焊丝钢、DC01钢的相互作用、以及界面反应层的组成和钢的洁净度的变化,结合热力学分析,解析微孔镁质耐火材料吸附钢中夹杂物行为以及净化机制。其主要结论如下:(1)实验制备了微孔镁质浇注料、镁质陶瓷过滤器及涂层-微孔镁质陶瓷过滤器。与致密镁质陶瓷过滤器相比,微孔镁质陶瓷过滤器的强度较高(提高了 17%);Al2O3涂层的镁质陶瓷过滤器的强度与TiO2涂层的镁质陶瓷过滤器的强度相比,高出了 90%。(2)实验冶炼了铝脱氧IF钢、Ti-IF钢、含钛焊丝钢以及重熔加0.1 wt%Al的DC01钢,其钢中典型夹杂物特征分别为不规则形貌的Al2O3夹杂、规则球形的Al-Ti-O夹杂、Al-Ti-O为内核的双层复合夹杂物(外层包裹着TiN)和Ca-Al-O夹杂。(3)Ti-IF钢和微孔镁质耐火材料的相互作用研究表明,钢液与镁质浇注料界面处形成了镁铝尖晶石层,主要由耐火材料中的MgO与熔融钢中的[A1]和[O]的反应形成;耐火材料的晶间相吸附了钢液中的Al2O3和TiO2夹杂物,形成晶间通道中高熔点尖晶石,阻碍钢液的进一步渗透,并避免浸入钢液对耐火材料的直接熔解,延长微孔镁质耐火材料的使用寿命。因此,浸泡微孔镁质耐火材料的钢洁净度明显提高,其T[O]含量、夹杂物的平均尺寸和数量明显降低。(4)微孔镁质陶瓷过滤器、致密镁质陶瓷过滤器与Al脱氧IF钢、含钛焊丝钢的相互作用研究发现,两种过滤器均能降低钢液T[O]含量、夹杂物的数量和体积分数,提高了钢液的洁净度,表明其能够吸附去除A12O3或者Al-Ti-O夹杂。但微孔镁质陶瓷过滤器比致密镁质陶瓷过滤器对铝脱氧钢的净化作用更好,这是由于其更高的孔隙率提高了粗糙度,并且在实验温度1600℃下生成了更多的液相组分,导致更强的夹杂物吸附能力。与Al脱氧IF钢相比,浸泡在含钛焊丝钢中的过滤器表面形成了更完整、更连续的尖晶石层。这是因为钛合金钢中的TiOx夹杂物降低了夹杂物的熔点,从而促进了钢水中夹杂物与过滤器之间的反应。(5)Al2O3/TiO2涂层-镁质过滤器与铝脱氧DC01钢的相互作用研究发现,两种涂层过滤器均能提高钢液洁净度,但Al2O3涂层的过滤器浸泡的钢液洁净度更高。这是因为,Al2O3涂层与钢中的夹杂物的主要成分一致,且由于[Al]和[O]在夹杂物表面和耐火材料表面的饱和溶解度的不同,[Al]和[O]易迁移至Al2O3涂层表面,降低钢液中的T[Al]和T[O]含量、夹杂物的体积分数。而TiO2涂层与钢中的Al2O3夹杂反应生成了 Al2O3-MgO-TiOx低熔点相,导致了 TiO2涂层的熔损,污染了钢液。但是熔损裸露出来的MgO基质吸附钢中的Al2O3夹杂形成了一层致密的镁铝尖晶石层,依然提高钢液洁净度。

关键词：微孔镁质泡沫陶瓷过滤器氧化铝夹杂氧化铝涂层钢的洁净度界面作用

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