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白刚玉资料真空中中频炉废旧白刚玉干式捣打料频炉用铝镁质干式捣打料残料的显微结构特征

来源:苏州百德喷砂磨料发布日期:2023.06.22 19:30:20浏览:382|加入收藏

真空中频炉用铝镁质干式捣打料残料的显微结构特征_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。2014 年 4 月 第 48 卷 第 2 期 127 ~ 130 真空中频炉用铝镁质干式捣打料残料的显微结构特征 方斌祥 1

2014 年 4 月 第 48 卷 第 2 期 127 ~ 130 真空中频炉用铝镁质干式捣打料残料的显微结构特征 方斌祥 1 )喻 燕 1 )高 雄 1 )方义能 1 )邵 俊2 ) 1) 浙江自立股份有限公司浙江上虞 312300 2) 学院 063000 摘要: 对某厂 10 t 真空中频炉用铝镁质干式料残料进行了化学成分、 物相和显微结构分析, 并据此探讨了烧 结层和过渡层新相的形成机制。结果表明: 烧结层的主要物相为刚玉、 固溶有 M gO 的铁铝尖晶石和铁镍合金, 而过渡层的主要物相为刚玉和镁铝尖晶石。认为烧结层铁铝尖晶石的形成受还原气氛影响, 其在一定程度上 延缓了刚玉的溶解, 并使烧结层致密化, 了钢水和熔渣向过渡层的渗透。推测过渡层的原位尖晶石晶粒 存在由镁砂端向刚玉端的迁移和聚集, 从而形成了原镁砂出现空洞中频炉废旧白刚玉干式捣打料, 而刚玉与尖晶石结合紧密的特 殊结构。 关键词: 中频炉; 铝镁质干式料; 铁铝尖晶石; 镁铝尖晶石; 还原气氛 中图分类号: TQ175 文献标识码: A文章编号: 1001 - 1935 ( 2014 ) 02 - 0127 - 04 DOI : 10. 3969 / j. issn. 1001 - 1935 . 2014. 02. 012 中频炉( 50 ~1 000 Hz ) 因具有高效、 节能、 低污染、 成分易调节、 气氛易控制等优点而广泛用于 铸造、 炼钢、 有色、 精密合金生产等方面 [ 1- 4] ~ 16 h , 添加 M n、 Ni 、 V、 Cr、 Si 等金属和增碳剂, 连续 作业, 使用 26 炉后正常下线。拆炉时从炉壁钢液面 下方 100 mm 处取得一块干式料残料, 见图 1 。该处 测得其烧结层、 过渡层和松散层分别为 原厚 135 mm , 10 、 70 和 55 mm ( 松散层已脱落, 为计算得出) , 还发 现烧结层中渗有少量冷钢。 。炉 衬耐火材料是炉最重要的组成部分之一, 其应具 有足够的烧结强度和良好的抗渣性能、 抗热震性能及 高温体积稳定性。铝镁质或铝尖晶石质干式料因使 用温度高、 抗渣性能和抗热震性能优良而广泛用于铸 铁、 铸钢和特殊钢等的冶炼。但由于中频炉特殊的工 作原理、 使用及国内耐材厂家的重视程度等多方 面的原因, 该类干式料的制造技术多由美国、 法国等 知名外企所控制, 国内成规模企业并不多见, 相关的 技术研究也亟待深入。 本工作中了自产铝镁质干式料在某厂 10 t 真空精炼中频炉上的使用全过程, 对拆炉后的残料进 行了物相组成和显微结构分析, 探讨了烧结层和过渡 层中各反应新相的形成机制。 0? 1 试验 试验所用铝镁质干式捣打料的主要原料为电熔 刚玉( 临界粒度 5 mm ) 和电熔镁砂( 临界粒度 1 mm ) , gO 的质 细粉中还添加适量促烧剂, 产品中 Al2 O3 和 M 20%、 12. 80%。 量分数分别为 86. 该产品在某厂 10 t 真空炉上用于精炼特殊 钢, 工作温度在 1 600 ~ 1 680 ℃, 每炉精炼时间在 14 图 1 中频炉炉壁干式捣打料残料照片 Fig. 1 Appearance of used dry ramming mix from medium frequency induction furnace lining 对干式料残料的烧结层和过渡层分别取样, 测试 其体积密度和显气孔率, 利用光谱仪测试其化学成分 ( 测试前烧结层中的冷钢已筛除) , 利用 X 射线 年生, 博士。 ? 方斌祥: E? mail: bxfang@ziliref. com 收稿日期: 2013- 05 - 02 编辑: 王海梅 http: / / www. nhcl. com. cn20 1 4 / 2 耐火材料 / REFRACTORIES 1 27 耐火材料 / NAI HUO CAI LIAO 2014 年第 48 卷 仪分析其物相, 利用扫描电镜观察其显微结构, 利用 能谱仪测定其微区成分。 ( 1) 干式料烧结层的主要物相有 3 种, 分别以数 1、 2、 3” 标出, 结合各物相能谱表明: “ 1” 处为刚玉 字“ 2” 处为固溶有 M gO 的铁铝尖晶石, 其化学式为 相; “ ( M g0. Al2. 假设铁元素为 Fe 2 +) , 与图 2 32 Fe 0. 67 ) 01 O 4 ( 显示的物相基本吻合; “ 3” 处为 Fe- Ni 合金, 呈不定形 Ni 合金是在铁铝尖晶 态, 以“ 孤岛” 状分布, 推测 Fe- 石形成过程中被卷入其晶格之间的。 ( 2) 铁铝尖晶石呈正八面体, 紧密排列呈片状分 布, 紧紧包裹住未熔损完毕的刚玉颗粒。推测铁铝尖 晶石的形成机制如下: 干式料接触钢液的热端部分, 基质中的镁砂基本为镁铝尖晶石, 并均匀分布在 刚玉骨料的周边。与此同时, 在干式料的工作温度和 还原气氛下, 炉料中的液态 Fe 2 O3 被 还 原 为 液 态 的 FeO, 而后 FeO 刚玉, 生成铁铝尖晶石。FeO 也会 测试烧结层和过渡层的体积密度分别为 4. 07 和 2. 84 g · cm -3 , 显气孔率分别为 7. 8% 和 25 . 0%, 表 明烧结层因有冷钢的渗入和显著的烧结反应, 其结构 显得非常致密, 而过渡层未被钢水和熔渣渗透, 其主 要表现为刚玉和镁砂之间的尖晶石生成反应( 会产生 体积膨胀) , 因而结构显得比较疏松。 烧结 烧结层和过渡层的 XRD 图谱见图 2 。可知, 层的主要物相为刚玉和固溶有 M gO 的 铁 铝 尖 晶 石 ( M g0. Al 1 . 30 Fe 0. 76 ) 94 O 4 。推测铁铝尖晶石是在真空还 原气氛下炉料带入的铁锈、 炭素( 来自增碳剂) 和刚玉 细粉反应生成; 过渡层的主要物相为刚玉和尖晶石, 未发现方镁石, 表明因长时间的高温冶炼, 过渡层配 料中的镁砂已基本反应完毕。 与刚玉骨料周边的镁铝尖晶石发生置换反应, 生成铁 5- 6] 铝尖晶石和氧化镁 [ , 氧化镁最终固溶在铁铝尖晶 2结果与讨论 2. 1 化学组成和物相分析 干式料残料的化学组成见表 1 。可知烧结层中 nO 和 NiO, 含有大量的铁氧化物, 还含有一定量的 M 而过渡层几乎仍保持原干式料的理论组成。 表 1 干式捣打料残料烧结层和过渡层的化学组成 Table 1 Chemical compositions of sintering layer and transi? tion layer of used dry ramming mix 成分 w/ % Fe2 O3 CaO SiO2 Al2 O3 FeO + 16. 14 0. 11 0. 12 M gO 7. 48 Na2 O M nO 0. 28 0. 86 0. 01 NiO 0. 62 0. 01 烧结层 1 . 15 7 1 . 26 过渡层 0. 41 86. 35 0. 12 12. 27 0. 18 石中喷砂专用玻璃珠,。在干式料的工作下, 炉料基本, 表面 铁锈很少, 故烧结层中生成的铁铝尖晶石的绝对量是 图 2干式捣打料残料烧结层和过渡层的 XRD 图谱 Fig. 2 XRD patterns of sintering layer and transition layer of used dry ramming mix 2. 2显微结构分析 干式料烧结层的 SEM 照片见图 3 , 从图中可以 看出: 1 —刚玉; 2 —固溶 M gO 铁铝尖晶石; 3 —Fe- Ni 合金 图 3干式捣打料残料烧结层的 SEM 照片 Fig. 3 SEM photographs of sintering layer of used dry ram? ming mix 1 28 NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 20 1 4 / 2http: / / www. nhcl. com. cn 第 2 期 方斌祥, 等: 真空中频炉用铝镁质干式捣打料残料的显微结构特征 2014 年 4 月 有限的。认为适量的铁铝尖晶石紧紧包裹住刚玉颗 [ 7] , 粒, 使刚玉由最初的“ 直接溶解” 转为“ 间接溶解” 有效减缓了其溶解过程; 另外, 铁铝尖晶石填充在刚 玉颗粒之间, 大大提高了该处的致密度, 使得高温钢 而很难 水和低熔点渣停留在 10 mm 左右的烧结层中, 继续向过渡层渗入, 有效提高了干式料使用时的安全 性能。 干式料过渡层的 SEM 照片见图 4 。可知: 1) 在靠 近烧结层端, 因温度较高, 干式料中的镁砂已全部反 应完毕, 并沿原来镁砂颗粒的轮廓形成一个内部空洞 6” 处) ; 2) 在远离烧结端, 因温度相对 的尖晶石环( “ 较低, 干式料中还未反应完毕的镁砂颗粒, 同样 在镁砂颗粒的周边, 也形成一圈有间隙的尖晶石 环( “ 6” 处) ; 3) 在靠近烧结层端和远离烧结层端中, 某些刚玉颗粒已部分尖晶石化, 但的刚玉却和尖 晶石紧密结合, 两物相间不存在间隙( “ 3” 和“ 5” 处) 。 5” 处) 的尖晶石中 M gO 含 能谱显示, 靠近刚玉端( “ M gO 和 Al2 O3 的质量分数分别为20. 72% 和 量较低( 75 . 18% ) , 而靠近镁砂端( “ 6” 处) 的尖晶石中 M gO 4 —刚玉; 5、 6 —富铝尖晶石; 7 —方镁石 图 4干式捣打料残料过渡层的 SEM 照片 Fig. 4 SEM photographs of transition layer of used dry ram? ming mix 含量较高( M gO 和 Al2 O3 的质量分数分别为 23. 18% 和 74. 94%) 。 推测镁砂和刚玉反应生成尖晶石的机制如下: 镁 砂颗粒在周边存在 Al2 O3 的情况下, 由外向内逐步分 解, 为微细的尖晶石晶粒, 这由图 4 ( c) 可以明显 看出; 尖晶石晶粒不断往富铝的刚玉方向迁移聚集, 形成富铝尖晶石, 并与的 将 Al2 O3 固溶于其中, 刚玉紧密结合在一起; 随着反应时间的延长, 最终在 原镁砂颗粒形成一个空洞; 在迁移的途径中, 存 在靠近原镁砂处尖晶石中的 M gO 含量较高, 而 靠近刚玉处尖晶石中 M gO 含量较低的现象。 值得一提的是, 原位尖晶石形成的同时也会导 致原镁砂产生空洞, 因此在高性能铝镁质干式 料的设计中, 在抗熔损性能不下降的前提下, 可 考虑适当降低镁砂的加入量, 同时尽量以细粉形式 加入。 3结论 ( 1) 铝镁质干式料残料的烧结层很薄, 除在还原 气氛中低价铁氧化物的和金属渗透外, 没有明显 的渣蚀反应。其主要物相为刚玉、 固溶有 M gO 的铁 铝尖晶石和铁镍合金。铁铝尖晶石物相成片状分布, 紧紧包裹住刚玉, 延缓了其溶解过程, 同时使其烧结 层致密化, 有效了高温钢水和低熔点渣相向过渡 层的渗透。 ( 2) 铝镁质干式料残料的过渡层很厚, 其主要物 相为刚玉和镁铝尖晶石, 推测原位生成的尖晶石晶粒 在高温下不断由镁砂端向刚玉端迁移和聚集, 形成了 http: / / www. nhcl. com. cn20 1 4 / 2 耐火材料 / REFRACTORIES 1 29 耐火材料 / NAI HUO CAI LIAO 2014 年第 48 卷 原镁砂产生空洞、 而刚玉与尖晶石结合紧密 的特殊结构。 参考文献 [ 1] 王相丰, 李政杰, 李艳丽, 等. 炉用耐火材料[ J] . 国外耐火材 2006 , 31( 2) : 1- 11. 料, [ 2] 宾, 张荣伟, 刘翠霞, 等. 铝镁捣打料在熔镍中频炉上的 应用[ J] . 耐火材料, 2001 , 35 ( 2) : 1 18 - 1 19. [ 3] 蔡雁兵, 宏, 王臻, 等. 无芯和有芯炉用耐火材料[ J] . 耐 火材料, 2002 , 36 ( 5) : 295 - 298. [ 4] 李广太. 电炉炉衬材料的选择与筑炉操作[ J] . 铸造, 2005 , 54 ( 10 ) : 1039 - 1041 . [ 5] 王维 邦. 耐火材料工艺学[ M] . 2 版. 北 京: 冶 金 工 业 出 版 社, 2001 : 125 . [ 6] 张君博, 肖国庆, 刘兴平, 等. 氧化镁铁铝尖晶石材料的制备[ J] . 硅酸盐通报, 2009 , 28 ( 6) : 1 143 - 1 148. [ 7] 李楠, 顾华志, 赵惠忠. 耐火材料学[ M] . : 冶金工业出版社, 2010 : 55 - 56. Microstructure characteristic of used Al 2 O 3 - MgO based dry ramming mix for vacuum medium frequency induc? tion furnace / Fang Binxiang , Yu Yan , Gao Xiong , Fang Yineng , Shao Jun / / Naihuo Cailiao. - 2014, 48 ( 2) : 127 Abstract: Chemical compositions , mineral phase compositions and microstructure of a used Al 2 O 3 - MgO based dry ramming mix for a domestic 10 tons vacuum medium frequency induction furnace were analyzed and the formation mechanism of the new mineral phases in the sintering layer and the transition layer were discussed accordingly. The results show that the main mineral phases in the sintering layer are corundum , hercynite solid? solved with MgO and Fe- Ni alloy while those in the transition layer are corundum and mag? nesium aluminate spinel. It is concluded that the formation of hercynite in the sintering layer is affected by the reduction atmosphere, which delays the solution of corundum into the molten slag to some extent and makes the sintering layer dense which can stop the penetration of molten steel and slag from the sintering layer to the transition layer. It is presumed that the in? situ spinel crystal grains migrate from magnesite to corundum and congregate around the corundum constantly and make a specific structure with a cavity at the original magnesite position and a close combination between spinel and the residual corundum. Key words : medium frequency induction furnace; alumina - magnesia based dry ramming mix; hercynite; magnesium aluminate spinel ; reducing atmosphere First author’ s address : Zhejiang Zili Co. , Ltd. , Shangyu 3 12300 , Zhejiang , China 檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷 ( 上接 126 页) Effects of aluminum hydroxide additions on properties of Al 2 O 3 -CaO -MgO castables / Wang Weiwei , Zhou Ningsheng , Bi Yubao / / Naihuo Cailiao. - 2014 , 48 ( 2) : 123 Abstract: In order to avoid the obvious difference between heavy? weight matrix and light? weight aggregate CaO - MgO light? weight castables , effects of aluminum hydroxide additions ( 0, 1 %, 3% in common Al 2 O 3 - and 5 %, in mass , the same hereinafter)in Al 2 O 3 - CaO - MgO light? weight castables matrix on the properties after firing were studied using microporous light? weight CA6 - MA aggregates ( 8- 5, 5- 3, 3- 1 mm ) , rapid 99 . 5 % Al 2 O 3 ; 045 and ≤ 0 . 074 mm ) , ? Al 2 O 3 micropowder, and aluminum hy? calcining corundum ( ≤0 . α droxide ( 045 mm )as main starting materials. The results show that with aluminum hydroxide addition ≤0 . increasing , water amount increases , bulk density and cold crushing strength decline, cold modulus of rup? ture and hot modulus of rupture ( 1 400 ℃ 1 h )change slightly, and thermal conductivity of Al 2 O 3 - CaO - MgO light? weight castables declines ; after calcining at 1 600 ℃ for 3 h , a lot of hexagonal flake interlocking calcium hexaluminate converts into multi? layer overlaying arrangement in castables matrix with 3 % alumi? num hydroxide. Considering all the properties of Al 2 O 3 - CaO - MgO light? weight castables , the suitable addi? tion of aluminum hydroxide is 3 %. Key words : calcium hexaluminate- magnesium aluminate spinel aggregate; alumina- calcia- magnesia light? weight castables ; light? weight aggregate; aluminum hydroxide First author’ s address : High Temperature Materials Institute, Henan University of Science and Technology, Luoyang 47 1003 , Henan , China 1 30 NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 20 1 4 / 2http: / / www. nhcl. com. cn

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