含纳米碳酸钙的镁钙耐火材料性能研究及其对钢水质量的影响

摘要

在冶炼高纯净度钢时，人们往往希望中间包工作衬材料中含有游离的CaO，因为游离CaO具有净化钢水的能力。就中间包工作衬用镁钙耐火材料而言，目前较广泛采用的是通过添加石灰石来提供CaO，其粒度一般在0.5mm以下，但实践证明由于中间包包衬结构、厚度等对传热的影响以及包衬中石灰石分解动力学和烘烤时间等方面的原因，石灰石在中间包烘烤期间并没有完全分解，连铸过程中继续分解产生的CO2会进入钢水中对钢水质量产生影响，同时石灰石分解后留下的气孔孔径较大，使材料的强度降低。
　　本文以纳米碳酸钙取代石灰石作为氧化钙源，采用电熔镁砂和纳米碳酸钙为主要原料，制备了镁钙质干式料和镁钙质浇注料，研究纳米碳酸钙添加量对材料性能的影响。同时用浇注成型法制备含纳米碳酸钙的MgO-CaO耐火坩埚，在真空感应炉中研究其与钢水反应过程中对钢中Mn、C元素含量和钢水总氧含量的影响。研究得到如下结论:
　　1)将纳米碳酸钙引入到干式料中起到了填充气孔的作用。经1500℃热处理后的试样孔径分布由双峰分布转变为单峰分布，平均孔径降低。纳米碳酸钙添加量为2.5wt％时，干式料表观密度以及强度等性能相对较好。另外，中间包干式料烘后强度随着酚醛树脂加入量的增加有一定提高，考虑到酚醛树脂分解残留气孔对烧结的影响，适宜添加量为1.5bwt％。
　　2)将纳米碳酸钙引入到浇注料中，经1500℃处理后的试样孔径分布由双峰分布转变为单峰分布，孔径分布变窄，材料的平均孔径略有升高。纳米碳酸钙的加入使得材料的强度有不同程度的降低，体积密度下降，显气孔率增加。综合考虑加入量为5wt％较适宜。
　　3)在冶炼过程中纳米碳酸钙分解放出的CO2气体会与钢水中元素发生反应，使得锰钢钢水中的Mn、C含量降低，钢水总氧含量随冶炼时间增加先快速升高，后趋于稳定。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 纳米碳酸钙

1．3 中间包

1．3．1 中间包结构

1．3．2 中间包工作层使用要求

1．3．3 中间包干式料

1．3．4 中间包涂料

1．4 镁钙质耐火材料

1．4．1 镁钙质耐火材料的特点

1．4．2 镁钙质耐火材料的水化

1．5 耐火材料对钢水质量的影响

1．5．1 钢中非金属夹杂

1．5．2 耐火材料与钢水的作用

1．6 气／液反应

1．7 论文的研究内容

第二章 纳米碳酸钙对镁钙质干式料性能的影响

2．1 试验方案

2．2 试验结果及分析

2．2．1 试样表观密度

2．2．2 试样体积密度与显气孔率

2．2．3 试样抗折和耐压强度

2．2．4 试样热处理后线变化率

2．2．5 试样孔径分布

2．2．6 试样XRD分析

2．2．7 试样SEM和EDS分析

2．3 酚醛树脂加入量对干式料性能的影响

2．3．1 试样抗折和耐压强度

2．3．2 试样体积密度与显气孔率

2．3．3 试样表观密度

2．3．4 试样热处理后线变化率

2．4 小结

第三章 纳米碳酸钙对镁钙质浇注料性能的影响

3．1 试验方案

3．1．1 试验原料

3．1．2 试验过程

3．2 试验结果与分析

3．2．1 试样抗折和耐压强度

3．2．2 试样体积密度与显气孔率

3．2．3 试样热处理后线变化率

3．2．4 热力学分析

3．2．5 试样的XRD分析

3．2．6 试样的孔径分布

3．3 小结

第四章 含纳米碳酸钙的镁钙耐火材料对锰钢中元素含量和总氧含量的影响

4．1 试验原料

4．2 试验方案

4．2．1 制备坩埚

4．2．2 试验过程

4．3 试验结果与分析

4．3．1 试验后钢样中元素变化情况

4．3．2 试验后试样的XRD分析

4．3．3 试验后坩埚的SEM和EDS分析

4．3．4 钢样中夹杂物SEM分析

4．3．5 热力学分析

4．4 小结

第五章 总结论

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文及科研成果