MgO基过滤用耐火材料与钢中夹杂物的作用机理研究

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IF钢作为汽车面板生产的主要用钢,钢中夹杂物严重恶化钢的冲压性能和表面质量,进一步提高IF钢液洁净度意义重大。本研究利用微孔MgO制备多重孔结构的耐火材料,并与普通镁质和镁碳耐火材料相比较,研究三种耐火材料分别与Al、Ti、Ce脱氧IF钢液的相互作用,探讨了钢液的洁净度变化、耐火材料与钢界面层的形成机理以及吸附钢中夹杂物行为与机制,旨在探明微孔MgO耐火材料过滤、吸附去除钢中夹杂物的机理及可行性,以提高IF钢的洁净度。其主要结论如下:(1)耐火材料骨料的微孔化能够有效提高耐火材料的热稳定性和热震性能;相对于普通MgO和镁碳耐火材料,微孔MgO质耐火材料的各项力学性能最好。Al、Ti及Ce脱氧钢中夹杂物的特征分析表明,Al脱氧钢形成了形状不规则的Al2O3夹杂以及Al-Mn-O复合夹杂物;Ti脱氧钢中夹杂物为MnO包裹着或镶嵌在一起的Ti-Al-O的复合夹杂;Ce脱氧钢中夹杂物为尺寸较大的黑白相间的Ce-O+Ce-Al-Mn-O的复合夹杂物。(2)随着耐火材料在Al脱氧钢液中浸泡时间(0-35 min)的延长,与不同耐火材料相互作用后钢中氧含量均先升高再降低。相比于普通镁质耐火材料,微孔MgO质和镁碳质耐火材料对钢液增氧较少,而镁碳质耐火材料对钢液增碳严重,不适应超低碳钢的成分控制要求。随着反应的进行,三组钢中夹杂物的成分从最初的Al2O3-MnO夹杂逐渐转变为Al-Mg-Si-Mn-O的复合夹杂物。(3)在Al脱氧钢液中浸泡35min后,普通镁质耐火材料受钢液侵蚀严重,表面分布大量裂缝及孔洞;微孔MgO耐火材料表面形成连续的镁铝尖晶石层,其主要为耐火材料中的MgO与钢中Al2O3夹杂的反应产物,且在其表面吸附了大量形态不规则的Al2O3夹杂物颗粒;镁碳质耐火材料表面形成平滑且致密的MgO层;镁铝尖晶石和MgO隔离层的形成降低了钢液对耐火材料的冲刷侵蚀,一定程度上提高了钢液的洁净度。(4)微孔MgO耐火材料吸附Al2O3夹杂物的机理主要为吸附夹杂、稳定附着、形成隔离层的过程,钢中Al2O3夹杂的吸附主要依靠Al2O3与MgO在高温下的化学反应以及Al2O3夹杂所受到的范德华力,并且微纳米孔的存在提高了耐火材料表面的粗糙度,为夹杂物的稳定附着提供了条件。(5)微孔MgO耐火材料能够吸附钢中部分TiOx和稀土氧化物夹杂,一定程度上提高了Ti、Ce脱氧钢的洁净度,但去除效率低于Al脱氧钢;微孔MgO耐火材料与Ti、Ce脱氧钢接触处不能形成完整、连续的高熔点界面层,不能有效阻碍钢液对耐火材料的侵蚀以及耐火材料颗粒的脱落;Ti、Ce脱氧钢与耐火材料形成的界面层分别为FeTiO3-MgAl2O4和CeAlO3-MgAl2O4双相物质。
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