真空中頻爐用鋁鎂質干式料殘料的分析與研究

50.1000hz中型耳頻傳感器設備具有高效、節能、低污染、易調整、易控制等優點，廣泛應用于裝配、鐵匠、色澤精煉、精裝機生產等領域。1.4。爐襯耐火材料是感應爐最重要的組成部分之一,其應具有足夠的燒結強度和良好的抗渣性能、抗熱震性能及高溫體積穩定性。鋁鎂質或鋁尖晶石質干式料因使用溫度高、抗渣性能和抗熱震性能優良而廣泛用于鑄鐵、鑄鋼和特殊鋼等的冶煉。但由于中頻爐特殊的工作原理、使用環境及國內耐材廠家的重視程度等多方面的原因,該類干式料的制造技術多由美國、法國等知名外企所控制,國內成規模企業并不多見,相關的技術研究也亟待深入。本工作中跟蹤了自產鋁鎂質干式料在某廠10t真空精煉中頻爐上的使用全過程,對拆爐后的殘料進行了物相組成和顯微結構分析,探討了燒結層和過渡層中各反應新相的形成機制。1真空感應爐產品試驗所用鋁鎂質干式搗打料的主要原料為電熔剛玉(臨界粒度5mm)和電熔鎂砂(臨界粒度1mm),細粉中還添加適量促燒劑,產品中Al2O3和MgO的質量分數分別為86.20%、12.80%。該產品在某廠10t真空感應爐上用于精煉特殊鋼,工作溫度在1600~1680℃,每爐精煉時間在14~16h,添加Mn、Ni、V、Cr、Si等金屬和增碳劑,連續作業,使用26爐后正常下線。拆爐時從爐壁鋼液面下方100mm處取得一塊干式料殘料,見圖1。該處原厚135mm,測得其燒結層、過渡層和松散層分別為10、70和55mm(松散層已脫落,為計算得出),還發現燒結層中滲有少量冷鋼。對干式料殘料的燒結層和過渡層分別取樣,測試其體積密度和顯氣孔率,利用光譜儀測試其化學成分(測試前燒結層中的冷鋼已篩除),利用X射線衍射儀分析其物相,利用掃描電鏡觀察其顯微結構,利用能譜儀測定其微區成分。2結果與討論2.1燒結層的xrd分析干式料殘料的化學組成見表1。可知燒結層中含有大量的鐵氧化物,還含有一定量的MnO和NiO,而過渡層幾乎仍保持原干式料的理論組成。測試燒結層和過渡層的體積密度分別為4.07和2.84g·cm－3,顯氣孔率分別為7.8%和25.0%,表明燒結層因有冷鋼的滲入和顯著的燒結反應,其結構顯得非常致密,而過渡層未被鋼水和熔渣滲透,其主要表現為剛玉和鎂砂之間的尖晶石生成反應(會產生體積膨脹),因而結構顯得比較疏松。燒結層和過渡層的XRD圖譜見圖2。可知,燒結層的主要物相為剛玉和固溶有MgO的鐵鋁尖晶石(Mg0．30Fe0．76)Al1．94O4。推測鐵鋁尖晶石是在真空還原氣氛下爐料帶入的鐵銹、炭素(來自增碳劑)和剛玉細粉反應生成;過渡層的主要物相為剛玉和尖晶石,未發現方鎂石,表明因長時間的高溫冶煉,過渡層配料中的鎂砂已基本反應完畢。2.2干法料緩沖層的微觀形貌干式料燒結層的SEM照片見圖3,從圖中可以看出:(1)干式料燒結層的主要物相有3種,分別以數字“1、2、3”標出,結合各物相能譜表明:“1”處為剛玉相;“2”處為固溶有MgO的鐵鋁尖晶石,其化學式為(Mg0．32Fe0．67)Al2．01O4(假設鐵元素為Fe2+),與圖2顯示的物相基本吻合;“3”處為Fe-Ni合金,呈不定形態,以“孤島”狀分布,推測Fe-Ni合金是在鐵鋁尖晶石形成過程中被卷入其晶格之間的。(2)鐵鋁尖晶石呈正八面體,緊密排列呈片狀分布,緊緊包裹住未熔損完畢的剛玉顆粒。推測鐵鋁尖晶石的形成機制如下:干式料接觸鋼液的熱端部分,基質中的鎂砂基本轉化為鎂鋁尖晶石,并均勻分布在剛玉骨料的周邊。與此同時,在干式料的工作溫度和還原氣氛下,爐料中的液態Fe2O3被還原為液態的FeO,而后FeO侵蝕剛玉,生成鐵鋁尖晶石。FeO也會與剛玉骨料周邊的鎂鋁尖晶石發生置換反應,生成鐵鋁尖晶石和氧化鎂［5－6］,氧化鎂最終固溶在鐵鋁尖晶石中。在干式料的工作環境下,爐料基本純凈,表面鐵銹很少,故燒結層中生成的鐵鋁尖晶石的絕對量是有限的。認為適量的鐵鋁尖晶石緊緊包裹住剛玉顆粒,使剛玉由最初的“直接溶解”轉為“間接溶解”,有效減緩了其溶解過程;另外,鐵鋁尖晶石填充在剛玉顆粒之間,大大提高了該處的致密度,使得高溫鋼水和低熔點渣停留在10mm左右的燒結層中,而很難繼續向過渡層滲入,有效提高了干式料使用時的安全性能。干式料過渡層的SEM照片見圖4。可知:1)在靠近燒結層端,因溫度較高,干式料中的鎂砂已全部反應完畢,并沿原來鎂砂顆粒的輪廓形成一個內部空洞的尖晶石環(“6”處);2)在遠離燒結端,因溫度相對較低,干式料中還殘存未反應完畢的鎂砂顆粒,同樣在殘存鎂砂顆粒的周邊,也形成一圈有間隙的尖晶石環(“6”處);3)在靠近燒結層端和遠離燒結層端中,某些剛玉顆粒已部分尖晶石化,但殘存的剛玉卻和尖晶石緊密結合,兩物相間不存在間隙(“3”和“5”處)。能譜顯示,靠近剛玉端(“5”處)的尖晶石中MgO含量較低(MgO和Al2O3的質量分數分別為20.72%和75.18%),而靠近鎂砂端(“6”處)的尖晶石中MgO含量較高(MgO和Al2O3的質量分數分別為23.18%和74.94%)。推測鎂砂和剛玉反應生成尖晶石的機制如下:鎂砂顆粒在周邊存在Al2O3的情況下,由外向內逐步分解,轉化為微細的尖晶石晶粒,這由圖4(c)可以明顯看出;尖晶石晶粒不斷往富鋁的剛玉方向遷移聚集,將Al2O3固溶于其中,形成富鋁尖晶石,并與殘存的剛玉緊密結合在一起;隨著反應時間的延長,最終在原鎂砂顆粒位置形成一個空洞;在遷移的途徑中,存在靠近原鎂砂位置處尖晶石中的MgO含量較高,而靠近殘存剛玉處尖晶石中MgO含量較低的現象。值得一提的是,原位尖晶石形成的同時也會導致原鎂砂位置產生空洞,因此在高性能鋁鎂質干式料的設計中,在保證抗熔損性能不下降的前提下,可考慮適當降低鎂砂的加入量,同時盡量以細粉形式加入。3鐵鋁尖晶石和鐵鎳合金的晶石(1)鋁鎂質干式料殘料的燒結層很薄,除在還原氣氛中低價鐵氧化物的侵蝕和金屬滲透外,沒有明顯的渣蝕反應。其主要物相為剛玉、固溶有MgO的鐵鋁尖晶石和鐵鎳合金。鐵鋁尖晶石物相成片狀分布,緊緊包裹住剛玉,延緩了