论文部分内容阅读
Al2O3-C耐火材料由于其具有较高的热导率、优异的热震稳定性及耐磨性被广泛用作连铸系统和钢流控制系统耐火材料。随着洁净钢冶炼技术的发展，Al2O3-C耐火材料和钢液之间的相互作用以及其对钢质量的影响日益引起人们的重视，比如，钢中的增碳主要来自于耐火材料中的石墨向钢中的溶解。近年来有文献报道了在炼钢温度下Al2O3-C/Fe系统中氧化铝与碳之间的碳热还原反应是可以发生的。因此，研究Al2O3-C耐火材料的主要成分氧化铝和碳在炼钢条件下的碳热还原反应对于减少耐火材料的损毁和提高钢水的质量具有重要意义。 论文主要由三个部分组成。首先借助热力学软件计算了CO气体和CO2气体分压、铁中初始Al和C含量对Al2O3-C/Fe系统反应的影响。然后，借助热分析实验和高温热重炉实验研究了在氩气气氛下Al2O3-C/Fe系统中的反应及其对铁液组成的影响。最后，研究了埋炭条件下，Al2O3-C/Fe系统中的反应及其对铁液组成的影响。研究得到如下结论: (1)热力学计算表明，Al2O3和C之间的固相反应受CO分压和温度影响很大。当CO分压为0.1Pa时，Al2O3与C在1171℃就能发生反应并生成液态铝，在1135℃时就有Al气体生成，在1147℃时就有Al2O气体生成。在相同的温度及CO分压下，Al2O3-C/Fe系统中的反应比Al2O3-C系统中的反应更易发生。当CO分压较低时，随着铁中初始Al含量和C含量的增加，铁液中的[Al]含量和[C]含量均逐渐增加;当CO分压较高时，随着铁中初始Al含量和C含量的增加，铁液中的[Al]含量和[C]含量不发生变化。 (2)在流动的氩气气氛实验条件下，由于反应生成的CO气体随着氩气被带出系统，使得系统中CO气体分压很低，高温下Al2O3-C/Fe系统中有铝生成。Al2O3-C耐火材料和铁液的接触状态对Al2O3-C/Fe系统中的反应会产生影响。Al2O3-C/Fe系统中各组分为粉末互混时，反应剧烈，实验后金属试样中铝含量较高，生成铁铝合金。将纯铁粉放置在Al2O3-C耐火坩埚中实验时，实验后的金属试样中铝含量较低。 (3)在埋炭实验中，由于实验在空气中进行，有充足的氧气与焦炭反应生成CO气体，系统CO气体分压较高，抑制了氧化铝碳热还原反应的发生，实验后金属试样中铝含量极低，约为0.02％。 (4)铁液催化氧化铝碳热还原反应的机理。在高温氩气气氛下，Al2O3会溶于铁液中形成[Al]和[O]，铁液中的[C]会和[O]反应生成CO，反应生成的CO被流动的氩气带出Al2O3-C/Fe系统外使系统的CO分压降低，CO分压的降低会促进[C]和[O]的反应从而降低铁液中的[O]含量，铁液中[O]含量的降低又会促进氧化铝继续溶于铁液中，造成铁液中[Al]含量升高。连铸过程中，铁液催化氧化铝碳热还原反应是可以发生的。