磷对无芯感应炉低碳钢的影响

通过感应炉生产的钢铁约占印度钢铁生产总量的三分之一。无芯感应炉[3]的主要优点在于其通用性强，在必要时可以停止熔炉，在熔炼和处理过程中有很好的温度控制，能够熔炼包括低碳钢在内的任何一种合金。

用感应炉生产低碳钢的典型配料在很大程度上取决于当地原材料的可获得性，但它通常由不同比例的钢屑、生铁和DRI(直接还原铁)混合而成。这可能导致产出钢中的磷含量变化，可能高达0.1%。

尽管有上述优点，但无芯炉仍存在一些缺点和局限性，特别是在潜在的除磷工艺方面。首先，由于浴液表面/体积比小，容器的形状不完全适应任何类型的渣处理。然而，这可以通过熔体的电磁搅拌来平衡，也可能通过氧气吹和/或惰性气体鼓泡来实现，这相对容易实现。其次，传统的感应炉耐火衬不能长期抵抗高碱性的炉渣。基于结晶二氧化硅的酸性衬里不能承受与除磷渣的接触，即使是在很短的时间内。相反，镁基碱性耐火材料不适应酸性渣形成时的熔融过程，其对热冲击和吸湿的敏感性使其不适应不连续过程。

基于尖晶石结合氧化铝的NRM(中性夯实块)的开发真正实现了除磷，同时与替代干夯实材料[7]相比，在标准熔融操作下显著提高了衬里寿命。与使用低磷废料相比，使用圣戈班NRM衬里已经证明了其在dri基钢除磷方面的成本效益。然而，NRM衬里寿命的降低与除磷渣相关的额外腐蚀速率相连续，对钢铁制造商产生了强烈的经济影响，并严重阻碍了无芯感应炉中这种工艺的发展。

虽然核磁共振在钢铁感应炉的腐蚀和热冲击面前提供了一个有趣的折衷方案，包括可能的脱磷过程，但它们也表现出与其固有设计和微观结构相关的一些局限性。他们的结合系统是基于原位尖晶石在高温下形成，这是已知的提供良好的耐腐蚀性。然而，尖晶石的形成伴随着显著的体积膨胀，这往往会限制烧结层的机械强度，并且由于获得良好的夯击能力和适当的货架期(MgO细粒的反应性)所需的颗粒的大小，不会真正导致小孔隙。尖晶石陶瓷键的形成被认为发生在1200°C[7][8]，但各种杂质主要来自镁质和热烧结层膨胀产生的压应力，一旦温度超过900-1000°C，就会使材料在后层固结。

此外，尽管氧化镁是一种碱性氧化物，但在典型的除磷渣中，氧化镁远非惰性。氧化镁在CaO-FeO-CaF中的溶解度₂在1550℃时，熔渣率约为4%，但在持续SiO后，熔渣率将迅速增加至10%以上₂dephos过程中渣的富集[7]。下表显示了一个在实验室无芯炉内衬基本85% MgO炉衬的dephos渣的演变的例子。特别有趣的是，随着时间的推移，MgO的急剧增加。

Exp.时间	0	20分钟	1小时
曹	63.6	59.6	31.8
菲2O3.	27.2	6.3	3.9
艾尔2O3.	5.7	6.7	6.4
SiO2	2．3	16.0	16.8
MNO	< 0.1	3.9	9.9
Cr2O3.	< 0.1	0.3	0．5
分别以	< 0.1	6.3	29.6
表1:脱磷渣随时间的变化(煅烧产物中氧化物的wt%)。狗万体育官方app

在此框架下，高级铬铝干式耐火材料的使用为基于尖晶石键合的NRM提供了一种有趣的替代方案。铬氧化铝材料由于其在各种环境下的高耐火度和优异的耐腐蚀性，已成功地应用于各种炼钢作业几十年。然而，它们作为干水泥在无芯感应炉中使用并不广泛。MgO与氧化铬和氧化铝结合使用仍然是可能的，导致各种尖晶石化合物，但实际上应该尽量减少。SAINT-GOBAIN提交了一份专利申请，涉及一种新的耐火溶液，特别适用于无芯感应炉的除磷，基于铬-氧化铝系统。该材料的定义如下，以氧化物的重量百分比相对于全球材料的重量:

• 超过50% Al₂O_3.，最好超过85%，
• Cr大于4%₂O_3.，最好高于7%及低于15%，
• MgO低于20%，最好低于1%，
• CaO低于5%，最好低于0.5%，
• 小于3% SiO₂，最好少于0.5%，
• 低于5% Fe₂O_3.，最好少于1%，
• ZrO小于30%₂，最好少于5%，
• 小于10% TiO₂，最好少于2%，
• Al的和₂O_3.+ Cr₂O_3.+铁₂O_3.+ ZrO₂+ TiO₂代表材料重量的80%以上，最好是97%以上。

首选的解决方案实际上是一种新的铝铬干式振动水泥，由于其优化的粒度分布和陶瓷粘结系统，为无芯炉中的脱磷钢提供了独特的解决方案。

新的铝铬结合体系是基于铬-氧化铝固溶体[9]，表现出非常高的耐铁合金和渣。烧结过程中轻微的正永久膨胀提供了适当的致密化，而不会打开孔隙结构或改变内衬的热表面强度。初始粒度分布和烧结机制导致微孔结构限制任何熔融金属或渣渗透到衬里。

1600°C烧制后的特性	新Al-Cr陷落	典型的全国抵抗运动
体积密度	3.4	2.8
开孔率(%)	15	25
中位孔径μm	＜1	6
冷压强度(MPa)	85	20.
永久线性变化(%)	0．1	4
表2:新型Al-Cr DVC和用于无芯钢炉的典型尖晶石结合NRM烧成后的比较性能

选择的原材料和陶瓷键的性质导致了高温烧结，使烧结厚度最小化，并保持大多数耐火内衬为非烧结粉末形式，从而提高了耐火内衬的抗裂性和隔热性能，尽管烧结区域的热导率较高。图3显示了各自的烧结行为对比新Al-Cr陷落和典型的尖晶石结合氧化铝NRM都暴露在1600°C和环境大气之间的热梯度。标准NRM的陶瓷结合在1360°C左右完成，而最终烧结新Al-Cr陷落只发生在1450°C初级固结也有类似的100°C的差异。

图3:Al-Cr DVC和典型NRM在温度梯度下的烧结。

图4显示了在NRM和铬-氧化铝情况下，通过无芯钢炉衬的热剖面的估计比较。这说明了铬铝的好处，尽管导热系数更高，但利用较高的烧结温度减少了通过衬里的整体热损失。

图4(右):通过衬里的热剖面图。NRM和新Al-Cr DVC。

就脱磷渣腐蚀而言，铬铝体系的效益是相当明显的。将直径为70毫米的圆柱形大样品浸入高频无芯炉中，炉中含有200公斤掺0.0.8%磷的锰钢强化钢和10公斤成分如表3所示的脱磷渣。然后将气缸以每分钟30转的速度旋转20分钟。在整个测试过程中温度保持在1580°C到1620°C之间。

渣组件	wt %
曹	58.8
铁鳞FeOx	30.3
CaF2	10.6
表3:用于腐蚀试验的矿渣成分

表4显示了测试结束时在各种耐火材料样品上获得的结果。的优越性能新Al-Cr陷落在这些苛刻的测试条件下，腐蚀速率和腐蚀方面都是显而易见的。Cr₂O_3.测试结束时，炉渣中的含量接近0.5%，这与不接触含铬耐火材料时获得的浓度相似。

煅烧产品的化学分析	新Al-Cr陷落 87.5%的铝2O3. 7.9%铬2O3. 分别以0.4% 3.0% TiO2 0.6% SiO2 0.2%的曹 0.1%的铁2O3. 0.3%的钠2O	全国抵抗运动 86.7%的铝2O3. 分别以12.5% 0.2% SiO2 0.2%的曹 0.1%的铁2O3. 0.3%的钠2O	基本冲压质量 分别以83.9% 13.9%的铝2O3. 0.9% SiO2 0.9%的曹 0.2%的铁2O3. 0.2%的钠2O
测试后的样本方面
渣线直径减小(%)	5%	29%	11%
渣面以下体积损失(%)	4%	20％	35%
表4:在dephos条件下的实验室腐蚀试验结果

圣戈班的新Al-Cr陷落是用于无芯感应炉除磷的耐火溶液。其独特的陶瓷结合提供了优良的抗腐蚀能力，任何渣，特别是在dephos过程中遇到的高腐蚀性碱性渣。的新Al-Cr陷落烧结温度较高，有助于保持较厚的未烧结层。主要的积极后果是更好的抗裂纹扩展和翅片，延长使用寿命和更容易坩埚提取。具有较高的机械强度和较低的永久膨胀率新Al-Cr陷落与传统NRM等替代耐火材料相比，烧结后形成的致密硬热表面具有优异的耐磨性和抗冲击性。

1. b, CL。，Banerji, SK.,磷在超高强度钢中引起350°C脆化冶金学报，vol.10, pp.123-126, 1979。
2. 混凝土钢筋用高强度变形钢筋和钢丝印度标准IS 1786:2008^th修订- 2012年11月1日修订。
3. Purohit、。海绵铁炼钢的感应炉除磷研究，硕士学位论文，国立理工学院鲁尔克拉，2014年5月。
4. 盖伊，H.和al.，金属- Laitier pour l ' élaboration d ' aciers de qualité会议«细化matériaux métalliques massifs»，Fédération Française des Matériaux，巴黎，2002年。
5. 马森,JM。,精细化moulé -过程分析métallurgiques，《技术de l 'Ingénieur M3624》，编《技术de l 'Ingénieur》，巴黎，2007。
6. 奥莱特，M，加特利，C，拉马克，G，Metallurgie secondaire，《技术de l 'Ingénieur M7750》，编。技术de l 'Ingénieur，巴黎，2008。
7. 戈斯瓦米，J，等，新一代无芯感应炉耐火衬， Journal of 29^thAIIFA年度股东大会和会议，新德里，第17-23页，2015年11月。
8. Sako哦,是吧。，Braulio, MAL., Pandolfelli, V.C,探讨了含尖晶石耐火浇注料的原位MgAl2O4形成机理及其与耐蚀性的关系，耐火材料学报，vol.6, pp.79-83, 2014。
9. 徽标HG.， & al.，铝铬耐火材料的固态化学材料科学学报，vol.11, pp.820-821, 1992。