无芯感应炉中磷对低碳钢的影响

通过感应炉生产的钢铁约占印度钢铁总产量的三分之一。无炉芯感应电炉的主要优点在于其通用性强，必要时可以停炉，在熔化和处理过程中有很好的温度控制，能够熔化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依赖于当地原材料的供应，但它通常由不同比例的废钢、生铁和DRI(直接还原铁)组成。这可能导致输出钢中的磷含量变化，可能高达0.1%。

尽管无芯炉具有上述优点，但也存在一些缺陷和局限性，特别是在潜在的除磷工艺方面。首先，容器的形状不完全适应任何类型的渣处理，因为小的镀液表面/体积比。然而，这可以通过熔体的电磁搅拌来平衡，也可能通过相对容易实现的氧气吹炼和/或惰性气体鼓泡来平衡。其次，传统的感应炉炉衬不能长期抵抗高碱性炉渣。基于结晶二氧化硅的酸性衬里不能承受与除磷渣的接触，即使是短时间内。相反，镁基碱性耐火材料不适应形成酸性渣时的熔化过程，其对热冲击和吸湿的敏感性使其不适应不连续的过程。

在这一段，基于尖晶石粘结氧化铝的NRM(中性夯实块)的开发使脱磷成为可能，与替代干夯实材料[7]相比，在标准熔炼操作下显著提高了衬砌寿命。与使用低磷废料相比，圣戈班的NRM内衬已经证明了它在用于dr基钢除磷方面的成本效益。然而，与脱磷渣相关的附加腐蚀速率导致NRM炉衬寿命下降，这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一工艺的发展。

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种有趣的妥协，包括可能的除磷过程，但它们也显示出一些与其固有设计和微观结构有关的局限性。他们的结合系统是基于原位尖晶石在高温下形成，已知具有良好的耐腐蚀性能。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，而且由于获得良好的夯实能力和合适的货架期(MgO细粒的反应性)所需的颗粒尺寸，不会真正导致小孔隙。尖晶石陶瓷粘结剂的形成假定发生在1200°C[7][8]，但主要来自镁的各种杂质和热烧结层膨胀产生的压应力往往会在温度超过900-1000°C时在后面层提供材料的固结。

此外，MgO虽然是碱性氧化物，但在典型的除磷渣中远非惰性。MgO在CaO-FeO-CaF中的溶解度₂1550℃时炉渣的含量约为4%，但经过逐级SiO处理后，炉渣含量迅速提高到10%以上或更高₂沿脱磷过程富集矿渣[7]。下表显示了在一个无炉芯内衬基本85% MgO的实验炉中，脱磷渣的演变的一个例子。特别有趣的是，随着时间的推移，MgO含量的大幅增加。

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:随着时间的推移，脱磷渣的演变(煅烧产物中氧化物的wt%)。狗万体育官方app

在这个框架内，使用高级铬-氧化铝干耐火材料提供了一种有趣的替代NRM基于尖晶石键合。铬铝材料由于具有较高的耐火性能和在各种环境下良好的耐腐蚀性能，几十年来已成功地应用于各种炼钢作业。然而，它们在无芯感应炉中用作干水泥的用途并不广泛。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。圣戈班(SAINT-GOBAIN)提交了一项新的耐火解决方案的专利申请，该方案以铬-氧化铝系统为基础，特别适用于无芯感应炉的除磷。该材料的定义为:氧化物相对于整体材料重量的重量百分比:

• 50%以上铝₂O_3.，最好超过85%，
• Cr大于4%₂O_3.，最好超过7%及少于15%，
• MgO含量小于20%，最好小于1%，
• CaO小于5%，最好小于0.5%，
• 低于3% SiO₂，最好小于0.5%，
• 铁含量低于5%₂O_3.，最好少于1%，
• 零氧含量低于30%₂，最好少于5%，
• 10%以内₂，最好少于2%，
• 阿尔的总和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。

优选的解决方案实际上是一种新的铝铬干振动水泥，由于其优化的粒度分布和陶瓷结合系统，为无芯炉中的钢脱磷提供了独特的解决方案。

新的铝-铬结合系统是基于铬-氧化铝固溶体[9]，对铁合金和渣具有非常高的抵抗力。烧结过程中略微正的永久膨胀提供了适当的致密性，而不打开孔隙结构或改变衬砌的热表面强度。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:用于无芯钢炉的新型铝铬合金DVC与典型尖晶石结合NRM烧结后的性能对比

选用的原材料和陶瓷结合剂的性质使得高温烧结最大限度地减小了烧结厚度，使耐火衬里大部分保持非烧结粉末形态，从而提高了衬里的抗裂性和保温性能，尽管烧结区域的导热系数更高。图3分别说明了两种材料的烧结行为对比新Al-Cr陷落以及典型的尖晶石粘结氧化铝NRM，它们都暴露在1600°C和环境大气之间的热梯度中。标准NRM的陶瓷结合在大约1360°C完成，而最终的烧结新Al-Cr陷落只有在1450°C才会发生。主固结层也存在类似的100°C差异。

图3:Al-Cr DVC和典型NRM在热梯度下的烧结。

图4显示了NRM和铬-氧化铝两种情况下通过无钢芯炉衬的热廓线的估计比较。这说明了铬氧化铝的优点，尽管其导热系数更高，但它利用较高的烧结温度来减少通过衬层的整体热损失。

图4(右):通过衬板的热分布图。NRM和New Al-Cr DVC。

就脱磷渣的腐蚀而言，铬-氧化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泡在高频无芯炉中，其中含有200kg掺0.08%磷的Mn-steel reinforcement steel和10kg成分见表3的dephos渣。然后将圆筒以每分钟30转的速度旋转20分钟。整个实验温度保持在1580℃~ 1620℃。

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

表4显示了各种耐火样品在测试结束时获得的结果。优越的性能新Al-Cr陷落在这些腐蚀性的测试条件下，在腐蚀方面和腐蚀速率方面都是明显可见的。Cr₂O_3.试验结束时炉渣的含量接近0.5%，与不接触含铬耐火材料时的浓度相近。

煅烧产品的材料化学分析	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
测试后样品方面
渣线处直径减小率(%)	5%	29%	11%
渣面以下体积损失(%)	4%	20％	35%
表4: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难熔溶液。其独特的陶瓷结合提供了优良的耐腐蚀性任何渣，特别是高侵略性的基本渣遇到的dephos过程。的新Al-Cr陷落具有较高的烧结温度，有利于保持较厚的未烧结层。主要的积极影响是更好的抗裂纹扩展和翅片化，延长使用寿命和更容易提取坩埚。其机械强度高，永久膨胀率低新Al-Cr陷落与传统NRM等替代耐火材料相比，烧结后可形成致密坚硬的热表面，具有优异的耐磨性和抗冲击性。

1. b, CL。，Banerji, SK.,磷诱导超高强度钢350°C脆化，《冶金学报》，vol.10, pp.123-126, 1979。
2. 用于混凝土加固的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、。海绵铁炼钢在感应炉中的脱磷，硕士学位论文，国立理工学院鲁尔克拉，2014年5月。
4. 盖耶，H，等人，tritements metal - Laitier pour l ' élaboration d ' aciers de qualité，会议«精化des matériaux métalliques massifs»，Fédération Française des Matériaux，巴黎，2002年。
5. 马森,JM。,详细说明moulé -分析过程métallurgiques，《技术》'Ingénieur M3624，主编《技术》'Ingénieur，巴黎，2007。
6. 奥莱特，M.，盖特利尔，C.，拉马克，G.，Metallurgie secondaire，技术手册'Ingénieur M7750，主编，技术手册'Ingénieur，巴黎，2008。
7. Goswami, J， & al，新一代无芯感应炉耐火衬里， Journal of 29^th2015年11月，新德里，第17-23页。
8. Sako哦,是吧。，Braulio, MAL., Pandolfelli, V.C,MgAl2O4原位形成机理及其与含尖晶石耐火浇注料耐蚀性关系的研究，《硅酸盐学报》，vol.6, pp.79-83, 2014。
9. 徽HG.， & al.，铝铬耐火材料的固体化学刘志强，刘志强，刘志强，1992.材料科学学报，vol.11, pp.82 - 83。