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《上海大学》 2012年
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外加直流电场熔渣脱氧过程中氧传递机理研究

许继芳  
【摘要】:科学技术的进步和市场需求的发展,对钢铁产品质量的要求越来越高。大量事实证明,钢液中溶解氧会严重影响钢材的质量,传统的脱氧方法已经无法满足对钢材质量的需求,亟待寻求一种洁净方法脱除钢中的氧。基于此,周国治等提出渣金间外加直流电场熔渣脱氧法:在钢液与熔渣之间施加稳定的外电场,控制氧离子在熔渣体系中的传导方向,实现钢液的有序脱氧。理论分析和前期研究证明了该方法的可行性。 为了进一步对渣金间外加直流电场熔渣脱氧工艺进行系统研究,围绕此主题,通过对CaO-Al_2O_3基预熔渣物性研究,确立组分对熔渣物性的影响,从而获得良好脱氧能力的熔渣;通过对Mo-ZrO_2金属陶瓷的组分和烧结工艺的研究,以获得基本满足脱氧实验要求的电极材料;分别采用碳钢、IF钢和X70管线钢,进行熔渣平衡脱氧和外加电场脱氧对比实验,研究钢液初始氧含量、熔渣成分和外电势等因素对钢液脱氧过程的影响;通过对渣金间氧的传输过程进行分析,建立脱氧过程的动力学模型;探索渣金间外加电场方法应用于熔渣电化学脱氧脱硫的可行性。论文主要内容归纳如下: 1、熔渣密度和粘度随温度的升高而降低,电导率随温度的升高而增加;在CaO-Al_2O_3-MgO体系低熔点区中,随着MgO含量的增加,熔点、密度、表面张力和粘度总体趋势为先降低后升高,电导率变化则是先升高后降低;熔渣物性随CaO/Al_2O_3质量比的变化,与熔渣物性随MgO含量的变化基本一致。在CaO-7%MgO-Al_2O_3-SiO_2体系低硅区范围内,熔渣熔点随着熔渣聚合度NBO/T值的升高而降低,电导率随NBO/T值的增大而增加;随着NBO/T值的增加,表面张力先显著下降随后缓慢升高,粘度先略升高然后降低。 _2、采用的粉末冶金工艺成功制备出了Mo-ZrO_2金属陶瓷电极。金属陶瓷的电导率随金属含量的增加而增大,随温度升高电导率呈现线性降低;Mo-ZrO_2金属陶瓷电导率与ZrO_2陶瓷相体积分数的关系,可用GEM方程进行描述,其临界体积分数为0.84,临界指数t为2.51。提高烧结温度或延长保温时间,可提高金属陶瓷的电导率。侵蚀结果表明:随着Mo金属相含量的减少,试样耐钢液侵蚀性能增强,耐CaO-Al_2O_3-MgO预熔碱性渣侵蚀性能减弱。钢液主要侵蚀金属陶瓷中的Mo金属相,熔渣主要侵蚀金属陶瓷中的ZrO_2陶瓷相。50%molMo-ZrO_2试样具有较好的综合性能,能够基本满足外加电场脱氧试验的要求。 3、CaO-Al_2O_3基预熔渣脱氧实验结果表明:MgO含量在0.0-5.0%;CaO/Al_2O_3为0.9-1.0的熔渣具有良好的脱氧能力;对比碳钢、X70管线钢和IF钢的熔渣平衡脱氧和外加电场熔渣脱氧实验结果表明:外加电场脱氧速率明显高于平衡脱氧速率,且未对渣样及钢样组分造成明显变化;提高外加电势,可提高脱氧速率,并降低了钢液的氧含量;还原性气氛下外加电场能够将X70管线钢的氧含量降低到29ppm的水平,将IF钢的氧含量降低到_25ppm的水平。 4、金属熔渣界面反应过程研究结果表明:循环伏安曲线中,随着扫描次数和扫描速率的增加,渣金反应电流增加;交流阻抗谱中,随着过电位的增加,脱氧反应的电荷传递电阻Rct明显降低,扩散阻抗随着过电位的增加而降低,钢液中氧的扩散增强;计时电流曲线中,脱氧过程中电极上发生的反应为[O]+2e=(O2-);电流大小I对t-1/2呈线性衰减,不同电势下通过Cottrell方程计算的氧在熔渣中的扩散系数,随着外加电势的增加而急剧增加。 5、通过对渣金间氧的传输过程进行分析,利用等效电路描述带电粒子迁移过程,建立了外加电场熔渣脱氧过程的动力学模型,并通过实验数据与模型计算的对比,验证了所建立模型的正确性。 6、外加电场熔渣电化学脱硫实验结果表明:所选渣系具有很好的脱硫能力,外加电场的加入明显提高了钢液的脱硫速率和脱硫能力,降低了终渣FeO含量;证明了该方法脱硫的可行性。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TF769

【引证文献】
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【同被引文献】
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