铁水中MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物的形成途径

夹杂物的结晶对钢中夹杂物的组织、性能和尺寸分布起着决定性的作用。MgO·Al_(2)O_(3)尖晶石是影响钢性能的常见夹杂物之一,了解MA在钢水中的结晶过程对控制其行为具有重要意义。根据临界成核前通过第一性原理计算MA亚稳相热力学性质,提出了MA夹杂物从铁水中形核的四种可能途径。根据四种成核途径,[Mg]、[Al]和[O]之间的反应是最有可能形成MA夹杂物的途径,而Al_(2)O_(3)与MgO反应几乎不可能形成MA夹杂物。MA类杂物的大小受形成途径的控制,其形成途径与脱氧剂的添加方式密切相关。

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

50W800无取向硅钢中Al_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)-MnS夹杂物的腐蚀行为研究

采用无取向硅钢退火样进行原位腐蚀实验,对试样表面腐蚀形貌进行OM表征、SEM表征、EDS分析、拉曼光谱表征。结果表明,无取向硅钢的腐蚀源自夹杂物的局部腐蚀,其中包含金属氧化物夹杂Al_(2)O_(3)、金属氧硫化物夹杂Al_(2)O_(3)-MnS。无取向硅钢初期腐蚀时圆形锈斑内腐蚀产物主要为γ-FeOOH和α-Fe_(2)O_(3),且γ-FeOOH含量高于α-Fe_(2)O_(3)。随着腐蚀产物的颜色加深,α-Fe_(2)O_(3)含量逐渐增多。

O、S、Ce含量对U71MnG钢中Ce_(2)O_(3)和Ce_(2)O_(2)S夹杂物的影响

我国稀土钢未实现大规模的生产,其主要原因是对稀土与钢中O、S等杂质元素的相互作用规律认识不足。考虑到Ce、O、S含量对钢中稀土夹杂物的影响缺少定量分析,使用FactSage 7.1软件计算U71MnG钢中不同含量O、S、Ce之间的相互作用关系及其对Ce_(2)O_(2)S、Ce_(2)O_(3)夹杂物析出量的影响。热力学计算结果表明,在U71MnG钢的成分体系下,随着Ce含量的增多,Ce_(2)O_(3)的析出量呈先增多后减少的趋势,m_(O)/m_(Ce)约为1/7.4时,Ce_(2)O_(3)的析出量最大;Ce_(2)O_(2)S的生成需要O、S、Ce共同作用,m_(O+S)/m_(Ce)约为1/3.7时,Ce_(2)O_(2)S析出量最大。试验钢夹杂物的SEM图像以及夹杂物颗粒数量统计结果显示,Ce含量为0.024%的试验钢中Ce_(2)O_(3)、Ce_(2)O_(2)S的个数大于Ce含量为0.016%的试验钢,钢中夹杂物析出规律与热力学计算结果一致。

石墨类型对Al_(2)O_(3)-MgO浇注料性能的影响

为开发高性能含碳浇注料,首先以Si粉和鳞片石墨为原料,采用熔盐隔离法,经1350℃保温3 h制备了SiC包覆石墨;然后以板状刚玉颗粒、白刚玉粉、电熔镁砂粉、氧化铝微粉、Secar 71水泥、SiO_(2)微粉等为主要原料,分别将鳞片石墨和SiC包覆石墨引入其中,经1100、1600℃埋碳热处理后制备了Al_(2)O_(3)-MgO浇注料空白试样以及Al_(2)O_(3)-MgO-C浇注料试样,研究了石墨类型对浇注料性能的影响。结果表明:1)与未添加石墨的Al_(2)O_(3)-MgO浇注料试样相比,加入鳞片石墨的浇注料试样成型所需加水量显著增加,常温抗折强度明显降低,显气孔率明显升高,但抗热震性和抗渣性有所改善;加入SiC包覆石墨的浇注料试样加水量略有增加,常温抗折强度有所降低,显气孔率略有增加,高温强度、抗热震性和抗渣性改善。2)随着热处理温度的升高,试样的常温强度、加热永久线变化率均明显增加。3)当加入5%(w)SiC包覆石墨,热处理温度为1600℃时,试样综合性能最佳,其常温抗折强度为16.9 MPa,显气孔率为16.0%,高温抗折强度为2.0 MPa,抗热震性和抗侵蚀性能良好。

精炼渣Al_(2)O_(3)含量对铝脱氧钢中夹杂物的影响

为研究中等碱度精炼渣中Al_(2)O_(3)含量对钢洁净度和夹杂物的影响,在1873 K温度下用MgO坩埚开展了初始碱度为4、不同Al_(2)O_(3)含量的CaO-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-MgO顶渣与铝脱氧钢的平衡试验。结果表明,渣-钢反应后,夹杂物类型由反应前的MgO-Al_(2)O_(3)-MnS复合类转变为中心为MgO-Al_(2)O_(3),边部为MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO(-MnO)系的包裹体复合类;形貌由边界多棱角的块状和簇群状转变为边界圆滑的类球状。随着渣中Al_(2)O_(3)含量的增加,夹杂物中Al_(2)O_(3)含量显著增加,MgO含量减少,其他组分含量变化不大;夹杂物尺寸呈现增大的趋势;夹杂物数量密度增大,钢的洁净度降低。该试验条件下,当w(Al_(2)O_(3))≈20%时,夹杂物数量密度最小,钢液的洁净度最高。基于试验结果,对渣、钢的成分变化和夹杂物转变做了热力学讨论。

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响,本文以平均粒径分别为80、61、45和38μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源,以平均粒径为15μm的轻质碳酸钙为氧化钙源,采用发泡法结合原位烧成工艺,经1550℃保温5 h烧成后获得CA_(6)轻质陶瓷材料,研究不同粒度的Al_(2)O_(3)原料对其物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明:随着α-Al_(2)O_(3)粒度的减小,CA_(6)轻质陶瓷的线收缩率、体积密度和热导率逐渐变小,显气孔率增大,压缩强度呈先增大后减小的趋势。综合考虑,以平均粒径为45μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源所制试样的综合性能较佳,更能满足使用需求,其显气孔率、热导率和压缩强度分别为87.8%、0.149 W·m^(-1)·K^(-1)和0.29 MPa。

稀土钇和铈对321不锈钢中钛类夹杂物的改性作用

通过在321不锈钢熔炼过程中分别添加不同含量的稀土元素钇(Y)和铈(Ce),研究321不锈钢中钛类夹杂物的热力学特征,考察了稀土元素种类及含量对钢中钛类夹杂物成分及形貌的影响。结果表明,未添加稀土元素时,321钢液中典型夹杂物为TiN和以Al_(2)O_(3)为核心的Al_(2)O_(3)-TiN复合夹杂物。向钢液中添加稀土元素,当Y添加量为5.0×10^(-6)(质量分数,下同)时,钢液中的典型夹杂物为Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)和部分未被改性的Al-O复合夹杂物,随着Y元素含量增加,Al_(2)O_(3)夹杂物被逐渐改性为含钇氧化物,当Y添加量为4.7×10^(-5)时,钢液中的典型夹杂物为Y_(2)O_(3)-TiN复合夹杂物;当Ce添加量为5.0×10^(-6)时,钢液中的夹杂物主要有Ce-O、Ce-Al-O类夹杂物,Al_(2)O_(3)夹杂物不再单独存在。钢液中TiN夹杂物的数量及尺寸随稀土元素添加量的不同而存在差异。添加稀土元素后,TiN数量减少,尺寸减小,当Ce添加量为1.0×10^(-5)时,TiN的数量及尺寸均与Y添加量为4.7×10^(-5)时接近,表明在添加量相近的情况下,Ce对夹杂物的改性效果优于Y。

脉冲磁场去除钢中Al_(2)O_(3)夹杂物的研究

为了探究脉冲磁场对钢中Al_(2)O_(3)夹杂物的去除效果,使用中频感应炉进行了熔炼实验。利用COMSOL多物理场软件对脉冲磁场作用下钢液流场和不同尺寸夹杂物的去除行为进行了数值模拟,将数值模拟与实验结果相结合,探讨了脉冲磁场作用对钢中Al_(2)O_(3)夹杂物的去除机制。实验发现,施加脉冲磁场处理后,钢中Al_(2)O_(3)夹杂物整体含量减少,小尺寸的Al_(2)O_(3)夹杂物数量百分比降低,大尺寸的Al_(2)O_(3)夹杂物数量百分比有所增加,表明施加脉冲磁场促进了Al_(2)O_(3)夹杂物的去除和碰撞长大。数值模拟结果表明,施加脉冲磁场处理时,钢液中形成上下双环流,促进了夹杂物的去除,且夹杂物尺寸越大,去除效率越高;同时,夹杂物大部分被分离至壁面,与实验观察结果一致。

MgO/Al_(2)O_(3)质量比对褐铁矿型红土镍矿烧结成矿行为的影响

为了提高红土镍矿烧结矿的产质量指标,基于热力学分析,查明了MgO/Al_(2)O_(3)质量比对高温烧结过程液相量及其黏度的影响;再通过微型烧结试验探讨了镁/铝质量比对烧结矿的物相组成、黏结相强度的影响,阐明其对褐铁矿型红土镍矿烧结成矿行为的影响;最后通过烧结杯烧结扩大试验进行了有效性验证。微型烧结试验结果表明,在烧结温度为1 300℃、烧结气氛为5%CO+95%N_(2)、二元碱度m(CaO)/m(SiO_(2))=1.3的条件下,m(MgO)/m(Al_(2)O_(3))=0.5~0.8范围内,黏结相主要由钙镁黄长石和钙镁橄榄石构成,强度超过4 000N/个。烧结杯验证试验表明,镁/铝质量比由0.5提高至0.7时,烧结矿的成品率无明显变化保持在70%左右,但是其转鼓强度由49.73%提高至56.67%,烧结矿的转鼓强度得到有效改善,适宜的镁/铝质量比为0.6~0.7。

不同Al_(2)O_(3)/SiO_(2)比的MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃制备及性能研究

本文采用烧结法制备MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(MAS)微晶玻璃,研究不同Al_(2)O_(3)/SiO_(2)质量比对MAS微晶玻璃的微观结构和理化性能的影响,采用X射线衍射、差热分析、红外光谱、扫描电子显微镜对基础玻璃与微晶玻璃的结构和表面形貌进行表征,并对微晶玻璃的密度、力学性能、耐蚀性、热学性能和介电性能进行测试分析。结果表明:随着Al_(2)O_(3)/SiO_(2)质量比从0.52增大至0.64,基础玻璃的玻璃化转变温度T_(g)增大、析晶峰值温度T_()p减小,促使样品析出α-堇青石晶相;样品密度在2.52~2.60 g/cm^(3)波动,介电常数εr由1.73增加到4.51,热膨胀系数由4.46×10^(-6)℃^(-1)降低到2.38×10^(-6)℃^(-1),介电损耗tanδ在8.4×10^(-3)~3.7×10^(-3)波动,抗弯强度在80~120 MPa波动。

Nb_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-CaO-SiO_(2)体系相平衡研究

为揭示Nb_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-CaO-SiO_(2)多元含铌炉渣体系中的铌矿物的定向结晶规律,采用高温相平衡—冷淬—SEM-EDS/XRD/EMPA试验方法,考察了温度、钙硅比(CaO/SiO_(2))、Nb_(2)O_(5)含量等因素对炉渣相平衡关系的影响,并构建了含铌矿物结晶析出的优势相图。结果表明:铌的结晶矿物主要有三种,分别为Ca_(2)Nb_(2)O_(7)、Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))和3CaO·MgO·Nb_(2)O_(5);铌先富集于液相,相较于脉石组分,含铌固相为后析出相;CaO/SiO_(2)增加会使含铌固相优势区间发生从Ca_(2)Nb_(2)O_(7)相到Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))相、再到3CaO·MgO·Nb_(2)O_(5)相的转变。Ca_(2)Nb_(2)O_(7)相的优势析晶区间为:温度1050~1200℃,C/S=0.8~1.2。Nb_(2)O_(5)在Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))相中的嵌布质量浓度在18.5%~19.5%。

CaO-MgO-SiO_2-Al_2O_3类夹杂物塑性化对帘线钢加工断丝率的影响

通过分析70 t转炉流程和180 t转炉流程生产的LX72A帘线钢合股断丝率,得出中心偏析相同的条件下,当钢中脆性夹杂物比例由90.7%降至20.5%,也就是塑性夹杂物的比例由9.3%提高79.5%时,平均盘条断丝率由4.20次/t降至2.56次/t。通过采用碱度1.05不含MgO的LF精炼渣,控制钢中Als含量≤0.001%,氧含量≤22×10^(-6),可有效地降低钢中脆性夹杂物含量,降低盘条断丝率。

赤泥掺入黏土制备CaO-MgO(10%)-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)体系陶瓷材料试验研究

我国年赤泥排放量高达1亿t,目前主要处理方式为填埋或者堆存,而制备陶瓷需要的黏土原料出现短缺。新型CaO-MgO(10%)-SiO_(2)-Al_(2)O_(3)体系陶瓷材料力学性能优越,市场前景乐观,本文设计了不同赤泥掺量的新型陶瓷制备原料的烧制试验,对不同的烧制产品进行微观及物相组成测试,并考察了不同赤泥掺量和不同温度下所烧制产品的物理及力学性能和重金属浸出情况。黏土中掺入部分赤泥所烧制的样品主要物相为辉石相、钙长石相,其中辉石相的生成有利于提高试样的抗折强度,钙长石相的生成有利于固化钠元素,促进致密化过程。不同赤泥掺量所制备试样的性能表现相近,均在1140℃时表现出优越的力学性能,线型收缩率和容重最大,吸水率最小,抗折强度最高;30%赤泥掺量下,吸水率和抗折强度指标均超过GB/T 4100—2015标准。浸出试验表明,各试样钠元素固化率高达99.91%,7种典型重金属浸出值均低于生活饮用水标准的限值。本研究为赤泥在陶瓷行业的再利用提供新的一种途径,不仅解决自身处置处理问题,更是节约大量的陶瓷黏土资源。

42CrMo4钢中CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物形成机理的研究

通过工业试验对42CrMo4钢进行系统取样,观察试样中典型夹杂物的特征与分布,从热力学角度研究了42CrMo4钢中CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物的形成机理。结果表明,在钢包精炼炉(LF)精炼前期钢液中主要夹杂物为形状不规则的MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物,中后期MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物中开始出现CaO,在真空精炼炉(VD)精炼阶段,钢液中的夹杂物完全变为液态CaO-MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物。经热力学计算,钢液中[Mg]的存在是导致MgO-Al_(2)O_(3)夹杂物大量生成的根本原因,其主要来源于耐火材料和炉渣。在LF精炼阶段耐火材料向钢液传递[Mg]多于炉渣,而在VD精炼阶段炉渣向钢液传递[Mg]更多。

铬钢中MgO和MgO·Al_(2)O_(3)形成的热力学条件及夹杂物的演变

在高铬钢的精炼过程中,铝通常作为脱氧剂加入到钢液中,从而形成氧化铝(Al_(2)O_(3))和尖晶石(MgO-Al_(2)O_(3))等夹杂物,导致高铬钢疲劳失效和表面缺陷,因此,用户对高铬钢洁净度的要求不断提高。了解高铬钢中夹杂物的形成条件,减少其对钢质量的危害是很重要的。在本研究中,首先研究了1873 K下17 mass%Cr钢液中MgO和MgO・Al_(2)O_(3)。形成的热力学条件。结果表明,MgO在高铬钢中比在普通钢中更稳定。在高铬钢中,MgO和MgO-Al_(2)O_(3)稳定条件的边界向Al含量高、Mg含量低的方向移动。这一原因被认为是Cr和Mg之间的热力学相互作用的影响。估算出Cr与Mg的相互作用参数为0.040,从而解释了MgO与MgO・Al_(2)O_(3)稳定条件的边界。建立了Fe-Cr-Al-Ca-Mg-O体系在1873 K时的相稳定图,用以评估铬对MgO、MgO・Al_(2)O_(3)和CaO-MgO-Al_(2)O_(3)(液态)稳定条件的影响。随后,研究了17 mass%Cr钢液中夹杂物在1873 K时的变化。通过研究MgO和MgO・Al_(2)O_(3)的稳定条件,对Cr钢液中夹杂物的变化进行了合理的解释。

镁铝物质的量比对MoSx/MgO-Al_(2)O_(3)催化剂COS加氢性能的影响

采用共沉淀法制得镁铝物质的量比为0、0.2、0.5、1.0的MgO-Al_(2)O_(3)载体,采用浸渍法负载活性组分钼,进行预硫化分别制得Mo/M-A_(0)-S、Mo/M-A_(0.2)-S、Mo/M-A_(0.5)-S和Mo/M-A_(1.0)-S催化剂。使用固定床实验装置评价了其催化转化焦炉煤气中COS加氢的性能,采用X光电子能谱和拉曼光谱等手段对催化剂的结构及Mo物种的存在形式进行了分析,将分析结果与镁铝物质的量比进行了关联,探讨了镁铝物质的量比对催化剂性能的影响。结果表明,改变镁铝物质的量比可依次调变MgO-Al_(2)O_(3)载体的物化结构、预硫化前样品中钼的分散及其与载体间相互作用以及催化剂中MoS_(2)活性相的数量和堆叠方式,进而调控催化剂的活性和选择性。控制镁铝物质的量比符合MgAl_(2)O_(4)中镁铝化学计量比0.5时,最有利于生成MgAl_(2)O_(4);MgAl_(2)O_(4)可减弱钼与载体间的相互作用,强化钼在载体表面的均匀分散,促使更多钼在预硫化过程中转变为MoS_(2)活性相,进而提高催化剂的性能。Mo/M-A_(0.5)-S催化剂的性能最佳,其在280℃,空速62000 h^(−1)的条件下,前550 min可维持高达97.7%的COS转化率,近100%的H_(2)S选择性。

低碳铝镇静钢Al_2O_3夹杂物分析与控制

分析了低碳铝镇静钢Al_2O_3夹杂物的来源及其对板坯质量、连铸生产以及后序产品的性能和表面质量的影响。通过采用下渣检测系统等一系列改善保护浇注的措施,可控制中间包同前道工序(吹氩站)试样中酸溶铝差值在50×10^(-6)以内,且酸溶铝与全铝的比值明显提高。表明酸溶铝的烧损得到有效控制,同时随着钢液中Al_2O_3夹杂的减少,钢水可浇性得到改善,结晶器水口堵塞的情况有所缓解。

MgO-Al_(2)O_(3)复合氧化物负载MnO_(x)吸附剂的Hg脱除性能

天然矿物MgO被认为是负载MnO_(x)脱除燃煤烟气中Hg^(0)的优良载体,然而其比表面积限制了Mn物种的利用效率,对Mn物种的用量需求较高。为提高载体在脱除烟气中Hg^(0)反应过程中对Mn活性物种的利用率,采用Al_(2)O_(3)部分替换MgO,制备了MgO-Al_(2)O_(3)复合氧化物负载的MnO_(x)吸附剂。利用Al_(2)O_(3)较大的比表面积以及表面较高的化学吸附氧(O_(ad))占比,提升了Mn对Hg^(0)的吸附与氧化能力,获得了Hg^(0)脱除效率更高的吸附剂。结果表明,仅负载5%的Mn物种时,在MgO载体中添加30%的Al_(2)O_(3)可使吸附剂在150℃、N_(2)+10%O_(2)气氛中提升Hg^(0)脱除效率27.7%。通过H_(2)-TPR及XPS揭示吸附剂对Hg^(0)的脱除机理,H_(2)-TPR表明添加Al_(2)O_(3)会与MgO发生交互反应形成更稳定的载体物种,XPS表明吸附剂表面Mn^(4+)物种占比对Hg^(0)脱除活性有重要影响,添加30%的Al_(2)O_(3)时吸附剂表面Mn^(4+)物种占比最高,因此Hg^(0)脱除活性最高。针对MgO载体上Mn活性组分受限的缺点,采用添加Al_(2)O_(3)的方法提升了载体对于活性物种的利用率,对天然矿物载体在Hg^(0)脱除领域的应用具有借鉴意义。