基本信息
- 项目名称：
- 不同碳含量的镁碳砖性能的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 镁碳质耐材中过高碳含量的存在，使冶炼过程中钢水增碳明显，降低钢材质量，因此在满足钢厂对耐材使用寿命要求的同时合理控制镁碳砖中碳的含量，对洁净钢、低碳钢等高质量产品生产有着十分突出的现实意义。 本项目系统研究不同碳含量对镁碳砖性能的影响，选择合理的镁碳砖生产工艺参数。在保证镁碳砖自身性能指标不降低的前提下，满足低碳钢冶炼生产的要求。工艺路线：a．镁砂+含碳制品+抗氧化剂→制样→性能检测。
- 详细介绍：
- MgO-C质耐火材料广泛应用于转炉、电炉、钢包衬、滑板和炉外精炼等各个钢铁冶金的重要工艺及工序装备中。由于石墨良好导热性及对渣的不润湿性，因而与传统耐火材料相比，碳复合耐火材料的热震稳定性与抗渣性大为改善。在上世纪90年代后期的钢铁冶金工业中，镁碳质耐火材料对于耐材使用寿命的大幅度提升起到了至关重要的作用。随着钢铁工业的发展及对洁净钢需求的增加，炼钢技术日益趋向高级化和洁净化发展方向，对耐火材料质量要求越来越高。在冶炼低碳钢和超低碳钢时，目前使用的镁碳质耐火材料，由于较高碳含量的存在，使钢水的增碳作用明显，造成钢液的二次污染；碳的存在会影响钢水中氧含量以及其他各种夹杂的组成与数量；在溅渣护炉过程中，高碳镁碳材料由于石墨与熔渣润湿性差而不容易与渣粘接在一起。传统的镁碳砖其w（C）为10%~20%，在长期的应用实践过程中发现有以下几方面的问题：①由于高热导率增加热损，使出钢温度提高，带来能耗增加，同时加大了耐火材料的侵蚀等一系列问题；②作为特殊精炼炉的炉衬材料，如在VOD精炼钢包中冶炼高质量洁净钢及超低碳钢时会引起增碳问题；③消耗大量宝贵的石墨资源。若采用低碳镁碳材料，即可以减少对钢液的二次污染，降低石墨的用量，节约资源，降低能源消耗，又可以有效提高熔渣的溅射附着率。 鉴于以上情况，近年来对精炼钢包用低碳量、性能优异的低碳镁碳砖的开发受到国内外业界的普遍关注。 本项目主要研究不同碳含量对镁碳砖性能的影响，选择合理的镁碳砖生产工艺参数。在保证镁碳砖自身性能指标不降低的前提下，满足低碳钢冶炼生产的要求。工艺路线：a．镁砂+含碳制品+抗氧化剂 → 制样 → 性能检测。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目前使用的普通镁碳砖，对钢水增碳作用明显，造成钢液二次污染，不适应低碳钢等钢材品种的生产要求。如采用低碳镁碳砖，即可减少对钢液的二次污染，又降低石墨用量，节约石墨资源。本课题系统研究不同碳含量对镁碳砖性能的影响，确定最佳的碳加入量，优化制品综合性能。对低碳品种钢生产用镁碳砖的选择及耐材生产厂家选择合理的镁碳砖生产工艺参数都具有重要指导意义，将产生显著的经济和社会效益。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题针对炼钢工艺、设备的不断更新发展，钢种结构调整升级，提出适应低碳品种钢生产需要的低碳镁碳砖的研究，综合考虑镁碳砖中碳含量对制品性能的影响，优化设计适应低碳钢、超低碳钢冶炼生产需要的镁碳砖。产品性能稳定，使用可靠，能有效减小对钢液的污染，保证品种钢品质。该产品对于镁碳砖产品的优化升级有着突出重要意义，有着十分广阔的发展前景，可为低碳品种钢生产提供耐材基础。
应用价值和现实意义
- 镁碳砖由于具有良好的抗渣侵蚀性和热震稳定性，广泛应用于电炉，转炉，钢包，炉外精炼等部位。随洁净钢生产技术的进步，减少碳对低碳钢钢液的污染，对于低碳镁碳砖的需求将大幅度增加。目前国内对不同碳含量的镁碳砖的使用没有明确的统一标准，对低碳钢冶炼如何选用最佳碳含量的镁碳砖没有参考性依据。该课题的完成具有重要的指导意义及应用价值。
学术论文摘要
- 洁净钢冶炼的发展，要求减少镁碳砖对洁净钢的增碳作用。本文以电熔镁砂和石墨为原料，以金属Al粉为抗氧化剂，采用酚醛树脂作结合剂。利用蔡司偏光显微镜等仪器研究碳含量的变化对镁碳砖抗渣侵蚀能力、抗氧化性能，高温抗折强度及热震稳定性能的影响。结果表明：随碳含量增加镁碳砖的体积密度、耐压强度强度降低；碳含量在6%~8%时，镁碳砖的高温抗折、热震稳定性、抗渣性及抗氧化性能好。碳含量低，镁碳砖抗渣侵蚀性能降低。碳含量为14%的试样抗氧化性能最差。对于冶炼低碳钢应选择碳含量在6%左右的镁碳砖。
获奖情况
- 所做研究写的研究论文已被《耐火与石灰》杂志社收稿。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]朱伯铨.低碳镁碳砖的研究现状与发展.武汉科技大学学报，2008，31(3):233 [2]T Matsui.Charteristics and application of nano-tech magnesia carbon bricks.Proc of the Unitecr,2005:176 [3]覃显鹏.碳氮化钛对低碳镁碳砖性能的影响.耐火材料，2007，41(3):208
同类课题研究水平概述
- 由于石墨与炉渣不润湿以及石墨具有良好的导热性，使镁碳砖具有优良的抗渣侵蚀及热震稳定性能而被广泛应用于炼钢生产中。但随着冶炼洁净钢、低碳钢和超低碳钢品种比例的增加，镁碳砖对钢水增碳使钢水受到污染的问题变得越来越严重，因此须降低其碳含量减少对钢水的污染。低碳镁碳砖由于自身热导率和总碳含量低，可减少对钢水的增碳而受到各界的高度关注，成为镁碳耐火材料新的发展焦点。但碳含量的减少势必造成材料抗渣侵蚀及热震稳定性能的下降。因此，国内外许多科研工作者从改变结合剂和炭素原料以及采用高效抗氧化剂等方面着手开发性能优异的低碳镁碳砖。国内外对低碳镁碳砖的研究主要集中在以下几方面：选择新型抗氧化剂，改善材料由于碳含量降低对镁碳质耐火材料抗渣性、抗氧化性的影响；基质中引入不同形态纳米尺度的炭黑(单球型、聚集型)和复合石墨化炭等；采用镁砂及非氧化物制备，其中非氧化包括阿隆、镁阿隆、氮化硅、氮化铝等。上述方法都是从添加剂的角度考虑来提高材料的性能，因而其制备成本高，材料的应用范围狭窄，目前工业化生产程度低。但系统研究不同碳含量对镁碳砖性能的影响较少，本工作从钢铁冶金及耐火材料的综合角度出发，研究目前在低碳钢、超低碳钢冶炼中过程存在的现实问题点，系统研究分析碳含量降低的最佳控制点，同时保证镁碳砖制品的使用性能的长寿及安全、稳定，为低碳钢冶炼寻求合适的碳含量。
