工程科学学报.第42卷，第5期：595-601.2020年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.5:595-601,May 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.18.003;http://cje.ustb.edu.cn 高炉内铁一焦界面的渗碳润湿行为研究 湛文龙，朱浩斌)，何志军)四，孙崇，余盈昌)，庞清海，张军红) 1)辽宁科技大学材料与治金学院，鞍山1140512)鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山114021 ☒通信作者，E-mail:hzhj2002@126.com 摘要高炉内铁水渗碳过程是影响冶炼效率及未饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀的重要因素.本文通过高温真空润湿性测试装 置模拟了高炉炉缸区的铁水渗碳反应，分析了不同碳质量分数(3.8%、4.3%、4.8%)的F-C熔体与质量分数为99.9%的石墨 基体在高温下界面间的润湿反应，同时利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了渗碳界面的微观形貌及渗碳距离.结果表 明：界面接触角随着F©-C熔体中碳含量的增加而变大；熔化过程中，接触角随着反应时间延长而减小，并最终趋于稳定； 4.8%碳质量分数的FC熔体中由于含碳量已至饱和.处于不润湿状态.扫描电镜分析显示，Fe-C熔体与石墨基体的接触界 面形成了“球帽状”凹陷，凹陷半径与体积随碳含量的增加而减小.能谱线扫描分析显示，随着F一C熔体中初始碳含量的增 加，石墨基体中的碳素溶解量减少.渗碳效果变差，良好的润湿性有利于碳的传质.通过计算表面能发现.石墨基体中碳素溶 解进入F-C熔体后，有效减小了两者之间的表面能.使得表面张力减小，接触角在熔化期间递减 关键词焦炭：润湿行为：接触角：渗碳：表面能 分类号TF526.1 Interface wetting behavior between iron and coke during the carbon dissolution process in a blast furnace ZHAN Wen-long,ZHU Hao-bin,HE Zhi-jun.SUN Chong,YU Ying-chang?,PANG Qing-hai,ZHANG Jun-hong 1)School of Materials and Metallurgy,University of Science and Technology Liaoning,Anshan 114051,China 2)Ansteel Engineering Technology Corporation Limited,Anshan 114021,China Corresponding author,E-mail:hzhj2002@126.com ABSTRACT Good gas permeability is an essential factor for the smooth operation and high performance in the lower part of the blast furnace.Under the present low carbon blast furnace smelting conditions,the coke layer is thinner,and the proportion of the molten metal in the coke layer is significantly higher,resulting in a major reduction in gas permeability,which seriously affects blast furnace operations.Also,the lower thickness of the coke layer weakens the process of solid-liquid carbon dissolution when the molten iron passes through the coke layer,which reduces the carbon content of the molten iron and further deepens the erosion of the refractory by the unsaturated molten iron.The carbon dissolution in the molten iron in a blast furnace core was measured by a high-temperature vacuum wettability test tool that analyzed the interface wetting activity between Fe-C melts with specific carbon mass fraction(3.8%, 4.3%,4.8%)and 99.%of high temperatures graphite plates.Besides,the scanning electron microscope (SEM)and energy dispersive spectroscopy (EDS)were used to analyze the graphite substrate's carburizing morphology and carburizing distances.The results show that,with the increase of carbon content,the interface contact angle becomes bigger.The contact angle decreases with time,and eventually reaches a steady-state during the melting process,and the Fe-C melt with saturated carbon cannot be wet.The scanning electron microscopy analysis shows that a spherical cap-like depression is created by a cross-section of the Fe-C melt and the graphite 收稿日期：2019-09-18 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51604148.51874171,51974154)：辽宁科技大学优秀人才资助项目(2019RC11)高炉内铁−焦界面的渗碳润湿行为研究 湛文龙1)，朱浩斌1)，何志军1) 苣，孙    崇1)，余盈昌2)，庞清海1)，张军红1) 1) 辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山 114051    2) 鞍钢集团工程技术有限公司，鞍山 114021 苣通信作者，E-mail：hzhj2002@126.com 摘    要    高炉内铁水渗碳过程是影响冶炼效率及未饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀的重要因素. 本文通过高温真空润湿性测试装 置模拟了高炉炉缸区的铁水渗碳反应，分析了不同碳质量分数（3.8%、4.3%、4.8%）的 Fe−C 熔体与质量分数为 99.9% 的石墨 基体在高温下界面间的润湿反应，同时利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究了渗碳界面的微观形貌及渗碳距离. 结果表 明：界面接触角随着 Fe−C 熔体中碳含量的增加而变大；熔化过程中，接触角随着反应时间延长而减小，并最终趋于稳定； 4.8% 碳质量分数的 Fe−C 熔体中由于含碳量已至饱和，处于不润湿状态. 扫描电镜分析显示，Fe−C 熔体与石墨基体的接触界 面形成了“球帽状”凹陷，凹陷半径与体积随碳含量的增加而减小. 能谱线扫描分析显示，随着 Fe−C 熔体中初始碳含量的增 加，石墨基体中的碳素溶解量减少，渗碳效果变差，良好的润湿性有利于碳的传质. 通过计算表面能发现，石墨基体中碳素溶 解进入 Fe−C 熔体后，有效减小了两者之间的表面能，使得表面张力减小，接触角在熔化期间递减. 关键词    焦炭；润湿行为；接触角；渗碳；表面能 分类号    TF526.1 Interface wetting behavior between iron and coke during the carbon dissolution process in a blast furnace ZHAN Wen-long1) ，ZHU Hao-bin1) ，HE Zhi-jun1) 苣 ，SUN Chong1) ，YU Ying-chang2) ，PANG Qing-hai1) ，ZHANG Jun-hong1) 1) School of Materials and Metallurgy, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China 2) Ansteel Engineering Technology Corporation Limited, Anshan 114021, China 苣 Corresponding author, E-mail: hzhj2002@126.com ABSTRACT    Good gas permeability is an essential factor for the smooth operation and high performance in the lower part of the blast furnace. Under the present low carbon blast furnace smelting conditions, the coke layer is thinner, and the proportion of the molten metal in  the  coke  layer  is  significantly  higher,  resulting  in  a  major  reduction  in  gas  permeability,  which  seriously  affects  blast  furnace operations.  Also,  the  lower  thickness  of  the  coke  layer  weakens  the  process  of  solid-liquid  carbon  dissolution  when  the  molten  iron passes through the coke layer, which reduces the carbon content of the molten iron and further deepens the erosion of the refractory by the  unsaturated  molten  iron.  The  carbon  dissolution  in  the  molten  iron  in  a  blast  furnace  core  was  measured  by  a  high-temperature vacuum wettability test tool that analyzed the interface wetting activity between Fe−C melts with specific carbon mass fraction (3.8%, 4.3%, 4.8%) and 99.9% of high temperatures graphite plates. Besides, the scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used to analyze the graphite substrate’s carburizing morphology and carburizing distances. The results show that,  with  the  increase  of  carbon  content,  the  interface  contact  angle  becomes  bigger.  The  contact  angle  decreases  with  time,  and eventually  reaches  a  steady-state  during  the  melting  process,  and  the  Fe−C  melt  with  saturated  carbon  cannot  be  wet.  The  scanning electron microscopy analysis shows that a spherical cap-like depression is created by a cross-section of the Fe−C melt and the graphite 收稿日期: 2019−09−18 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51604148，51874171，51974154）；辽宁科技大学优秀人才资助项目（2019RC11） 工程科学学报，第 42 卷，第 5 期：595−601，2020 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 5: 595−601, May 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.18.003; http://cje.ustb.edu.cn