Experimental Study for the MgO and MgAl2O4 Solubility in Steelmaking Slag = 제강 슬래그 내 MgO와 MgAl2O4 용해도 실험 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system is one of the most fundamental oxide systems in pyrometallurgy and ceramic applications. In particular, CaO-Al2O3 based slag is widely used in the secondary steel refining process owing to its high sulfide capacity and effectiveness in oxide inclusion control in liuqid steel. Magnesia, alumina and spinel-containing refractories are commonly used in steel ladle and the chemical reaction of refractory and liquid slag is impotant to understand the corrosion of refractory. Therefore, accurate phase diagram and reliable thermodynamic database for the CaO-MgO-Al2O3 system CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system system have been investigated extensively.

In this study, the liquidus of MgO and MgAl2O4 spinel in the CaO-MgO-Al2O3 system were investigated at 1550 to 1650 oC using classical quenching experiments with Pt crucible. In particular, the liquidus of MgAl2O4 spinel in the present study was different from the liquidus reported in the previous study employing MgO or Al2O3 ceramic crucible. The origin of this discrepany was well explained by examining the microstructure of liquid slag in the ceramic crucible experiments. For the first time, the acurate liquidus of MgO and MgAl2O4 in the the CaO-MgO-Al2O3 system were determined in the present study. In addition, the phase diagram in the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system at 1600 oC, in particular, in high CaO and MgO but low SiO2 region.

The experimental results in the present study can be used in future to improve the accuracy of thermodynamic databases for the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system.

국문 초록 (Abstract)

CaO-MgO-Al2O3-SiO2 계는 제철 공정과 세라믹 분야에서 가장 기본적인 산화물 계 중 하나이다. 특히 CaO–Al2O3 계 슬래그는 높은 황화 용량과 우수한 비금속 개재물 제어 성능으로 인해 2차 정련 공정에서 널리 사용된다. 강 ladle에서 사용되는 마그네시아, 알루미나 및 스피넬계 내화물은 액상 슬래그와의 화학 반응을 통해 내화물의 부식 거동에 큰 영향을 미치므로, CaO-MgO-Al2O3 및 CaO-MgO-Al2O3-SiO2 계의 정확한 상평형 자료와 신뢰성 있는 열역학 데이터베이스 구축이 필수적이다.

본 연구에서는 Pt 도가니를 이용한 평형 실험을 통해 1550–1650 도에서 CaO-MgO-Al2O3 계의 MgO 및 MgAl2O4(spinel) 액상선(liquidus)을 규명하였다. 특히 MgO 또는 Al2O3 도가니를 사용하였던 기존 연구와는 다른 액상선이 관찰되었으며, 그 원인은 세라믹 도가니 실험에서 형성된 액상 슬래그의 미세조직 분석을 통해 설명되었다. 본 연구는 CaO-MgO-Al2O3 계에서 MgO 및 MgAl2O4 의 액상선을 제시하였으며, 더 나아가 1600도에서 CaO와 MgO의 비율이 높고 SiO2 가 낮은 조성 영역을 중심으로 CaO-MgO-Al2O3-SiO2 계의 액상 조성을 규명하였다.

본 연구에서 확보한 실험 자료는 향후 CaO-MgO-Al2O3-SiO2 계 열역학 데이터베이스의 정밀도를 향상시키는 데 중요한 기초 자료로 활용될 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Table of contents ii-iii
• List of Figures iv-v
• List of Tables vi
• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1 Reseach objective 1
• 1.2 Thesis Organization 2
• Chapter 2. Phase diagram study of CaO-MgO-Al2O3 system 4
• 2.1 Introduction 4
• 2.2 Literature review 6
• 2.3 Phase diagram experiments 8
• 2.3.1 Starting materials 8
• 2.3.2 Quenching experiments 10
• 2.3.3 Phase characterizations 12
• 2.3.4 Equilibration 13
• 2.4 Experimental results 14
• 2.4.1 Phase diagram study at 1600 oC 15
• 2.4.2 Phase diagram study at 1550 oC and 1650 oC 20
• 2.5 Discussion 21
• 2.6 Conclusion 24
• 2.7 References 26
• Chapter 3. Phase diagram study of CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system 47
• 3.1 Introduction 47
• 3.2 Phase diagram experiments 48
• 3.2.1 Starting materials 49
• 3.2.2 Quenching experiments 50
• 3.2.3 Phase characterization 51
• 3.3 Experimental results and Discussion 52
• 3.4 Conclusion 54
• 3.5 References 56
• Chapter 4. Conclusion 64
• 4.1 Sumamry 64
• 4.2 Original contribution to knowledge 65
• 4.3 Future suggestions 65
• 요약 (국문 초록) i-ii
• Acknowledgement iii