月夜直播APP夜月_夜月视频直播_夜月直播APP下载_YY22TV夜月直播APP

耐火材料與鋼液反應(yīng)

鋼中的總氧含量T[O]包括溶解氧S[O]和氧化物夾雜中的氧i[O]。耐火材料主要由氧化物構(gòu)成，煉鋼條件下，Al2O3、SO2、Cr2O3等高氧勢(shì)氧化物的溶解或分解可導(dǎo)致鋼中增氧，進(jìn)而與脫氧(合金)元素反應(yīng)形成氧化物夾雜，研究表明，耐火材料中氧化物組分分解產(chǎn)生的平衡氧分壓較鋼中的更大，這是鋼中增氧的一個(gè)重要原因，但MgO、CaO可降低鋼中的總氧含量。

碳復(fù)合耐火材料利用石墨的特性，具有優(yōu)異的抗熱震性、抗渣性等高溫性能，但對(duì)鋼有增碳作用，耐火材料中碳含量越高，對(duì)鋼液的增碳量越大，但隨著與鋼水接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，其對(duì)鋼水的增碳速率逐漸減小。MgO-C耐火材料與鋼液接觸的脫碳方式為溶解脫碳，鋼中碳含量隨時(shí)間的變化符合指數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律。研究了MgO-Al2O3-SiC澆注料對(duì)鋼中增碳的影響，表明其對(duì)鋼液也產(chǎn)生了較嚴(yán)重的增碳作用，而不宜用作超低碳鋼冶煉用耐火材料。

鎂碳質(zhì)耐火材料在高溫下發(fā)生還原反應(yīng)，生成CO和[Mg]并向鋁鎮(zhèn)靜鋼液擴(kuò)散，破壞了耐火材料結(jié)構(gòu)。[Mg]與鋼中Al2O3反應(yīng)形成MgO·Al2O3夾雜物，既降低了耐火材料的使用壽命又影響了鋼液的潔凈度。

通過結(jié)合顯微觀察和熱力學(xué)計(jì)算表明，鎂碳質(zhì)耐火材料與鋼液反應(yīng)可形成富MgO界面層，其厚度及化學(xué)組成與鋼液成分及冶煉時(shí)間有關(guān)。對(duì)于鋁碳質(zhì)耐火材料，結(jié)合薄膜法和熱力學(xué)計(jì)算研究了其與鋁鎮(zhèn)靜鋼之間的作用，表明耐火材料-鋼界面反應(yīng)首先會(huì)形成富FeO液相層，然后其中的FeO和SiO2逐步被鋼中的Al還原轉(zhuǎn)變成富Al2O3的界面層，以上過程均與界面氧活度有密切關(guān)聯(lián)?；跓崃W(xué)計(jì)算探究了鋁碳質(zhì)耐火材料與鋼液反應(yīng)界面Al2O3層的形成機(jī)理，研究表明，該界面層主要是碳熱還原反應(yīng)及Al2O3和C向鋼中的部分溶解反應(yīng)冉沉淀而形成的。研究表明，當(dāng)碳和鋼液同時(shí)存在時(shí)，Al2O3會(huì)因碳熱還原反應(yīng)而消耗，并在原位產(chǎn)生孔隙，導(dǎo)致鋼液的滲透。含氧化硅的鋁碳質(zhì)耐火材料與低碳鋼之間的反應(yīng)，表明在還原碳的作用下，耐火材料中SiO2反應(yīng)生成CO(g)和SiO(g)，再與脫氧合金(Al或Ti)反應(yīng)生成Al2O3或Ti3O5膜，阻礙CO(g)和SiO(g)的擴(kuò)散，從而抑制耐火材料與鋼液的進(jìn)一步反應(yīng)和滲透鎂鈣系尤其是高鈣質(zhì)堿性耐火材料因具有較低氧勢(shì)、脫磷脫硫的能力而被應(yīng)用于潔凈鋼冶煉。堿性耐火材料的脫磷機(jī)理如下：

2[P]+5[O]+3(O2-)=2(PO4)3-(1)

2[P]+5[O]+3(CaO)=Ca3(PO4)2(2)

2[P]+5[O]+3(MgO)=Mg3(PO4)2(3)

鋼液中的磷被氧化后，其氧化產(chǎn)物被耐火材料中的CaO/MgO組分轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的Ca3(PO4)2/Mg3(PO4)2，磷酸鹽相進(jìn)入渣或耐火材料中，從而避免了回磷，實(shí)現(xiàn)了脫磷的作用。當(dāng)CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到25%時(shí)，即可起到明顯的脫磷作用。進(jìn)一步提高CaO含量可一定程度上提高脫磷率，但提高的幅度不大。研究表明，鋼中硫含量的高低與耐火材料中氧化物及復(fù)合氧化物的氧勢(shì)高低有關(guān)，即鋼液中硫含量及鋼液中溶解氧的含量同耐火材料氧化物的氧勢(shì)高低具有相同的規(guī)律。熔融鋼鐵中的硫是以硫元素的形式存在的，脫硫反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，即[S]+2e-=S2-，[S]+(O2-)=(S2-)+[O]，其中O2-可以由渣中的氧化物提供。堿性耐火材料中的CaO對(duì)熔融金屬的脫硫起到關(guān)鍵的作用。研究了含鈣耐火材料與鋁鎮(zhèn)靜鋼之間的作用，結(jié)果表明，鈣鹽與氧化鋁反應(yīng)會(huì)生成鍆酸鈣低熔點(diǎn)相，還能抑制中間包水口結(jié)瘤。但鑒于氧化鈣極易水化阻礙其應(yīng)用，采用了石灰石原位分解的含氧化鈣耐火材料，但研究表明其中的石灰石高溫分解產(chǎn)生的CO2會(huì)與鋼中的Mn發(fā)生反應(yīng)，引起鋼中增氧和增碳。

目前，鋁鎂系無碳耐火材料是精煉鋼包熔池主流耐火材料。研究表明，鎂鋁耐火材料會(huì)增加鋼中鋁含量，鎂鉻耐火材料增加鋼中磷、硫含量。研究發(fā)現(xiàn)，鎂質(zhì)耐火材料與鋁脫氧鋼反應(yīng)，材料中的MgO也會(huì)溶解于鋼中生成[Mg]和[O]，并與脫氧劑Al反應(yīng)，進(jìn)而形成MgO·Al3O3尖晶石。研究了1600℃下氧化鋁質(zhì)耐火材料和鋁脫氧軸承鋼的界面反應(yīng)，表明鋼中元素對(duì)耐火材料-鋼液反應(yīng)影響較大，F(xiàn)e，Mn，Si會(huì)在耐火材料-鋼液界而氧化，并結(jié)合耐火材料中的Al2O3形成Mn0-SiO2-Al2O3液相，破壞了耐火材料的結(jié)構(gòu)，致使耐火材料損毀，影響鋼液潔凈度。研究表明，在較高蒸氣壓下，熔融鋼水中的錳轉(zhuǎn)變成錳蒸氣并擴(kuò)散到氧化鋁質(zhì)耐火材料內(nèi)部，形成MnO·Al2O3尖晶石，破壞原始耐火材料結(jié)構(gòu)，降低了耐火材料的使用壽命。隨著溫度的升高，鋼中錳轉(zhuǎn)變成鋁酸錳并與Si反應(yīng)轉(zhuǎn)變成硅鋁酸錳，取代鋼-耐火材料界面原來的硅酸鹽，加速耐火材料的蝕損。采用試驗(yàn)結(jié)合熱力學(xué)分析研究表明，高鋁質(zhì)、鋁鎂質(zhì)耐火材料等與鋼液反應(yīng)，生成氧化物液相層，會(huì)黏附在耐火材料表面或者進(jìn)入鋼液中形成新的夾雜物。

此外，耐火材料中的水分以及所使用的有機(jī)粘結(jié)劑都會(huì)對(duì)鋼液中的氫含量產(chǎn)生顯著影響，對(duì)鋼包和中間包預(yù)熱烘烤可以有效降低鋼液的吸氫量。耐火材料中的氮化物或漏氣還會(huì)導(dǎo)致鋼液增氮。同時(shí)，耐火材料與熔融鋼液界面上形成的液相可以吸附鋼中的夾雜，從而提高鋼的質(zhì)量。