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耐火材料會影響鋼材質量嗎

來源:本站      發布日期:2018-04-10

 

  耐火材料是一種耐高溫的固體材料,在冶金工業中得到了廣泛的應用。根據其化學性質和組成,耐火材料通常可分為酸性耐火材料(石英、矽磚)、半酸性耐火材料(半矽磚)、中性耐火材料(鉻磚、粘土磚、高鋁磚)、堿性耐火材料(鎂磚、鉻鎂磚、白雲石磚、鎂質磚、白雲石和鎂質耐火材料泥漿)等。堿性耐火材料具有耐火材料高、熱穩定性好、抗渣性能好等優點,在冶煉設備中得到了廣泛的應用。在耐火材料轉爐和電爐煉鋼過程中,鋼水會對耐火材料爐襯產生機械衝刷。同時,耐火材料的組成元素溶解於鋼水中,與鋼液發生反應。鋼水對爐襯的機械衝刷以及它們之間的化學反應:一方麵會導致爐襯耐火材料的損壞和腐蝕,另一方麵會影響鋼水和鋼水的質量。在耐火材料冶煉過程中,爐襯耐火材料與鋼水在熔池中的相互作用及其對鋼水質量的影響如下:

  耐火材料脫落引起的鋼水及鋼中非金屬夾雜物

  在煉鋼過程中,耐火磚爐襯被侵蝕後,磚的脫碳層和反應層發生了變化,鬆弛是由於磚的脫碳層和反應層的結構變化引起的。當加入鐵水、散體和廢鋼時,通過鋼水、爐渣、爐氣和機械衝刷,耐火材料脫落,進入鋼液中形成非金屬夾雜物。鋼中非金屬夾雜物的性能與鋼本身的性能有很大的不同.從力學角度看,非金屬夾雜物的存在是鋼的應力集中點,對鋼的強度、剛度和耐久性極限等力學性能有很大的影響。因此,非金屬夾雜物是影響鋼材質量的嚴重缺陷之一。

  耐火材料元素與鋼水中非金屬元素生成非金屬夾雜物的反應

  組成耐火材料的一些元素直接溶解到鋼水中,導致熔池中氧、碳和其他非金屬元素的增加。在一定條件下,鋼液中的非金屬元素相互作用形成非金屬夾雜物。同樣,這也會對鋼水和鋼的質量產生負麵影響。

  目前,耐火材料廣泛應用於轉爐、電爐、連鑄、爐外精煉和鋼包等行業,是20世紀80年代發展起來的新型堿性耐火材料-碳複合材料耐火材料。碳複合材料耐火材料一般含有3%≤30%的碳。在煉鋼過程中,碳的氧化是冶煉過程中的一個重要反應。將鋼水中的含碳量氧化降低到鋼水規格是煉鋼的重要任務之一。耐火材料的脫碳將導致鋼水含碳量的增加和鋼成分的變化,特別是在純鋼和超純鋼的冶煉中,耐火材料的脫碳將對鋼水和鋼的質量產生很大的影響。耐火材料的脫碳機理是冶煉後鋼與耐火材料之間存在一定的液相隔離層。反應物在耐火材料表麵形成固體產物層,使耐火材料的組成元素擴散到鋼水中。但鋼水中的一些元素和氧化物,主要是鋼渣中的FeO,通過耐火磚的反應層進入脫碳層的反應界麵,脫碳反應發生在交界處。因此,鋼水的成分會受到影響。化學反應公式如下:

  固體)=[CO]+Fe渣

  ≤2C(固體)=2[CO]爐氣

  此外,在轉爐和電爐冶煉過程中,應在爐內進行吹氧和脫碳。氧[O2]將熔池中的原子鐵[Fe]氧化成[FeO],溶解在鋼水中的碳[C]與[FeO]接觸氧化。碳氧化後,形成CO氣泡,並通過爐渣層漂浮排放。碳的氧化會影響鋼水中氧等組分的含量。因此,它也會對鋼水和鋼的質量產生一定的影響。[CO]氣泡的漂浮和排放對金屬熔池有很強的攪拌作用,有利於鋼水成分和溫度的均勻化,有利於改善鋼水的化學反應動力學條件。

  耐火材料的脫硫效果有利於提高鋼水質量。

  硫主要以硫化物的形式存在於鋼中。對大多數鋼來說,硫[S]是一種有害元素。其對鋼性能的主要影響是:使鋼產生熱脆化,降低鋼的力學性能和焊接性能等。因此,降低和控製鋼中硫含量對提高鋼材質量具有重要意義。實驗結果表明,耐火材料在高溫下存在一定的液相形成。鋼水與耐火材料之間的液態層通常為矽酸鹽熔體,其組成和結構與礦渣非常相似。因此,它還具有渣的氧化還原、脫硫、磷和夾雜物在鋼水中的吸附作用。耐火材料在熔池中的脫硫原理是,進入耐火材料液相隔離層的硫離子通過液相擴散到耐火材料中,與耐火材料中的[CaO]顆粒發生反應,在[CaO]顆粒表麵形成CaS層。化學反應式為:(CaO)+[S]=(CaS)+[O],表明CaO具有較強的脫硫效果。因此,含MgO-CaO係列的耐火材料具有較強的脫硫效果。

  耐火材料脫磷有利於提高鋼水質量。

  磷主要以磷化鐵的形式存在於鋼中。對大多數鋼來說,磷[p]是一種有害元素。其對鋼性能的主要影響是降低鋼的塑性、韌性、焊接抗力和冷脆性。耐火材料的脫磷效果與礦渣相同。其基本原理是鋼水中的磷被氧化為P2O5。由於P2O5氣體的不穩定性,需要懸浮到渣和鋼水液位,與耐火材料液層中的堿性氧化物反應,形成磷酸鹽,溶解於渣中,使磷從鋼水中排出。化學反應公式如下:

  因此,耐火材料可以從鋼水中去除一定含量的磷,有利於提高鋼水質量。近年來,隨著工業、國防和航天工業的快速發展,人們對優質鋼材的需求越來越高。在冶煉純鋼和其他優質鋼時,必須高度重視和深入研究耐火材料與熔池中鋼水的反應對鋼質量的影響。同時,也為新型淨化鋼水的耐火材料的研製提供了依據。

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