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耐火材料会影响钢材质量吗

来源:本站      发布日期:2018-04-10

 

  耐火材料是一种耐高温的固体材料,在冶金工业中得到了广泛的应用。根据其化学性质和组成,耐火材料通常可分为酸性耐火材料(石英、硅砖)、半酸性耐火材料(半硅砖)、中性耐火材料(铬砖、粘土砖、高铝砖)、碱性耐火材料(镁砖、铬镁砖、白云石砖、镁质砖、白云石和镁质耐火材料泥浆)等。碱性耐火材料具有耐火材料高、热稳定性好、抗渣性能好等优点,在冶炼设备中得到了广泛的应用。在耐火材料转炉和电炉炼钢过程中,钢水会对耐火材料炉衬产生机械冲刷。同时,耐火材料的组成元素溶解于钢水中,与钢液发生反应。钢水对炉衬的机械冲刷以及它们之间的化学反应:一方面会导致炉衬耐火材料的损坏和腐蚀,另一方面会影响钢水和钢水的质量。在耐火材料冶炼过程中,炉衬耐火材料与钢水在熔池中的相互作用及其对钢水质量的影响如下:

  耐火材料脱落引起的钢水及钢中非金属夹杂物

  在炼钢过程中,耐火砖炉衬被侵蚀后,砖的脱碳层和反应层发生了变化,松弛是由于砖的脱碳层和反应层的结构变化引起的。当加入铁水、散体和废钢时,通过钢水、炉渣、炉气和机械冲刷,耐火材料脱落,进入钢液中形成非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物的性能与钢本身的性能有很大的不同.从力学角度看,非金属夹杂物的存在是钢的应力集中点,对钢的强度、刚度和耐久性极限等力学性能有很大的影响。因此,非金属夹杂物是影响钢材质量的严重缺陷之一。

  耐火材料元素与钢水中非金属元素生成非金属夹杂物的反应

  组成耐火材料的一些元素直接溶解到钢水中,导致熔池中氧、碳和其他非金属元素的增加。在一定条件下,钢液中的非金属元素相互作用形成非金属夹杂物。同样,这也会对钢水和钢的质量产生负面影响。

  目前,耐火材料广泛应用于转炉、电炉、连铸、炉外精炼和钢包等行业,是20世纪80年代发展起来的新型碱性耐火材料-碳复合材料耐火材料。碳复合材料耐火材料一般含有3%≤30%的碳。在炼钢过程中,碳的氧化是冶炼过程中的一个重要反应。将钢水中的含碳量氧化降低到钢水规格是炼钢的重要任务之一。耐火材料的脱碳将导致钢水含碳量的增加和钢成分的变化,特别是在纯钢和超纯钢的冶炼中,耐火材料的脱碳将对钢水和钢的质量产生很大的影响。耐火材料的脱碳机理是冶炼后钢与耐火材料之间存在一定的液相隔离层。反应物在耐火材料表面形成固体产物层,使耐火材料的组成元素扩散到钢水中。但钢水中的一些元素和氧化物,主要是钢渣中的FeO,通过耐火砖的反应层进入脱碳层的反应界面,脱碳反应发生在交界处。因此,钢水的成分会受到影响。化学反应公式如下:

  固体)=[CO]+Fe渣

  ≤2C(固体)=2[CO]炉气

  此外,在转炉和电炉冶炼过程中,应在炉内进行吹氧和脱碳。氧[O2]将熔池中的原子铁[Fe]氧化成[FeO],溶解在钢水中的碳[C]与[FeO]接触氧化。碳氧化后,形成CO气泡,并通过炉渣层漂浮排放。碳的氧化会影响钢水中氧等组分的含量。因此,它也会对钢水和钢的质量产生一定的影响。[CO]气泡的漂浮和排放对金属熔池有很强的搅拌作用,有利于钢水成分和温度的均匀化,有利于改善钢水的化学反应动力学条件。

  耐火材料的脱硫效果有利于提高钢水质量。

  硫主要以硫化物的形式存在于钢中。对大多数钢来说,硫[S]是一种有害元素。其对钢性能的主要影响是:使钢产生热脆化,降低钢的力学性能和焊接性能等。因此,降低和控制钢中硫含量对提高钢材质量具有重要意义。实验结果表明,耐火材料在高温下存在一定的液相形成。钢水与耐火材料之间的液态层通常为硅酸盐熔体,其组成和结构与矿渣非常相似。因此,它还具有渣的氧化还原、脱硫、磷和夹杂物在钢水中的吸附作用。耐火材料在熔池中的脱硫原理是,进入耐火材料液相隔离层的硫离子通过液相扩散到耐火材料中,与耐火材料中的[CaO]颗粒发生反应,在[CaO]颗粒表面形成CaS层。化学反应式为:(CaO)+[S]=(CaS)+[O],表明CaO具有较强的脱硫效果。因此,含MgO-CaO系列的耐火材料具有较强的脱硫效果。

  耐火材料脱磷有利于提高钢水质量。

  磷主要以磷化铁的形式存在于钢中。对大多数钢来说,磷[p]是一种有害元素。其对钢性能的主要影响是降低钢的塑性、韧性、焊接抗力和冷脆性。耐火材料的脱磷效果与矿渣相同。其基本原理是钢水中的磷被氧化为P2O5。由于P2O5气体的不稳定性,需要悬浮到渣和钢水液位,与耐火材料液层中的碱性氧化物反应,形成磷酸盐,溶解于渣中,使磷从钢水中排出。化学反应公式如下:

  因此,耐火材料可以从钢水中去除一定含量的磷,有利于提高钢水质量。近年来,随着工业、国防和航天工业的快速发展,人们对优质钢材的需求越来越高。在冶炼纯钢和其他优质钢时,必须高度重视和深入研究耐火材料与熔池中钢水的反应对钢质量的影响。同时,也为新型净化钢水的耐火材料的研制提供了依据。

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