耐火材料與熔池中鋼水反應(yīng)對(duì)鋼材質(zhì)量的影響
瀏覽次數(shù)：1202 發(fā)布日期：2017年2月25日
在冶煉純凈鋼等優(yōu)質(zhì)鋼材時(shí)就必須高度重視和深入研究耐火材料與熔池中鋼水之間的反應(yīng)對(duì)鋼質(zhì)量造成的影響。同時(shí)也為研發(fā)能夠?qū)︿撍鸬絻艋饔玫男滦湍突鸩牧咸峁┮罁?jù)。耐火材料是一種能夠抵抗高溫作用的固體材料，廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)和成份的不同，耐火材料通常可分為：酸性耐火材料(石英、硅磚)；半酸性耐火材料(半硅磚)；中性耐火材料(陶瓷纖維、粘土磚、高鋁磚)；堿性耐火材料(鎂磚、鉻鎂磚、鎂鋁磚、白云石磚、鎂砂、白云石及鎂質(zhì)耐火泥)等。
堿性耐火材料由于具有耐火度高、熱穩(wěn)定性好、抗渣性好等優(yōu)良特性，目前被廣泛應(yīng)用于冶煉設(shè)備中。在轉(zhuǎn)爐與電爐煉鋼過程中，鋼水對(duì)爐襯耐火材料會(huì)產(chǎn)生機(jī)械沖刷，與此同時(shí)構(gòu)成耐火材料的組成元素溶解到鋼水中并與鋼水之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鋼水對(duì)爐襯的機(jī)械沖刷以及二者之間的化學(xué)反應(yīng)：一方面導(dǎo)致爐襯耐火材料的受損與侵蝕；另一方面會(huì)對(duì)鋼水及鋼材的質(zhì)量產(chǎn)生影響。在鋼的冶煉過程中，爐襯耐火材料與熔池中鋼水的相互作用以及因此而引起對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量的影響主要有以下幾方面：
耐火材料的脫硫作用有利于提高鋼水及鋼材質(zhì)量
硫在鋼中多以硫化物的形式存在，對(duì)絕大多數(shù)鋼而言，硫[Ｓ]是有害元素。它對(duì)鋼材性能的主要影響：使鋼材產(chǎn)生熱脆、減低鋼的力學(xué)性能及焊接性能等。因此，減小和控制鋼中硫的含量，對(duì)于提高鋼材質(zhì)量具有很大益處。實(shí)驗(yàn)研究表明，在高溫下，耐火材料的內(nèi)部有一定的液相生成。介于鋼水熔液與耐火材料之間的液相層，通常為硅酸鹽熔體，它的組成、結(jié)構(gòu)與熔渣十分相似。因此，也具有熔渣的氧化還原；脫硫、磷以及吸附鋼液中夾雜物的作用。
耐火材料對(duì)熔池中鋼水的脫硫原理為：進(jìn)入耐火材料液相隔離層中的硫離子通過液相向耐火材料內(nèi)擴(kuò)散，與耐火材料中的[ＣａＯ]顆粒反應(yīng)，在[ＣａＯ]顆粒表面生成ＣａＳ層。其化學(xué)反應(yīng)式為：(ＣａＯ)+[Ｓ]=(ＣａＳ)+[Ｏ]這表明ＣａＯ具有較強(qiáng)的脫硫作用。因此，在含有ＭｇＯ-ＣａＯ系列的耐火材料具有較強(qiáng)的脫硫作用。
耐火材料的脫磷作用有利于提高鋼水及鋼材的質(zhì)量
磷在鋼中多以磷化鐵的形式存在，對(duì)絕大多數(shù)鋼而言，磷[ｐ]是有害元素。它對(duì)鋼材性能的主要影響：降低鋼的塑性、韌性、耐焊接性能以及使鋼材產(chǎn)生冷脆等。耐火材料的脫磷作用與熔渣脫磷作用相同?；驹頌椋轰撍械牧籽趸桑?Ｏ5。由于Ｐ2Ｏ5氣體不穩(wěn)定，須上浮到渣與鋼水的液面與耐火材料液相層中提供的堿性氧化物反應(yīng)生成磷酸鹽溶入渣中，從而使磷從鋼水中排出。其化學(xué)反應(yīng)式為：
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5[Fe]
因此，耐火材料能夠脫除鋼水中磷的一定含量，從而有利于提高鋼水與鋼材的質(zhì)量。
耐火材料脫落使鋼水及鋼材中產(chǎn)生非金屬夾雜
在煉鋼過程中，爐襯耐火磚受到侵蝕后，磚的脫碳層和反應(yīng)層發(fā)生結(jié)構(gòu)變化引起松弛。受熔融鋼水、爐渣、爐氣以及兌入鐵水和加入散料、廢鋼時(shí)的機(jī)械沖刷，使得耐火材料脫落并卷入鋼溶液中，形成非金屬夾雜。鋼材中的非金屬夾雜物與鋼材本身的性能有很大差別。從力學(xué)角度分析，非金屬夾雜物的存在部位是鋼材的應(yīng)力集中點(diǎn)，對(duì)鋼材的強(qiáng)度、剛度以及持久很限等力學(xué)性能都有很大影響。因此，非金屬夾雜是影響鋼材質(zhì)量的嚴(yán)重缺陷之一。
耐火材料的構(gòu)成元素與鋼水中非金屬元素之間相互反應(yīng)產(chǎn)生非金屬夾雜物
構(gòu)成耐火材料的一些元素，直接溶解到鋼水中，使得熔池中的氧、碳及其他非金屬元素增加。在一定條件下，鋼水中非金屬元素之間相互反應(yīng)生成非金屬夾雜物。同理也會(huì)對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量造成不利影響。
耐火材料的增碳對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量的影響
目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐、電爐、連鑄、爐外精煉以及鋼包中的耐火材料，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一類較為新型的堿性耐火材料——碳復(fù)合耐火材料。碳復(fù)合耐火材料中一般含有3%～30%的碳。在煉鋼過程中，碳的氧化反應(yīng)是冶煉過程的重要反應(yīng)。把鋼水中的含碳量氧化降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格內(nèi)，是煉鋼的重要任務(wù)之一。而耐火材料的脫碳會(huì)造成鋼水中碳的含量增加改變鋼的組成，尤其在冶煉純凈鋼、很純凈鋼時(shí)，耐火材料的脫碳會(huì)對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。耐火材料的脫碳機(jī)理為：當(dāng)冶煉進(jìn)行的一定程度后，鋼與耐火材料之間存在一定的液相隔離層。反應(yīng)物在耐火材料表面形成一個(gè)固相產(chǎn)物層，耐火材料中的組成元素穿過該層擴(kuò)散到鋼水中。而鋼水中的一些元素和氧化物，主要是鋼渣中的(ＦｅＯ)穿過耐火磚的反應(yīng)層到達(dá)脫碳層反應(yīng)界面，二者在相會(huì)處發(fā)生脫碳反應(yīng)。因而，影響鋼水的成分。
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