钢包用含碳耐火材料的侵蚀机理研究 | 技术前沿
01. 前言概述
耐火材料的侵蚀机理与熔渣的粘度、温度及与耐火材料的反应速度有关。熔渣在钢包时间长,含碳耐火材料的损坏程度较大;熔渣主要通过耐火材料中的气孔渗透和液相渗透,使此材料的结构组成发生变化,导致产生剥落,加快耐火材料的损毁。因此,耐火材料的损蚀程度与其结构组织,性能的不同而有所不同,进而影响钢包使用寿命。
钢包用含碳耐火材料(镁碳砖、铝镁砖、低碳镁碳砖)的损毁首先由于碳的氧化。形成脱碳层,导致结构疏松,强度下降,经过熔渣的物理冲刷,材料逐渐被侵蚀脱落。钢渣对镁碳砖的侵蚀机理,国内外研究一般认为主要原因是渣对MgO的溶解和碳的氧化。
02. 熔渣对镁碳砖的侵蚀
镁碳砖的侵蚀主要是由于碳的氧化和镁砂的溶蚀,他们之间互相联系,互相影响。
①炉渣碱度对侵蚀性作用非常明显,当碱度升高时,FeO活度降低,熔渣对耐火材料的侵蚀速率变慢。
②镁砂的损毁也与熔渣侵蚀程度相关;Osborn等人发现LF炉渣线砖反应层中MgO含量较高,而MgO含量低的炉渣侵蚀程度较大,随着碱度降低,熔蚀加重。
③渣中Al2O3含量的增多,使渣的熔点降低,生成的铝酸盐会沿着气孔和裂纹进入到材料内部,从而破坏砖的结构。
④镁铁砖里的MgO能固溶渣中的FeO,生成镁富氏体。国外研究认为砖的侵蚀程度与Fe总有关。图1为镁碳砖的侵蚀速度与熔渣氧化铁浓度(Fe总)的关系。
图1镁碳砖的侵蚀速度与Fe总的关系
03. 镁碳砖的碳氧化与气孔的影响
镁碳砖的工作面由于与熔渣接触,空气中的O2和渣中的氧化物等会对碳进行氧化,表面形成脱碳层,熔渣液相在高温下渗入脱碳层的气孔或裂纹中,使砖表面结构发生变化,在熔渣的物理冲刷下发生脱落,致使镁碳砖的毁坏。镁碳砖中的开口气孔对砖的损毁有重要影响。
镁碳砖中的C主要通过气孔使其氧化,加快了熔渣的侵蚀。开口气孔的存在使得空气进入,空气中的O2与C反应生成CO,使气孔率变大;同时,镁碳砖使用的酚醛树脂结合剂在高温下会分解产生气孔排出,同样会造成气孔率增加,不利于砖的抗侵蚀性,促进了碳的氧化和熔渣与对镁砂的侵蚀,造成镁碳砖表面结构变得疏松发生脱落,降低砖的使用寿命。