大石橋國弘耐火材料有(yǒu)限公司

長治白雲石質耐(nài)火材料助力潔淨鋼發展

發表時間:2022-06-29 訪問量:55759

徐平坤

以前,從煉鋼工(gōng)藝的角度研究提高鋼的純淨度(dù),沒有(yǒu)考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對(duì)鋼(gāng)水的淨化作用,總是認為耐火材料或多或少地(dì)會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質(鎂鈣質)耐火(huǒ)材料(liào)的理論研究和實際試驗(yàn),得(dé)出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水,反而能淨(jìng)化(huà)鋼水,並且也不汙染環境,在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石(CaCO3·MgCO3)是天然礦(kuàng)物原料,煆燒後的理論組成為w(CaO)58.18%,w(MgO)41.82%,比值為1.93。鎂(měi)鈣質耐火材料主要包括(kuò)白(bái)雲石(shí)質耐火材料、鎂白(bái)雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中,白雲石質耐火材料是(shì)指全部用煆燒或電(diàn)熔(róng)的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料;鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的(de)耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製(zhì)品(pǐn)的(de)高(gāo)溫(wēn)使用性能,MgO含量越(yuè)高,抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強;CaO含量越高,抗高SiO2熔渣的(de)能力越強,高溫蠕變越大(dà),抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好(hǎo),但抗水化(huà)和抗(kàng)FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕(shí)的性能越差。因此,應該根據爐外精煉等熱(rè)工設備的不同(tóng)部位使用條件,合理選擇鎂鈣質耐(nài)火材料中的w(CaO)/w(MgO)。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影(yǐng)響

潔淨鋼(gāng)、特殊鋼等對(duì)鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及(jí)SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格(gé),需要(yào)爐外精煉除去鋼中雜質及(jí)夾雜物以及脫氣、調整化學成分(fèn)和均勻化(huà)等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO,易與鋼水中的S、P等雜質反應,使其轉移到爐渣中,具有除(chú)去雜質(zhì)、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧(yǎng)勢很低,鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼,是(shì)爐外精煉冶煉潔淨鋼(gāng)、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來,為了淨化(huà)鋼水、延長爐(lú)襯壽命、降低耐火材料(liào)消耗,研究人員對白雲石質耐火(huǒ)材料進(jìn)行了許(xǔ)多(duō)試驗研究,取得了很好的結果。

MgO在(zài)真空條件下容易揮發,而CaO對MgO的揮發性是(shì)有影響的,含有10%~20%CaO(摩爾分(fèn)數)就可使(shǐ)MgO相對揮發性大大(dà)降低。因此,MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料,在高溫真空條件下使(shǐ)用(yòng)比(bǐ)純(chún)MgO質耐火材料更合適。

鋼水(shuǐ)中的脫S反應中,要(yào)使鋼水S含量低,熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣,並且(qiě)鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含(hán)量低,就要選擇氧勢(shì)盡可(kě)能低的耐火材料,Mg與Ca在高溫下以氣態存在,在鋼(gāng)水中的(de)溶解度很小,而CaO的氧勢也很小,因此,精煉設備應該(gāi)選用鎂鈣質耐(nài)火材料。溫(wēn)度升高不利於脫P,但鋼包中采用(yòng)CaO含(hán)量高即堿度高的熔渣有利脫P,因(yīn)此,用CaO含量高的鎂鈣質(zhì)耐火材料(liào)同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性(xìng)高、抗渣滲透性好,特別是熔渣中SiO2滲入會(huì)與(yǔ)MgO-CaO耐火材料(liào)中的CaO反應生成高熔(róng)點化合物C2S或C3S,形成保護(hù)層(céng),從(cóng)而抑製(zhì)熔渣的滲透。

關於H含量的問題(tí),采用真空精煉,其H主要來自熔渣或精(jīng)煉設備內襯耐火材料的水分及有(yǒu)機添加物。熱力學分析認為:要在1200℃下長期烘烤,充分排除其(qí)中的水分,就不存在鋼水中氫(H)含(hán)量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐(nài)火材料對鋼中氧含(hán)量的影響:王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高,具(jù)有很低的氧平衡分壓,在鋼水中的溶解度很小,被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料(liào)對鋼中S的影響:田琳等人試驗研(yán)究鎂鈣磚(zhuān)與鋼(gāng)水中S的反應,檢驗鎂鈣質(zhì)耐火材料的脫S效果。結果表明:在1600℃下,反應45min時,脫S效果更好,脫S率達70.12%;超過45min,脫S率降低,出現“回S”現象。為了使鋼包(bāo)獲得有效的脫S效(xiào)果,使用白雲石質鋼包內襯(chèn)是(shì)很必要的,這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯(chèn)的再氧化能力,另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致(zhì)耐火材料的過度消耗。

耐(nài)火材料對鋼中P含量的影響:匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中(zhōng)P含量的影響。實驗(yàn)結果表明:當(dāng)澆注料中w(CaO)為25%時,鋼中P含量大幅度降低,由原始的0.1%降低到0.01%,進一步提高CaO含量,鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影(yǐng)響:實驗(yàn)表明,使用含C耐火材料,鋼水顯著增C,當同一製品第二次使用時,鋼水(shuǐ)僅(jǐn)發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含(hán)量的影響:耐火材料中(zhōng)的水分(fèn)以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連(lián)鑄過程中,鋼包和(hé)中間包係(xì)統中使用保護(hù)套管保護(hù)主流時,有機(jī)粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤(kǎo),能有效地降低(dī)鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影(yǐng)響:傳統耐火材料N含量很低,近年來氮化物在耐火(huǒ)材料中應用受到關注,如Sialon分(fèn)解對鋼水(shuǐ)造成增N。更大的(de)增N量在鋼(gāng)包與中間(jiān)包之間,保護套管非常重要,連鑄的(de)增N點就是長水口保(bǎo)護,此處增N可達(15~30)×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物(wù)的影響:田琳等人研究了鎂鈣(gài)、鎂鋁、鎂鉻耐(nài)火材料對管線(xiàn)鋼鋼(gāng)水(shuǐ)潔淨化的影響,實驗(yàn)表(biǎo)明:在反應30min的情況下,隻有鎂鈣質耐(nài)火材料能去除(chú)鋼水中的(de)夾雜物(wù),其(qí)餘的堿(jiǎn)性耐火材料均(jun1)使鋼(gāng)水(shuǐ)夾雜物(wù)數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反(fǎn)應,如CaO與Al2O3反(fǎn)應生成(chéng)Ca12Al4O3的複合化合物,熔點約為1400℃左右,可有效地去除鋼(gāng)中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質(zhì)耐火材料表麵,形成保護層,或者從鎂鈣質耐火材(cái)料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中;在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越(yuè)高,吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗(kàng)侵蝕性能:梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶(yě)煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結(jié)果得出,CaO含量高的白雲石磚抗高堿度(dù)的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白(bái)雲石磚基質部分致密程度高,較不(bú)燒(shāo)白雲(yún)石磚具有更(gèng)好的抗高(gāo)堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐(lú)渣對三種磚的(de)侵蝕和滲透比(bǐ)高堿(jiǎn)度渣嚴重得多(duō)。相對而言(yán),燒(shāo)成的(de)鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵(qīn)蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚,CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的(de)鎂(měi)鈣(gài)磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿(jiǎn)度熔(róng)渣的侵蝕和滲透能力,這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S,使材料表層致密化而有效抑製熔渣(zhā)的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力,主(zhǔ)要是熔渣對基質的(de)強溶蝕並滲透作用。

長治鎂磚之鎂鈣碳磚(zhuān)的性(xìng)能及抗侵蝕的研究

鎂鈣(gài)碳磚主要性能:MgO—CaO—C磚較(jiào)燒(shāo)成(chéng)鎂鈣(gài)磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外(wài),鎂鈣碳磚比鎂(měi)碳磚具有更好的真空穩定(dìng)性、抗熱震性。鎂(měi)鈣(gài)碳磚的性能(néng)同(tóng)時取決於CaO及C的含量。CaO含(hán)量越高,抗剝落性能越好,淨化鋼水(shuǐ)的效果也越好;C含量越高,抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究:崔淑賢(xián)等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和(hé)終期渣分別對(duì)鎂鈣碳磚及鎂碳磚的(de)侵蝕進行實驗。實驗結果(guǒ)表明:初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%,是因為MgO—C磚(zhuān)產生結構剝(bāo)落,蝕損最嚴重;MgO—CaO—C磚的侵蝕較(jiào)輕,是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層(céng);可(kě)是中期渣和(hé)終期渣,MgO—CaO—C磚的蝕(shí)損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%,因為其在高溫中及被渣(zhā)中∑FeO溶解(jiě),所以(yǐ)比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好,抗酸性熔渣能力強;而(ér)且(qiě)磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等,適合冶(yě)煉鋼的電爐爐襯。

白雲石(shí)質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有(yǒu)害(hài)成分(S、P、O、H、N)含量非常少,非金屬夾(jiá)雜物不僅數量少,而且尺寸很小和形態得到控製,合金元素成分精準並且分布均勻,使鋼材具有高性能(néng)、高品質。在鋼水從冶煉到精煉(liàn)的整個過(guò)程中,耐(nài)火材料始終與鋼水接觸,一般耐火材料對鋼(gāng)水或多或少總有些汙染,唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水,除去(qù)鋼中的非金屬(shǔ)夾雜物,而且不汙染環境(jìng)。


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