大石橋國弘耐火材料有限公司

昌(chāng)邑白雲石質耐火(huǒ)材料助力潔淨鋼(gāng)發展

發(fā)表時間:2022-06-29 訪問(wèn)量:55678

徐平坤

以前,從煉鋼工(gōng)藝的角度研究提高鋼的純淨度,沒有考慮與鋼水直(zhí)接(jiē)接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用,總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過(guò)對白雲石(shí)質(zhì)(鎂鈣質)耐火材料的理論(lùn)研究和實際試驗,得出(chū)鎂鈣質材料不但不汙染鋼水,反而能淨化鋼水,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(yǔ)鎂鈣質耐火材料(liào)的特征

白雲石(CaCO3·MgCO3)是天然礦物原料(liào),煆燒後的理論組成為w(CaO)58.18%,w(MgO)41.82%,比值為1.93。鎂鈣(gài)質(zhì)耐火材(cái)料(liào)主要(yào)包括白雲(yún)石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂(měi)鈣質耐火材料。

其(qí)中,白雲石質(zhì)耐火材(cái)料是指全部用煆燒或電熔的(de)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(yǔ)白雲石合(hé)成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣(gài)質(zhì)製品的高溫使用性能,MgO含量越高,抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強;CaO含量越高,抗高SiO2熔渣的能力越強,高溫蠕變越大,抗剝落(luò)性(xìng)能和脫硫、脫磷的效果越好,但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕(shí)的性能越差。因此,應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件(jiàn),合(hé)理選擇(zé)鎂鈣質耐(nài)火材料中的w(CaO)/w(MgO)。

白雲石(shí)質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對(duì)鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等(děng)元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格,需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣(qì)、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料(liào)中(zhōng)的(de)遊離CaO,易與鋼水中的(de)S、P等雜質反應(yīng),使其轉移到爐渣中,具有除去雜質、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(hé)用於(yú)冶煉(liàn)低氧鋼,是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純(chún)淨鋼(gāng)、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來,為了(le)淨化鋼水、延(yán)長爐襯壽命、降低耐火(huǒ)材(cái)料消耗,研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究,取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發,而CaO對MgO的揮發性是有影響的(de),含有10%~20%CaO(摩爾分數)就可使MgO相對揮發性大大降低。因此(cǐ),MgO質材料中加(jiā)入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料,在(zài)高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中,要使鋼水S含量低,熔渣必須是CaO含量高(gāo)的高堿度渣,並且鋼水(shuǐ)中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低,就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料,Mg與Ca在高溫下以氣態存在,在鋼水中(zhōng)的溶解度很小,而CaO的氧勢也很小,因此,精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P,但鋼(gāng)包中采(cǎi)用(yòng)CaO含量(liàng)高即堿度高的熔(róng)渣(zhā)有利脫P,因此,用CaO含(hán)量(liàng)高的鎂鈣質耐(nài)火材料同樣(yàng)也有利脫P。

鎂鈣質耐火材(cái)料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好,特別是熔渣中SiO2滲入會(huì)與MgO-CaO耐火材料中(zhōng)的CaO反應生成高熔點化合物C2S或(huò)C3S,形成保護層(céng),從而(ér)抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題,采用真空精煉,其H主要來自熔渣或(huò)精煉設備內襯耐火材料的(de)水分及有(yǒu)機添加物。熱力學分析認為:要(yào)在1200℃下長期烘烤,充分排除其中(zhōng)的水分(fèn),就不存在鋼(gāng)水中(zhōng)氫(H)含量增高問題。

鎂鈣質(zhì)耐火材料對鋼水性能(néng)的影響

耐火材料對鋼中氧含(hán)量的(de)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,具有很低的氧平衡分壓,在鋼水中的溶解度很(hěn)小,被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐(nài)火材料對鋼中S的影響:田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水(shuǐ)中S的反應(yīng),檢驗鎂鈣質耐(nài)火材料的脫S效果。結果表明:在1600℃下(xià),反應45min時,脫S效果更好,脫(tuō)S率達70.12%;超過45min,脫S率降低,出現“回S”現象。為了使鋼包獲(huò)得有(yǒu)效的脫S效果(guǒ),使用白雲石質鋼包(bāo)內襯是很必要的(de),這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再(zài)氧化能力,另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響:匡加才研(yán)究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明(míng):當澆注料中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(xiǎo)幅度降低。

耐火材(cái)料對(duì)鋼水碳含量的影響(xiǎng):實驗表明,使用含C耐火材料,鋼水顯著增C,當同(tóng)一製品第二次使用時,鋼(gāng)水僅發生輕微增(zēng)C。

耐(nài)火材料對鋼中H(氫)含量的影響:耐火材料中的水(shuǐ)分以及其中的有機粘(zhān)結劑會對(duì)鋼(gāng)水中的H含量(liàng)產生顯著影響(xiǎng)。連鑄過程中,鋼包和中間(jiān)包係統中使用保護套管保護主流時,有機粘結(jié)劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤,能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料(liào)對鋼中N(氮)含量的影響:傳統耐火材料N含量很(hěn)低,近年來氮化(huà)物在耐火材料中應用受到關(guān)注,如(rú)Sialon分解對鋼水造成增(zēng)N。更大的增N量在鋼包(bāo)與中間包之間,保護套(tào)管非常重要,連鑄的增N點就(jiù)是長(zhǎng)水口保(bǎo)護,此處增N可達(dá)(15~30)×10-6。

耐火(huǒ)材(cái)料對鋼水(shuǐ)中夾雜物的影響:田琳等人(rén)研究了鎂鈣、鎂(měi)鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔(jié)淨化的影響(xiǎng),實驗表明:在反應30min的情況下,隻有鎂鈣質耐火材(cái)料能去除鋼水中的(de)夾雜物(wù),其餘的堿性耐火材料均使(shǐ)鋼水夾雜物數(shù)量(liàng)增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應,如CaO與Al2O3反應生(shēng)成Ca12Al4O3的複合化(huà)合物(wù),熔點約為1400℃左右,可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與(yǔ)SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和(hé)C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質(zhì)耐火材(cái)料表麵,形成保護層,或(huò)者從鎂鈣質耐火材(cái)料表(biǎo)麵上剝落下來上浮至保護渣層中;在鎂鈣(gài)質耐火材料中的活性CaO含量越高,吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕(shí)性能:梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的(de)抗渣性。試驗結果得(dé)出,CaO含量高的白雲石磚(zhuān)抗高堿(jiǎn)度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高,較不燒(shāo)白雲石磚(zhuān)具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣(zhā)對三種(zhǒng)磚的侵蝕和滲透比(bǐ)高堿度(dù)渣(zhā)嚴重得多。相對而言(yán),燒成(chéng)的鎂鈣磚抵(dǐ)抗低(dī)堿度渣侵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(hán)量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕(shí)和滲透能力,這是(shì)因為渣與鎂(měi)鈣(gài)材料作用析出C3S,使材料表層致密化而有效抑製(zhì)熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲(shèn)透能力,主要是(shì)熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

昌(chāng)邑鎂磚之鎂鈣碳(tàn)磚的性能及(jí)抗侵蝕的(de)研究

鎂鈣碳磚主要性能:MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除(chú)具備鎂鈣磚(zhuān)的特性(xìng)外,鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有(yǒu)更好(hǎo)的真空穩定性、抗熱震(zhèn)性(xìng)。鎂(měi)鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高,抗剝(bāo)落(luò)性能越好,淨化鋼水的效果也越好;C含量越高,抗渣侵蝕和(hé)抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗(kàng)侵蝕研究:崔淑賢等人(rén)采用煉鋼轉爐的(de)初(chū)期渣、中期渣和終期渣分別對(duì)鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實(shí)驗。實驗結果表明:初期渣MgO—C磚蝕損率(lǜ)比MgO—CaO—C磚高7.3%,是因為MgO—C磚產生結構剝落,蝕損最嚴重;MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕,是因(yīn)為在磚的界麵上產(chǎn)生了(le)C2S保護層;可是中期渣和終期渣,MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別(bié)比MgO—C磚高0.4%和1.2%,因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解,所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研(yán)究結(jié)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(xìng)熔渣能力強;而且磚中的(de)CaO有利(lì)於鋼水的(de)脫O、脫S、脫(tuō)P等,適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害(hài)成分(S、P、O、H、N)含量非常少,非金屬夾雜物(wù)不僅數量少,而且(qiě)尺(chǐ)寸很小(xiǎo)和形態(tài)得到(dào)控製,合金元素成分精準並且分布均勻,使鋼材(cái)具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉(liàn)的整個過程中,耐火材料始終與鋼水接觸,一(yī)般耐火材(cái)料對鋼水或多或少總有些汙染(rǎn),唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水,除去鋼中的(de)非金屬夾雜物,而且不汙染環境。


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