大石橋國弘耐火材料有限公司

西安白雲石質(zhì)耐火材料(liào)助力潔淨鋼發展

發表時間:2022-06-29 訪問量:59706

徐平坤

以(yǐ)前,從煉鋼工(gōng)藝的(de)角度研究提高鋼的純淨度(dù),沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材(cái)料(liào)對鋼水的淨化作用,總是認為耐火材料或多或少地會對(duì)鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質(鎂鈣(gài)質)耐火材料的理論研究和實際(jì)試驗,得(dé)出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水,反而能淨化鋼水,並且也不(bú)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(huǒ)材料的特征

白雲石(CaCO3·MgCO3)是(shì)天然礦物原(yuán)料,煆燒後的理論組成為w(CaO)58.18%,w(MgO)41.82%,比(bǐ)值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石(shí)質耐火(huǒ)材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其(qí)中,白雲(yún)石質耐火材料是指全部用煆燒或電(diàn)熔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(gài)質耐火材料是用鎂(měi)石(shí)與(yǔ)白雲石合成的(de)耐(nài)火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製(zhì)品的高溫使用性能,MgO含量越高,抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣(zhā)和抗水化能力越強;CaO含量越高,抗高SiO2熔渣的能(néng)力越強,高溫蠕變越大,抗剝落性能和脫硫、脫磷(lín)的效果越好,但抗水(shuǐ)化和(hé)抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的(de)性能越差。因此,應該根據爐(lú)外精煉(liàn)等熱工設備的不(bú)同部(bù)位使用條件,合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w(CaO)/w(MgO)。

白雲石質耐(nài)火材料對淨化(huà)鋼水作用的影響

潔(jié)淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的(de)含量要求嚴格,需要爐外精煉除去(qù)鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣(gài)質耐(nài)火材料中的遊離(lí)CaO,易與鋼水中的S、P等雜質反應,使其轉移到爐渣中,具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的(de)氧勢很低,鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼,是爐外精煉(liàn)冶煉(liàn)潔(jié)淨(jìng)鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐(nài)火材料。近年來,為了淨化鋼水、延長爐(lú)襯壽命(mìng)、降低耐火材料消耗,研究人(rén)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(de)結果。

MgO在真空條件下容易揮發,而CaO對MgO的揮發性(xìng)是有影響的,含有10%~20%CaO(摩爾分數)就可使MgO相對揮發(fā)性(xìng)大大降低。因此,MgO質材料中(zhōng)加入一定量的CaO製成MgO—CaO質(zhì)耐火(huǒ)材料,在高溫真空(kōng)條件(jiàn)下使(shǐ)用比純(chún)MgO質耐火材料更合(hé)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(hán)量高的高堿度渣(zhā),並且鋼水中溶解(jiě)的O含量盡(jìn)可能要低。要使O含量低,就要選擇(zé)氧勢(shì)盡(jìn)可能低的耐火材料,Mg與Ca在高溫下以氣態存在,在鋼水中的溶解度很小,而CaO的氧勢也很小,因此,精煉設備應該選用鎂鈣質耐(nài)火材料。溫(wēn)度升高不利(lì)於脫P,但鋼包中采(cǎi)用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P,因此,用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高(gāo)、抗渣滲(shèn)透性好,特別是熔渣中SiO2滲入(rù)會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生(shēng)成高熔點化合物(wù)C2S或C3S,形成保護層,從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題,采用真(zhēn)空精煉,其H主要來自熔(róng)渣或精煉設(shè)備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為:要在1200℃下長期烘烤,充分排(pái)除其中(zhōng)的水分,就不存在鋼水中氫(H)含量增高問題。

鎂(měi)鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料(liào)對鋼中氧含量的影響(xiǎng):王龍光(guāng)等人認為MgO—CaO耐火(huǒ)材料中的CaO熱力學穩定性高,具有很低的氧平衡分(fèn)壓,在鋼水(shuǐ)中的溶解度很小,被認為(wéi)是(shì)防止鋼水增氧的有效材料。

耐(nài)火(huǒ)材料對鋼中S的影(yǐng)響:田琳等人試(shì)驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應,檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明(míng):在1600℃下,反應45min時,脫S效果更好,脫(tuō)S率達70.12%;超過45min,脫S率(lǜ)降低,出現(xiàn)“回S”現象。為了使鋼包獲得(dé)有效的脫S效果,使用白雲石質鋼包內襯是很必要的,這樣一方麵可以盡可(kě)能降低鋼包(bāo)內襯的再氧化能力,另一方麵可以避免強還原條件(jiàn)下鋼包渣導致耐火材料的過度消(xiāo)耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響:匡加才研究MgO—CaO質澆注料(liào)對鋼中P含量的影響。實驗結果(guǒ)表明: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含量僅有小幅度降低。

耐火材(cái)料對鋼水碳含量的(de)影響:實驗表明,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,鋼水僅發生輕(qīng)微增(zēng)C。

耐火(huǒ)材料對鋼中H(氫)含量的影響:耐火材料中的水分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。連鑄過程中,鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時,有機粘(zhān)結劑導致吸(xī)H。對鋼包、中間包烘烤,能有效地降低鋼水的吸H量。

耐(nài)火材料對鋼中(zhōng)N(氮)含量的影響:傳統耐火(huǒ)材料N含量很低,近年來氮化(huà)物在(zài)耐火材料中(zhōng)應用受到關注,如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間,保護套管非常重要,連鑄的增N點就是長(zhǎng)水口(kǒu)保護(hù),此處增N可達(15~30)×10-6。

耐火材料(liào)對鋼水中夾雜物的(de)影響(xiǎng):田(tián)琳等人研究了鎂(měi)鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火(huǒ)材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響(xiǎng),實驗表明:在反應30min的情況下,隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾(jiá)雜物,其餘的堿(jiǎn)性耐(nài)火材料均使鋼水夾雜物數(shù)量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂(měi)鈣耐火材料中的(de)CaO反應,如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物,熔點約為(wéi)1400℃左右,可有效地去除鋼中(zhōng)Al2O3夾雜物。CaO與(yǔ)SiO2反應生成C2S(矽(guī)酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火(huǒ)材料表麵,形(xíng)成保護層,或者從鎂鈣質耐火材料表麵(miàn)上剝落下來上浮至(zhì)保護渣層中;在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含(hán)量越高,吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣(gài)質耐火材料的抗侵蝕性能:梁義兵(bīng)等人采用靜(jìng)態坩堝法(fǎ)研(yán)究3種(zhǒng)不鏽鋼冶(yě)煉(liàn)用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出,CaO含量高的白雲(yún)石磚抗(kàng)高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較(jiào)強。燒成白(bái)雲(yún)石磚基質部分致密程度高(gāo),較不(bú)燒白雲石(shí)磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿(jiǎn)度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿(jiǎn)度渣嚴重得多。相對而言,燒成的(de)鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵(qīn)蝕性明(míng)顯好於(yú)不燒鎂鈣磚,CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能(néng)力好於CaO含量低(dī)的鎂鈣磚。鎂鈣質材(cái)料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透(tòu)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的滲透。低堿度熔渣具有較強的(de)侵蝕和滲透能力,主要(yào)是熔渣對基質的強溶蝕並滲透(tòu)作用。

西安鎂磚之鎂鈣碳磚的性(xìng)能及抗侵蝕(shí)的研究

鎂鈣碳磚主要性能:MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣(gài)磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外,鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗(kàng)熱震性。鎂鈣碳磚的性能同(tóng)時(shí)取決於CaO及C的含量。CaO含量(liàng)越高,抗剝落(luò)性能越好,淨(jìng)化鋼水的效(xiào)果也越好;C含量越高,抗渣(zhā)侵蝕和(hé)抗剝落性能越強。

鎂鈣碳(tàn)磚的抗(kàng)侵蝕研究:崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初(chū)期渣、中(zhōng)期渣和終(zhōng)期渣分別對鎂鈣(gài)碳磚及鎂碳磚(zhuān)的侵蝕進行實驗。實驗結(jié)果表明:初期渣(zhā)MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高(gāo)7.3%,是因為MgO—C磚產生結(jié)構剝落,蝕損最嚴重;MgO—CaO—C磚的(de)侵蝕較輕(qīng),是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層;可是中期渣和終期渣,MgO—CaO—C磚的蝕損率(lǜ)反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%,因為(wéi)其在高(gāo)溫(wēn)中及被渣中∑FeO溶解(jiě),所以比(bǐ)MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料(liào)對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分(S、P、O、H、N)含量非常少,非金屬夾雜物不僅(jǐn)數量(liàng)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、高品(pǐn)質。在(zài)鋼水從冶(yě)煉到精煉的整個過程中,耐火材料始終與鋼水接觸,一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染,唯有白雲石質即鎂鈣質耐火(huǒ)材料(liào)能淨化鋼水,除(chú)去鋼中的非金(jīn)屬夾(jiá)雜物,而且不汙染環境。


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