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钢包工作衬用高铝耐火材料对钢液的影响

添加时间:2019年12月31日  浏览次数:

随着炉外精炼和合金化工艺在炼钢过程所占的比重越来越高,钢包工作衬用耐火材料的重要性越发凸显. 钢包工作衬用耐火材料对夹杂物的作用和影响,因材料成分、结构等而有所区别,因此钢包工作衬用耐火材料自身的物理化学性质及其与钢液和钢渣的反应是钢包衬耐火材料研究中最为关注的方向,同时上述两个方面对于夹杂物的精确控制和钢水品质的提升也至关重要,随着现代工业对钢材品质要求的逐渐提升,钢液精炼方式趋向于多样化.为了满足不同时期的精炼需求,钢包工作衬用耐火材料的发展也经历了几次重要的变化.下面,将从高铝砖系、碳复合系、刚玉--尖晶石浇注料系和氧化钙系4种典型耐火材料的各自特点、发展轨迹和研 究现状来进行回顾和总结.

1 高铝砖系耐火材料

黏土砖( 主要成分为铝硅酸盐)从20世纪60 年代初到70年代末一直是我国钢包工作衬用耐火材料的主要选择,但其使用寿命低,消耗量大,同期,国外钢包已开始使用高铝砖作为主要衬砖自20世纪70年代末到90年代初,随着我国炼钢工艺的改进和冶炼技术一定程度的发展,高铝砖逐渐被钢厂所采用. 高铝砖的获取主要是基于天然的铝矾土,在当时使用条件不太苛刻的情况下,没有精炼或者精炼处理时间很短,高铝砖衬的寿命也只在20~ 30 次左右.为了提高普通高铝砖工作衬的使用寿命,人们采用提高 Al2O3 含量或者添加锆英石、红柱石微粉等方法.其原理在于通过提高高铝砖的耐火度及荷重软化温度,实现材料抗渣性能的提升.用这种高铝砖作钢包工作衬用耐火材料,使用寿命相较于普通高铝砖有所增加. 改进后的高铝砖与钢水接触后尽管会形成以刚玉、莫来石为主要矿物的高熔点反应层,但高温下同样含有较高的液相量.这些缺点导致高铝砖在面对热冲击作用的服役过程中, 很容易被钢水和熔渣渗透,形成较厚的渗透层,容易挂渣和剥落,致使内衬损坏很不均匀.后续,研究者又相继推出了化学结合高铝砖、磷酸或者磷酸盐结合的高铝质捣打料及高铝浇注料等来提高材料的抗剥落性能,从而进一步提高了高铝质钢包内衬的使用寿命,但是这些处理方法常会对钢液质量造成不利影响,比如磷酸或者磷酸盐会向钢中引入。

钢包耐火材料

随着精炼温度的升高和精炼时间的延长,高铝砖寿命低的问题逐渐变得无法克服.此外,高铝砖系耐火材料中的SiO2 在服役过程中将不可避免地导致钢水增Si,其典型反应如下:

3( SiO2 ) + 4[Al]→2( Al2O3 ) + 3[Si]

同时,高铝砖系耐火材料也会与熔渣中的 CaO 发生相互作用,其反应过程可用下列反应式表示:

( CaO) + ( SiO2 ) =( CaO·SiO2 )

( CaO) + 2( SiO2 ) + ( Al2O3 ) =( CaO·Al2O3 ·2SiO2 )

2( CaO) + ( SiO2 ) + ( Al2O3 ) =( 2CaO·Al2O3 ·SiO2 )

反应产物硅灰石( CaO·SiO2 ) 、钙长石( CaO· Al2O3 ·2SiO2 ) 和钙铝黄长石( 2CaO·Al2O3 ·SiO2 ) 的 熔点分别为 1540、1550 和 1590 ℃,均低于精炼温度. 因此,这些产物很容易受冲刷的影响而进入钢液中,成为相应的夹杂物.

受制于使用寿命短和污染钢水的限制,高铝砖系耐火材料在钢包工作衬领域逐渐被其他耐火材料取代

关键词:钢包   耐火材料   高铝砖   
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