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石英耐火材料对含硼炉渣的抗侵蚀效果

添加时间:2020年7月3日  浏览次数:

炉渣侵蚀是耐火材料在冶炼过程中最常见的一种损坏形式,一方面炉衬的工作面损毁,寿命 降低,影响冶炼的正常进行,严重时导致烧穿漏钢或其它危险,另一方面炉衬剥落进入反应体系中,导致冶炼的铁水或合金中外生夹杂物增多,如果无精炼或其它改善措施,冷却后钢 锭质量降低。有效控制炉渣对耐火材料的侵蚀,提高耐火材料的寿命,才能保证冶炼的顺行,减小耐火材料对冶炼质量的影响。

作为耐火材料主要组元的氧化物或非氧化物的首要性质,是高温条件下不能熔化为液态,即熔点要高。许多学者对多种炉渣侵蚀耐火材料进行了大量研究,包括含CaO,SiO2,A12O3,MgO和 TiO2等各种类型的炉渣,其侵蚀主要是熔渣中的液相通过毛细作用,渗入耐火材料气孔中,沿主相晶界侵入,晶界处有许多小孔洞,最终扩散到耐火材料的晶界和晶粒内部。

而关于含硼炉渣对耐火材料侵蚀方面的研究较少,含硼熔体的冶炼渣是特殊渣,其中含大量 的低熔点氧化物B2O3,一旦侵入炉衬中与耐火材料发生反应,容易使耐火材料蚀损。 利用氧化硼直接合金化炼钢时由于炉渣中氧化硼含量较多,侵蚀耐火材料的问题常造成反应不顺利。

石英耐火材料

本工作针对含硼炉渣,开展耐火材料侵蚀的实验研究,分析不同耐火材料的侵蚀情况和产生机理,为增加耐火材料寿命,降低耐火材料对钢水质量影响,提供了基础参数和依据。实验采用氧化硼配加还原剂的炉渣,按硅铁与氧化硼整比配置,如表1所示。炉渣碱度按CaO/SiO2取1.0,终渣主要成分为:CaO 45%,SiO2 40%,B2O3 9%,CaF2 5%,H2O 1%。氧化硼炉渣属于酸性炉渣,酸性、 中性耐火材料抵抗酸性炉渣侵蚀能力较强,对酸性、中性的常用耐火材料进行了比较,选出石英质、刚玉质和碳化硅质耐火材料。采用静态法在碳管炉上开展实验,将碳化硅、石英、刚玉3种不同材质的耐火材料制成条状,插入配好的炉渣中升温至1200℃保持30min,再升温至l550℃保持1h。采用动态法在中频感应炉上进行公斤级实验,将整比配置的2级渣料和铁料加入坩内,升温和保温总时间为2.5h,最高温度为1450~1500℃。

试验后的每种耐火材料取4个不同部位分别测量侵蚀深度,碳化硅、石英和刚玉的平均侵蚀厚度分别为0.52,1.03,1.40mm,刚玉耐火材料侵蚀最为严重,石英耐火材料有一定程度的侵蚀,但相对较轻,碳化硅耐火材料侵蚀很少。

一:石英耐火材料的侵蚀

石英耐火材料侵蚀层厚度1.03mm,有粘渣现象,炉渣和耐火材料相连紧密,不同断面部位侵蚀深度相差不大,炉渣与耐火材料之间有一层较薄的变质层,炉渣沿着气孔渗入耐火材料中。尤其是渣线部位,炉渣元耐火材料链接为一体,敲击时渣块断裂,而炉渣与耐火材料之间仍相连,反应前壁厚10mm,反应后与炉渣接触的部位壁厚7mm,与钢液接触的部位壁厚8mm,侵蚀厚度2~3mm,比静态坩埚实验的侵蚀深度大。

通过B2O3—SiO2相图可见,氧化硼和二氧化硅同属酸性氧化物,共晶点极度偏向B2O3一侧,氧化硼是一种低熔点氧化物,共晶点温度为425℃。如果二元系中氧化硼含量超过50%,则石英熔化温度将低于800℃,随着氧化硼含量的降低,熔化温度逐渐升高,氧化硼含量小于10%时,熔化温度才能提高到1400℃以上,冶炼时,单纯的氧化硼渣与石英耐火材料接触后,很容易在局部出现氧化硼浓度高于20%,高温下石英耐火材料表面液化,造成耐火材料的侵蚀,为了降低氧化硼炉衬的其实,炉渣中配加氧化钙,升温过程中与氧化硼结合形成硼酸钙盐,减小了氧化硼与炉衬的接触反应,可减缓对石英耐火材料的侵蚀冶炼过程中氧化硼被不断地还原,对于石英耐火材料可用CaO—SiO2—B2O3三元系来解释炉渣对其侵蚀过程,三元渣系各相组成沿着路径变化炉渣为2CaO·B2O3 (C2B)和CaO·B2O3(CB),其熔化性温度约为1240℃,低温下由于CaO的固定作用,B2O3 对炉衬侵蚀很小;温度逐渐降低至 1120℃,炉渣熔化,B203对耐火材料侵蚀性增大,但此时还原反应进行较快,氧化硼迅速减少,二氧化硅增多,因此耐火材料侵蚀也很小。炉渣熔化性温度逐渐增大,反应终期达到 1500℃,炉渣变得粘稠,炉渣主要为硅酸盐,且氧化硼含量很少,对耐火材料侵蚀较小。

关键词:石英   耐火材料      
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