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碳化硅耐火材料降低氧化硼炉渣的侵蚀润湿角

添加时间:2020年7月6日  浏览次数:

耐火材料的侵蚀是耐火材料与接触的炉渣发生熔蚀、磨损和剥落的现象,熔蚀是耐火材料损毁的主要原因,耐火材料侵蚀机理示意图如下图所示,耐火材料的工作衬接触到炉渣后,由于耐火材料的表面都不可避免的存在微观的细孔(微米级或更小),炉渣即会向耐火材料内渗透,在高温作用下炉渣同耐火材料发生反应,使工作面变质,生成哟层变质层。由于变质层与原砖层的物理性质(气孔率)不同,在二者的交界处会产生微细裂纹,在温度交变过程中或外力作用下,不稳定的部位会发生剥落,一旦其表面剥落,暴露的面即为工作面,新的侵蚀有重复进行。

氧化硼直接合金化炼钢时,侵蚀过程产生的问题比较复杂,首先初始炉渣中配有还原剂和添加剂等,氧化硼均分散在炉渣中,初渣中氧化硼含量最多,活度高,与大量的硅铁发生还原反应,并且初期低温状态下,氧化硼与氧化钙形成硼酸钙盐,熔点在1000℃以上,因此炉渣呈烧结态,对耐火材料的侵蚀并不大,随意温度的提高,1300℃左右保温一定时间后,低温中渣还原反应基本完成,约有30%的氧化硼剩余在渣中,此时炉渣对耐火材料的侵蚀较大,炉渣渗透到耐火材料的毛细孔中,在铁浴还原反应过程中,伴随着边壁处的冲刷,炉渣在上浮时进一步侵蚀耐火材料,最后在高温铁渣界面反应阶段还原反应基本进行完毕,终渣的碱度R一般在1.0~1.3之间,炉渣中所含氧化硼较反应初期大大减小,约为8%~13%,炉渣对耐火材料的侵蚀降低了,但在中频炉冶炼时,坩埚熔池内具有良好的搅拌,熔体运动叫激烈,尤其是渣铁界面处侵蚀层被冲刷剥落,造成局部耐火材料侵蚀较严重的现象。

碳化硅耐火材料

选择碳化硅耐火材料,为了防止炉渣对碱性火材料的浸透至少要使用难被炉渣润湿的耐火材料,降低炉渣与耐火材料之间的润湿角 ,碳化硅质和氧化物一碳复合耐火材料属于这一类耐火材料,碳化硅耐火材料与炉渣不形成低熔点化合物,二者之间润湿角小,耐侵蚀性好;石英耐火材料结构致密,生产成本相对较低,但与冶炼所用的炉渣发生反应,抗侵蚀性比碳化硅差。

碳化硅在高于熔点2760℃后会分解,其耐火材料的主要组分是原子键结晶矿物的碳化硅砂 ,经成型干燥后,在 1600℃高温氮气或还原气氛下烧成。烧结后耐火材料主要成分为 75% SiC,20% Si3N4和少量的Sialon固溶体。反应生成的 SiN4和Sialon固溶体交织成三维网状,将SiC颗粒牢固结合,碳化硅耐火材料秉承了氮化物和碳化硅的许多优异性能,如抗化学侵蚀能力很强、稳定性好。冶炼时,如果炉渣采用单纯的氧化硼,其熔点低且浓度很 高,与碳化硅耐火材料中少量的Sialon化合物形成低熔点物质,造成耐火材料的侵蚀。

碳管炉实验后碳化硅耐火材料表面粘有炉渣,从断面可见,有一薄层炉渣渗入耐火材料中,用力敲击后炉渣较容易剥落,而侵蚀层与耐火材料相连在相显微镜下可以看到,渣样与耐火材料界面分明,侵蚀和渗透现象较轻。中频感应炉实验结果表明,对于碳化硅坩埚炉渣与耐火材料很容易剥离,在上部与下部的渣线部位与耐火材料有相连,侵蚀程度很小,炉渣渗入碳化硅缝隙中,产生许多微小的裂纹,造成耐火材料局部的肢解破碎,通过显微镜碳化硅耐火材料的侵蚀层进行观察 ,其形貌和组成分析可知碳化硅基体上,有白色带状硅酸盐,主要是硅酸钙,这与冶炼的炉渣成分相吻合。

关键词:碳化硅耐火材料   耐火材料   
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