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影響耐火材料抗渣性的因素有哪些？改進(jìn)方法分析
發(fā)布時(shí)間：2016/12/15 13:46:10 點(diǎn)擊率： 來源:admin 作者：榮盛耐材在冶金過程中，抗渣性通常是指耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕的能力。
爐渣的成分主要為CaO，SiO2，FeO，MnO,ZnO,BaO等，當(dāng)爐渣堿度偏低時(shí)，對以CaO，MgO為主要成分的爐襯耐火材料侵蝕嚴(yán)重，爐襯壽命降低；相反，當(dāng)爐渣堿度較高時(shí)，對爐襯的侵蝕則較輕微，爐襯壽命也相對有所提高(抗剝落高鋁磚比重)。
這導(dǎo)致煉鋼工藝中造渣技術(shù)的變革，采用輕燒白云石造渣，結(jié)果爐襯壽命有較大幅度的提高。爐渣中含有氟離子、金屬錳離子等時(shí)，或者熔池溫度升高到l700℃以上，溶液的粘度會急驟下降，爐襯的損毀速度加快，壽命大幅度降低。所以轉(zhuǎn)爐鋼水溫度偏高，會使?fàn)t襯壽命相應(yīng)降低。
溶液滲入耐火材料內(nèi)部的成分包括：渣中的CaO、SiO2、FeO；鋼液中的Fe、Si、Al、Mn、C，甚至還包括金屬蒸氣、CO氣體等。這些滲入成分沉集在耐火材料的毛細(xì)孔道中，造成耐火材料工作面的物理化學(xué)性能與原耐火材料基體的不連續(xù)性，在轉(zhuǎn)爐操作的溫度急變下，出現(xiàn)裂紋、剝落和結(jié)構(gòu)疏松，嚴(yán)格地說這個損毀過程要比溶解損毀過程嚴(yán)重得多。
因此，要降低溶液對耐火材料的滲透，措施有：a.應(yīng)降低爐襯耐火材料的氣孔率和氣孔的孔徑；b.在耐火材料中加入與溶液不易潤濕的材料，如石墨、碳素等；c.嚴(yán)格控制溶液的粘度，即控制冶煉強(qiáng)度、控制出鋼溫度等。
熔渣侵蝕破壞耐火材料的機(jī)理十分復(fù)雜，一般包括有浸透、溶解和熔體沖刷等物理化學(xué)作用�？乖缘谋硎痉椒ǹ捎萌墼治g量mm或％表示。熔渣侵蝕是耐火材料在使用過程中常見的一種損壞形式。耐火材料抗渣性的優(yōu)劣主要與其自身的化學(xué)成分、礦物組成和組織結(jié)構(gòu)等有關(guān)，還與熔渣的性質(zhì)及其相互作用的條件(如溫度、時(shí)間、流速等)有關(guān)。抗渣性是評價(jià)耐火材料的重要指標(biāo)之一。
爐渣侵蝕耐火材料的過程可以分為：
1. 單純?nèi)芙�，耐火材料與熔渣不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物理溶解過程；
2. 反應(yīng)溶解，耐火材料與熔渣在其界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使耐火材料的工作面部分轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿埸c(diǎn)物，而溶于渣中，同時(shí)改變了溶液和制品的化學(xué)組成；
3. 侵入變質(zhì)溶解，高溫溶液或熔渣通過氣孔侵入材料內(nèi)部深處，或者通過耐火材料的液相擴(kuò)散和向耐火材料的固相中擴(kuò)散，使制品的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變而溶解。
爐襯耐火材料的損毀機(jī)理與耐火材料的化學(xué)成分、礦物結(jié)構(gòu)，煉鋼工藝過程等一些十分復(fù)雜的因素有密切關(guān)系，因此要在理論上完全說清楚幾乎是不可能的。幾十年來，人們對煉鋼熔體與耐火材料之間的高溫物理化學(xué)反應(yīng)做過大量的研究，但是現(xiàn)在所能作出的結(jié)論，也還只是宏觀的或是經(jīng)驗(yàn)性的。歸納起來爐襯損毀的原因大致分成四類：
①機(jī)械沖擊和磨損；
②耐火材料高溫溶解；
③高溫溶液滲透；
④高溫下氣相揮發(fā)；
其中以②，③兩項(xiàng)被認(rèn)為是基本的損毀原因，所做的研究工作也多。
由爐襯材料的抗渣侵蝕性試驗(yàn)，可得出鎂碳磚的渣浸蝕過程為：石墨氧化→方鎂石相被渣中SiO2、Fe2O3侵蝕→反應(yīng)生成的低熔物被熔失。
在含碳爐襯的耐火材料中，隨著碳含量的增加抗渣侵蝕性會有提高，但不是碳含量越高越好，因?yàn)樘己吭礁�，氧化失碳后爐襯耐火材料的結(jié)構(gòu)越疏松，使用效果會變差。通過從大量的抗渣試驗(yàn)研究和轉(zhuǎn)爐實(shí)際操作可以得出一些爐襯耐火材料抗侵蝕性的認(rèn)識：
(1)鐵水成分對爐襯耐火材料壽命有顯著影響，特別是硅、磷、硫的含量。
(2)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度過高將導(dǎo)致爐襯壽命降低，特別是當(dāng)終點(diǎn)溫度在1700℃以上，每提高10℃，爐襯耐火材料的侵蝕速率都會有顯著增加。
(3)提高爐渣堿度有利于降低爐渣對堿性耐火材料的侵蝕。
(4)提高渣中MgO含量，可以降低爐渣對爐襯耐火材料的侵蝕。
(5)提高渣中FeO含量會導(dǎo)致爐襯耐火材料侵蝕加劇。
(6)轉(zhuǎn)爐吹煉初期，渣堿度比較低，對爐襯侵蝕嚴(yán)重，應(yīng)采用白云石造渣，使渣中MgO含量接近飽和狀態(tài)。
(7)螢石對爐襯也有侵蝕，因此應(yīng)盡量降低螢石的加入量。
(8)白云石、鎂白云石耐火材料中，MgO的抗渣侵蝕性要優(yōu)于CaO，但是有CaO存在可以提高耐火材料的高溫?zé)崴苄院涂乖鼭B透性。
(9)要求爐襯耐火材料的原料有較高的純度，如鎂白云石砂要求雜質(zhì)總量SiO2+A12O3+FeO小于3％；其他如電熔鎂砂、石墨等也有類似要求。
耐火材料有一個重要的性質(zhì)就是耐火度，耐火度是指在1580℃以上的無機(jī)非金屬材料。包括天然礦石及按照一定的目的要求經(jīng)過一定的工藝制成的各種產(chǎn)品。具有一定的高溫力學(xué)性能、良好的體積穩(wěn)定性，是各種高溫設(shè)備需要的材料。
通常情況下，耐火材料按酸堿性分為酸性材料制品：以石英（SiO2)為主晶相。硅磚（SiO2≥93%）；60％≤SiO2≤80％，半酸性材料。(焦?fàn)t、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐)；
堿性材料制品：以MgO、CaO為主晶相。它們的熔點(diǎn)高，抗堿性渣侵蝕能力很強(qiáng)。鎂鉻磚、白云石磚、橄欖石磚。(堿性煉鋼爐及有色金屬冶煉爐)；
中性材料制品：以Al2O3、ZrO2為主晶相。黏土磚、高鋁磚、莫來石磚、鋯英石制品。(高溫爐襯材料,石油、化工的高壓釜內(nèi)襯)；
耐火材料一旦被爐渣侵蝕后就把Si，Mn，Ba，Mg，Al等雜質(zhì)元素帶進(jìn)鐵水鋼液之中，給冶金過程帶來極大地不便。輕則加長冶煉周期，增加冶煉成本，重則損耗冶金設(shè)備，造成安全事故。
而且，耐火材料中部分金屬元素是對人體有害的，硅微粉吸入肺部后可致人肺癆，樓上說的硅質(zhì)纖維類確實(shí)對人體也有很大危害，其實(shí)其它象無機(jī)纖維類在吸入氣管或肺部后同樣危害人體，另外，氧化鉻在堿性高溫環(huán)境中有毒，瀝青、瀝青結(jié)合耐火材料及干餾后耐火材料在加熱后散發(fā)的氣體有毒
爐外精煉是減少爐渣侵蝕根本有效的方法之一。
爐外精煉是指在鋼包中進(jìn)行冶煉的過程,是將真空處理、吹氬攪拌、加熱控溫、喂線噴粉、微合金化等技術(shù)以不同形式組合起來,出鋼前盡量除去氧化渣,在鋼包內(nèi)重新造還原渣,保持包內(nèi)還原性氣氛。爐外精煉的目的是降低鋼中的C、P、S、O、H、N、等元素在鋼中的含量,以免產(chǎn)生偏析、白點(diǎn)、大顆粒夾雜物,降低鋼的抗拉強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度、抗裂性等性能。這些工作只有在精煉爐上進(jìn)行,其特點(diǎn)與功能如下:
1)可以改變冶金反應(yīng)條件。煉鋼中脫氧、脫碳、脫氣的反應(yīng)產(chǎn)物為氣體,精煉可以在真空條件下進(jìn)行,有利于反應(yīng)的正向進(jìn)行,通常工作壓力≥50Pa,適于對鋼液脫氣。
2)可以加快熔池的傳質(zhì)速度。液相傳質(zhì)速度決定冶金反應(yīng)速度的快慢,精煉過程采用多種攪拌形式(氣體攪拌、電磁攪拌、機(jī)械攪拌)使系統(tǒng)內(nèi)的熔體產(chǎn)生流動,加速熔體內(nèi)傳熱、傳質(zhì)的過程,達(dá)到混合均勻的目的。
3)可以增大渣鋼反應(yīng)的面積。各種精煉設(shè)備均有攪拌裝置,攪拌過程中可以使鋼渣乳化,合金、鋼渣隨氣泡上浮過程中發(fā)生熔化、熔解、聚合反應(yīng),通常1噸鋼液的渣鋼反應(yīng)面積為0.8～1.3mm2,當(dāng)渣量為原來的6%時(shí),鋼渣乳化后形成半徑為0.3mm的渣滴,反應(yīng)界面會增大1000倍。微合金化、變性處理就是利用這個原理提高精煉效果。
4)可以在電爐(轉(zhuǎn)爐)和連鑄之間起到緩沖作用,精煉爐具有靈活性,使作業(yè)時(shí)間、溫度控制較為協(xié)調(diào),與連鑄形成更加通暢的生產(chǎn)流程。
發(fā)展?fàn)t外精煉技術(shù)需解決的問題及發(fā)展方向爐外精煉技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用40年,對提高鋼的純凈度、準(zhǔn)確控制成分含量及細(xì)化組織結(jié)構(gòu)等方面都起了重要作用,使冶煉成本大幅降低,同時(shí)提高了鋼的品質(zhì)和性能。但在發(fā)展的過程中也出現(xiàn)了一些問題,有待于解決,使這項(xiàng)技術(shù)更加。
1)實(shí)現(xiàn)爐外精煉工藝的智能化控制,根據(jù)來料鋼水的各種技術(shù)參數(shù),利用信息技術(shù),制定佳的精煉工藝方案,并通過計(jì)算機(jī)控制各精煉工序。精煉工位配備快速分析設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化,減少熱停等待時(shí)間。
2)爐外處理設(shè)備將實(shí)現(xiàn)“多功能化”。在水鋼精煉設(shè)備中將渣洗精煉、真空冶金、攪拌工藝以及加熱控溫功能全部組合起來,實(shí)現(xiàn)精煉,以滿足超純凈鋼生產(chǎn)的社會需求。
3)開發(fā)高純度、高密度、高強(qiáng)度的高質(zhì)量堿性耐火材料,以適應(yīng)不同精煉爐的需要,注重產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。耐火材料的使用條件應(yīng)盡可能與爐渣相適應(yīng),大限度地降低侵蝕速度。要根據(jù)精煉設(shè)備的實(shí)際情況形成不同層次的配套材料,研究開發(fā)保溫和修補(bǔ)技術(shù),提高爐襯的使用壽命。
4)減少精煉過程的污染排放,精煉過程會產(chǎn)生大量廢氣,其中含SO2、Pb、金屬氧化物、懸浮顆粒等,在真空脫氣冷卻水中含有固態(tài)懸浮物、Pb、Zn等,這些污染物須經(jīng)企業(yè)內(nèi)部的相關(guān)處理,把污染程度降低到符合排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識。
爐外精煉技術(shù)是一項(xiàng)提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本的先進(jìn)技術(shù),是現(xiàn)代化煉鋼工藝不可缺少的重要環(huán)節(jié),具有化學(xué)成分及溫度的準(zhǔn)確控制、夾雜物排除、頂渣還原脫S、Ca處理、夾雜物形態(tài)控制、去除H、O、C、S等雜質(zhì)、真空脫氣等冶金功能。只有強(qiáng)化每項(xiàng)功能的作用,才能發(fā)揮爐外精煉的優(yōu)勢,生產(chǎn)出高品質(zhì)純凈鋼種。
其次，保證和提高原料的純度，改善制品的化學(xué)礦物組成。耐火材料制品通常多為多晶組成體，單一相間熔體速度不同，如主晶體周圍的基質(zhì)多為耐火性質(zhì)低的礦物或含量較多的低熔物，使其穩(wěn)定性低于主晶溶解速度，在高溫熔渣的作用下，常成為整個制品的薄弱環(huán)節(jié)，因而改變基質(zhì)部分化學(xué)礦物組成，盡量減少其中低熔物和雜質(zhì)的含量，能夠有效地提高制品的抗渣性。還有，選擇適宜的方法減產(chǎn)，獲得具有致密而且均勻的組織結(jié)構(gòu)的制品。通常熔渣侵蝕過程是各種復(fù)雜因素綜合作用的終結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)條件下可以通過適量的減產(chǎn)來保證爐襯耐火材料的抗渣性。
另外常見的減少爐渣的侵蝕方法還有提高爐渣堿度,改善爐渣流動性,縮短出爐時(shí)間,減少出鐵口受到的機(jī)械沖刷侵蝕及空氣氧化機(jī)率。
爐渣堿度低,黏度大,流動性差,排渣不暢,須增加人工用圓鋼帶渣操作,延長出爐時(shí)間,加劇了出鐵口手機(jī)械沖刷及空氣氧化的程度,在生產(chǎn)工藝上,爐渣堿度低,不利于MnO的還原,Mn回收率低。因此,提高爐渣堿度改善爐渣流動性,可減少出鐵口受到侵蝕,提高Mn回收率,改善各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。近年來,我們在配足焦炭,改善爐況方面做了很大的努力,使SiO2還原率增加,渣中SiO2含量由原來的34-36%下降至30-31%,爐渣堿度由0.35-0.4提高至0.5以上,大大改善了爐渣流動性,出爐時(shí)間有18-20分鐘縮短到13分鐘以內(nèi),大幅度減少了出鐵口受到的機(jī)械沖刷和空氣氧化侵蝕。
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