钢包耐材对钢中夹杂物的影响及优化
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２ ． ２ 耐 材 对 钢 水 脱 硫 过 程 及 硫 化 物 夹 杂 的影 响
钢 水 中 的夹杂 物 可 分 为 球 状 氧化 物 夹 杂 、 硫 化 物 夹杂 、 Ａ ｌ ０ 夹 杂 、 硅 酸 盐 夹 杂 。钢 包 耐火 材 料 通 过 与钢 水 的直 接作 用 和 间接 作 用 ， 对 这 些 夹 杂 物 有
承钢 １ ２ ０ ｔ钢 包 耐 火 材 料 中 的 Ｍｇ Ｏ 含 量 在
图 ２为耐 火材 料 主要组 成 物 的氧势 能指 数 。从 图 ２中可 以看 到 ， 在 温 度一定 下 ， 耐火 材 料 的组分 按 化 学 性质 由碱 性一 中性 一 酸性 的变 化 ， 其 氧势 指 数 能 逐渐 增 大 ， 这 说 明耐 火 材 料 中酸性 组分 向钢 液 中 传 氧 能力更 大 ， 更容 易被 钢水 侵蚀 ； 耐 火材 料 氧势 能 指 数 随着温 度 的 升 高 而逐 渐 增 大 ， 说 明温 度 越 高 耐 火 材料 向钢 液 的传 氧能 力越 大 。
图 ２ 不 同 温 度 下 耐 火 材 料 的 氧势 指数
Ｆｉ ｇ ．２ Ｏｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｒａ ｆ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ
寐
钢包 内衬表 面 的 Ｍｇ Ｏ 先 被 铝 还原 生成 Ｍｇ ，
然后 Ｍｇ ㈤ 与 熔 融 金 属 中 的 硫 反 应 生 成 了 Ｍｇ Ｓ 。 Ｍｇ Ｓ在热力 学 上是 不稳定 的 ， 它又 进一 步 同 Ｃ ａ Ｏ 组
温度／ ℃
分反应 生 成 了 Ｃ ａ Ｓ和 Ｍｇ Ｏ。因此 ， 在上 述反 应 过程
４ ０ ％一 ６ ０ ％ 。有 研 究 表 明 Ｊ ： 在 钢 水 中有 金 属铝 存 在 的条 件 下 ， 耐 火 材 料 中 Ｍｇ Ｏ含量在 ３ ０ ％ ～ ５ ０ ％ 时， 钢 水 中的脱 硫速 度有 所增 大 。与此 同时 ， 钢水 中 的酸溶 铝含 量也 降 到最低 ， 这 说 明 耐火 材 料 中 Ｍｇ Ｏ 参 与 了脱 硫 反 应 。与 Ｃ ａ Ｏ组分相 比， Ｍｇ Ｏ 组 分 的
Ｃ ａ Ｏ ＋［ ｓ ］＋ ｘ［ Ｍ ］＝ Ｃ ａ Ｓ＋ Ｍ Ｏ
式中， Ｍ— — 脱硫元 素 。
（ ２ ）
温度 、 终 点碳 含量 及脱 氧剂 种类 、 数 量等 有关 系 。在
这些 因素 已经确 定 的条 件 下 ， 钢 包 耐 火 材 料 向钢水
对 钢水 脱 硫 过 程 有 利 的 热 力 学 条 件 为 渣 中 高
Ａ１ Ｏ ； 而渣 中 Ｃ ａ Ｏ 含量 越高 越 有利 于脱硫 反 应 ， 同
时有利 于钢 水 中 ＡＩ ： ０ ， 形 成低 熔点且 脱硫 能 力较 强 的３ Ｃ ａ Ｏ・ Ａ １ Ｏ ， 在深脱 氧条 件下 脱硫 效果 很好 。
钢 中硫 化 物 夹 杂 以 Ｍｎ Ｓ为 主 ， Ｍｎ Ｓ可 分 为 三
河 北 冶金
２ ０ １ ４年 第 ８期
耐火 材料 因机 械侵 蚀 （ 剥落 ） 而进 入 钢水 ； 间 接作 用
为耐 火材 料先 与 钢 包 渣进 行反 应 ， 通过 钢包 渣 与 钢 水 进 一步 发生 间接 反应 。 ２ 耐材对 钢 中夹 杂物 影 响的原 因分 析
根据 （ １ ） 式 可 以计 算 出各 种 常 用 耐火 材 料 的氧
中， Ｍｇ Ｏ实 际上起 的是 类 似催化 剂 的作用 。
从（ ３ ）一（ ５ ） 可 以看 出 ， 钢 包 耐火 材 料组 分 中 的
Ｍｇ Ｏ参 与 脱硫 反 应 时 ， 钢 水 中 会 产 生 一 定 量 的
有 研究 表 明 ］ ， 耐 火 材 料 分解 和 向钢 中传 氧 能
力 还 可 以用 （ １ ） 式 表示 ： － ｏＰ： ∑（ Ｍ ／ ｐ ） （ 一 １ ）
势 能指 数 ， 耐火 材 料 的氧 势 能指 数 越 大 表 明 其分 解
和 向钢 中传 氧 能 力 越 大 ， 越 容 易受 到侵 蚀 。 由 图 ２
及（ １ ） 式可 பைடு நூலகம் ， 钢 包 耐火 材 料 的 氧势 能 指 数越 大 ， 其 向钢 中传 氧能 力 越 大 ， 传 氧 能力 越 大 则 越 容 易造 成 钢 水 中氧化 物 夹 杂增 多 ， 同 时恶 化 钢 水 的纯 净 度 及 成 品性 能 。
Ｃ ａ Ｏ 含量及 钢 水 中低 氧 含 量 。 因此 ， 对 钢 包 耐 火 材
中传 递氧 的过 程就 成 了影 响钢 中非 金属 氧化 物 夹杂
的重 要 因素 。
料 的要求 是低 氧 势 能 指 数 的耐 火 材 料 ， 以减 少 向钢 水 中传氧 ； 抗熔 损 能力较 强 的碱性 材料 。
不 同程 度 的影 响 。
２ ． １ 耐材 对 氧 化 物 夹 杂 的 影 响
钢水 中的脱硫 过 程一般 是 在钢 一渣界 面 反应 进
行的 ， 其 反应 式 为 ：
通 常我 们 以钢水 中 的氧含 量来 作 为衡 量钢 水 中 非金 属夹 杂 物多 少 的指 标 ， 钢 水 中的 氧 含 量 与 钢水
直 接脱 硫作 用是 很弱 的 ， Ｍｇ Ｏ 的脱硫 反 应 是通 过 以
下 反应 进行 的 。
０
３ Ｍｇ Ｏ（ ） ＋２ ［ Ａ１ ］： ３ Ｍｇ （ ｇ ） ＋Ａ ｌ ２ Ｏ ）（ ３ ）
Ｍｇ （ ） ＋［ Ｓ ］＝Ｍｇ Ｓ （ 。 ） （ ４ ）
Ｍｇ Ｓ （ ） ＋Ｃ ａ Ｏ（ 。 ） ＝Ｃ ａ Ｓ （ 。 ） ＋Ｍｇ Ｏ（ 。 ） （ ５ ）
式 中， Ｉ ｏ Ｐ —— 耐 火材 料 的氧势 能 指数 ；
钢 水 中 的夹杂 物 可 分 为 球 状 氧化 物 夹 杂 、 硫 化 物 夹杂 、 Ａ ｌ ０ 夹 杂 、 硅 酸 盐 夹 杂 。钢 包 耐火 材 料 通 过 与钢 水 的直 接作 用 和 间接 作 用 ， 对 这 些 夹 杂 物 有
承钢 １ ２ ０ ｔ钢 包 耐 火 材 料 中 的 Ｍｇ Ｏ 含 量 在
图 ２为耐 火材 料 主要组 成 物 的氧势 能指 数 。从 图 ２中可 以看 到 ， 在 温 度一定 下 ， 耐火 材 料 的组分 按 化 学 性质 由碱 性一 中性 一 酸性 的变 化 ， 其 氧势 指 数 能 逐渐 增 大 ， 这 说 明耐 火 材 料 中酸性 组分 向钢 液 中 传 氧 能力更 大 ， 更容 易被 钢水 侵蚀 ； 耐 火材 料 氧势 能 指 数 随着温 度 的 升 高 而逐 渐 增 大 ， 说 明温 度 越 高 耐 火 材料 向钢 液 的传 氧能 力越 大 。
图 ２ 不 同 温 度 下 耐 火 材 料 的 氧势 指数
Ｆｉ ｇ ．２ Ｏｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｒａ ｆ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ
寐
钢包 内衬表 面 的 Ｍｇ Ｏ 先 被 铝 还原 生成 Ｍｇ ，
然后 Ｍｇ ㈤ 与 熔 融 金 属 中 的 硫 反 应 生 成 了 Ｍｇ Ｓ 。 Ｍｇ Ｓ在热力 学 上是 不稳定 的 ， 它又 进一 步 同 Ｃ ａ Ｏ 组
温度／ ℃
分反应 生 成 了 Ｃ ａ Ｓ和 Ｍｇ Ｏ。因此 ， 在上 述反 应 过程
４ ０ ％一 ６ ０ ％ 。有 研 究 表 明 Ｊ ： 在 钢 水 中有 金 属铝 存 在 的条 件 下 ， 耐 火 材 料 中 Ｍｇ Ｏ含量在 ３ ０ ％ ～ ５ ０ ％ 时， 钢 水 中的脱 硫速 度有 所增 大 。与此 同时 ， 钢水 中 的酸溶 铝含 量也 降 到最低 ， 这 说 明 耐火 材 料 中 Ｍｇ Ｏ 参 与 了脱 硫 反 应 。与 Ｃ ａ Ｏ组分相 比， Ｍｇ Ｏ 组 分 的
Ｃ ａ Ｏ ＋［ ｓ ］＋ ｘ［ Ｍ ］＝ Ｃ ａ Ｓ＋ Ｍ Ｏ
式中， Ｍ— — 脱硫元 素 。
（ ２ ）
温度 、 终 点碳 含量 及脱 氧剂 种类 、 数 量等 有关 系 。在
这些 因素 已经确 定 的条 件 下 ， 钢 包 耐 火 材 料 向钢水
对 钢水 脱 硫 过 程 有 利 的 热 力 学 条 件 为 渣 中 高
Ａ１ Ｏ ； 而渣 中 Ｃ ａ Ｏ 含量 越高 越 有利 于脱硫 反 应 ， 同
时有利 于钢 水 中 ＡＩ ： ０ ， 形 成低 熔点且 脱硫 能 力较 强 的３ Ｃ ａ Ｏ・ Ａ １ Ｏ ， 在深脱 氧条 件下 脱硫 效果 很好 。
钢 中硫 化 物 夹 杂 以 Ｍｎ Ｓ为 主 ， Ｍｎ Ｓ可 分 为 三
河 北 冶金
２ ０ １ ４年 第 ８期
耐火 材料 因机 械侵 蚀 （ 剥落 ） 而进 入 钢水 ； 间 接作 用
为耐 火材 料先 与 钢 包 渣进 行反 应 ， 通过 钢包 渣 与 钢 水 进 一步 发生 间接 反应 。 ２ 耐材对 钢 中夹 杂物 影 响的原 因分 析
根据 （ １ ） 式 可 以计 算 出各 种 常 用 耐火 材 料 的氧
中， Ｍｇ Ｏ实 际上起 的是 类 似催化 剂 的作用 。
从（ ３ ）一（ ５ ） 可 以看 出 ， 钢 包 耐火 材 料组 分 中 的
Ｍｇ Ｏ参 与 脱硫 反 应 时 ， 钢 水 中 会 产 生 一 定 量 的
有 研究 表 明 ］ ， 耐 火 材 料 分解 和 向钢 中传 氧 能
力 还 可 以用 （ １ ） 式 表示 ： － ｏＰ： ∑（ Ｍ ／ ｐ ） （ 一 １ ）
势 能指 数 ， 耐火 材 料 的氧 势 能指 数 越 大 表 明 其分 解
和 向钢 中传 氧 能 力 越 大 ， 越 容 易受 到侵 蚀 。 由 图 ２
及（ １ ） 式可 பைடு நூலகம் ， 钢 包 耐火 材 料 的 氧势 能 指 数越 大 ， 其 向钢 中传 氧能 力 越 大 ， 传 氧 能力 越 大 则 越 容 易造 成 钢 水 中氧化 物 夹 杂增 多 ， 同 时恶 化 钢 水 的纯 净 度 及 成 品性 能 。
Ｃ ａ Ｏ 含量及 钢 水 中低 氧 含 量 。 因此 ， 对 钢 包 耐 火 材
中传 递氧 的过 程就 成 了影 响钢 中非 金属 氧化 物 夹杂
的重 要 因素 。
料 的要求 是低 氧 势 能 指 数 的耐 火 材 料 ， 以减 少 向钢 水 中传氧 ； 抗熔 损 能力较 强 的碱性 材料 。
不 同程 度 的影 响 。
２ ． １ 耐材 对 氧 化 物 夹 杂 的 影 响
钢水 中的脱硫 过 程一般 是 在钢 一渣界 面 反应 进
行的 ， 其 反应 式 为 ：
通 常我 们 以钢水 中 的氧含 量来 作 为衡 量钢 水 中 非金 属夹 杂 物多 少 的指 标 ， 钢 水 中的 氧 含 量 与 钢水
直 接脱 硫作 用是 很弱 的 ， Ｍｇ Ｏ 的脱硫 反 应 是通 过 以
下 反应 进行 的 。
０
３ Ｍｇ Ｏ（ ） ＋２ ［ Ａ１ ］： ３ Ｍｇ （ ｇ ） ＋Ａ ｌ ２ Ｏ ）（ ３ ）
Ｍｇ （ ） ＋［ Ｓ ］＝Ｍｇ Ｓ （ 。 ） （ ４ ）
Ｍｇ Ｓ （ ） ＋Ｃ ａ Ｏ（ 。 ） ＝Ｃ ａ Ｓ （ 。 ） ＋Ｍｇ Ｏ（ 。 ） （ ５ ）
式 中， Ｉ ｏ Ｐ —— 耐 火材 料 的氧势 能 指数 ；