熔渣和耐火材料的抗渣性

抗渣性和耐火材料的关联

作者：Andy

关键词：炉衬抗渣性炉渣熔渣耐火材料侵蚀危害

在冶金过程中，抗渣性通常是指耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力。

炉渣的成分主要为CaO，SiO2，FeO，MnO,ZnO,BaO等，当炉渣碱度偏低时，对以CaO，MgO为主要成分的炉衬耐火材料侵蚀严重，炉衬寿命降低；相反，当炉渣碱度较高时，对炉衬的侵蚀则较轻微，炉衬寿命也相对有所提高。

这导致炼钢工艺中造渣技术的变革，采用轻烧白云石造渣，结果炉衬寿命有较大幅度的提高。炉渣中含有氟离子、金属锰离子等时，或者熔池温度升高到l700℃以上，溶液的粘度会急骤下降，炉衬的损毁速度加快，寿命大幅度降低。所以转炉钢水温度偏高，会使炉衬寿命相应降低。

溶液渗入耐火材料内部的成分包括：渣中的CaO、SiO2、FeO；钢液中的Fe、Si、Al、Mn、C，甚至还包括金属蒸气、CO气体等。这些渗入成分沉集在耐火材料的毛细孔道中，造成耐火材料工作面的物理化学性能与原耐火材料基体的不连续性，在转炉操作的温度急变下，出现裂纹、剥落和结构疏松，严格地说这个损毁过程要比溶解损毁过程严重得多。

因此，要降低溶液对耐火材料的渗透，措施有：a.应降低炉衬耐火材料的气孔率和气孔的孔径；b.在耐火材料中加入与溶液不易润湿的材料，如石墨、碳素等；c.严格控制溶液的粘度，即控制冶炼强度、控制出钢温度等。

熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂，一般包括有浸透、溶解和熔体冲刷等物理化学作用。抗渣性的表示方法可用熔渣侵蚀量mm或％表示。熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中最常见的一种损坏形式。耐火材料抗渣性的优劣主要与其自身的化学成分、矿物组成和组织结构等有关，还与熔渣的性质及其相互作用的条件(如温度、时间、流速等)有关。

抗渣性是评价耐火材料的重要指标之一。

炉渣侵蚀耐火材料的过程可以分为：

1. 单纯溶解，耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解过程

2. 反应溶解，耐火材料与熔渣在其界面处发生化学反应，使耐火材料的工作面部分转变为低熔点物，而溶于渣中，同时改变了溶液和制品的化学组成。

3. 侵入变质溶解，高温溶液或熔渣通过气孔侵入材料内部深处，或者通过耐火材料的液相扩散和向耐火材料的固相中扩散，使制品的组织结构发生质变而溶解。

炉衬耐火材料的损毁机理与耐火材料的化学成分、矿物结构，炼钢工艺过程等一些十分复杂的因素有密切关系，因此要在理论上完全说清楚几乎是不可能的。几十年来，人们对炼钢熔体与耐火材料之间的高温物理化学反应做过大量的研究，但是现在所能作出的结论，也还只是宏观的或是经验性的。归纳起来炉衬损毁的原因大致分成四类：

①机械冲击和磨损；

②耐火材料高温溶解；

③高温溶液渗透；

④高温下气相挥发；

其中以②，③两项被认为是最基本的损毁原因，所做的研究工作也最多。

由炉衬材料的抗渣侵蚀性试验，可得出镁碳砖的渣浸蚀过程为：石墨氧化→方镁石相被渣中SiO2、Fe2O3侵蚀→反应生成的低熔物被熔失。

在含碳炉衬的耐火材料中，随着碳含量的增加抗渣侵蚀性会有提高，但不是碳含量越高越好，因为碳含量越高，氧化失碳后炉衬耐火材料的结构越疏松，使用效果会变差。

通过从大量的抗渣试验研究和转炉实际操作可以得出一些炉衬耐火材料抗侵蚀性的认识：

(1)铁水成分对炉衬耐火材料寿命有显著影响，特别是硅、磷、硫的含量。

(2)转炉终点温度过高将导致炉衬寿命降低，特别是当终点温度在1700℃以上，每提高10℃，炉衬耐火材料的侵蚀速率都会有显著增加。

(3)提高炉渣碱度有利于降低炉渣对碱性耐火材料的侵蚀。

(4)提高渣中MgO含量，可以降低炉渣对炉衬耐火材料的侵蚀。

(5)提高渣中FeO含量会导致炉衬耐火材料侵蚀加剧。

(6)转炉吹炼初期，渣碱度比较低，对炉衬侵蚀严重，应采用白云石造渣，使渣中MgO含量接近饱和状态。

(7)萤石对炉衬也有侵蚀，因此应尽量降低萤石的加入量。

(8)白云石、镁白云石耐火材料中，MgO的抗渣侵蚀性要优于CaO，但是有CaO存在可以提高耐火材料的高温热塑性和抗渣渗透性。

(9)要求炉衬耐火材料的原料有较高的纯度，如镁白云石砂要求杂质总量

SiO2+A12O3+FeO小于3％；其他如电熔镁砂、石墨等也有类似要求。

耐火材料有一个重要的性质就是耐火度，耐火度是指在1580℃以上的无机非金属材料。包括天然矿石及按照一定的目的要求经过一定的工艺制成的各种产品。具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性，是各种高温设备必需的材料。

通常情况下，耐火材料按酸碱性分为酸性材料制品：以石英（SiO2)为主晶相。硅砖（SiO2≥93%）；60％≤SiO2≤80％，半酸性材料。(焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉)

碱性材料制品：以MgO、CaO为主晶相。它们的熔点高，抗碱性渣侵蚀能力很强。镁铬砖、白云石砖、橄榄石砖。(碱性炼钢炉及有色金属冶炼炉)

中性材料制品：以Al2O3、ZrO2为主晶相。黏土砖、高铝砖、莫来石砖、锆英石制品。(高温炉衬材料,石油、化工的高压釜内衬)

耐火材料一旦被炉渣侵蚀后就把Si，Mn，Ba，Mg，Al等杂质元素带进铁水钢液之中，给冶金过程带来极大地不便。轻则加长冶炼周期，增加冶炼成本，重则损耗冶金设备，造成安全事故。

而且，耐火材料中部分金属元素是对人体有害的，硅微粉吸入肺部后可致人肺痨，楼上说的硅质纤维类确实对人体也有很大危害，其实其它象无机纤维类在吸入气管或肺部后同样危害人体，另外，氧化铬在碱性高温环境中有毒，沥青、沥青结合耐火材料及干馏后耐火材料在加热后散发的气体有毒

炉外精炼是减少炉渣侵蚀最根本最有效的方法之一。

炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: