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钢包中镁碳砖在炉渣中的侵蚀机理

编辑:保温砖 时间:2020-12-22 浏览:
   随着镁碳砖生产技术的成熟,镁碳砖的应用范围越来越广,1994年将镁碳砖用做电弧炉的内衬,并大 大提高了内衬的服役寿命。石河子今日,镁碳砖已成为国内大部分钢铁企业的主要耐火材料。虽然镁碳砖在冶金过程 中有着广泛的应用,但镁碳砖由于其严酷的工作条件,其使用寿命仍然有很大问题,特别是钢包渣线部位,镁碳砖的 损毁尤为严重。

   山东耐火砖在钢包中,炉渣的化学成分复杂多变,温度变动剧烈而频繁,尤其在钢包渣线部位,因此在渣线部位往往应用性 能优良的镁碳砖。国内外就钢包中镁碳砖在炉渣中的侵蚀机理做了深入深究,详细的归纳总结如下。

   (1) 炉渣对镁碳砖的侵蚀:

   在钢包中,由于渣线部位复杂的物理化学环境,导致该部位炉衬最易损毁。炉渣对镁碳砖的化学侵蚀主要通过对 氧化镁的溶解,以及对镁碳砖基体中碳的氧化,并在以下因素的共同作用下,导致镁碳砖的损毁:

   1、碱度的影响:炉渣的碱度越低,对镁碳砖的侵蚀越有利,若炉渣碱度升高,使渣中SiO2的活度降低,可以降低对碳的氧化,轻质保温砖同时随着碱度的升高,炉渣中的FeO的活度下降,相对减缓了熔渣对镁碳砖的侵蚀行为;

   2、MgO的影响:Osbom等在对LF炉渣线部位进行成分分析时发现,挂渣层中MgO的含量高达30%,并认为炉 渣中MgO的含量越高,镁碳砖侵蚀越慢,碱度越高,同样使炉渣对镁碳砖的侵蚀减缓。

   3、Al2O3的影响:炉渣中的Al2O3会降低炉渣的熔点和粘度,增大炉渣与耐火材料的润湿性,使炉渣更容易从 镁砂晶界处渗透,使方镁石脱离镁碳砖基体。

   4、FeO的影响:首先渣中FeO在高温下很容易与镁碳砖中石墨发生氧化反应,并且产生亮白色铁珠,形成脱碳 层如图1所示,其次镁碳砖中的方镁石亦会同炉渣中的FeO反应生成低熔点产物。


图1 脱碳层外围的金属铁

   在钢包反复加热和冷却的过程中,由于形成的镁铁复合低熔点产物和镁铁矿之间的热膨胀率不一致,使耐火材料 表面的氧化镁发生破碎,进而导致砖体的溶解。国外学者也认为钢渣中铁含量增高对镁碳砖的寿命不利,首先铁FeO 加速了镁碳砖表面碳的氧化,其次是FeO会与MgO反应,使镁碳砖工作面结构疏松,就在这两点的共同作用下使镁碳砖加快侵蚀。

   (2) 镁碳砖中碳的氧化:

   镁碳砖与熔渣接触时,碳会与熔渣中的FeO等氧化物发生脱碳反应,在一定条件下形成脱碳层,致使镁碳砖工作 面结构疏松,这是镁碳砖损毁的主要原因。碳和CO2、O2以及SiO2等氧化物反应并被炉渣中铁氧化物不断氧化;其次 脱碳层形成的疏松结构在热膨胀与熔渣的冲刷作用下产生更大的裂纹与孔隙,使炉渣方便渗透,并与MgO形成低熔点 相,同时在熔池剧烈的机械搅动和钢渣猛烈冲刷的作用下镁碳砖的表面层结构组织发生改变,最终由外向内逐渐损 毁,致使镁碳砖遭到严重破坏。在温度超过一定值后,砖体组织会受到破坏从而急剧蚀损,这是由于高温下MgO与石 墨开始发生自耗反应了。

   (3) 气孔的影响:

   由于镁碳砖内部与表面微气孔的存在,镁碳砖的侵蚀更容易发生。镁碳砖在使用过程中,气孔在脱碳层的形成中 起到了加速作用,进而使炉渣对镁碳砖耐火材料的侵蚀更为严重。外部空气进入镁碳砖中的气孔进行冷却的同时空气 中的氧气与周围的碳反应生成CO气体并经过微气孔排出,两个过程的持续发生使得气孔率与气孔大小逐渐增大。而产 生气孔的最重要因素是镁碳砖中粘结剂的选用。粘结剂一般情况下选用酚醛树脂。如果在镁碳砖中加入少量的酚醛树 脂,冷态情况下孔隙率不会太高约为3%,但酚醛树脂在加热后,会分解产生水、氢气、甲烷、一(二)氧化碳等气体,并 在这些气体的流动下形成气孔,增大了孔隙率。因此镁碳砖被穿过气孔的炉渣侵蚀,使碳的氧化和MgO的溶解都更加 剧烈,从而对镁碳砖造成破坏。由于产生气体过程具有反复性,镁碳砖的损毁不断加剧。

   总结:

   关于镁碳砖的损毁主要从炉渣的化学侵蚀和物理渗透两方面来考虑,并且在不同的冶金反应器中,由于操作工艺 及炉渣组成的不同,镁碳砖的侵蚀机理也不相同,由于炼钢转炉目前基本采用溅渣护炉工艺,因此转炉炉龄大多上在 万炉以上,而炼钢电炉与精炼钢包的内衬侵蚀状况严重。对于镁碳砖的在炉渣中的侵蚀行为,碳的氧化与氧化镁的溶 解是主要因素。

   镁碳砖的损毁过程可以总结为:氧化、脱碳、疏松、侵蚀、冲刷、脱落、损毁。首先镁碳砖工作面的石墨被氧化 形成脱碳层,脱碳层的镁砂在热应力(石墨与镁砂在1000℃时,热膨胀率分别为1.4%和0.2%)、化学侵蚀以及机械冲 刷等条件下逐渐被侵蚀脱落,脱落后又暴漏出石墨,继续被氧化形成脱碳层,然后再到镁砂的溶蚀过程,在反复作用 下,造成了镁碳砖的损毁。

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