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            鎂質爐襯材料的損毀機理

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            鎂質爐襯材料的損毀機理

            發布日期:2020-10-14 作者: 點擊:

            以鎂質耐火材料為例,闡述一下鎂質材料的損毀機理:二鈣電熔鎂砂


            鎂質材料損毀的主要表現是:流動鋼液造成的熱侵蝕和爐渣成分滲透進入材料中引起的化學侵蝕。


            熔煉過程中溶液會通過耐火材料基體中的毛細孔道滲入到耐火材料基體內部侵蝕爐襯。滲入到耐火材料基體內部的成分包括;渣中的CaO、SiO2、FeO; 鋼液中的Fe、Si、Ai、Mn、C,甚至還包括金屬蒸汽,CO氣體等。這些滲入成分沉積在耐火材料毛細孔道中,造成耐火材料工作面的物理化學性能與原耐火材料基體的不連續性,在操作溫度急變下將出現裂紋、剝落和結構疏松,嚴格的說這個損毀過程比溶解損毀過程嚴重得多。


            加入爐內的金屬材料會帶入各種不同的氧化物,不同材質、不同爐次的爐渣成份也不盡相同。爐渣中存在的各種氧化物、碳化物、硫化物及各種形態的復合化合物,大部分都會和爐襯發生化學反應,生成不同熔點的新的化合物。反應中生成的一些低熔點氧化物如鐵橄欖石(FeOSiO2)、錳橄欖石(MnOSiO2)等熔點一般在1200℃左右范圍內。低熔點渣具有極好的流動性,可能會形成助熔劑作用,對爐襯產生劇烈的化學侵蝕,從而降低爐襯的使用壽命。


            反應中生成的高熔點渣如莫來石(3Al2O3·2SiO2)、鎂橄欖石(2MgO·SiO2)等,及一些高熔點的金屬元素熔點可達1800℃以上,懸浮在金屬液中的高熔點渣和低熔點渣之間還有比較復雜的穿插互溶作用,這些熔渣極易粘附在爐壁上并形成累積,造成嚴重的粘渣,影響電爐的功率、熔速和容量,直至影響爐襯壽命。


            隨爐子容量增大,鋼液表面散失的熱量比例下降,爐渣溫度比小容量爐子高,爐渣的流動性也比小容量爐子好,因而對爐襯的侵蝕加劇。大型感應爐多采用鋼、渣混出的方法出鋼,要求爐渣具有良好的流動性,才能適應出鋼的條件。因此,渣線部位侵蝕嚴重,這是造成爐襯使用壽命下降的又一原因。由于以上原因,大型感應爐爐襯的使用壽命低于中小型感應爐,從提高爐襯的使用壽命來說,應適當增加爐襯的厚度。但是,隨著爐襯壁厚度的增加,電阻值增大,無功損失增高,電效率下降。因此,爐襯壁的厚度是限制在一定范圍。因此,必須選定合理的壁厚,即保證了高的電效率又確保了爐襯的使用壽命。

            二鈣電熔鎂砂

            解決方案的設計

            以上侵蝕在溫度的循環波動下導致所謂的結構剝落。在生產過程中,熔渣滲透進入耐火材料基質的氣孔中,從而形成一大塊兒增厚的耐火材料層。耐火材料被爐渣浸透的部分物理和化學特性會發生變化。由于滲透層和殘留的未便層間的熱膨脹系數不同,當溫度變化時,兩層的交界處出現很大的應力,從而導致平行于工作面的裂紋產生,并最終造成爐襯體剝落。滲透進入耐火材料基質的爐渣會溶解耐火材料的顆粒,削弱顆粒間的結合,從而導致材料耐火度和抗高溫性能下降。因此,導致渣滲透層耐火材料在流動鋼水的侵蝕下損毀更快。


            爐渣的堿度應當和爐襯材質相適應。鎂質爐襯材料能被高CaO渣和SiO2渣侵蝕。爐渣中CaF數量應進行控制,過量的CaF會侵蝕堿性爐襯,使渣線區過早熔蝕。當爐渣中的氟離子、金屬錳離子等高時或熔池溫度到1700℃以上,溶液的黏度也會急劇下降,爐襯的損毀速度加快,爐襯壽命會大幅度降低。真空下進行無渣熔煉時,爐襯的使用壽命大于非真空熔煉時的壽命。


            爐襯中滲入較高的氧化鐵含量使原爐襯的顯微結構破壞、耐火度降低,且使CaO-Ai2O3-SiO2系渣的粘度降低,從而使渣滲透進入材料的更深層處。然而,原爐襯中含有一定量的氧化鐵有利于爐襯的快速燒結、減少材料的開口氣孔和透氣度。尤其是造型材料中含有一定量的氧化鐵,材料的快速燒結、杜絕沖砂、夾砂表現的十分突出。


            提高氧化鎂含量及渣的粘度,既有利減少渣對爐襯的侵蝕,也有利于提高集渣效果。當爐渣堿度偏低時,對鎂質爐襯侵蝕較為嚴重,爐襯的壽命隨之降低;相反,當爐渣堿度較高時,對爐襯的侵蝕較輕微,爐襯的壽命相對提高。提高爐渣堿度和渣中MgO含量,降低渣中FeO含量,有利降低爐渣對耐火材料的侵蝕。因此,在使用造渣劑時應注重選擇高氧化鎂的材料。合理配置渣料結構,加快成渣速度,縮短冶煉時間,降低渣中的氧化鐵含量。


            應根據爐襯的材質選擇合適的爐渣。堿性渣適用于鎂質爐襯,但能被高CaO渣和SiO2渣侵蝕,過量的CaF2也會侵蝕堿性爐襯,使渣線區過早熔蝕。酸性渣適用于石英質爐襯,鎂鋁質爐襯只能適用于弱堿性或中性渣。氧化鋁質爐襯高溫下在不同的酸堿度中會表現出典型的兩性,其可以適應不同酸堿度的熔渣,但相比酸性爐襯和堿性爐襯來說稍差一些。為此,有的在選擇材料時采用高純鎂砂并添加一定量的尖晶石改變純鎂質爐襯材料的基體性質,但實驗表明高純剛玉質材料的抗侵蝕性也明顯不及純度不很高的燒結鎂砂。酸性渣適用于石英質爐襯,鎂鋁質爐襯只能適用于弱堿性或中性渣。氧化鋁質爐襯高溫下在不同的酸堿度中會表現出典型的兩性,其可以適應不同酸堿度的熔渣,但相比酸性爐襯和堿性爐襯來說稍差一些。


            總之,考慮到鎂質爐襯的主要的損毀機理,經不斷地總結、探索,可以通過限制開口氣孔和透氣度來提高材料的抗爐渣滲透能力,通過提高高溫抗折強度和苛重軟化溫度來改善爐襯基體的高溫抗侵蝕性和抗剝落性。


            爐襯性能的好壞取決于多種因素,如材料的粒度分布、材料的理化性能及爐襯的燒結溫度。


            結 語


            1)爐襯材料應具有高的熱態強度、低透氣度和低氣孔率的特性。


            2)爐襯初期破壞是由于爐襯耐火材料的燒結層在渣中溶解造成的前端蝕損,以及由于溫度的循環變化導致出現裂紋。引起整體襯中裂紋擴展的另一個因素是由于加熱至過高的溫度造成“三帶”之間膨脹系數不同而產生的應力。


            3)爐襯的壽命取決于正確的操作,包括對襯體的檢測,以及應用“補爐料”及時對出現的裂紋進行修補,避免鋼水、渣滲入爐襯基體中。


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