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影響耐火材料抗渣性的因素有哪些？改進方法分析
發布時間：2016/12/15 13:46:10 點擊率： 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，當爐渣堿度偏低時，對以CaO，MgO為主要成分的爐襯耐火材料侵蝕嚴重，爐襯壽命降低；相反，當爐渣堿度較高時，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)。
這導致煉鋼工藝中造渣技術的變革，采用輕燒白云石造渣，結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，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。所以轉爐鋼水溫度偏高，會使爐襯壽命相應降低。
溶液滲入耐火材料內部的成分包括：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，在轉爐操作的溫度急變下，出現裂紋、剝落和結構疏松，嚴格地說這個損毀過程要比溶解損毀過程嚴重得多。
因此，要降低溶液對耐火材料的滲透，措施有：a.應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.嚴格控制溶液的粘度，即控制冶煉強度、控制出鋼溫度等。
熔渣侵蝕破壞耐火材料的機理十分復雜，一般包括有浸透、溶解和熔體沖刷等物理化學作用。抗渣性的表示方法可用熔渣侵蝕量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劣主要與其自身的化學成分、礦物組成和組織結構等有關，還與熔渣的性質及其相互作用的條件(如溫度、時間、流速等)有關。抗渣性是評價耐火材料的重要指標之一。
爐渣侵蝕耐火材料的過程可以分為：
1. 單純溶解，耐火材料與熔渣不發生化學反應的物理溶解過程；
2. 反應溶解，耐火材料與熔渣在其界面處發生化學反應，使耐火材料的工作面部分轉變為低熔點物，而溶于渣中，同時改變了溶液和制品的化學組成；
3. 侵入變質溶解，高溫溶液或熔渣通過氣孔侵入材料內部深處，或者通過耐火材料的液相擴散和向耐火材料的固相中擴散，使制品的組織結構發生質變而溶解。
爐襯耐火材料的損毀機理與耐火材料的化學成分、礦物結構，煉鋼工藝過程等一些十分復雜的因素有密切關系，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反應做過大量的研究，但是現在所能作出的結論，也還只是宏觀的或是經驗性的。歸納起來爐襯損毀的原因大致分成四類：
①機械沖擊和磨損；
②耐火材料高溫溶解；
③高溫溶液滲透；
④高溫下氣相揮發；
其中以②，③兩項被認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，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，因為碳含量越高，氧化失碳后爐襯耐火材料的結構越疏松，使用效果會變差。通過從大量的抗渣試驗研究和轉爐實際操作可以得出一些爐襯耐火材料抗侵蝕性的認識：
(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)轉爐終點溫度過高將導致爐襯壽命降低，特別是當終點溫度在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含量會導致爐襯耐火材料侵蝕加劇。
(6)轉爐吹煉初期，渣堿度比較低，對爐襯侵蝕嚴重，應采用白云石造渣，使渣中MgO含量接近飽和狀態。
(7)螢石對爐襯也有侵蝕，因此應盡量降低螢石的加入量。
(8)白云石、鎂白云石耐火材料中，MgO的抗渣侵蝕性要優于CaO，但是有CaO存在可以提高耐火材料的高溫熱塑性和抗渣滲透性。
(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就是耐火度，耐火度是指在1580℃以上的無機非金屬材料。包括天然礦石及按照一定的目的要求經過一定的工藝制成的各種產品。具有一定的高溫力學性能、良好的體積穩定性，是各種高溫設備需要的材料。
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。(焦爐、玻璃熔窯、酸性煉鋼爐)；
堿性材料制品：以MgO、CaO為主晶相。它們的熔點高，抗堿性渣侵蝕能力很強。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、化工的高壓釜內襯)；
耐火材料一旦被爐渣侵蝕后就把Si，Mn，Ba，Mg，Al等雜質元素帶進鐵水鋼液之中，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，樓上說的硅質纖維類確實對人體也有很大危害，其實其它象無機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境中有毒，瀝青、瀝青結合耐火材料及干餾后耐火材料在加熱后散發的氣體有毒
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、微合金化等技術以不同形式組合起來,出鋼前盡量除去氧化渣,在鋼包內重新造還原渣,保持包內還原性氣氛。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,以免產生偏析、白點、大顆粒夾雜物,降低鋼的抗拉強度、韌性、疲勞強度、抗裂性等性能。這些工作只有在精煉爐上進行,其特點與功能如下:
1)可以改變冶金反應條件。煉鋼中脫氧、脫碳、脫氣的反應產物為氣體,精煉可以在真空條件下進行,有利于反應的正向進行,通常工作壓力≥50Pa,適于對鋼液脫氣。
2)可以加快熔池的傳質速度。液相傳質速度決定冶金反應速度的快慢,精煉過程采用多種攪拌形式(氣體攪拌、電磁攪拌、機械攪拌)使系統內的熔體產生流動,加速熔體內傳熱、傳質的過程,達到混合均勻的目的。
3)可以增大渣鋼反應的面積。各種精煉設備均有攪拌裝置,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生熔化、熔解、聚合反應,通常1噸鋼液的渣鋼反應面積為0.8～1.3mm2,當渣量為原來的6%時,鋼渣乳化后形成半徑為0.3mm的渣滴,反應界面會增大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(轉爐)和連鑄之間起到緩沖作用,精煉爐具有靈活性,使作業時間、溫度控制較為協調,與連鑄形成更加通暢的生產流程。
發展爐外精煉技術需解決的問題及發展方向爐外精煉技術已經應用40年,對提高鋼的純凈度、準確控制成分含量及細化組織結構等方面都起了重要作用,使冶煉成本大幅降低,同時提高了鋼的品質和性能。但在發展的過程中也出現了一些問題,有待于解決,使這項技術更加。
1)實現爐外精煉工藝的智能化控制,根據來料鋼水的各種技術參數,利用信息技術,制定佳的精煉工藝方案,并通過計算機控制各精煉工序。精煉工位配備快速分析設備,實現數據網絡化,減少熱停等待時間。
2)爐外處理設備將實現“多功能化”。在水鋼精煉設備中將渣洗精煉、真空冶金、攪拌工藝以及加熱控溫功能全部組合起來,實現精煉,以滿足超純凈鋼生產的社會需求。
3)開發高純度、高密度、高強度的高質量堿性耐火材料,以適應不同精煉爐的需要,注重產品質量的穩定性。耐火材料的使用條件應盡可能與爐渣相適應,大限度地降低侵蝕速度。要根據精煉設備的實際情況形成不同層次的配套材料,研究開發保溫和修補技術,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懸浮物、Pb、Zn等,這些污染物須經企業內部的相關處理,把污染程度降低到符合排放標準后再排放,加強環境保護意識。
爐外精煉技術是一項提高產品質量,降低生產成本的先進技術,是現代化煉鋼工藝不可缺少的重要環節,具有化學成分及溫度的準確控制、夾雜物排除、頂渣還原脫S、Ca處理、夾雜物形態控制、去除H、O、C、S等雜質、真空脫氣等冶金功能。只有強化每項功能的作用,才能發揮爐外精煉的優勢,生產出高品質純凈鋼種。
其次，保證和提高原料的純度，改善制品的化學礦物組成。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多為耐火性質低的礦物或含量較多的低熔物，使其穩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節，因而改變基質部分化學礦物組成，盡量減少其中低熔物和雜質的含量，能夠有效地提高制品的抗渣性。還有，選擇適宜的方法減產，獲得具有致密而且均勻的組織結構的制品。通常熔渣侵蝕過程是各種復雜因素綜合作用的終結果，在實驗條件下可以通過適量的減產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,縮短出爐時間,減少出鐵口受到的機械沖刷侵蝕及空氣氧化機率。
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,延長出爐時間,加劇了出鐵口手機械沖刷及空氣氧化的程度,在生產工藝上,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,改善各項技術經濟指標。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,出爐時間有18-20分鐘縮短到13分鐘以內,大幅度減少了出鐵口受到的機械沖刷和空氣氧化侵蝕。
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