新疆耐火材料对钢材质量的影响

更新时间: 2025-02-23

新疆耐火材料对钢材质量的影响

耐火材料是一种耐高温的固体材料，广泛应用于冶金工业。根据其不同的化学性质和成分，耐火材料通常可分为:酸性耐火材料(应时，硅砖)；半酸性耐火材料(半硅砖)；中性耐火材料(铬砖、粘土砖、高铝砖)；碱性耐火材料(镁砖、铬镁砖、镁铝砖、白云石砖、氧化镁、白云石和氧化镁耐火泥)等。碱性耐火材料因其耐火性高、热稳定性好、抗渣性好等优良特性而被广泛应用于冶炼设备中。在转炉和电炉炼钢过程中，耐火炉衬会被钢水机械冲刷，同时耐火材料的组成元素会溶解在钢水中并与之发生化学反应。钢水对炉衬的机械侵蚀及其之间的化学反应:一方面导致炉衬耐火材料的损坏和侵蚀；另一方面会影响钢水和钢的质量。在炼钢过程中，炉衬耐火材料与熔池中钢水的相互作用及其对钢水和钢的质量的影响主要包括以下几个方面:

由于耐火材料的脱落，在钢水和钢中产生非金属夹杂物

炼钢过程中，炉衬耐火砖被侵蚀后，砖的脱碳层和反应层得到缓解。由于钢水、炉渣、炉气的机械冲刷，加入铁水、散料和废钢，耐火材料脱落并卷入钢液中，形成非金属夹杂物。钢中的非金属夹杂物与钢本身的性质有很大不同。从力学角度看，非金属夹杂物的存在是钢的应力集中点，对钢的强度、刚度、耐久极限等力学性能有很大影响。因此，非金属夹杂物是影响钢材质量的严重缺陷之一。

非金属夹杂物是由钢水中耐火材料的组成元素和非金属元素之间的相互作用产生的

一些构成耐火材料的元素直接溶解在钢水中，增加了熔池中的氧、碳等非金属元素。在一定条件下，钢水中的非金属元素相互反应，形成非金属夹杂物。同样，也会对钢水和钢的质量产生不利影响。

耐火材料渗碳对钢水和钢质量的影响

目前，国内外广泛应用于转炉、电炉、连铸、炉外精炼和钢包。它是20世纪80年代发展起来的一种新型碱性耐火材料——碳复合耐火材料。碳复合耐火材料一般含碳3% ~ 30%。在炼钢过程中，碳氧化反应是冶炼过程中的一个重要反应。将钢水中碳含量降低到钢级规格是炼钢的重要任务之一。耐火材料的脱碳会增加钢水中碳含量，改变钢的成分，特别是在冶炼纯净钢和超纯钢时，耐火材料的脱碳会对钢水和钢的质量产生很大的影响。耐火材料的脱碳机理是，冶炼到一定程度后，钢与耐火材料之间存在一定的液相分离层。反应物在耐火材料表面形成固体产物层，耐火材料中的组成元素通过该层扩散到钢水中。但是，钢水中的一些元素和氧化物，主要是钢渣中的FeO，通过耐火砖的反应层，到达脱碳层的反应界面，在那里发生脱碳反应。所以影响钢水成分。其化学反应式为:

(FeO)+C(固体)=[CO]+铁渣

O2+2C(固体)= 2[一氧化碳]炉气

此外，在转炉和电炉的冶炼过程中，应在炉内进行吹氧脱碳。氧[O2]将熔池中的原子铁[Fe]氧化成[FeO]，溶解在钢水中的碳[C]与[FeO]接触进行氧化反应。碳被氧化形成CO气泡，合并生长，然后上浮，通过渣层排出。碳的氧化会影响钢水中氧等成分的含量。所以对钢水和钢的质量也会有一定的影响。而[CO]气泡的上浮和排出对金属熔池有很强的搅拌作用，也有利于钢水成分和温度的均匀化，改善钢水的化学反应动力学条件。

耐火材料脱硫有利于提高钢水和钢的质量

硫以硫化物的形式存在于钢中。对于大多数钢来说，硫是一种有害元素。其对钢材性能的主要影响:使钢材热脆，降低钢材的力学性能和焊接性等。因此，降低和控制钢中的硫含量对提高钢的质量大有裨益。实验研究表明，在高温下，耐火材料中会形成一定量的液相。钢水和耐火材料之间的液体层通常是硅酸盐熔体，其成分和结构与炉渣非常相似。所以也有氧化还原渣；钢水脱硫、磷和夹杂物吸附。

耐火材料对熔池中钢水的脱硫原理是，进入耐火材料液相隔离层的硫离子通过液相扩散到耐火材料中，与耐火材料中的[CaO]颗粒反应，在[CaO]颗粒表面形成CaS层。其化学反应式为:(CaO)+[S]=(CaS)+[O]，说明CaO具有较强的脱硫作用。因此，含有MgO-CaO系列的耐火材料具有很强的脱硫效果。

耐火材料脱磷有利于提高钢水和钢的质量

磷以磷化铁的形式存在于钢中，磷[p]是大多数钢的有害元素。其对钢材性能的主要影响:降低钢材的塑性、韧性和焊接电阻，使钢材产生冷脆性。耐火材料的脱磷与炉渣相同。基本原理是钢水中的磷被氧化形成P2O5。由于P2O5气体不稳定，必须上浮到炉渣和钢水的液面，与耐火材料液相层中提供的碱性氧化物反应，生成溶解在炉渣中的磷酸盐，使磷从钢水中排出。其化学反应式为:

2[P]+5(FeO)+4(CaO)= 4 CaO。P2O 5)+5[铁]

因此，耐火材料可以从钢水中去除一定含量的磷，有利于提高钢水和钢的质量。

近年来，由于工业、国防和航空航天工业的快速发展，对高质量钢的需求越来越高。在冶炼纯净钢等优质钢时，有必要高度重视和深入研究熔池中耐火材料与钢水的反应对钢质量的影响。同时，也为开发净化钢水的新型耐火材料提供了依据。

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