在鋼包中,爐渣的化學(xué)成分復(fù)雜多變,溫度變動(dòng)劇烈而頻繁,尤其在鋼包渣線部位,因此在渣線部位往往應(yīng)用性能優(yōu)良的鎂碳磚。國內(nèi)外就鋼包中在爐渣中的侵蝕機(jī)理做了深入深究,詳細(xì)的歸納總結(jié)如下。
(1) 爐渣對(duì)鎂碳磚的侵蝕:
在鋼包中,由于渣線部位復(fù)雜的物理化學(xué)環(huán)境,導(dǎo)致該部位爐襯最易損毀。爐渣對(duì)鎂碳磚的化學(xué)侵蝕主要通過對(duì)氧化鎂的溶解,以及對(duì)鎂碳磚基體中碳的氧化,并在以下因素的共同作用下,導(dǎo)致鎂碳磚的損毀:
1、堿度的影響:爐渣的堿度越低,對(duì)鎂碳磚的侵蝕越有利,若爐渣堿度升高,使渣中SiO2的活度降低,可以降低對(duì)碳的氧化,同時(shí)隨著堿度的升高,爐渣中的FeO的活度下降,相對(duì)減緩了熔渣對(duì)鎂碳磚的侵蝕行為;電爐鎂碳磚
2、MgO的影響:Osbom等在對(duì)LF爐渣線部位進(jìn)行成分分析時(shí)發(fā)現(xiàn),掛渣層中MgO的含量高達(dá)30%,并認(rèn)為爐渣中MgO的含量越高,鎂碳磚侵蝕越慢,堿度越高,同樣使?fàn)t渣對(duì)鎂碳磚的侵蝕減緩。
3、Al2O3的影響:爐渣中的Al2O3會(huì)降低爐渣的熔點(diǎn)和粘度,增大爐渣與耐火材料的潤濕性,使?fàn)t渣更容易從湖北鎂砂晶界處滲透,使方鎂石脫離鎂碳磚基體。
4、FeO的影響:首先渣中FeO在高溫下很容易與鎂碳磚中石墨發(fā)生氧化反應(yīng),并且產(chǎn)生亮白色鐵珠,形成脫碳層,其次鎂碳磚中的方鎂石亦會(huì)同爐渣中的FeO反應(yīng)生成低熔點(diǎn)產(chǎn)物。
在鋼包反復(fù)加熱和冷卻的過程中,由于形成的鎂鐵復(fù)合低熔點(diǎn)產(chǎn)物和鎂鐵礦之間的熱膨脹率不一致,使耐火材料表面的氧化鎂發(fā)生破碎,進(jìn)而導(dǎo)致磚體的溶解。國外學(xué)者也認(rèn)為鋼渣中鐵含量增高對(duì)鎂碳磚的壽命不利,首先鐵FeO加速了鎂碳磚表面碳的氧化,其次是FeO會(huì)與MgO反應(yīng),使鎂碳磚工作面結(jié)構(gòu)疏松,就在這兩點(diǎn)的共同作用下使鎂碳磚加快侵蝕。
(2) 鎂碳磚中碳的氧化:
鎂碳磚與熔渣接觸時(shí),碳會(huì)與熔渣中的FeO等氧化物發(fā)生脫碳反應(yīng),在一定條件下形成脫碳層,致使鎂碳磚工作面結(jié)構(gòu)疏松,這是鎂碳磚損毀的主要原因。碳和CO2、O2以及SiO2等氧化物反應(yīng)并被爐渣中鐵氧化物不斷氧化;其次脫碳層形成的疏松結(jié)構(gòu)在熱膨脹與熔渣的沖刷作用下產(chǎn)生更大的裂紋與孔隙,使?fàn)t渣方便滲透,并與MgO形成低熔點(diǎn)相,同時(shí)在熔池劇烈的機(jī)械攪動(dòng)和鋼渣猛烈沖刷的作用下鎂碳磚的表面層結(jié)構(gòu)組織發(fā)生改變,最終由外向內(nèi)逐漸損毀,致使鎂碳磚遭到嚴(yán)重破壞。在溫度超過一定值后,磚體組織會(huì)受到破壞從而急劇蝕損,這是由于高溫下MgO與石墨開始發(fā)生自耗反應(yīng)了。電爐鎂碳磚
(3) 氣孔的影響:
由于鎂碳磚內(nèi)部與表面微氣孔的存在,鎂碳磚的侵蝕更容易發(fā)生。鎂碳磚在使用過程中,氣孔在脫碳層的形成中起到了加速作用,進(jìn)而使?fàn)t渣對(duì)鎂碳磚耐火材料的侵蝕更為嚴(yán)重。外部空氣進(jìn)入鎂碳磚中的氣孔進(jìn)行冷卻的同時(shí)空氣中的氧氣與周圍的碳反應(yīng)生成CO氣體并經(jīng)過微氣孔排出,兩個(gè)過程的持續(xù)發(fā)生使得氣孔率與氣孔大小逐漸增大。而產(chǎn)生氣孔的最重要因素是鎂碳磚中粘結(jié)劑的選用。粘結(jié)劑一般情況下選用酚醛樹脂。如果在鎂碳磚中加入少量的酚醛樹脂,冷態(tài)情況下孔隙率不會(huì)太高約為3%,但酚醛樹脂在加熱后,會(huì)分解產(chǎn)生水、氫氣、甲烷、一(二)氧化碳等氣體,并在這些氣體的流動(dòng)下形成氣孔,增大了孔隙率。因此鎂碳磚被穿過氣孔的爐渣侵蝕,使碳的氧化和MgO的溶解都更加劇烈,從而對(duì)鎂碳磚造成破壞。由于產(chǎn)生氣體過程具有反復(fù)性,鎂碳磚的損毀不斷加劇。