莫来石流钢砖的成分对耐火度都有哪些影响?

2020-11-07 11:16:21 sunfei 273

    模铸浇铸系统中使用流钢砖的砖型包括漏斗砖、注管砖、中心砖、直流砖、流钢尾砖以及模底砖等。流钢砖原料 矿物组成主要是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)和6%~7%的杂质(钾、钠、钙、钛、铁的氧化物)。烧成过程主要是高岭 石不断失水分解生成莫来石(3Al2O3·2SiO2)结晶的过程。莫来石晶体是铝硅酸盐在高温作用下唯一稳定的形式,其理 论转化率为87.64%。流钢砖中的SiO2和Al2O3在烧成过程中与杂质形成共晶低熔点的硅酸盐,包围在莫来石结晶周 围。

    1 不同批次流钢砖的成分 由检验数据可知,流钢砖的主要成分是氧化铝,其次是二氧化硅,另外还含有少量的氧化铁等。可想而知,流钢 砖的理化性能与这些主要成分的含量的多少有较大的关系,主要成分的变化会对流钢砖的理化指标产生较大的影响。

   2 流钢砖在钢砖反应中损毁的主要形式 当流钢砖与钢液接触过程中,钢水与耐火材料之间的作用包括以下几个方面,一是钢水对耐材的冲刷,造成耐材 的剥落,耐材整块掉入钢水中,这是物理过程,一般耐材局部存在低熔点的熔洞等不稳定点时容易发生;二是耐材中的 组分,比如氧化物、碳、氮化物等与钢水中的Al、Si、Mn、Fe等元素发生化学反应,反应界面大,但化学反应层的 厚度较小,并且这种反应贯穿于整个耐材与钢水接触的过程,由于物理熔解过程往往发生在化学反应过程之前,物理 熔解损失的速度也比化学反应的速度快得多,因此可认为流钢砖与钢水接触发生损毁的主要形为是物理性的熔解。 流钢砖与钢水反应是先发生物理性熔解再发生化学性分解反应,分解反应界面层厚度很小,反应速度较慢。用流 钢砖的熔点来表征耐火度是具有一定科学性的,而且计算方法比较简单。 

   3 化学成分计算法的计算过程 

 3.1某批次流钢砖的化学成分 某批次流钢砖进厂后,取样检验其化学成分。 化学成分比较正常,主要成分和少量成分的质量分数相差明显。 

 3.2某批次流钢砖液相线的计算 氧化物MxOy的分子数的计算公式是: aMxOy=XMxOy/AMxOy(1) 式中:aMxOy为氧化物MxOy的分子数;XMxOy为氧化物MxOy的质量分数,%;AMxOy为氧化物MxOy的分子 量。 由于流钢砖反应层与高温钢液接触过程中,反应层中的氧化物总是趋向于向低熔点相发生化合反应。 仅计算Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3等成分时,Al2O3含量为65.29%的流钢砖的液相线为1854℃。流 钢砖的原料高铝矾土中除了Al2O3和SiO2等莫来石的形成氧化物外,还含有一定量的杂质。这些杂质中Fe2O3、K2 O、Na2O等熔点较低,钢水与耐材表面接触过程中,高温熔融钢液容易熔解耐材表面的这些杂质,形成液态的通道 渗入到耐材内部。因此,低熔点的氧化物会降低流钢砖的耐火度。Al2O3含量为65.29%的流钢砖实际液相线应在185 4℃以下。

   4 流钢砖在高温反应过程中形成的矿相组成 从热力学角度出发,钢水与流钢砖接触过程中,流钢砖中的各种氧化物总是趋向于向低熔点的复杂氧化物发生化 合反应。流钢砖与高温钢液接触反应的过程中,流钢砖反应层中会不断地生成复杂化合物,当钢液反应温度高于复杂 氧化物的熔点时,流钢砖反应层中就会生成部分复杂氧化物液相,并且这些液相的复杂氧化物会在反应界面层生成, 被流动的钢水卷入钢液中。按照熔点低的复杂氧化物优先生成的原则,再根据各种氧化物的分子数数值可以推断流钢 砖反应层中各种复杂化合物的分子式和数量。 SiO2有46个分子,Al2O3有64个分子,CaO和Fe2O3均只有1个分子,因此SiO2和Al2O3会优先组合,表6中最 优先形成的复杂化合物是莫来石,其次是铝酸钙,这两者熔点很低。Fe2O3熔点最低,1个Fe2O3分子还是会以单独 氧化物的形式存在。3Al2O3·2SiO2中Al2O3和SiO2的比例是3:2,那么就有大约64:43的Al2O3和SiO2形成莫来 石,剩余3个SiO2。而CaO只有1个,Fe2O3只有1个,1个CaO、1个Al2O3和1个SiO2形成1个CaO·FeO·SiO2,最终 剩余的SiO2有2个。

   5 结语 (1)流钢砖与钢液接触过程中发生的主要侵损是物理性的熔解过程,氧化物的分解反应界面层较薄,反应速度 慢。流钢砖中各种氧化物的熔点和对应的质量分数共同决定了流钢砖与钢液反应的液相线温度。 (2)流钢砖与钢液发生界面反应时,反应形式是由多个单独的氧化物生成单一的氧化物复合物,并且复杂氧化物 熔点越低,生成这种复杂氧化物的反应动力学越大;单独氧化物的质量分数越多就越容易这种氧化物就越容易发生化合 反应。 (3)化学成分计算法推导耐火度的方法是利用各成分的质量分数及熔点计算出一个准确的液相线温度数值。