耐火材料损毁及对钢质量的影响

在之前的炼钢工艺中，研究者们多从生产工艺方面去考虑，不断改进工艺，控制夹杂物的数量以及如何有效去除夹杂物，却始终忽略了耐火材料在炼钢中的影响，耐火材料与钢液是直接接触的，导致研究者不论怎么改善工艺，却始终发现在钢液中有着或多或少夹杂物的存在，得到的钢产品也是粗钢，原因在于耐火材料耐火材料在与钢液接触的过程中，不断受到钢液的冲蚀与渗透，造成结构损毁，最后耐火材料以夹杂物的形式进入到钢液中，降低了钢液中夹杂物的含量，造成不利的影响，使钢质量降低。

耐火材料的损毁方式主要是渣线部位的熔渣侵蚀、热机械剥落以及钢液对耐火材料的冲蚀，而耐火材料的损毁必然会对钢质量造成不利的影响，多年来，钢铁领域的工作者们对耐火材料的抗渣性能以及热震稳定性不断地深入研究，取得了较为显著的成就。分别以四种不同Al2O3含量的镁铝尖晶石粉为原料，纸浆废液为结合剂混匀后压制成型，烘干和1600℃保温3h热处理后，在1600℃下进行实验，在实验中选用钢包渣作为侵蚀介质，实验时间为三小时，在实验结束后，对试样进行处理，并在扫描电镜下进行分析，观察试样侵蚀后的微观结构变化，实验发现，试样抗渣侵蚀与抗渣渗透呈现出不同的规律，影响其变化的因素是镁铝尖晶石中氧化铝的含量，当尖晶石中氧化铝的含量降低时，试样的抗渣渗透能力逐渐减弱，试样的抗渣侵蚀能力逐渐增强，在侵蚀试验中，生成的新物相镁铁固溶体相以及镁铁尖晶石能够阻止渣进一步的渗透和侵蚀，保护了耐火材料原质层，延长耐火材料使用寿命。借助钢厂现场使用的镁碳砖分析镁碳砖的侵蚀机理，通过采用显微结构分析，反应热力学分析，能谱分析以及从和材料润湿性等方法通过对比镁碳砖在精炼钢包渣线部位的使用情况，研究发现，镁碳砖的侵蚀损毁机理存在着差异，这主要是镁碳砖所接触的钢液和熔融渣的温度以及自身结构存在差异造成的，在温度较高的区域，所造成的影响比较严重，镁碳砖在熔渣中的润湿性增大，从而使熔渣与镁碳砖内部结构充分增大，接触面积增大就导致镁碳砖的溶解速率增大，进而导致镁碳砖的侵蚀损毁加剧，其中镁碳砖中脱碳层的形成是直接导致润湿性增大的主要因素。

以电熔白刚玉、石墨和单质硅微粉为主要原料，在氮气气氛下1450℃保温4小时原位生成Sialon结合Al2O3-C材料，并用静态坩埚法在1600℃下进行抗渣实验，采用XRD和SEM-EDS对渣蚀后材料的显微结构和成分进行分析，研究表明，渣的渗透主要是沿着刚玉颗粒边缘进行的，随着渗透的深入，CaO含量不断下降，Al2O3-C材料高温氮化后生成的产物氧化后溶解到渣中，能够降低渣的侵蚀和渗透。

在研究钢液与耐火材料直接相互作用的规律时，可以借鉴高温熔渣与耐火材料的侵蚀损毁机理，但是钢液与耐材之间的反应更加直接与显而易见，其相互作用主要受几个因素来控制，首先是材料自身的结构与强度，强度越大，其稳定性越强，其次是耐火材料与钢液之间的表面张力。钢液对耐火材料的冲蚀以及对耐火材料渗透和接触部位所发生的化学反应等都属于钢液与耐材之间的相互作用，这些相互作用最终会导致耐火材料剥落进入到钢液中，不仅钢质量受到影响，耐火材料也受到损毁，制约耐火材料的使用寿命。然而在钢液冲蚀这一方面，至今仍没有突破性的进展，很多学者只是从静态的角度去研究钢液与耐火材料的相互作用，与实际炼钢工艺相差甚大，因此，研究钢液对耐火材料的冲蚀损毁是一个急需解决的难题。