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煉鋼鑄造時爐渣對耐火材料內襯有何保護作用?

爐渣是參與各種冶金反應的重要的相,且有清除鋼中的雜質和保護鋼液的作用。在煉鋼各階段都保持爐渣的狀態良好,是生產優質鋼的重要條件之一。

一、爐渣的來源

電弧爐煉鋼的各階段,鋼液表面都有爐渣覆蓋,其主要來源有以下四個方面:

1)為達到冶煉目的而故意加入造渣材料,如石灰、石灰石、硅砂、氟石、鐵礦石、炭粉、硅鐵粉、耐火磚碎塊等。

2)冶煉過程中的產物,主要是鋼中所含各種元素的氧化物或硫化物,如FeO、MnO、SiO2、Cr2O3等。

3)爐襯被侵蝕而進入爐渣中的耐火材料,如堿性爐渣中的MgO和酸性爐渣中的SiO2。

4)各種原材料帶入的雜質。

2、爐渣的分類及組成

 

煉鋼時,爐渣是參與各種冶金反應的重要的相,所以,用不同的煉鋼工藝、在不同的冶煉階段,所用的爐渣是不同的。

1)電弧爐的爐襯有堿性與酸性之分,所用的爐渣也就有堿性與酸性之分。爐渣中堿性氧化物占優勢,稱為堿性爐渣;爐渣中酸性氧化物占優勢,就稱為酸性爐渣。爐渣中常見的氧化物,按酸、堿屬性的分類見表1。

煉鋼鑄造時爐渣對耐火材料內襯有何保護作用?

表1  爐渣中常見的氧化物的分類

堿度是表征爐渣酸、堿屬性的參數,理論上應該是各種堿性氧化物質量分數之和與各種酸性氧化物質量分數之和的比值。實際生產中,常用CaO的質量分數與SiO2的質量分數之比表示堿度,堿度大于1者為堿性爐渣,堿度小于1者為酸性爐渣。

2)按冶煉階段,爐渣可分為熔化渣、氧化渣和還原渣。堿性電弧爐還原期的爐渣又可分為白渣和電石渣。

3)爐渣的物理性質和化學性質是由其組成所決定的。對于煉鋼的爐渣,物理性質中,最關心的是粘度;化學性質中則是堿度和氧化性(或還原性)的強弱。爐渣主要是由各種氧化物組成的,如SiO2、CaO、Al2O3、MgO、FeO、MnO和P2O5等。此外,還有少量硫化物,如CaS、FeS和MnS等,電弧爐煉鋼時各種爐渣的大致組成見表2。

煉鋼鑄造時爐渣對耐火材料內襯有何保護作用?

表2 各種爐渣的大致組成(質量分數)

三、爐渣的作用

 

煉鋼過程中,爐渣有以下幾方面的作用。

1)由爐渣控制鋼液的氧化和還原。煉鋼過程的主要環節是氧化和還原,在氧化期,要使鋼液中的某些元素氧化;在還原期,要脫除鋼液中殘留的氧?刂其撘褐械难鹾,必須控制爐渣中的FeO含量。

2)磷、硫都是鋼中的有害雜質,脫除P、S,都要靠成分適當、與氧化磷或硫化物結合能力強的爐渣,使之從鋼液轉移到爐渣中。

3)電弧柱的溫度很高,可以使氣體離解成離子態而被鋼液吸收,覆蓋在鋼液表面的爐渣對鋼液有很好的保護作用,可以減少氣體的侵入。

爐渣的溫度高,而且熱導率低,可使鋼液的熱量散失少、溫度穩定。

4)保護爐襯。爐渣層可包圍電弧,減少其對爐襯的輻射侵蝕,造泡沫渣時效果更好。

5)清除非金屬夾雜物。煉鋼的爐料中往往混有砂土等雜質,各種元素氧化生成的氧化物,損壞、剝落的爐襯耐火材料等,如混入鋼中都成為非金屬夾雜物。這類非金屬夾雜物熔點都很高,如SiO2為1710℃、A12O3為2050℃,在煉鋼溫度下都不能熔化,但與爐渣結合形成的復合化合物,熔點就下降很多,呈液體狀態,易于聚集而與鋼液分離。

四、爐渣的粘度

 

粘度是反映液體流動粘性阻力的指標。液體在層流運動的情況下,各液層之間有摩擦阻力,妨礙液體流動,這種內摩擦阻力是液體的特性之一。液體的粘度是與流動性相反的概念,粘度越高,則流動性越差。粘度大體上有三種,即動力粘度、運動粘度和條件粘度,通常提到“粘度",如無特別說明都是指動力粘度。

各液層作相對運動時所產生的摩擦阻力與各層間的接觸面積和各層間相對運動的速度成正比,它們之間的比例常數就是該液體的動力粘度,常用的符號為η,單位是帕【斯卡】秒(Pa.s)。

液體的運動粘度是將其動力粘度除以其密度而求得的。

條件粘度是用各種標定粘度計測得的粘度,如恩氏粘度、流杯粘度等。

粘度是爐渣的重要物理性質之一,對鋼液與爐渣間的各種反應、鋼中氣體的逸出、熱量的傳遞乃至爐襯的使用壽命都有很大的影響。脫磷、脫硫的效率,氧化、還原反應的速度,都取決于反應物在爐渣內的擴散速度。

爐渣粘度太高,對鋼液-爐渣間的許多冶金反應不利。例如,氧化期脫碳時,CO氣泡通過爐渣排出的阻力很大,就會減緩碳-氧反應的進行;還原期間,擴散脫氧的反應也會大受影響。脫磷、脫硫的情況也是如此。

爐淹粘度太低也是有害的。如爐渣很稀,就不易吸收電弧柱的熱量,反射到爐蓋和爐墻的部分增多,既不利于鋼液溫度的控制,又會使爐襯的壽命縮短。同時,粘度低、流動性好的爐渣對爐襯的直接侵蝕和沖涮作用也很強烈。

實際生產中,保持爐渣的粘度穩定是非常重要的。

堿性爐揸中,加入酸性氧化物可使粘度降低,加入堿性氧化物則會使粘度提高。酸性爐渣的情況則與此相反。但也有例外,FeO雖屬堿性氧化物,卻可使堿性爐渣的粘度降低,這是因為FeO本身的熔點低。

五、爐渣的導電能力

 

爐渣具有導電能力,是因為其中帶電荷的離子和自由電子在一定的電壓下能夠流動,這對電弧爐煉鋼有很重要的作用。影響爐渣導電能力主要有以下兩方面因素。

1)爐渣中堿性氧化物的含量越高,則導電能力越強;酸性氧化物的含螢越高,則導電能力越弱。因此,酸性渣的導電能力不如堿性渣。

此外,爐渣中的低價氧化物(如FeO)會使其導電能力增強,所以氧化渣的導電性能比還原渣好。CaO也能提高爐渣的導電能力,在酸性爐渣中,因CaO能使爐渣的粘度降低,影響導電性的作用更為明顯。

2)爐渣的溫度提髙,其中帶電荷的離子和自由電子的活化能增大,導電能力也就隨溫度的提高而增強。



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