煉鋼電爐工作過程中通常處于堿性侵蝕氣氛中,因此電爐所用的耐火材料多以堿性耐火材料為主,如MgO-C磚、瀝青浸漬MgO磚、MgO-Cr2O3磚、MgO-CaO質(zhì)搗打料等,少部分為中性耐火材料,如A12O3質(zhì)材料、高鋁質(zhì)材料等。
總體看,電爐耐火材料的損毀因素主要有:侵蝕、氧化、沖刷、熔融、剝落和水化,其中占主導(dǎo)地位的是氧化和化學(xué)侵蝕和沖刷。
(1)化學(xué)侵蝕:氧化鐵(FeO)或渣中的酸性組分,例如SiO2與CaO和MgO之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):
FeO+MgO=FeO·MgO
SiO2+2MgO=2MgO·SiO2
CaO+SiO2+MgO=CaO·MgO·SiO2
這些反應(yīng)均能使?fàn)t襯變?yōu)槿墼?,從而?dǎo)致耐火材料的損毀。
(2)氧化:是造成電爐爐襯中耐火材料侵蝕的主要原因之一,在過程中耐火材料中的碳成分被含氧成分(如氧化鐵、氧氣、氧化鎂)氧化而導(dǎo)致材料脫落損毀。
FeO+C(s)=Fe+CO(g)
O2(g)+2C(s)=2CO(g)
MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)
渣中的氧化鐵與磚襯的熱面中的石墨或焦油/樹脂反應(yīng),或氧氣侵蝕磚襯冷面的石墨或結(jié)合劑,這兩種情況下磚的強(qiáng)度降低,并可能被熔渣或鋼水沖蝕。在實(shí)際電爐中的氣氛條件下,從1700℃以上開始,反應(yīng)MgO(s)+C(s)=Mg(g)+CO(g)容易發(fā)生,產(chǎn)生的Mg蒸氣容易擴(kuò)散產(chǎn)生組織裂化,這是造成鎂碳磚高溫?fù)p毀的主要因素之一。
(3)沖刷或機(jī)械沖擊:由于鋼水或熔渣流過耐火材料表面并物理性磨損或沖刷爐襯而導(dǎo)致了物理損毀,在電爐的出鋼口、渣線、電極口或排氣平臺等沖刷損蝕是.普通的。剝落是一種錯綜復(fù)發(fā)的耐火材料的損毀機(jī)理,這就是由于爐襯耐火材料遭受迅速加熱和冷卻導(dǎo)致耐火材料產(chǎn)生應(yīng)力而造成的,該應(yīng)力常常超過耐火材料的強(qiáng)度,因而導(dǎo)致裂紋的相交貫穿,爐襯的碎片將會剝落或完全脫落,這種情況普遍發(fā)生在電爐爐頂上。
(4)水化:是電爐耐火材料損毀的一個因素,在使用過程中容易滲入爐蓋或爐墻,水或水蒸氣能侵蝕耐火材料的爐襯,其中氧化鎂(或其他堿性氧化物)與水(或水蒸氣)發(fā)生以下反應(yīng)而被水化。
MgO(s)+H2O(1/g)=Mg(OH)2(s)
此反應(yīng)會導(dǎo)致耐火材料性能大幅削弱,抗熔渣和鋼水的滲透性變差。
由以上損毀原因分析可知,煉鋼爐和部位選用的耐火材料對性能有以下要求:
①良好的化學(xué)穩(wěn)定性和體積穩(wěn)定性;
②致密度高、氣孔率低、氣孔分布均勻,鋼水不易滲透;
③耐急冷、急熱性能好、不易破損和剝落;
④強(qiáng)度高可抵抗機(jī)械外力沖擊和沖刷;
⑥材質(zhì)組成不易和鋼水、SiO2反應(yīng),不易產(chǎn)生結(jié)瘤。