铝碳质耐火材料与熔融钢铁的反应及其增碳作用
发布日期： 2018-01-25 00:00:00 阅读量（423） 作者：除了镁碳质耐火材料外，铝碳质耐火材料是另一类常见的碳复合耐火材料。它是连铸用耐火材料中最重要的品种。滑板、长水口、浸入式水口等许多重要耐火部件都是由铝碳质材料制造的。研究铝碳质材料对钢的增碳作用对于了解与防止超低碳钢生产过程中的增碳作用是有意义的。
我们曾研究过铝碳质耐火材料的增碳作用以及铝碳质耐火材料防氧化添加剂对其增碳作用的影响。用电熔白刚玉与石墨不小于96% )为主要原料，加入铝粉与硅粉为抗氧化添加剂，铝粉与硅粉的纯度分别为96%及98.5%以上，它们的细度为全部通过180目筛子。铝粉与硅粉加入量为4%。电熔白刚玉的化学成分见表1。
表1电熔白刚玉的化学成分(质量分数/%)
将电熔白刚玉(质量分数)为85%与石墨(质量分数)为15% 的配合料混合均匀，用酚醛树脂为结合剂在等静压机上成形为坩埚(成形压力为200 MPa)。坩埚的形状与尺寸如图1所示。 坩埚经170℃，24 h烘烤后，加入5 kg无间隙原子钢(IF钢)，用渣覆盖。IF钢与覆盖渣的成分分别见表2及表3。
图1试验用坩埚示意图
表2 IF钢的化学成分(质量分数/%)
表3覆盖渣的化学成分(质量分数/%)
将加有IF钢及覆盖渣的坩埚放在中频感应炉中加热到1600℃，待钢样完全培化后，用熔融石英管从坩埚中取出第一个钢样，时间计为0min;然后按 5min、10min、20min、30min、45min、60min以及90min从坩埚中取出钢样;用高频燃烧红外吸附法(CS-444LS，LECO)测定钢样中的碳含量;用扫描电镜以及能谱对试验后的耐火材料进行了分析。
图2给出在加入Al与Si为抗氧化添加剂以及未加添加剂的Al2O3-C坩埚中处理后的钢样中碳含量随处理时间的变化。由图2可见，在取样以前，钢样熔化后的最初几分钟内，Al2O3-C耐火材料对钢样的增碳作用很大，钢样中的W(C)含量从0.005%迅速增加到0.20%左右。而且加抗氧化剂与不加抗氧化添加剂的世祸之间差别不大。
图2中的曲线可划分为三部分：第一部分为处理时间为0〜30min;第二部分为处理时间为30〜45min;第三部分为45〜90min。在第一阶段中，经在不同耐火材料坩埚中处理后的钢样中的碳含量随处理时间的延长而增大，达到一个最大值后再下降。 在各不同坩埚内处理的钢样达到最大碳含量的时间不同，所达到 的最大碳含量值也不同。不加抗氧化添加剂以及加单质Si为抗氧化添加剂的条件下，在处理10 min左右达到最高碳含量，而加 Al为抗氧化添加剂的情况下，在热处理20 min后达到最高碳含量。同时，相对不同的Al2O3-C坩埚试样，IF钢中试样最高碳含量的值也不相同。加Al粉为抗氧化添加剂时所达到的最高碳含量值最大，加Si粉为抗氧化添加剂时，IF钢试样的最高碳含量值稍低，而不加任何抗氧化添加剂的情况下，IF钢的最高碳含量最低。
图2 在加Al或Si及不加抗氧化添加剂的Al2O3-C 坩埚处理后的IF钢中碳含量与处理时间的关系
在保温时间为30〜45min这一阶段中，在3种坩埚内处理的IF钢的碳含量随处理时间的延长而迅速下降。在加Al粉或Si粉为抗氧化剂以及不加任何添加剂的3种Al2O3-C坩埚中处理的IF 钢样中的碳含量几乎相同。
在保温时间为60〜90min的这段时间内，在上述3种坩埚中处理后的IF钢中的碳含量随处理时间延长继续下降。下降速度较第二阶段小。但在加Al粉为抗氧化添加剂的坩埚中处理的IF 钢的碳含量随时间延长下降速度最小，其碳含量也高于在其他两种Al2O3-C坩埚中处理的钢样。在加Si粉的Al2O3-C 坩埚中处理的IF钢的碳含量随处理时间的延长下降最快。钢样中的碳含量也是3个钢样中最低的。而在不加抗氧化添加剂的Al2O3-C坩埚中，处理后的钢样中碳含量随处理时间变化的速度以及其中的碳含量均居于在加Al粉与加Si粉的Al2O3-C坩埚中处理的钢样的中间。表明在铝碳质耐火材料中加Si粉为抗氧化添加剂时，对其向钢中增碳有一定的抑制作用，而加Al粉为抗氧化添加剂时，对其向钢中的增碳有促进作用。
在处理过程中，IF钢中的碳含量取决于两方面的作用：一方面是耐火材料中的碳向钢水中的溶解;另一方面是钢水中的碳的氧化。在处理过程中发现有气泡从培渣表面冒出并形成蓝色火焰，表明放出的CO在表面氧化为CO2。图2中钢样的碳含量与处理时间的关系曲线的3个阶段与上述两方面的影响大小有关。
在钢水与铝碳质耐火材料接触初期，钢水与耐火材料之间的脱碳层尚未形成。耐火材料中的石墨与钢水的接触面积很大。碳直接溶入钢中。即当钢水刚与耐火材料接触，在未开始取样前已有大量的碳渗入钢水中。所以在所取的第一个钢样(t=0)中碳的含量已远远大于IF钢中的原始碳含量。
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