钢精炼过程中耐火材料的动态侵蚀机制与外场影响-找耐火材料网

钢精炼过程中耐火材料的动态侵蚀机制与外场影响

发布日期： 2020-02-11 08:07:15 阅读量（524）作者：王海燕

众所周知，在钢精炼过程中，耐火材料与钢液长时间直接接触，运动的钢液对耐火材料的侵蚀作用较大，严重降低其使用寿命。尚德礼等研究表明，在炼钢过程中，如果钢包及中间包内衬采用硅酸铝质耐火材料，钢包吹氩将加剧钢液与耐火材料之间的反应，反应产物以及被侵蚀的耐火材料进入钢液，使钢水中夹杂物含量增高。Huang等通过数学框架分析法确定和建立边界条件参数与吹气参数的关系，从而实现了关键区域的局部大涡模拟，明确底吹氩钢包的卷渣机制，揭示卷渣后渣滴运动及分布的重要影响因素，建立了关联耐火材料蚀损的渣滴运动及分布的吹气参数预测方法，并探明了底吹氩钢包的卷渣机制，随着气液股和渣眼的形成，渣钢边界一大块熔渣将被拉向下部钢液中，达到一定临界条件后，渣滴将在渣块的近钢液末端形成，最终卷入到钢液中;随着吹氩流量的增加，渣滴尺寸的分布范围渐变宽广，且大于2mm渣滴数量的占比增大，这很可能会加大耐火材料冲蚀的风险。

图1 耐火材料与熔钢之间的动态作用机理示意图

此外，Huang等开展了铝镁质耐火材料与不同合金钢之间的动态作用试验研究，如图1所示，研究发现耐火材料首先与钢液反应生成液相界面层，然后该层在运动的钢液条件下会和钢液发生乳化卷混，钢液进而再与耐火材料新界面发生反应，这一过程循环往复导致耐火材料不断蚀损，增加钢中夹杂物。但高熔点界面层的形成会阻碍这一过程而抑制耐火材料蚀损，如图2所示。同时，Huang等在计算钢液与反应液相层之间的临界乳化速度时发现，不同化学组成的钢液与耐火材料的反应产物有差异，反应层的高温粘度是关键因素，其中，修正毛细管数(Ca*)可用于耐火材料反应界面层与钢液乳化临界条件的判定;并采用因次分析法建立了乳化液滴尺寸经验公式。

图2 耐火材料与熔钢之间隔离层的形成

(a)30min (b)45min

目前，电磁场技术广泛应用于高品质钢、有色金属及合金材料冶炼过程，严重影响耐火材料高温服役行为及钢的质量。一方面，外场影响熔渣离子结构、电润湿性和粘度等;另一方面，熔体运动会加剧耐火材料的蚀损。Zou等研究表明，高温交变电磁场条件下，磁场增强熔渣运动呈现指数增长，加剧了界面对流传质过程，不仅加速了耐火材料组分向熔猹中的溶解，而且使熔渣向耐火材料深入渗透和侵蚀，耐火材料蚀损明显加重。作者课题组通过引入静磁场表明：熔渣特性改变结合电磁阻尼，可显著抑制耐火材料的渣蚀渗透。因此，不同电磁场条件下耐火材料与钢液的作用机制有待探索。再者，通过数理模拟研究表明，熔钢的温度变化以及剧烈运动很有可能会产生自源磁场，将改变耐火材料与钢液界面行为，影响钢液中杂质的分布及去除。