含钒钢渣对镁碳砖的侵蚀的原因
发布日期： 2020-05-09 15:42:15 阅读量（325） 作者：关于普通钢渣对镁碳砖的侵蚀机理 ,国内外进行了许多研究 ,一般认为熔渣对MgO的溶解以及砖中碳的氧化是镁碳砖损毁的主要原因。
1，试验
原料及试样：
试样采用大结晶电熔镁砂和大鳞片石墨(主要化学组成见表 1)为主要原料,以热固性酚醛树脂作结合剂,添加4%的Si粉和Al粉。在180MPa的压力下,将泥料压制成 25mm×25mm×125mm的试样,经240℃9h热处理后备用。所得试样的体积密度为2.99g·cm-3,显气孔率为4.7%。
试验用渣的粒度<0.5mm,主要化学组成见表2。其中,渣A、B为来自攀钢现场的含钒钛钢渣,D为其他钢厂的普通钢渣,C为渣D与化学纯V2O5合成的人工渣。侵蚀后试样的编号与所用试验渣的编号一致。
试验方法：
试验在中频感应炉上进行 ,装置示意图见图1。将8kg左右的A3钢和200g左右的试验渣置于石墨坩埚中,通电加热,待钢和渣全部熔化后,将试样浸入坩埚中到设定高度。试验进行到10min时补加50g左右试验渣。侵蚀时间为 20 m in,熔池温度控制在(1650±30)℃。观察侵蚀后试样外形。除去挂渣后,在距试样末端20mm左右处截取试样,测量其截面积,计算其熔损指数:(1-残砖截面积÷原砖截面积 )×100% ,以此表征试样的侵蚀情况。采用扫描电镜分析残砖显微结构。
2，结果
图2示出不同熔渣侵蚀后试样的外形。侵蚀后试样末端呈圆锥形。
表 3为不同熔渣侵蚀后试样熔损指数和渗透层厚度。可以看出,含钒钢渣对试样的侵蚀能力明显高于普通钢渣 ,试样的熔损指数基本上随V2O5含量的增多而增大 ;不同熔渣在试样中的渗透深度由大到小的顺序为A>C>B>D,即渗透层厚度随渣中V2O5含量的增加而增大。从表2知道,A渣的碱度(CaO/SiO2)为D渣的2.2倍,Fe2O3含量也较D渣低,按常理,A渣对镁碳砖的侵蚀性应该比D渣的小。但从表3可以看出:A渣对MgO-C砖的实际侵蚀能力约为D渣的3.7倍,因此可以认为，A渣的高侵蚀性源自渣中较高的V2O5含量;对比A渣和B渣发现,两者的Fe2O3含量基本相同,A渣的碱度大于B渣,但A渣对MgO -C砖的侵蚀能力高于B渣;C渣和D渣的碱度以及Fe2O3含量相近,添加2%的V2O5后,C渣的熔损指数明显大于D渣这些均表明,渣中V2O5含量对于MgO-C砖的侵蚀有较大的影响,渣中V2O5含量越高,渣对MgO-C砖的侵蚀越厉害。
含钒钢渣与普通钢渣侵蚀后试样的显微结构对比见图3。
图4示出试样B反应层的显微结构。由图可见 ,反应层中残存MgO颗粒被液相包裹,且棱角消失,表明渣对MgO颗粒的侵蚀为表面溶解。图中亮白色相为FexO、MnO被还原后形成的Mn-Fe合金颗粒。EDS分析表明:渣中的主要成分为CaO、MgO、Al2O3、SiO2,主要以C2AS和C3MS2的形式存在,在基质中也检测到了少量C3S和C3A;除此之外 ,在金属颗粒边缘还发现TiCVC以及Ti-V-Fe合金。图中各微区的能谱分析结果见表4。对试样A和C的分析也发现类似结果。
图5为试样B渗透层的面扫描结果由此可见,V2O5和TiO2随熔渣进入砖内部,主要存在于镁砂颗粒边缘和基质中。高倍下观察,镁砂颗粒形貌与反应层相似,基质中熔渣大量渗入的地方石墨已经完全消失 ,仅留下角砾状的空洞 (>500μm)和少量10～20μm的圆形气孔 ,而渣量较小的部位则有石墨残留 ;基质中夹杂有较多的高亮金属颗粒 (5～15μm ) 。能谱分析表明 ,熔渣主要成分为 CaO、MgO、A l2 O3、SiO2 ,以C2AS和 C2MS2 的形式存在 ;金属相成分为 Mn - Fe合金,边缘有TiCVC相存在 ,微区组成为C46.84% ,Ti9.54% , V39.25%,Fe4.37%。
综上所述,由于含钒熔渣比普通钢渣具有更低的熔点和粘度,渣中V2O5 在降低熔化温度的同时,大大降低了熔渣和耐火材料之间的润湿角,因此,不但更容易渗入镁碳砖的基质,造成碳的氧化和MgO颗粒的表面溶解,而且还可以渗透到MgO颗粒的晶界中,与晶界结合相发生反应生成低熔点相,造成镁砂颗粒的肢解和剥落。而脱碳反应生成的VC和TiC在一定程度上可以抑制熔渣的进一步深入。
3，结论
与普通钢渣相比,含钒钛钢渣对镁碳砖具有更高的侵蚀性 ,并且侵蚀能力随渣中V2O5含量的增加而增大。一方面,渣中V2O5和TiO2 随熔渣通过孔隙渗透进入镁碳砖基质中,与碳反应生成VC和TiC,基质中碳含量减少,基质结构被破坏。另一方面,熔渣还可以渗入镁砂晶界,与晶界结合相反应,肢解镁砂颗粒,从而加速MgO-C砖的损毁。（文来自武汉大学，攀枝花钢铁研究院研的发与应用）
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