碳復(fù)合耐火材料在鋼液中的增碳

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1、矣復(fù)合耐火材料在鋼液中的增碳201402704138鄒千引言近年來，超低碳鋼(含C<0.005%)取得飛速發(fā)展，逐漸取代鋁鎮(zhèn)靜鋼成為第三代深沖鋼。超低碳鋼的成分特點(diǎn)是：超低碳含量、微合金化、鋼質(zhì)純凈。超低碳鋼的生產(chǎn)已經(jīng)成為一個(gè)岡家汽車用鋼板生產(chǎn)水平的標(biāo)志。我岡的超低碳鋼生產(chǎn)尚處于起步階段，由于冶煉條件及連鑄工藝等諸多方而的限制因素，超低碳鋼生產(chǎn)而臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其是直接影響鑄坯表而質(zhì)量的連鑄保護(hù)渣［1］。超低碳鋼碳含量通常小于50X10'在澆注過程中，鋼液或多或少都冇增碳現(xiàn)象，一般可增加2OX1(T6?30X10

2、"6的碳，最好的水平視為1X10^0碳復(fù)合材料被廣泛使用，導(dǎo)致耐火材料有較高的碳含量，而鋼水增碳與耐火材料的碳含量有直接關(guān)系，耐火材料的含碳量足對(duì)鋼水的大量增碳的主要影響因素，特別是對(duì)于超低碳鋼種。若對(duì)碳復(fù)合耐火材料進(jìn)行脫碳處理以避免造成鋼水增碳，就會(huì)對(duì)耐火材料使用壽命的產(chǎn)生不利影響。1影響增碳的因素1.1鎂碳磚對(duì)增碳的影響MgO-C耐火材料是最重要的碳復(fù)合耐火材料。它廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包渣線及一些精煉設(shè)備上。關(guān)于它與鋼的反應(yīng)及增碳作用進(jìn)行過一些研究。Potschke等人曾研究無添加劑MgO-C磚及添加抗

3、氧化劑金屬鋁的MgO-C磚同兩種鋼鐵熔體的反應(yīng)［3］。除了鎂碳磚中的抗氧化添加物、熱處理?xiàng)l件以及鋼種等的影響外，鎂碳磚中碳含量以及脫碳層的存在與否都會(huì)對(duì)增碳產(chǎn)生影響，有研究得出以十*結(jié)論(1)隨著耐火材料與鋼液接觸時(shí)間增長，鋼中的碳增量越來越多［5］。(2)熱處理的氛圍對(duì)鎂碳磚類耐火材料的增碳量有很大關(guān)系。在真空條件T熱處理時(shí)，向鋼屮的增碳量隨若材料屮的碳含量的提尚ifij增大；ifd在交氣中熱處理的條件T，耐火材料向鋼屮的增碳與碳在材料屮的含景無關(guān)。真空屮熱處理?xiàng)l件十*的增碳量超過空氣中的熱處理的增碳量。出現(xiàn)

4、上述現(xiàn)象的原因是在空氣屮熱處理時(shí)在鎂碳材料的表而形成一層脫碳層，將碳與鋼水隔離。通過脫碳層屮的空隙，耐火材料屮的碳冰能擴(kuò)散到鋼水中。當(dāng)形成的擴(kuò)散層達(dá)到臨界厚度之后，增碳過程的控制因素變成了控制脫碳層的滲透，因Ku材料屮的原始碳含量對(duì)它們向鋼的增碳過程無顯著影響。然而，當(dāng)在真空條件下熱處理時(shí)，因?yàn)闆]有生成脫碳層，耐火材料屮的碳含景越高，與鋼水的接觸而積越大，它向鋼液中的增碳現(xiàn)象就越明顯。1.2中包覆蓋劑對(duì)增碳的影響中包覆蓋劑按照性能可以分為四類［6］:(1)酸性覆蓋劑(2)中性覆蓋劑(3)堿性覆蓋劑(4)雙層保溫

5、覆蓋劑其中酸性覆蓋劑極易導(dǎo)致鋼液增碳，同時(shí)污染環(huán)境，也不利于吸附鋼液中的上浮夾雜物。中性覆蓋劑的特點(diǎn)是廉價(jià)和對(duì)鋼液増?zhí)忌佟A性覆蓋劑熔點(diǎn)低，單獨(dú)使用容易結(jié)殼，但可以很好的吸附夾雜物。雙M覆蓋劑頂M—般是碳化稻殼，底M是堿性渣，.其保溫性能良好，吸附夾雜物能力強(qiáng)。受到人們的關(guān)注［6］。1.3結(jié)晶器保護(hù)渣對(duì)增碳的影響在超低碳鋼冶煉過程中，保護(hù)渣在連鑄過程中的增碳現(xiàn)象越來越受到冶金工作者關(guān)注。保護(hù)渣中含宥的碳質(zhì)材料控制著保護(hù)渣的渣M結(jié)構(gòu)、熔化速度，影響保護(hù)渣的保溫性能、鋪展性能，屮此可見碳在保護(hù)渣使用過程中起著極為重

6、要、難以替代的作用［7~8］。這些炭質(zhì)材料向鑄坯的表面滲碳，使鑄坯表面碳含量升高。因此，容易導(dǎo)致鑄坯表面滲碳現(xiàn)象和結(jié)晶器內(nèi)部鋼水増?zhí)?，造成鑄坯表面質(zhì)量缺陷、精整合格率降低等問題。2碳在鋼水中的溶解和碳氧反應(yīng)碳復(fù)合耐火材料是20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的一類較新的耐火材料，至今仍廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐、電爐、鋼包以及連鑄和爐外精煉等方面。由于石墨及其它碳材料的良好導(dǎo)熱性及與渣的不潤濕性，故而與傳統(tǒng)耐火材料相比，碳復(fù)合耐火材料的抗熱震性與抗渣性大為改善。在20世紀(jì)后期，碳復(fù)合耐火材料對(duì)耐火材料的使用蕎命大幅度提力?起了至關(guān)

7、重要的作用。隨著純凈鋼、超低碳鋼生產(chǎn)的發(fā)展，人們觀念從單純追求耐火材料的K壽命轉(zhuǎn)移到同時(shí)需要考慮耐火材料對(duì)鋼質(zhì)量的影響，碳的存在帶來了一些新的問題。首先是鋼的增碳問題，其增碳作用受到普遍的關(guān)注。事實(shí)上，碳復(fù)合耐火材料的增碳作用不僅與其碳含量有關(guān)，而且與其熱處理?xiàng)l件、是否含有抗氧化等添加劑以及與其接觸的金屬熔體的組成密切相關(guān)。除了增碳作用外，由于鋼水中碳的增加，它對(duì)鋼中其他組分，如氧等也會(huì)產(chǎn)生一定的影響［9“Q］。在鋼鐵熔煉的實(shí)際控制過程中，碳氧化所需耍的氧是氧槍噴入氧或者是爐氣中的氧。氧化過程較為復(fù)雜。爐氣中的

8、氧通過熔渣進(jìn)入鋼水中與碳氧化生成CO的過程可用圖2.1來表示，主要反應(yīng)如下：氣-渣界面渣-鋼界面(6)J

9、(6)[O]+2e[Fe][Fe]反應(yīng)界面閣2.1脫碳過程組成環(huán)節(jié)Fig2.1.thecomponentlinkofthecarbonrejectionprocess(1)爐氣中的02向熔渣表面擴(kuò)散。(2)02和渣中的(Fe2+)在氣-渣界面FeO2?即(Fe34)。(3)FeO2