- 鉻質引流砂與鎂碳質滑動水口界面潤濕行為
- 作者：nhxx
- 作者機構：
- 分類號：
- 卷號：
- 期號 : 2024 年， 第6期
- 關鍵詞： 鉻質引流砂，鎂碳質滑動水口，界面潤濕行為
目前，大多研究人員和現場工作者通過工業試驗探究了影響連鑄開澆的原因，并得出影響連鑄開澆的三個原因：其一為由于引流砂的物理化學性能不合格，導致引流砂在開澆前會產生過厚的燒結層；其二是鋼水與引流砂接觸后，因溫降鋼水產生較厚的凝固層，而導致鋼水無法澆注下去；其三是鋼水與引流砂的潤濕性過好，鋼水滲入砂中形成較厚的混凝層。因此，科研人員重點關注了引流砂各種特性（如耐火度、化學成分、粒度分布及堆積密度等）對其燒結的影響。大量的研究集中于引流砂自身的燒結行為 ，也有少部分探究了高溫鋼水與引流砂間的潤濕、化學反應等相互作用，以期為解決鋼包順利開澆提供基礎理論。由此可見，研究工作主要集中于不同類型的引流砂的基礎性能以及引流砂與鋼水之間的作用行為，而有關引流砂對滑動水口的潤濕、侵蝕行為影響的研究甚少，況且上述這些相關研究在理論上具有一定的可行性，但實際生產過程并未能很好地改善鋼包自動開澆效果。因此，本文以某鋼廠連鑄用鉻質引流砂為研究對象，考察常用鉻質引流砂對滑動水口材料（以 MgO-C 材料為主）的潤濕、侵蝕行為的影響，探究鉻質引流砂對滑動水口材料潤濕和侵蝕機制。
試驗所用引流砂為某鋼廠連鑄鋼包用鉻質引流砂，主要成分見表 1。MgO-C 耐火磚來源于鞍山品川耐火廠，其w［C］分別為8%、12%，將 MgO-C 耐火材料切割成25 mm×25 mm×5 mm 長塊狀以備用，MgO-C 耐火磚的理化性能見表2。
表1 引流砂的化學成分/(w)%
|
Cr2O3 |
SiO2 |
Al2O3 |
MgO |
Fe2O3 |
FeO |
C |
|
42.49 |
32.15 |
3.94 |
8.56 |
2.30 |
4.61 |
5. 95 |
表2 鎂碳質耐火材料的理化指標
|
耐火材料 |
顯氣孔率/% |
體積密度/(g·cm-3) |
常溫耐壓強度/MPa |
常溫抗折強度/MPa |
|
MgO-8%C |
3.8 |
3.17~3.33 |
43 |
6.5 |
|
MgO-12%C |
4.0 |
2.97~3.13 |
41 |
6.0 |
采取經典的滴落法研究鉻質引流砂與 MgO-C 耐火材料間的潤濕行為。試驗所用設備為超真空高溫潤濕試驗系統（型號 HTV-WA1800），如圖 1 所示。
鉻質引流砂與不同 C 含量的 MgO-C 耐火材料潤濕行為的宏觀形貌變化過程的研究結果表明，潤濕爐內溫度的升高，促進了液態引流砂中的成分元素向 MgO-C 基板傳質和擴散，改變了兩相間的潤濕。另外，發現鉻質引流砂與MgO-C基板反應過程中，其表面產生不同程度的膨脹，導致其形狀不規則，可認為引流砂的 FeO 被MgO-C耐火材料中的 C還原產生 CO以及 CO2氣體，氣體的產生使得熔渣的體積增大。MgO-C 耐火材料中 C 含量的降低減緩了引流砂對耐火材料的潤濕作用。 其原因可認為是由于兩種 MgO-C耐火材料的 C含量不同，導致在潤濕反應過程中鉻質引流砂（其中 C 含量固定，約 6%）與MgO-C 材料之間的傳質作用明顯不同。
為研究鉻質引流砂與不同 C 含量（C 含量為8%、12%）的MgO-C耐火材料間的界面反應特性，通過場發射掃描電鏡和能譜儀對其微觀結構進行分析和表征。
根據上述研究結果，得出結論如下：
（1）高溫潤濕試驗表明，隨著 MgO-C 耐材含碳量的增加，鉻質引流砂與耐火材料間的潤濕角逐漸減小，在潤濕反應結束后，w（C）=8% 的MgO-C 耐材與引流砂接觸角為93.9°，w（C）=12% 的MgO-C耐材與引流砂接觸角為71.9°，從而表現為C含量高的MgO-C耐火材料與鉻質引流砂的潤濕性更好，更易被侵蝕 。
（2）鉻質引流砂中Cr、Si等元素易于通過溶解、擴散的方式進入MgO-C耐火材料內部，與MgO反應生成大量的低熔點化合物 CMS（Cr2O3-MgO-SiO2 ），加速了耐火材料的侵蝕。
（摘編自《特殊鋼》2023，№12，作者陳文等）