溅渣层与炉衬结合机理与抗浸蚀性能
1、溅渣过程中炉渣成分和结构的变化 冶炼和溅渣过程中，随着炉渣成分的改变，炉渣岩相结构发生很大的变化。 (1)初期渣：转炉开吹5min，熔池温度约为1420℃，炉渣碱度为R=1.6~1.7，渣中TFe含量较低，MgO含量约为6%~7%，接近或达到饱和值。初期渣矿相组成几乎全部为硅酸盐结构。结晶相为镁硅钙石(3CaO?MgO.2SiO2)，结合相为橄榄石。未发现RO相。MgO、FeO皆赋存于硅酸盐相中。 (2)终点渣：普通转炉终渣(如太钢渣)，碱度为3.3~3.7。渣中全铁波动在13%~18%。渣中MgO的饱和浓度为3%~4%，但实际中MgO含量达到3%~13%，超过饱和溶解度值。终渣硅酸盐相以发达的板条状C3S为主，C2S含量极少。结合相为铁酸二钙(C2F)和RO相，约占总量的15%。结晶的MgO包裹在C3S晶体中或游离的结合相中。 采用半钢冶炼的终渣(如承钢终渣)，铁酸盐高达40%~50%，C2S相只占20%~25%，还有少在量未熔的MgO颗粒。 (3)改质渣：转炉出钢后，如果出钢温度过高、溅渣粘度较低时，往往需要添加少量石灰或续质材料调整炉渣成分和温度，以利于溅渣护炉。改质炉渣中往往出现弥散未熔的石灰或MgO颗粒。同时C2S含量增加并发育为良好的板条状。 (4)溅后渣：溅渣后由于气流的冷却作用，使炉渣的岩相结构发生了明显的改变。粗大发育良好的板条状C3F被破碎成细小的颗粒，均匀弥散地分布于铁酸钙结合相中，使炉渣的密度增高。 2、溅渣层与炉衬的结合机理 为了研究溅渣层与炉衬耐火材料的结合机理，在试验室内进行了小型柑埚溅渣试验。溅渣后的柑埚在炉内缓冷后纵向剖开进行岩相观察。 岩相分析结果证明，溅渣沿纵向分布很不均匀： (1)由渣池向上，柑埚侧壁上的溅渣层由厚逐渐变薄，上部溅渣层的厚度仅为0.1~0.5mm；而柑埚下部是较厚的密实溅渣层。 (2)上部溅渣层颜色黑亮有金属光泽；下部渣层颜色暗，表面粗糙，有表面显微裂纹和气孔。 (3)从渣池底部向上连续溅渣层的矿物组成，发现随高度的增加，溅渣层的矿物组成逐渐发生明显的变化。在柑埚的底部，被气流破碎的粒状C3S和C2S以及结晶MgO颗粒富集在铁酸盐结合相内。 随溅渣高度的增加，高熔点氧化物(C3S、C2S和MgO颗粒)逐渐减少，铁相增加。在柑埚上部形成以铁酸盐为主的低熔点溅渣层。 溅渣层与Mg-C砖的结合部可细分为三个区域： (1)烧结层：铁酸钙盐C2F沿续碳砖表面的显微气孔和裂纹，向致密的MgO机体内扩散。溶解与Mg0颗粒反应生成铁续橄榄石(MgO-Fe2O3)烧结层。 (2)结合层：在溅渣层一MgC砖表面，溅渣层中的铁酸钙将砖衬中突出的MgO颗粒包裹起来，形成镇铁橄榄石的化学结合。同时，溅渣层中C3S、C2S和MgO颗粒在气流的作用下镶嵌在粗糙的耐火衬表面，形成机械结合。 (3)溅渣层：以粗大的高熔点颗粒状C3S、C2s和MgO晶团为骨架，固溶在R0相和铁酸钙结合相中。 通过上述分析，推论出溅渣层与炉衬砖的结合机理如下： 在溅渣初期，低熔点流动性强的富铁炉渣首先溅射到炉衬表面，沿衬砖表面显微气孔和裂纹向MgO机体内扩散，形成以(MgO?CaO)Fe2O3为主的烧结层。 随溅渣的继续，颗粒状的高熔点氧化物(C3S、C2S和MgO)被气流溅射到炉衬砖表面，形成以镶嵌为主的机械结合。同时富铁的低熔点炉渣包裹在耐火砖表面突出的MgO颗粒周围形成化学结合层。 随着溅渣的进一步进行，使大颗粒C3S、C2S和MgO晶团溅射到结合层表面并与铁酸钙RO相相结合，冷却固溶形成衬砖表面溅渣层。 3、溅渣层的浸蚀特性 为了研究溅渣层的抗浸蚀性能，在试验室内测定了两种合成渣在初渣和终渣条件下的浸蚀速度。 试验结果证明： (1)溅渣层对转炉初期渣有较强的抗浸蚀能力，能够起到保护炉衬的作用。 (2)溅渣层对高温终渣的抗浸蚀能力很差。进一步提高溅渣层的熔点是提高溅渣层抗浸蚀能力的关键。同时，在生产实践中坚持一炉一溅和低温出钢，将有利于提高溅渣护炉的效果。 适宜溅渣护炉的终渣成分控制 试验证明，高温熔化将造成溅渣层的严重浸蚀。因此，改变炉渣成分，进一步提高炉渣的熔化性温度，有利于溅渣护炉。 在一定的碱度条件下，提高渣中TFe含量将使炉渣熔化性温度明显降低。而碱度变化对炉渣熔化性温度影响不大。在正常炼钢条件下，控制渣中TFe=15%~20%，炉渣熔化性温度波动在1720~1780℃之间。 在渣中TFe=20%的前提下，改变渣中MgO含量和炉渣碱度，可以调整炉渣的熔化性温度。 (1)当渣中MgO含量小于8%时，对同一碱度，随MgO含量的增加，炉渣熔化性温度降低。在此范围内，增加MgO含量有利于熔池化渣，不利于溅渣护炉。当渣中MgO含量大于8%以后，对于确定的碱度，增加MgO含量有利于提高炉渣的熔化性温度。 (2)当MgO含量小于8%时，对同一MgO含量，提高炉渣碱度，将降低炉渣熔化性温度；当M束。含量大于8%以后，对同一MgO含量，提高炉渣碱度，会提高炉渣熔化性温度。 (3)对于正常炉渣碱度范围(R=2.1~3.8)，控制炉渣MgO含量为8%~10%，将使炉渣熔化性温度降低至最低点(l700~1725℃)，不利于溅渣护炉。 (4)从溅渣护炉的观点出发，最佳的炉渣成分控制为： 低碱度、低MgO含量区域(R=2.l~2.4；MgO≤4%、TFe=20%) 高碱度、低MgO含量区域(R=3.0~3.8；Mg0≥l2%、TFe=20%) 该区域内，炉渣的熔化性温度可达到1800~1870℃。
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