转炉钢渣热态改性对镁质耐火材料的侵蚀行为.doc

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1、冶金之家网站转炉钢渣热态改性对镁质耐火材料的侵蚀行为代文彬1，2，李宇1，2，苍大强1，2，郭鹏3(1．钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京100083；2．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；3．莱芜钢铁集团泰东有限责任公司，山东莱芜271104)摘要：以镁质坩埚为试验容器，配制碱度分别为1．2、1．5、1．7、1．9、2．2、2．4的改性钢渣并放置于坩埚中，以10℃·min-1的速率升温至1570℃并保温30min加热熔化。研究了热态改性钢渣对镁质坩埚的侵蚀，并采用光学显微镜、SEM、EDS和XRD进一步分析了侵蚀行为。分析表明：改性钢渣对镁质耐火材料的侵

2、蚀反应主要在熔渣－坩埚界面处进行，熔渣碱度≤1．5时耐火材料侵蚀加重；由于钢渣中铁离子渗透进方镁石晶体内，形成弥散分布的颗粒状富FeO固溶体和含FeO方镁石基质相，这两种物相受内部FeO、MgO质量比和钢渣中Al2O3含量的影响，选择性地同渣中不同化学组分进行反应而脱落溶解至钢渣中。关键词：转炉钢渣；热态改性；镁质耐火材料；侵蚀行为钢渣是炼钢生产过程中产生的固体废弃物，分为转炉钢渣、电弧炉钢渣和精炼钢渣，其中以转炉钢渣的理化性质最复杂，资源化利用最困难。转炉钢渣中含有10%～30%的铁，硬度大，破碎、粉磨困难；游离CaO含量高，随时间的延长体积发生膨胀并逐渐粉化，造成环境

3、污染；用于水泥、混凝土时体积稳定性差，限制了其使用量。刚出炉的转炉钢渣显热高，流动性好，但热量回收困难［1］，余热利用率低。为了利用转炉钢渣余热并降低CaO含量，可以向熔渣中加入酸性组分，如SiO2、Al2O3等，以改善钢渣固化后的使用性能［2］。这种通过改变熔融状态下钢渣组分而提升钢渣性能的方法被称为热态改性，或者过程改性。由于在改性过程中熔渣组分发生剧烈波动，从高碱度渣逐渐转变成中性或酸性渣，对耐火材料的影响非常剧烈。因此，选择适宜并廉价的耐火材料对钢渣改性过程非常关键。冶金容器内衬常用的有硅质、高铝质、镁质、碳质、锆质等耐火材料［3］。由于熔融钢渣属于高碱度渣，在改

4、性过程中碱度是逐渐降低的，耐火材料中的SiO2和Al2O3易于同渣中的CaO反应，不仅改变熔渣组分，还加重耐火材料侵蚀程度［4］。如果耐火材料中含有碳，熔渣中的Fe离子在高温下会发生还原反应，形成许多孔隙［5］，随着熔渣碱度和熔化温度的降低，流动性好的渣易于沿这些孔隙渗透并侵蚀耐火材料［6］，也不利于耐火材料的长期使用。根据MgO在CaO－SiO2－FeO［6］渣中的等温溶解度曲线，在碱度＞1的范围内，熔渣中的MgO溶解度＜15%，对碱性熔渣组分影响较小。国内外有关转炉钢渣对镁质材料侵蚀行为的研究较多［7－10］，而钢渣的热态改性过程对镁质材料侵蚀行为的研究却较少，所以，

5、本试验中选用粉煤灰(硅铝质原料)作为酸性改性剂，选择镁质耐火材料—镁质坩埚为研究对象，研究钢渣热态改性过程对镁质耐火材料的侵蚀行为，为转炉钢渣热态改性后耐火材料的应用提供借鉴。1试验过程采用莱芜钢铁厂转炉钢渣、莱芜热电厂粉煤灰作为试验原料。选用高纯电熔镁砂经等静压成型的镁质坩埚作为热态改性试验容器，ω(MgO)＞99%，坩埚主晶相为方镁石晶体，体积密度2．9～3．1g·cm-3，显气孔率14%～19%。各原料化学组成见表1。冶金之家网站将破碎后的钢渣和粉煤灰按照表2中的比例称量、混合均匀后，倒入镁质坩埚内，然后将坩埚置于硅钼棒电阻炉内，以10℃·min-1的速率升温至15

6、70℃并保温30min。熔化期间，利用钢棒插入坩埚内搅拌渣液，以促进原料反应及均化。待渣液同坩埚随炉冷却至室温后，将其破碎并观察渣液侵蚀坩埚情况。取改性渣与坩埚壁交界面处附近的部分碎块样放入金相试样镶嵌机(型号：XQ－1，上海金相机械设备有限公司)内的样腔中，然后添加适量的镶嵌料，再放入压块并拧紧盖板，打开开关，旋动手轮至压力灯亮，待镶嵌机升温至120℃并保温一定时间后，关闭开关便可取出镶嵌试样。镶嵌试样经研磨、抛光后得到光片，将其置于金相偏光显微镜(型号：9XB－PC，上海永亨光学仪器制造有限公司)下观察坩埚侵蚀的组织形貌。将光片试样喷碳后置于电子扫描显微镜(型号：ZE

7、ISSEV018，德国CARLZEISS公司)下观察内部结构并进行EDS分析。取钢渣－坩埚交界面处的碎样，用锤子敲掉碎样中的固渣，将剩余呈黑色被侵蚀的坩埚壁经粉磨后进行XRD测试(型号：MAC－21，日本玛柯科学仪器公司生产，扫描速度10°·min-1，扫描范围10°～90°)。2结果及分析2．1试验结果G1钢渣液侵蚀后坩埚的情况见图1(a)，被不同钢渣液侵蚀界面处附近的碎块镶嵌样经磨样抛光后的光片见图1(b)。冶金之家网站从图1可以看出：整体上钢渣与坩埚虽然仍保持着明显柔滑的分界面，但由于钢渣沿着耐火材料孔隙处向内部渗透侵蚀