镁钙耐火材料与钢水作用的热力学研究

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1、镁钙耐火材料与钢水作用的热力学研究张红鹰陈树江鞍山科技大学鞍山114002摘要本丈通过扫描电钱能谱分析，研究了铁钙耐火材料与AR016钢的作用，通过热力学数据，结合实验结果，进行了热力学研究，结果表明：含游离CaO耐火材料在1600弋下与AR016钢发生作用，在耐火材料表面形成反应层，推测有CoS、2CaO?SiO2.3CaO?SiO2.CaO?CaO?2Al2O3.CaO?6Al2O).MnO.FeO等物质生成。关械词錢钙时火材料，钢水，热力学除了冶炼过程中杂质对钢质量的影响外，耐火材料影响钢质量问题也越来越受到入们的重视，这是生产优质钢、洁净钢必须考虑的问题(8。通常耐火材料

2、对钢水都或多或少产生污染，只有含游离氧化钙的镁钙耐火材料，不仅不污染钢水，对钢水还有一定净化作用，成为冶炼洁净钢最佳首先耐火材料。本文主要从热力学角度，研究镁钙耐火材料与AR016钢的作用、发生的物理化学变化，推测生成的产物。1实验1.1实验钢样制备从现场取来钢块，将其切割成重为180克的小块，用砂纸将表面的铁锈处理干净.以防给实验带来误差。实验用AR016钢成分见表lo表1实验用钢的成分实验用钢的成分C%Si%Mn%P%S%Alt%Als%AR0160.0580.0100.3260.0120.0170.0350.0321.2镂钙试样制备原料选用镁钙砂和镁砂及结合剂，按不同CaO

3、含屋配制，压制成堆坝，1600弋保温3h烧成。实验所用主要原料理化指标见表2。表2各种原料主要理化指标MgO,%6%S%%FsO^%aj2O3,%体密,g/cm5产地镁钙砂39-4155-57<1.0W0・6W0.4N3.25海城镁砂>95C1.6<2.2<0.64W0.2M3.2梅城2实验结果及分析2.1扫描电镜能谱分析对试样进行扫描电镜能谱分析，检测试样反应层中生成新相的成分。所得结果如下：镁钙珀堆与AR016钢水反应30min的试样，在其反应边界生成的新相处做能谱分析结果见图1,(a)为形貌图，(b)为(a)中“+”位置的点扫描结果。(a)形貌图(b)反应层内“+”位置的成

4、分图1新相的能谱分析(a)图中“+”位置是耐火材料与钢水接触处的反应层，其成分与原砖成分相比有较大变化，原砖中没有他、Mn、S、P元素，新相中有，这些成分来白钢水，说明耐火材料与钢水发生了作用，生成了新相。为进一步说明，做了反应层的线扫描分析，见图2。(a)形規图AKdIEFeKa.72MnICe.10k7(b)反应层中成分的变化图2反应层中成分的变化从线扫描图可以看岀：在镁钙堆垠的变质层中Al、Mn.Fc、Si等元索沿工作面到氐砖的方向含比逐渐减少，说明镁钙塔堀与钢水反应生成的新相大部分集中在反应层中。2.2热力学分析根据耐火材料反应层中生成新相的成分来推测发生的反应方程式.然

5、后用热力学证明此反应式在实验条件下是否能够发生，若能发生我们则认为镁钙耐火材料与钢水之间进行了该反应。2.2.1与钢中［S］x［Al］的反应式从图1耐火材料中新相成分可以看出，耐火林料中多了钢中［S］、

6、A1］等元素，我们推测有如下反应发生:CaO+[s]=CdS+Q]（1）3[O]+2[A/]=A23(2)3CaO+3[S}+2[Al]=3CaS+AlzOy我们用热力学来证明反应在实验条件下能否发生，证明如下:查书得：=548104J/m

7、5378/一AS°aoj=195.067/^/AC°capj^A//°-TAS°=-795378+1873x195.06=-430U/mol-A//%,<)>./=1682927//mo/,>zS%;o„/=323.247/mo/=zV/°-TASu=-l682927+1873x323.24=-107717/mol从0山AGVij=735KJ/molAGAGC

8、a/i./=-63170-27.9T二-63170-1873x27.9^-WKJImolAG°3=3AG°cos./+AG°aw〃JAG°c«,./-3AG°“u-2=3x(-353)+(-1077)-3x(-J95>-

9、3x(135)-2x(-11)1059・10774585+.405>22z-1124KJ/mol査书“得钢液中硫元素的相互作用系数:e=3.5.q：=11.2,=-2.6#e?二29.e：=-2.8,e在AR016钢中：C%=0.058,Si牡0.0LMn%=0.326,P%=0.012,S%=0.017fAl%=0.035钢中溶解的氧含ttfO］%可根据钢中31用的含量求得，计算如下：2[A1)+3(0)=A1O平衡时：AG°=-1218799♦394.1STlgK1=-lg代