模鑄澆鑄系統(tǒng)中使用流鋼耐火磚的耐火磚型包括漏斗耐火磚、注管耐火磚、中心耐火磚、直流耐火磚、流鋼尾耐火磚以及模底耐火磚等。流鋼耐火磚原料礦物組成主要是高嶺石(Al2O3·2SiO2·2H2O)和6%~7%的雜質(zhì)(鉀、鈉、鈣、鈦、鐵的氧化物)。燒成過程主要是高嶺石不斷失水分解生成莫來石(3Al2O3·2SiO2)結(jié)晶的過程。莫來石晶體是鋁硅酸鹽在高溫作用下唯一穩(wěn)定的形式，其理論轉(zhuǎn)化率為87.64%。流鋼耐火磚中的SiO2和Al2O3在燒成過程中與雜質(zhì)形成共晶低熔點(diǎn)的硅酸鹽，包圍在莫來石結(jié)晶周圍。?

1 不同批次流鋼耐火磚的成分?

由檢驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，流鋼耐火磚的主要成分是氧化鋁，其次是二氧化硅，另外還含有少量的氧化鐵等。可想而知，流鋼耐火磚的理化性能與這些主要成分的含量的多少有較大的關(guān)系，主要成分的變化會(huì)對(duì)流鋼耐火磚的理化指標(biāo)產(chǎn)生較大的影響。?

2 流鋼耐火磚在鋼耐火磚反應(yīng)中損毀的主要形式?

當(dāng)流鋼耐火磚與鋼液接觸過程中，鋼水與耐火材料之間的作用包括以下幾個(gè)方面，一是鋼水對(duì)耐材的沖刷，造成耐材的剝落，耐材整塊掉入鋼水中，這是物理過程，一般耐材局部存在低熔點(diǎn)的熔洞等不穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)容易發(fā)生;二是耐材中的組分，比如氧化物、碳、氮化物等與鋼水中的Al、Si、Mn、Fe等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)界面大，但化學(xué)反應(yīng)層的厚度較小，并且這種反應(yīng)貫穿于整個(gè)耐材與鋼水接觸的過程，由于物理熔解過程往往發(fā)生在化學(xué)反應(yīng)過程之前，物理熔解損失的速度也比化學(xué)反應(yīng)的速度快得多，因此可認(rèn)為流鋼耐火磚與鋼水接觸發(fā)生損毀的主要形為是物理性的熔解。?

流鋼耐火磚與鋼水反應(yīng)是先發(fā)生物理性熔解再發(fā)生化學(xué)性分解反應(yīng)，分解反應(yīng)界面層厚度很小，反應(yīng)速度較慢。用流鋼耐火磚的熔點(diǎn)來表征耐火度是具有一定科學(xué)性的，而且計(jì)算方法比較簡(jiǎn)單。?

3 化學(xué)成分計(jì)算法的計(jì)算過程?

3.1某批次流鋼耐火磚的化學(xué)成分?

某批次流鋼耐火磚進(jìn)廠后，取樣檢驗(yàn)其化學(xué)成分。?

化學(xué)成分比較正常，主要成分和少量成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差明顯。?

3.2某批次流鋼耐火磚液相線的計(jì)算?

氧化物MxOy的分子數(shù)的計(jì)算公式是：?

aMxOy=XMxOy/AMxOy(1)?

式中：aMxOy為氧化物MxOy的分子數(shù);XMxOy為氧化物MxOy的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%;AMxOy為氧化物MxOy的分子量。?

由于流鋼耐火磚反應(yīng)層與高溫鋼液接觸過程中，反應(yīng)層中的氧化物總是趨向于向低熔點(diǎn)相發(fā)生化合反應(yīng)。?

僅計(jì)算Al2O3、SiO2、CaO、MgO、Fe2O3等成分時(shí)，Al2O3含量為65.29%的流鋼耐火磚的液相線為1854℃。流鋼耐火磚的原料高鋁礬土中除了Al2O3和SiO2等莫來石的形成氧化物外，還含有一定量的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)中Fe2O3、K2O、Na2O等熔點(diǎn)較低，鋼水與耐材表面接觸過程中，高溫熔融鋼液容易熔解耐材表面的這些雜質(zhì)，形成液態(tài)的通道滲入到耐材內(nèi)部。因此，低熔點(diǎn)的氧化物會(huì)降低流鋼耐火磚的耐火度。Al2O3含量為65.29%的流鋼耐火磚實(shí)際液相線應(yīng)在1854℃以下。?

4 流鋼耐火磚在高溫反應(yīng)過程中形成的礦相組成?

從熱力學(xué)角度出發(fā)，鋼水與流鋼耐火磚接觸過程中，流鋼耐火磚中的各種氧化物總是趨向于向低熔點(diǎn)的復(fù)雜氧化物發(fā)生化合反應(yīng)。流鋼耐火磚與高溫鋼液接觸反應(yīng)的過程中，流鋼耐火磚反應(yīng)層中會(huì)不斷地生成復(fù)雜化合物，當(dāng)鋼液反應(yīng)溫度高于復(fù)雜氧化物的熔點(diǎn)時(shí)，流鋼耐火磚反應(yīng)層中就會(huì)生成部分復(fù)雜氧化物液相，并且這些液相的復(fù)雜氧化物會(huì)在反應(yīng)界面層生成，被流動(dòng)的鋼水卷入鋼液中。按照熔點(diǎn)低的復(fù)雜氧化物優(yōu)先生成的原則，再根據(jù)各種氧化物的分子數(shù)數(shù)值可以推斷流鋼耐火磚反應(yīng)層中各種復(fù)雜化合物的分子式和數(shù)量。?

SiO2有46個(gè)分子，Al2O3有64個(gè)分子，CaO和Fe2O3均只有1個(gè)分子，因此SiO2和Al2O3會(huì)優(yōu)先組合，表6中最優(yōu)先形成的復(fù)雜化合物是莫來石，其次是鋁酸鈣，這兩者熔點(diǎn)很低。Fe2O3熔點(diǎn)最低，1個(gè)Fe2O3分子還是會(huì)以單獨(dú)氧化物的形式存在。3Al2O3·2SiO2中Al2O3和SiO2的比例是3：2，那么就有大約64：43的Al2O3和SiO2形成莫來石，剩余3個(gè)SiO2。而CaO只有1個(gè)，F(xiàn)e2O3只有1個(gè)，1個(gè)CaO、1個(gè)Al2O3和1個(gè)SiO2形成1個(gè)CaO·FeO·SiO2，最終剩余的SiO2有2個(gè)。?

5 結(jié)語(yǔ)?

(1)流鋼耐火磚與鋼液接觸過程中發(fā)生的主要侵損是物理性的熔解過程，氧化物的分解反應(yīng)界面層較薄，反應(yīng)速度慢。流鋼耐火磚中各種氧化物的熔點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)共同決定了流鋼耐火磚與鋼液反應(yīng)的液相線溫度。?

(2)流鋼耐火磚與鋼液發(fā)生界面反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)形式是由多個(gè)單獨(dú)的氧化物生成單一的氧化物復(fù)合物，并且復(fù)雜氧化物熔點(diǎn)越低，生成這種復(fù)雜氧化物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)越大;單獨(dú)氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越多就越容易這種氧化物就越容易發(fā)生化合反應(yīng)。?

(3)化學(xué)成分計(jì)算法推導(dǎo)耐火度的方法是利用各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及熔點(diǎn)計(jì)算出一個(gè)準(zhǔn)確的液相線溫度數(shù)值。?