中间包镁质干式工作衬残衬分析­

高里存1) 钱跃进1，2) 蒋明学1) 邹明1)

1)西安建筑科技大学材料科学与工程学院 西安 710055­

2)洛阳工业高等专科学校材料工程系­­

摘 要 为了探讨中间包熔渣对中间包镁质干式振动料的侵蚀机理，采用化学分析、SEM、EDS、XRD等手段­对现场使用40h后的中间包镁质干式工作衬残衬各层的化学组成成、显微结构和相组成进行了分析。结果表­明：在中间包使用过程中，熔渣对中间包工作衬进行渗透;在渗透的同时，熔渣对干式料产生化学侵蚀，干式料­对熔渣产生化学过滤作用，方镁石溶于熔渣，都提高了熔渣的熔点和粘度，在干式振动料-熔渣界面形成致密­的结构，阻碍熔渣的进一步渗透;此后，熔渣对干式料侵蚀的主要途径是对界面致密层的溶蚀。

­关键词 镁质耐火材料，中间包，干式振动料，蚀损机理­­

中间包工作衬的长寿命与对钢液污染的降低成­为钢铁工业实现节能降耗和可持续发展战略的关键­一环。镁质耐火材料对高铁和碱性熔渣具有较好的­抗侵蚀性，使用寿命长，并且不污染钢液。随着连铸­中间包水口快速更换技术的推广应用，镁质中间包干­式工作衬表现出良好的使用效果和应用前景，其应用­日益广泛[1-2]。目前，国内外关于中间包熔渣对干式­振动料侵蚀的研究报道很少。本工作对某钢厂使用­40h后的干式振动料残衬进行了取样分析，以探讨­其蚀损机理。

­1试验­

试验用残衬取自某钢厂使用40h后的12t三机­三流中间包渣线以下部位。其浇铸钢种为普钢和­20MnSi低合金钢;浇铸温度为1520~1540℃.­

残衬经切割、研磨、抛光后，进行显微结构观察和­能谱分析。残衬经分层后采XRD分析各层的物相­组成，并分析其化学组成。­

2结果与讨论­

2.1残衬剖面观察及各层的化学分析­

残衬的剖面照片见图1。该残衬层带分明，从工­作面(上)到非工作面(下)可依次分为附渣层、反应­层、烧结层、过渡层和未变层5个层带。观察发现：附­渣层和反应层致密，结合强度高;烧结层结合强度也较­高，但出现了较多且较大的气孔;过渡层出现轻微的烧­结，但结构疏松，强度低;未变层几乎没有被烧结的迹­象。­

残衬各层的厚度和化学分析结果见表1。可以­看出：SiO2、Al2O3 、FeO、CaO的含量随着距热面距离­的增大而降低，而MgO的含量则相反。这说明了熔­渣对干式振动料的逐层渗透和侵蚀。­

2.2各层的SEM 、XRD 和EDS 分析

­2.2.1附渣层­

附渣层是熔渣与工作层之间的过渡层。从表­可以看出， 附渣层中 和 的含量比工作渣中­的高。这一方面是由于方镁石在熔渣中的溶解; 另一­方面， 根据S Zhang等[3]的研究， 硅酸盐熔渣与方镁­石颗粒接触后， 熔渣中的FeO、MnO等扩散进入方镁­石晶体形成方镁石固溶体。随着方镁石中固溶Fe2+­的增多， 固溶体的熔点下降[4]， 最终溶于熔渣， 造成FeO­在附渣层中富集， 同时使MgO的含量进一步提­高。这说明， 在熔渣与镁质干式料接触初期， 干式料­受到的侵蚀主要是溶蚀。­

方镁石溶于熔渣后，改变了熔渣的性质，使熔渣­的熔点上升，粘度增大，能抑制熔渣对干式料工作层­的进一步侵蚀。­

附渣层的XRD图谱见图2。可以看出，附渣层­主要为低熔点相C2MS2、CMS、C2AS和少量的方镁石­晶相， 少量的方镁石相是溶入熔渣的方镁石在脱包冷­却时从渣中析出的。­­

2.2.2反应层­

图3是反应层的扫描电镜照片。可以看出： 方镁­石颗粒受熔渣侵蚀， 其棱角消失， 方镁石颗粒之间充­满低熔物，XRD分析见图4。­

方镁石颗粒吸收熔渣中的 后形成镁富氏体。随着吸收 的增多， 方镁石固溶体溶于熔渣而使其棱角消失。同时， 渗入的熔渣在溶入较多的方镁石­后， 熔点升高， 粘度上升， 在反应层中形成粘滞粘结，­填充于方镁石颗粒中间。随着渗透的深入， 熔渣的温­度降低， 熔渣对MgO的溶解饱和， 熔渣正处于尖晶石­的初晶区， 从而在基质中析出细小的尖晶石。析出的­尖晶石、 高粘度的熔渣和方镁石颗粒一起在工作衬热­面形成致密结构 [5] ， 减缓熔渣对干式料的进一步侵蚀。

­2.2.3烧结层

­图5是烧结层的扫描电镜照片。可以看出： 烧结­层中方镁石颗粒受到的侵蚀较小， 晶粒完整， 棱角清­晰，仅在局部区域存在少量不连续的低熔点相(图5­中白色和灰白色区域) 。能谱分析表明，这些低熔点­相为CMS、C2MS2和C2AS。­­

XRD分析 (见图6) 表明： 烧结层中的主晶相为­方镁石固溶体， 还存在镁橄榄石晶相， 它是镁质干式­料中的高温结合相。­

从前面的分析知道：因反应层和附渣层均形成了­致密结构，较好地阻止熔渣对干式料的进一步渗透和­侵蚀，因此使烧结层中的熔渣较少。但在中间包钢液的高温及渗入的少量熔渣的共同作用下，干式振动料­产生了较强的烧结。­

2.2.4过渡层

­图7是过渡层的扫描电镜照片。可以看出： 在配­料时带入的杂质和从烧结层渗入的少量熔渣的共同­作用下，过渡层中出现了少量的低熔点相。XRD分­析(见图8) 表明： 这些低熔点相为CMS;同时还出现­了尖晶石相， 这是渗入的熔渣与方镁石反应生成的。­由于生成尖晶石产生体积膨胀[6]，使干式料基质中气­孔孔径更小， 分布更加均匀， 从而能有效地阻止熔渣在­干式料中的渗透[7]，提高干式料工作衬的使用寿命。­

由于该层中液相较少，温度较低，烧结不充分 因­此孔隙率高。­

2.2.5未变层­

未变层的扫描电镜照片见图9。XRD分析 (见图10) 表明， 未变层中存在的低熔点相CMS的含量极少， 因此该层烧结作用较弱， 层内气孔多， 起到保温隔­热作用， 可以减少中间包的散热。

­3 结论­

(1) 在干式料使用过程中， 熔渣对工作衬渗透，­在此过程中熔渣对干式料也产生化学侵蚀， 干式振动­料也对渗入的熔渣产生化学过滤作用， 改变了熔渣的­粘度和熔点， 使其在工作衬热面形成附渣层和反应层­致密结构， 阻止熔渣对工作衬的进一步渗透。随着侵­蚀的进行， 因工作衬热面形成致密层， 熔渣对镁质干­式振动料的侵蚀主要表现为溶蚀作用。方镁石固溶­体溶于熔渣， 提高了熔渣的熔点和粘度， 在界面形成­致密界面层， 降低离子在熔渣中的扩散速度， 阻止熔­渣对工作衬的进一步侵蚀， 提高其使用寿命。­

(2) 在中间包使用过程中， 熔渣对工作面致密层­产生溶蚀作用， 其中的一些物质通过致密层扩散、 渗透­至烧结层、 过渡层和未变层， 逐步对干式振动料侵蚀。­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】