粘土质耐火材料或高铝质耐火材料都属于Al2O3-SiO2质耐火材料。MnO对这些耐火材料的熔蚀,可以从之前文章中Al2O3-SiO2-MnO三元系液相图进行分析。
由三元系相图可知MnO与Al2O3-SiO2质耐火材料相互作用,其开始出现液相的温度为1120℃。下图为耐火砖厂家整理搜集的,关于Al2O3-SiO2-MnO系相图在1550℃的等温截面图,可以很好的分析氧化锰对铝硅系耐火材料的侵蚀反应。
Al2O3-SiO2-MnO三元系在1550℃时的等温截面图
1.MnO对粘土质、高铝质耐火材料的熔蚀:
设粘土质耐火材料的原始组成为45%Al2O3+55%SiO2(上图中A点),其矿物相为莫来石、石英与玻璃相(液相)。从前面可知锰钢中的Mn会与SiO2发生反应:2[Mn]+SiO2=2(MnO)+[si],因此砖中MnO含量会增加,而SiO2含量会减少。即粘土砖的热面(工作面)的组成会沿着上图中A-B线向MnO含量增加、SiO2含量减少的方向变化。从A-B线所经过的相区可以直接读出存在的矿物相与液相组成。从图12可知,总组成在三角形莫来石+石英+液相区内时,液相的组成一直为a点,a点组成的液相中含自大量SiO2(约85%),粘度较大,因此此时粘土砖损坏尚不严重。当总组成移到三角形莫来石+液相、莫来石+刚玉+液相区中时,液相中SiO2含量迅速减少(至图中b点),而液相量又增加,显然此时的热面就会严重地或完全熔损了。
根据杠杆原理,可算出上述组成的粘土质耐火材料在1550℃,总组成中含5%MnO时,形成的液相量竟达50%。如此多的液相量,这部分耐火材料也就早已熔损掉了。
类似的,若采用Al2O3含量为85%的I级或高铝砖,在1550℃含5%MnO时,形成的液相量却只有8%。因此,I级或高铝抗MnO的熔蚀要比粘土砖强得多。
2.MnO对锆英石的熔蚀:
从ZrO2-SiO2-MnO三元系液相图(下图)可以看出,MnO与ZrSiO4开始形成液相的温度为1245℃,比Al2O3-SiO2-MnO系高100℃。
ZrO2-SiO2-MnO三元系液相图
此外,比较ZrO2-SiO2-MnO与Al2O3-SiO2-MnO系相图还可发现:
(1)在1550℃时,前者的液相区比后者小得多;
(2)锆英石被MnO熔蚀的有关液相面比Al2O3-SiO2质被MnO熔蚀的有关液相面陡峭得多,这表明前者产生的液相量随温度的升高变动不大,而后者则变动大;
(3)锆英石吸收5%MnO,1550℃根据杠杆原理,形成的液相量约为10%。从这些方面看,锆英石比Al2O3-SiO2质砖在抗MnO熔蚀上似乎要好些。
从以上分析,抗MnO熔蚀最好的材质是ZrO2、刚玉和MgO,其次是锆英石与I级高铝,熔融石英与粘土不好。
4影响钢液对浸入式水口冲刷侵蚀的其他因素
浸入式水口浇锰钢时,除上述侵蚀作用外,还有被钢液冲刷侵蚀的问题。这种冲刷侵蚀与钢液流动的形态、浇钢温度、在工作面形成的熔体的件质(如粘度)以及耐火材料的组织结构等有关。