由于熔渣对碳润湿性不好,加入碳到耐火氧化物中可以大大减少熔渣渗入耐火材料的深度,从而减轻耐火材料的热剥落与结构剥落。因此,近年来在钢铁工业的一些间歇式生产设备:如铁水预处理包、氧气转炉、盛钢桶等广泛使用含碳耐火材料,并取得了很好的效果。科瑞耐材耐火材料厂家经过长期生产及施工经验的尝试整理分析,发现含碳耐火材料在炼铜、炼镍转炉上的使用效果并不理想。
前苏联、日本以及我国都曾在炼铜或炼镍转炉上试用过MgO-C、MgO-CaO-C,但效果都不理想。有人曾经尝试在炼镍转炉风口使用Al2O3-C砖,仅用18炉就全部蚀损,比普通镁铬风口砖还差。
为什么含碳耐火材料在钢铁工业特别是氧气转炉炼钢上使用效果很好,而在炼铜、炼镍转炉上就不理想呢?
钢铁工业所遇到的金属熔体是Fe-C熔体。高炉炉内气体中含有大量CO,铁水中碳达到了饱和;自然,高炉、铁水预处理包都可用碳与含碳材料。氧气转炉炼钢的重要任务是减少铁液中的碳,炼钢中会析出大量CO气体,炉气中CO气体的压力约为0.1MPa。
反应式2C+O2=2CO的平衡常数为,ac为铁液中碳的活度,着碳已达饱和或为纯碳时,ac=1,则,KP与温度的关系:
logKp=12153/T+8.77
当pCO=0.1MPa,ac=1时,在炼钢温度1600℃,炉气中氧的压力为:p02=5.5×10-17MPa。
当pCO=0.1MPa,ac=0.1时,pO2:=5.5×10-15MPa。
说明在转炉炼钢过程中,氧压是很低的。
在炼铜或炼镍转炉中,熔体为Cu-Fe-S或Ni-Fe-S,炉内气体中SO2的浓度大致为14%,即SO2压力为:pSO=0.014MPa。
由SO2分解反应:
SO2══════1/2S2+O2。
以及K,与温度的关系式:
logKp=18850/T+0.163logT+2.65
可以算出炉气中O2的压力。因为当气相中的O2只由SO2分解而来时,pO2=2pS2:,代入上列式子中,即可算出在炼铜或炼镍温度1400℃下,氧的分压为:pO2:=6.9×10-6MPa。比氧气转炉炼钢中的氧压大9~11个数量级。
若在炼铜或炼镍转炉中采用含碳耐火材料,在PO2:=6.9×10-6MPa下,含碳材料中碳氧化的趋势可从下面计算结果得出。
从碳的氧化反应:2C+O2=2CO的:以及KP与温度的关系式:
logKp=12153/T+8.77
可算出CO的平衡压力pCO=8.6×104MPa。即只要外界CO压力小于此平衡压力,含碳耐火材料中的碳就将被氧化。而炼铜或炼镍转炉中,CO的压力却远远低于此CO的平衡压力;因而含碳耐火材料中的碳,其氧化趋势是很大的,是很容易被氧化的。所以炼铜或炼镍转炉用含碳耐火材料做炉衬,使用效果不理想。
铜镍冶炼转炉用耐火材料应使用镁铬砖系列。其使用效果依次为:Cr2O3增强镁铬砖、半再结合镁铬砖、电熔再结合镁铬砖、直接结合镁铬砖、普通镁铬砖、普通镁砖等。