锆质铬质耐火材料与锰mn高温环境下,发生的化学侵蚀反应,由耐火材料厂家整理收集,以下为锆质与铬质耐火材料在不同环境下与锰的熔蚀反应。
1.锆英石质耐火材料与Mn的反应,可以从ZrO2-SiO2相图下看出,纯锆英石只有在1677℃才分解为ZrO2与SiO2。其化学的反应式为:
ZrO2(s)+SiO2(s)=ZrSiO4(s)
ZrO2-SiO2相平衡图
在1550℃时,△H–=-41.8kj/mol(-9980cal/mol),△S–=-15.4J/(K·mol)(-3.68cal/(℃·mol)),△G–=-13.7kJ/mol(-3280cal/mol)。其化学反应式如下:
2[Mn]+ZrSiO4(s)=ZrO2(s)+2(MnO)+[Si] (1)
在1550℃时,△G–1823=94.lkJ(22480cal)。
从之前的ZrO2-SiO2-MnO三元相图,得出1550℃时锆英石饱和溶液中MnO浓度大致为N’MnO≈0.45。
由于在此三元系中锆英石析晶区很小,高温下锫英石容易分解,ZrO2熔点高,而液相中ZrO2含量又不大;因此可近似地用MnO-SiO2系的活度与浓度关系图,即可以认为a'(MnO)=0.1。再将[Mn%]’=1.5,[si%]’=0.3代入范特荷夫等温方程式,可算出反应式(1)的自由能变化为:
△G=-6.4kJ(-1520cal)
说明反应式(1)是能向右进行的。
一般说来,由于硅酸盐化合物分解需要能量,因此从硅酸盐化合物中还原SiO2要比从游离SiO2难一些。
2.连铸锰钢中的Mn与铬质耐火材料发生的化学侵蚀反应:
从SiO2-Cr2O3系相图,如下所示。Cr2O3基本上不降低SiO2熔点,当Cr2O3含量稍多时反而提高其熔点。
Cr2O3-SiO2系相平衡图
此外,在熔融石英中加入Cr2O3对SiO2的粘度也不会降低。有人曾将熔融石英浸入式水口浸渍氧化铬,降低制品气孔率,提高其抗锰钢侵蚀的能力。使用这种浸渍氧化铬的熔融石英水口浇铸一般碳素钢,抗侵蚀效果比较明显,而且使用后水口内壁光滑没有沟槽,冷却后水口不开裂。对使用后的这种含Cr2O3熔融石英水口进行显微镜观察发现,石英玻璃没有转化为方石英,即Cr2O3有抑制石英玻璃转化为方石英的作用。但用这种浸渍氧化铬的水口浇铸锰钢,在抗侵蚀上确并没有较明显的改进。除SiO2仍然会与锰钢中的Mn起化学反应外,从热力学计算表明,锰钢中的Mn也会与Cr2O3起反应。
从热力学可以证明,由固溶体中还原某一氧化物要比其以游离状态存在时困难。由于Cr2O3与Al2O3能形成连续固溶体,因此铬刚玉抗锰钢侵蚀可能会较好。
从以上热力学计算可以得出:浇铸锰钢时,钢中Mn将与熔融石英、粘土、Cr2O3、莫来石或锆英石等材质耐火材料发生化学反应,但不能与刚玉、氧化锆或氧化镁质耐火材料发生反应。碳或含碳耐火材料能将MnO或SiO2还原。