在锰钢连铸中,与浸入式水口耐火材料发生熔蚀反应的MnO,科瑞耐火材料厂找到以下几个来源:
(1)锰钢中的Mn与耐火材料如熔融石英、粘土、硅酸铝、锆英石或Cr2O3发生反应产生MnO(之前的文章已经讨论过)。
(2)出钢时钢液氧化性较强,含有FeO,Mn与FeO反应生成MnO。
(3)浇铸过程中,钢液与空气接触,以及钢液高速流经水口,造成负压,从水口壁的气孔和水口之间接缝吸入空气,使钢液发生氧化,生成FeO和MnO。为了讨论方便,在此暂不考虑钢液中的FeO的熔蚀,只讨论MnO对各种耐火材料的熔蚀。
下面从相图讨论MnO与各种耐火氧化物的熔蚀。对耐火材料,从相图可了解到:液相出现的开始温度(例如最低共熔点),在使用温度下形成的液相量,以及随着温度的升高液相量增加情况。
氧化锰MnO对熔融石英、刚玉、氧化锆或氧化镁的化学侵蚀:
SiO2-MnO、Al2O3-MnO、ZrO2-MnO与MgO-MnO相图如下所示。
从图上所示:MnO与SiO2、Al2O3、ZrO2以及MgO开始出现液相的温度分别为125l℃、1520℃、1540℃和1550℃(转熔点为1587℃)。其中以SiO2-MnO系开始出现液相的温度最低。
得出:Al2O3与MnO能生成熔点达1850℃的锰尖晶石。ZrO2和MgO均能吸收大量的MnO与之形成固溶体;ZrO2能吸收23%MnO,MgO能吸收高达94%MnO。例如Al2O3、ZrO2或MgO吸收15%MnO,在1800℃以下温度都是不会出现液相的。因此,Al203、ZrO2和MgO抗锰钢及其MnO的侵蚀性能都是很好的。有人曾在Ar气气氛下将刚玉与氧化锆试样分别浸泡在含6.5%Mn的钢中,并旋转试样;试验结果说明他们的抗锰钢侵蚀能力确实很好。
从SiO2-MnO相图,根据杠杆原理,算出MnO含量为5%时在1550℃下产生的液相量为10%。但由于液相线甚陡,液相量随温度的变化是不会大的。
熔融石英中加入碳(石墨),虽然碳能将MnO还原成Mn,减少MnO对熔融石英的危害,但碳在高温下也能将SiO2还原成SiO气体或Si(特别是SiO),这又对熔融石英不利;此外,加入石墨还会增加其导热性。因此,加入石墨的熔融石英浸入式水口正如文献[1]中所述其抗锰钢侵蚀反而不如纯熔融石英。16Mn钢液对熔融石英浸入式水口的侵蚀速度为6.9~10.4mm/h,而加入15%石墨的,其侵蚀速度反而为14mm/h。但加入石墨的水口,使用后冷却时不炸裂,说明石墨有抑制石英玻璃析晶的作用。科瑞耐材生产的碳质(石墨质)耐火材料有:碳砖、镁碳砖、碳素捣打料、碳复合耐火浇注料、碳化硅浇注料等。