連鑄錳鋼與侵入式水口耐火材料發(fā)生的化學(xué)侵蝕

澆鑄錳鋼時，鋼流與爐襯耐火材料在高溫下相互作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成耐火材料的損耗。本文由耐火材料廠家收集整理，從物理化學(xué)角度，分析探討連鑄錳鋼時使用的浸入式水口應(yīng)選擇什么材質(zhì)的耐火材料更為合適，錳鋼的生產(chǎn)量也很大，這些分析與探討是具有實際意義的。

1.錳鋼與各種耐火材料之間的化學(xué)反應(yīng)：

錳鋼中的Mn含量隨鋼種不同而有所變化。常用的16Mn鋼種

下面就來討論錳鋼中的Mn與各種氧化物耐火材料之間的化學(xué)作用。

2.錳鋼中的Mn與各種氧化物耐火材料反應(yīng)的一般規(guī)律：

Mn與各種氧化物耐火材料的反應(yīng)，可大致由各種氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能△G–生（即元素對氧的親和力）與溫度的關(guān)系圖看出，下圖示出了與澆鑄錳鋼有關(guān)的各種氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能與溫度的關(guān)系。圖中各氧化物的△G–生都是按1mol氧參加反應(yīng)計算的。這樣一來，任何兩種氧化物的生成反應(yīng)相減，就可以把O2消掉了。

氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能△G–生與溫度的關(guān)系

從化學(xué)熱力學(xué)知，元素對氧親和力越大，其△G–生越小（即越負(fù)），由這種無素生成的氧化物就越穩(wěn)定。因此，上圖就示出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，各種氧化物的穩(wěn)定次序或各種元素對氧親和力大小的次序。即圖中位置在下面的金屬，比在上面的余屬對氧親和力要大。根據(jù)這一次序可以得出，例如Mn可以將FeO還原，即發(fā)生：Mn+FeO＝Fe+MnO的反應(yīng)，因為Mn比Fe對氧親和力要大。同樣可以得出，在一定高溫下，碳能將FeO、MnO或SiO2還原。

應(yīng)當(dāng)指出，上面各氧化物的△G生都是根據(jù)純金屬與純氧化物參加反應(yīng)計算的，也就是說沒有考慮形成溶液的情況。事實上冶煉中的反應(yīng)大多是在溶液中進(jìn)行的，元素形成金屬相（如Mn是溶解在鋼液中），而氧化物則是形成熔渣相。當(dāng)形成溶液時，前面圖中氧化物的穩(wěn)定次序就可能發(fā)生變動。例如鋼液中的Mn就可能將硅質(zhì)耐火材料SiO2還原（下面將要討論這一問題）。但一般說來，錳鋼中的Mn卻不會與氧化鋁質(zhì)耐火材料（如剛玉磚）、氧化鋯耐火材料或氧化鎂耐火材料起反應(yīng)，或者說發(fā)生化學(xué)侵蝕，因為MnO的△G–生與溫度的關(guān)系曲線在Al2O3、ZrO2及MgO的關(guān)系曲線之上，而且相距位置甚遠(yuǎn)。