耐火砖另外一种说法叫火砖.它用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材料.淡黄色或带褐色.主要用于砌冶炼炉,能耐1,580℃―1,770℃的高温.按制备工艺方法来区分,它可分为烧成砖、不烧砖、电熔砖(熔铸砖)、耐火隔热砖;按形状和尺寸来分,可分为标准型砖、普通砖、特异型砖等.
耐火砖即耐火材料,耐火度不低于1580度的一类无机非金属材料.耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下,抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度.耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域,在冶金工业中用量最大,占总产量的50%~60%.
耐火砖的最大的用户是钢铁工业,它也是钢铁工业不可缺少的重要基础材料之一.它对钢铁生产有很大影响.在一定条件下甚至可以成为阻碍某项冶炼新技术发展的关键.耐火砖与钢铁生产之间的关系表现为两方面:一方面是保证钢铁工业流程的稳定性与经济性;另一方面是满足钢铁质量与品种的需求.在对钢材品种与质量要求不高的情况下,为了保证生产过程的稳定性、降低成本,耐火砖的长寿及低成本是使用者追求的目标.在过去的数十年中,由于耐火砖生产与使用科学技术的进步,耐火砖的使用寿命有了很大的提高.其结果是耐火砖的使用寿命越来越长,产量越来越少.
耐火砖工作者面临很大的困惑,继续将长寿命作为唯一的追求目标已不能满足耐火砖自身及使用各方面的要求.耐火砖需要新的发展领域.除了追求长寿这一目标以外,耐火砖的功能也比较单一,仅仅是作为高温容器的内衬或者部件的材料以抵抗高温与熔渣的侵蚀.目标与功能的单一使耐火砖的发展受到限制.开发新的功能,让材料在使用条件下发挥多方面的作用是应该重视的方向.
近年来,由于对钢质量的要求愈来愈高,以及洁净钢等优质钢材生产的需要,耐火砖与熔融钢铁之间的反应以及对钢质量的影响受到人们的重视.
首先,要求耐火砖不污染钢水;其次,研究开发耐火砖可能起到对钢水的净化作用.新功能的开发将给耐火砖发展提供新的机遇.耐火砖与熔融钢铁之间的相互作用大致包括如下几个方面:
(1)耐火砖受到侵蚀后引起结构的松弛,在熔融钢铁的冲刷下卷入熔融钢铁中,形成非金属夹杂.这类夹杂的尺寸较大,属于外来夹杂.
(2)耐火砖构成组分直接溶解到熔融钢铁中去,增加熔融钢铁中的氧及其他非铁元素的含量.在一定条件下,存在于熔融钢铁中的非铁元素可能相互反应生成夹杂.这类夹杂是在熔融钢铁内部生成的,属于自生成夹杂.这类夹杂的尺寸一般都很小.
(3)耐火砖是在高温下使用的.在高温下,耐火砖内部或多或少有液相生成.生成的液相包围在耐火砖颗粒周围.同时,此液相将与熔融钢铁中生成的氧化物(如氧化铁)反应,在耐火砖与熔融钢铁之间形成一液相隔离层,将熔融金属与耐火砖隔离,阻止了耐火砖向熔融金属的直接溶解.耐火砖以及气孔中的气相与熔融金属之间的反应都要通过这一反应层来进行.熔融金属与液相层的结构不同,前者为金属结构,后者为离子结构,它们之间不可能互溶,它们之间的反应必定伴随着离子的电价的变化.介于熔融金属与耐火砖之间的液相层通常也是硅酸盐熔体,它们的组成、结构与熔渣十分相似.
熔渣具有的作用与功能,此液相层也应具有.这些作用包括如下几个方面:
(1)渣有氧化性与还原性,耐火砖与熔融金属之间的液相层也应具有氧化性与还原性,从而影响熔融金属中的氧含量及氧化物夹杂的生成.
(2)渣具有脱磷及脱硫的作用,此液相层也应具有脱磷及脱硫作用.
(3)渣可以吸附熔融金属中夹杂,此液相也应具有吸收夹杂的作用.20世纪70年代中期,Lindskog就曾提出钢水中的大部分夹杂是被耐火砖所吸收的.但后来的许多学者都将注意力集中到熔渣对夹杂的吸附,忽视了耐火砖的作用.按冶金原理,渣吸收夹杂应满足两个条件:其一是夹杂必须与熔渣接触.在钢水中,夹杂的密度比钢小,它们可上浮到渣-钢界面而与渣接触;其二是夹杂与钢水的黏附功大于它与熔渣的黏附功.
耐火砖与钢水之间的液相层也应能满足上述两个条件.
首先,在精炼过程中,熔融金属常被剧烈搅动,夹杂由于自身浮力作用而产生的上浮运动已显得不重要.其运动轨迹变得非常复杂,它碰撞到耐火砖的概率很高.而且,在钢包等容器中钢水与耐火砖的接触面积大于钢水与渣的接触面积.因而,夹杂碰到耐火砖液相的概率应高于它碰到渣的概率.
其次,由于液相的成分与渣相近,同属离子结构,它们的化学组成与夹杂接近.因而,与熔渣一样,夹杂与液相层的黏附功应小于其与钢水的黏附功.完全有可能吸附钢水中的夹杂.
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