焦克新等：高炉炉缸凝铁层物相分析 841 铁水与高炉炉缸耐火材料界面接触部位，由于炉缸的 1600 冷却作用，使得炉缸耐火材料热面温度较低，当该处温 1500 度低于石墨碳析出温度时，石墨碳即可从铁水中析出， 进而富积在耐火材料热面，隔离开液态铁水与耐火材 1400 料的直接接触，减缓耐火材料的进一步侵蚀 2.3石墨碳析出相体积分数 1300 随着铁液温度的降低，铁水中可析出不同的物相. 1200 运用Thermal-cale热力学软件可以计算得出铁液中析 出的各物相体积分数随温度的变化关系.图6给出了 1100L 4.44.6 4.85.05.2 5.4 铁水中C质量分数为4.5%时各物相的析出量随温度 [C 的变化关系.从图中可以看出，当铁水温度较高时，铁 图4石墨碳析出温度随铁水中[]的变化关系 水为纯液态，未有固相析出，当温度低于1205℃时，石 Fig.4 Effect of [C]in the hot metal on the graphite precipitation 墨碳开始析出.然而石墨碳析出的体积分数相对较 temperature 低，为0~0.6%，当温度低于1153℃时，铁水迅速凝 系式，如下式所示 固，因此，石墨碳在析出温度区间内的析出相分数 T=-537.65+389.55[C]+188.75[Si]+ 较低. 53.42[S]-18.44Mn]+104.71P. (1) 图7给出了铁水中各组元对石墨碳析出相体积分 式中：T为石墨碳析出温度，℃. 数的影响.铁水中C质量分数为4.5%，Si、Mn、P、S在 根据该公式可分别计算得出宝钢3高炉和沧州 铁水中的质量分数分别为0.4%、0.15%、0.15%和 4高炉铁水中析出石墨碳的温度分别为1431℃和 0.03%.从图中可以看出，铁液中含有Si、Mn、P、S时 1269℃.可见，石墨碳析出温度远高于铁水凝固温度 铁水析出石墨碳的温度分别为1275、1201、1222和 1153℃.因此，铁水中析出石墨碳比铁水凝固更易于 1223℃，而石墨碳析出相体积分数分别为1.16%、 发生.而两座高炉的铁水温度分别为1508℃和1487℃， 0.66%、0.88%和0.70%.可见，Si元素对石墨碳相析 则铁水不具备石墨碳析出的热力学条件.然而，对于 出分数的影响最大，元素Mn、P和S对石墨碳相析出 14250 1400 1221 1375 1220 1350 1219 1300 1218 1275 1217 1250 1225 1216 1200 0.2 0.4 0.6 0.8 10 1215 0.02 0.040.06 0.08 0.10 [Si1/% [SV% 1218r (c) 1320 (d) 1215 1212 1300 1209 1280 1206 1260 1203 1240 1200 I220 1197 0.2 0.40.6 0.8 10 12006 0.2 0.40.6 0.8 1.0 [Mny% [Py% 图5石墨碳析出温度随铁液中元素含量的变化关系.(a)Fe-C-Si:(b)FeCS:(c)FeC-Mn:(d)FeC-P Fig.5 Effect of the composition of hot metal on the graphite precipitation temperature:(a)Fe-C-Si:(b)Fe-C-:(c)Fe-C-Mn;(d)Fe-C-P焦克新等: 高炉炉缸凝铁层物相分析 图 4 石墨碳析出温度随铁水中［C］的变化关系 Fig． 4 Effect of ［C］ in the hot metal on the graphite precipitation temperature 系式，如下式所示． T = － 537. 65 + 389. 55［C］+ 188. 75［Si］+ 53. 42［S］－ 18. 44［Mn］+ 104. 71［P］． ( 1) 式中: T 为石墨碳析出温度，℃ ． 图 5 石墨碳析出温度随铁液中元素含量的变化关系． ( a) Fe--C--Si; ( b) Fe--C--S; ( c) Fe--C--Mn; ( d) Fe--C--P Fig． 5 Effect of the composition of hot metal on the graphite precipitation temperature: ( a) Fe--C--Si; ( b) Fe--C--S; ( c) Fe--C--Mn; ( d) Fe--C--P 根据该公式可分别计算得出宝钢 3# 高炉和沧州 4# 高炉 铁 水 中 析 出 石 墨 碳 的 温 度 分 别 为 1431 ℃ 和 1269 ℃ ． 可见，石墨碳析出温度远高于铁水凝固温度 1153 ℃ ． 因此，铁水中析出石墨碳比铁水凝固更易于 发生． 而两座高炉的铁水温度分别为 1508 ℃和 1487 ℃， 则铁水不具备石墨碳析出的热力学条件． 然而，对于 铁水与高炉炉缸耐火材料界面接触部位，由于炉缸的 冷却作用，使得炉缸耐火材料热面温度较低，当该处温 度低于石墨碳析出温度时，石墨碳即可从铁水中析出， 进而富积在耐火材料热面，隔离开液态铁水与耐火材 料的直接接触，减缓耐火材料的进一步侵蚀． 2. 3 石墨碳析出相体积分数 随着铁液温度的降低，铁水中可析出不同的物相． 运用 Thermal--calc 热力学软件可以计算得出铁液中析 出的各物相体积分数随温度的变化关系． 图 6 给出了 铁水中 C 质量分数为 4. 5% 时各物相的析出量随温度 的变化关系． 从图中可以看出，当铁水温度较高时，铁 水为纯液态，未有固相析出，当温度低于 1205 ℃ 时，石 墨碳开始析出． 然而石墨碳析出的体积分数相对较 低，为 0 ～ 0. 6% ，当温度低于 1153 ℃ 时，铁水迅速凝 固，因此，石 墨 碳 在 析 出 温 度 区 间 内 的 析 出 相 分 数 较低． 图 7 给出了铁水中各组元对石墨碳析出相体积分 数的影响． 铁水中 C 质量分数为 4. 5% ，Si、Mn、P、S 在 铁水 中 的 质 量 分 数 分 别 为 0. 4% 、0. 15% 、0. 15% 和 0. 03% ． 从图中可以看出，铁液中含有 Si、Mn、P、S 时 铁水析 出 石 墨 碳 的 温 度 分 别 为 1275、1201、1222 和 1223 ℃，而石墨碳析出相体积分数分别为 1. 16% 、 0. 66% 、0. 88% 和 0. 70% ． 可见，Si 元素对石墨碳相析 出分数的影响最大，元素 Mn、P 和 S 对石墨碳相析出 · 148 ·