程礼梅等：钢铁冶金过程中的界面现象 ·1147· 600 160 120 台10ǜ 500 0s0 400 TiO 80 .b0009000g00900096000000000009 300 180布碱度1.5 ALO, 0 120 9碱度2 ①M0-4%C ©碱度2.5 400 9Mg0-17%C 60 ①石墨 。碱度2.24 ©Ca0-Si0,-AL,0,渣耐材，1623K -805 A MgO 1.F精炼渣/白云石，1843K 30 4560 75 90 120 10 20 30 40 50 60 接触角) 时间min 图18实际测量得出的熔渣与耐火材料的润湿性对熔渣的渗透 图20熔渣向基片内渗透驱动力[2] 深度的影响[46-4] Fig.20 Driving force for the permeation of molten slag in substrates Fig.18 Effect of wettability on penetration depth of molten slag with different carbon contents(] measured experimentally[] 于90°，即由不润湿向润湿转变.根据式(12)~式 (15),此时熔渣可向耐火材料中渗透 1202 ° 品 90 KA03X0X20y39030030 签100 m小a ☆Ca0-Si0,-Mg0-Al,0,-Fc0/石墨.1873K 80京 口Si0,-Mn0-Ti0,-Fe0石墨，1673K 1Mg0-4%C 。Si0,-Mn0-Ti,0,-Fc0石墨.1573K 60 QM0-17%C △Si0,-Mn0-Ti,0,-Fe0/石墨，1473K ⑨石掇 ▲MgO 60 ommmnmn 5 10152025 30 时间/min 30 MAA 图21熔渣与石墨基片的接触角随时间的变化[490] Fig.21 Contact angle between graphite substrate and molten slag 0 2 with Feo[49-50] 时间s 图191873K下Ca0-Si0,熔渣在不同碳含量的基片上接触角 与钢液之间的润湿性较好，耐火材料中碳含量的减 变化2] 小将使钢液与耐火材料材料之间的润湿性降低，润 Fig.19 Variation in contact angle between molten Ca0-Si0,slag 湿性的降低减轻了两者之间的反应)，同时石墨向 and substrates with different carbon contents at 1873 K42) 钢液中的溶解量也减少，从而降低了钢液对耐火材 料的侵蚀.Zhao与Sahajwalla[2]测得的不同碳含量 3.2钢液对耐火材料的侵蚀 的A山，0，-C耐火材料与纯铁液间的接触角，如图23 纯铁液与耐火材料之间的接触角通常大于 所示.耐火材料中碳含量的增加明显降低了接触 90°，不润湿且与耐火材料间不易发生明显化学反 角，在质量分数从71.43%增加到83.33%时，接触 应，也不易渗入耐火材料中造成耐火材料的损毁. 角的变化较大，从不润湿转变为润湿状态，使得耐火 但有研究表明[]，纯铁液可以通过耐火材料中的开 材料更容易被钢液侵蚀. 口气孔，形成局部接触角，此时铁液与耐火材料间的 钢液中通常含有Mn、Al等合金元素，当合金元 受力示意图如图22(a)所示.在微小的局部区域， 素含量较高时，其可以与耐火材料中的部分氧化物 铁液能与耐火材料中的低熔点相润湿，铁液可沿低 发生反应，如高Mn钢与Mg0耐火材料生成MnO, 熔点相区域向耐火材料内部渗透，如图22(b)所示， 同时合金元素与氧反应时也能生成相应的氧化物渣 但渗透程度有限 相.新生成的液态渣相如MnO可以与耐火材料中 对于含碳耐火材料，随着碳含量的减少，熔渣与 的Mg0反应，生成低熔点的复合夹杂物，进而软熔 耐火材料之间的润湿性增加，加重了熔渣对耐材的 改变耐火材料中Mg0颗粒的形状，侵蚀耐火材料. 侵蚀，但却能减轻钢液对耐火材料的侵蚀.因石墨 对于铁液在表面与氧的反应，可以用氧的表面活性程礼梅等: 钢铁冶金过程中的界面现象 图 18 实际测量得出的熔渣与耐火材料的润湿性对熔渣的渗透 深度的影响[46鄄鄄47] Fig. 18 Effect of wettability on penetration depth of molten slag measured experimentally [46鄄鄄47] 于 90毅,即由不润湿向润湿转变. 根据式(12) ~ 式 (15),此时熔渣可向耐火材料中渗透. 图 19 1873 K 下 CaO鄄鄄 SiO2 熔渣在不同碳含量的基片上接触角 变化[42] Fig. 19 Variation in contact angle between molten CaO鄄鄄 SiO2 slag and substrates with different carbon contents at 1873 K [42] 3郾 2 钢液对耐火材料的侵蚀 纯铁液与耐火材料之间的接触角通常大于 90毅,不润湿且与耐火材料间不易发生明显化学反 应,也不易渗入耐火材料中造成耐火材料的损毁. 但有研究表明[46] ,纯铁液可以通过耐火材料中的开 口气孔,形成局部接触角,此时铁液与耐火材料间的 受力示意图如图 22( a)所示. 在微小的局部区域, 铁液能与耐火材料中的低熔点相润湿,铁液可沿低 熔点相区域向耐火材料内部渗透,如图 22(b)所示, 但渗透程度有限. 对于含碳耐火材料,随着碳含量的减少,熔渣与 耐火材料之间的润湿性增加,加重了熔渣对耐材的 侵蚀,但却能减轻钢液对耐火材料的侵蚀. 因石墨 图 20 熔渣向基片内渗透驱动力[42] Fig. 20 Driving force for the permeation of molten slag in substrates with different carbon contents [42] 图 21 熔渣与石墨基片的接触角随时间的变化[49鄄鄄50] Fig. 21 Contact angle between graphite substrate and molten slag with FeO [49鄄鄄50] 与钢液之间的润湿性较好,耐火材料中碳含量的减 小将使钢液与耐火材料材料之间的润湿性降低,润 湿性的降低减轻了两者之间的反应[51] ,同时石墨向 钢液中的溶解量也减少,从而降低了钢液对耐火材 料的侵蚀. Zhao 与 Sahajwalla [52] 测得的不同碳含量 的 Al 2O3 鄄鄄C 耐火材料与纯铁液间的接触角,如图 23 所示. 耐火材料中碳含量的增加明显降低了接触 角,在质量分数从 71郾 43% 增加到 83郾 33% 时,接触 角的变化较大,从不润湿转变为润湿状态,使得耐火 材料更容易被钢液侵蚀. 钢液中通常含有 Mn、Al 等合金元素,当合金元 素含量较高时,其可以与耐火材料中的部分氧化物 发生反应,如高 Mn 钢与 MgO 耐火材料生成 MnO, 同时合金元素与氧反应时也能生成相应的氧化物渣 相. 新生成的液态渣相如 MnO 可以与耐火材料中 的 MgO 反应,生成低熔点的复合夹杂物,进而软熔 改变耐火材料中 MgO 颗粒的形状,侵蚀耐火材料. 对于铁液在表面与氧的反应,可以用氧的表面活性 ·1147·