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钢液中氢的危害及耐火砖与氢含量的关系

编辑:耐火浇注料   时间:2020-08-05    浏览:   

        氢在固态钢中溶解度很小,所以钢水在凝固和冷却过程中,氢会和CO、N2等气体一起析出,形成皮下气泡、形成中心缩孔、疏松。实际上,钢在冷却过程中氢还会扩散析出,由于在固态钢中扩散速度很慢,只有很少量扩散到连铸坯(或钢锭)表面,多数是扩散到显微孔隙中、或夹杂物的附近、或晶界上的小孔中,形成氢分子。由于氢分子不断地在析出的地方聚集,低温下KH值很小,pH2却很大,引起钢的内应力。这种内应力再加上组织应力、热应力、变形应力等的总和,超过了钢的强度极限,就会破裂形成裂纹。

 

炼钢钢液

        由于上述原因,氢会引起钢材的如下缺陷:

        (1)发裂。钢在热加工过程中,钢中的含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂,进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性降低,这称之为“氢脆”。氢脆对钢材的横向性能影响尤为突出。

        (2)白点。在钢材横向断口上,白点表现为放射状或不规则排列的锯齿形小裂缝;在纵向断口上,有圆形或椭圆形的银白色斑点,因此得名为“白点”。实际上白点是极细小的裂纹。

        (3)层状断口。由于有些钢中晶体结构的特点,使氢分子容易在树枝晶或变形晶体边界上聚集,由此引起内应力,导致晶间拉力的减弱,从而降低了钢材横向的塑性、冲击韧性,此时在钢材的断口呈针状叠层结构,称做层状断口。钢的树枝晶越发达,越容易形成层状断口缺陷。含有铬镍或铬镍钼的合金钢比碳素钢的层状断口要严重。

        在浇钢系统中钢液的增氢,主要来源有:

        (1)熔渣中溶解的氢(不属耐火砖范围)。

        (2)钢包或中间包耐火砖中的水分,因未烘烤或烘烤温度不够高,时间不够长,水分未能充分排除。实践表明,即使将中间包的表面温度加热至1100℃,也不能保证完全将水分排除。

        (3)采用有机结合剂如树脂或沥青结合,又只经过高铝砖不太高温度的热处理,由于这些结合剂是碳氢化合物或碳水化合物,从而导致增氢。

        二次精炼后的钢液,水蒸气造成的增氢是特别值得注意的。因此,浇注洁净钢时,应对钢包衬、中间包衬、塞棒、水口等采取在1200℃较长时间的烘烤,以充分排除耐火砖中的水分。

当钢包、中间包、水口及塞棒采用有机物如树脂或沥青等做结合剂,由于树脂、沥青中大约含有6%~8%的氢,即使经过300℃甚至600℃的热处理,实验表明在使用时再继续升温也还会析放出H2O、H2、CH4等气体。

        通常,结合剂的加人量大致为耐火砖的4%~5%,1t耐火砖就要加入大约45kg结合剂。有机结合剂中氢含量以6%计,1t耐火砖中约含2.7kg氢。若耐火砖经过热处理与烘烤已除去氢80%,则1t耐火砖中还残留有0.54kg氢。

        浇钢系统砌筑的耐火砖与钢包钢液容量之比,大约每吨钢包需砌0.16t耐火砖。容量为50t的钢包系统则需8t耐火砖,烘烤后残存氢为4.3kg。

        在浇钢的高温下,新砌的浇钢容器,其耐火砖残存的水分与氢,主要是在浇注头两桶钢液时进入到钢液中。若残存的4.3kg氢,全部进入两头两桶的100t钢液,其增氢为43ppm。即使只增氢10ppm,在氢含量上也就不洁净了。

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