耐火材料對潔凈鋼的影響及其發展

趙 飛 葛鐵柱 任 楨

（鄭州大學高溫材料研究所，河南 鄭州 450052）

0 前言

鋼鐵技術進步對耐火材料制品的影響十分顯著，兩者相互依存，互為促進，共同發展[1]。隨著品種鋼數量增加和對鋼質量要求的提高，由于耐火材料在高溫下對鋼水或多或少會產生污染[2]，耐火材料在使用過程中對鋼質量的影響問題已經得到各方面的關注，鋼中有害夾雜物中有多少來自耐火材料在使用中的熔損或剝落，耐火材料如何才能少污染，不污染鋼水，甚至在保證使用壽命的前提下能有效去除鋼中夾雜物是目前需要研究的重要問題。

1 耐火材料對潔凈鋼質量的影響

耐火材料對鋼水質量的作用主要分為三個方面[3]：

（1）耐火材料在熱震和侵蝕作用下引起的結構變化，在鋼水沖刷下進入鋼水形成雜質；

（2）耐火材料成分與鋼水和鋼渣互相反應，產生高熔點物質形成夾雜，或引起鋼水成分的變化，如增C、N和H含量等；

（3）耐火材料可吸收鋼中C、P、S等雜質，降低夾雜物，起到凈化鋼水的作用。

（一）耐火材料對鋼水含P量的影響

對鋼中脫P能產生積極作用的主要有MgO和CaO兩種堿性氧化物。匡加才等[4]對MgO-CaO質澆注料中CaO含量對鋼中P含量的影響進行了研究，實驗結果表明：當澆注料中有25%的CaO存在時，鋼中P含量大幅度降低，進一步提高 CaO含量，脫磷作用僅有小幅度提高。這是因為從熱力學的計算結果和生產實踐均已證實CaO的脫磷效果明顯優于MgO。

（二）耐火材料對鋼水中含S量的影響

耐火材料的材質對于鋼水脫S有很大影響[5]，在相同的冶煉工藝條件下，使用硅磚包襯時的脫S率為50-60%，使用粘土磚包襯時為60-70%，而使用堿性的白云石磚包襯時則可以提高到80%。李楠等[6]研究了MgO-CaO材料在1600℃下對鋼水脫S的影響，結果隨CaO含量增加，鋼水中S含量趨于降低。

（三）耐火材料對鋼中含碳量的影響

碳極易溶于鋼水，而鋼中碳含量直接會對鋼的組成、結構和性能等造成影響。對含碳白云石質和氧化鋁-碳質浸入式水口的研究發現[7]，當耐火材料第一次使用時，鋼水發生了嚴重增碳，而同一制品在第二次使用時鋼水僅發生輕微的增碳。初始暴露階段，鋼水和耐火材料由于存在很大的碳濃度差，促進了通過擴散界面的質量傳輸，使磚表面發生脫碳。隨時間推移，脫碳層厚度增加，界面濃度差下降，從耐火材料內部通過脫碳層到接觸界面，碳的溶解路徑變長，使鋼水增碳減少。

（四）耐火材料對鋼中氧含量和含氧夾雜物的影響

對不同材質耐火材料對深脫氧鋼氧含量的影響的研究表明[8]：一般來說，隨著耐火材料由堿性→中性→酸性的變化順序，耐火材料的氧勢指數逐漸增大。采用堿性耐火材料有利于鋼中氧含量的降低。為了降低鋼中的氧含量，在選擇鋼包內襯材料時一般應選擇堿性材料。因為含鐵、鉻和硅的氧化物耐火材料很容易使鋼水氧含量增加，這主要是受到了存在固溶氧化物的影響，因為不穩定的氧化物要優先溶解。

2 潔凈鋼用耐火材料的發展

2．1 LF爐用精煉耐火材料

近幾年來，隨著我國潔凈鋼產量的不斷增加和質量的不斷提高，對LF精煉爐及其它爐外精煉設備用耐火材料提出了更高的要求。它不僅要求耐火材料的使用壽命長，而且還要對鋼水有凈化作用，至少不對鋼水產生污染。目前，能夠滿足這種要求的耐火材料只有鎂鈣質耐火材料，包括燒成鎂鈣磚和不燒鎂鈣磚。鎂鈣質耐火材料具有優良耐高溫性能和抗爐渣侵蝕性能，其中的游離CaO能夠吸附鋼水中的[S]，[P]和非金屬夾雜物，有凈化鋼水的功能[9]。

2.2 AOD精煉爐用耐火材料

AOD爐由于長時間在高溫苛刻條件下操作，所以風口及風口周圍、耳軸渣線部位蝕損嚴重，需使用耐蝕性好、耐熱剝落、高溫強度大的耐火材料。太鋼經過多年的研究自主開發生產的鎂鈣磚適合太鋼AOD爐冶煉工藝的要求[10]，并使 AOD爐齡大幅度提高。通過近幾年的不斷改進，鎂鈣磚質量有了更進一步的提高，與鎂鈣磚相適應的AOD單渣法不銹鋼冶煉工藝也更加成熟，目前太鋼自產鎂鈣磚的AOD爐齡月平均已達到160次，單爐最高達到187次，達到了國內先進水平。

2．3 水口用耐火材料

對于容易引起增碳和增硅的潔凈鋼冶煉，一般多采用復合耐火材料，即在與鋼液接觸的部分采用無碳和無硅耐火材料，而在其外部采用抗震和抗渣侵蝕性能優良的含碳和含硅耐火材料。已開發的有復合結構的浸入式水口，內襯復合無碳無硅的尖晶石材料，出鋼口復合尖晶石-硅質材料，澆注超低碳高氧鋼效果良好。尖晶石材料不與鋼中的MnO、FeO反應，不僅不熔蝕,并且在工作面形成致密耐侵蝕層。

3 結語

潔凈鋼生產用耐火材料大多屬于科技含量高、經濟效益好、資源消耗少和環境污染少的產品，正好迎合我國耐火材料工業結構調整和發展的需要。大力發展潔凈鋼生產作為鋼鐵工業的重要發展方向之一，將為加速耐火材料工業的現代化步伐注入持久強勁的動力，使耐火材料朝著優質、高效、功能化、低污染綠色的方向發展。

［1］鐘香崇.展望新一代耐火材料[J].耐火材料,2003,37(1)：1-10.

［2］王學達,陳述江,張紅鷹,等.鎂鈣耐火材料對鋼水的凈化作用[J].耐火材料,2004,38(2)：88-90.

［3］李楠.鋼與耐火材料的作用及耐火材料的選取[J].耐火材料創刊40周年特刊,2006：19-22.

［4］匡加才.超純凈鋼用鎂-鈣澆注料的研究[D].武漢：武漢科技大學,1999.

［5］程煌,任彤.鐵水深脫硫發展趨勢[J].鋼鐵,2003,36(4)：17-19.

［6］張興業.LF精煉爐用不燒鎂鈣磚的研制與使用[J].工業加工,2007,2(36)：50-52.

［7］［10］張朝霞,等.AOD 精煉爐用鎂鈣磚的研制與使用[J].遼寧建材,2005,4：14-16.

［8］Yuasa G,Sugiura S,Fujine M.et al,Oxygen conientin refractory[J].Transactions ISU,1983(23)：28.

［9］張興業.LF精煉爐用不燒鎂鈣磚的研制與使用[J].工業加工,2007,2(36)：50-52.