趙 飛 葛鐵柱 任 楨

（鄭州大學(xué)高溫材料研究所，河南 鄭州 450052）

0 前言

鋼鐵技術(shù)進(jìn)步對(duì)耐火材料制品的影響十分顯著，兩者相互依存，互為促進(jìn)，共同發(fā)展[1]。隨著品種鋼數(shù)量增加和對(duì)鋼質(zhì)量要求的提高，由于耐火材料在高溫下對(duì)鋼水或多或少會(huì)產(chǎn)生污染[2]，耐火材料在使用過(guò)程中對(duì)鋼質(zhì)量的影響問(wèn)題已經(jīng)得到各方面的關(guān)注，鋼中有害夾雜物中有多少來(lái)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(wèn)題。

1 耐火材料對(duì)潔凈鋼質(zhì)量的影響

耐火材料對(duì)鋼水質(zhì)量的作用主要分為三個(gè)方面[3]：

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

（2）耐火材料成分與鋼水和鋼渣互相反應(yīng)，產(chǎn)生高熔點(diǎn)物質(zhì)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(zhì)，降低夾雜物，起到凈化鋼水的作用。

（一）耐火材料對(duì)鋼水含P量的影響

對(duì)鋼中脫P(yáng)能產(chǎn)生積極作用的主要有MgO和CaO兩種堿性氧化物?？锛硬诺萚4]對(duì)MgO-CaO質(zhì)澆注料中CaO含量對(duì)鋼中P含量的影響進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)澆注料中有25%的CaO存在時(shí)，鋼中P含量大幅度降低，進(jìn)一步提高 CaO含量，脫磷作用僅有小幅度提高。這是因?yàn)閺臒崃W(xué)的計(jì)算結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐均已證實(shí)CaO的脫磷效果明顯優(yōu)于MgO。

（二）耐火材料對(duì)鋼水中含S量的影響

耐火材料的材質(zhì)對(duì)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(shí)的脫S率為50-60%，使用粘土磚包襯時(shí)為60-70%，而使用堿性的白云石磚包襯時(shí)則可以提高到80%。李楠等[6]研究了MgO-CaO材料在1600℃下對(duì)鋼水脫S的影響，結(jié)果隨CaO含量增加，鋼水中S含量趨于降低。

（三）耐火材料對(duì)鋼中含碳量的影響

碳極易溶于鋼水，而鋼中碳含量直接會(huì)對(duì)鋼的組成、結(jié)構(gòu)和性能等造成影響。對(duì)含碳白云石質(zhì)和氧化鋁-碳質(zhì)浸入式水口的研究發(fā)現(xiàn)[7]，當(dāng)耐火材料第一次使用時(shí)，鋼水發(fā)生了嚴(yán)重增碳，而同一制品在第二次使用時(shí)鋼水僅發(fā)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(jìn)了通過(guò)擴(kuò)散界面的質(zhì)量傳輸，使磚表面發(fā)生脫碳。隨時(shí)間推移，脫碳層厚度增加，界面濃度差下降，從耐火材料內(nèi)部通過(guò)脫碳層到接觸界面，碳的溶解路徑變長(zhǎng)，使鋼水增碳減少。

（四）耐火材料對(duì)鋼中氧含量和含氧夾雜物的影響

對(duì)不同材質(zhì)耐火材料對(duì)深脫氧鋼氧含量的影響的研究表明[8]：一般來(lái)說(shuō)，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(shì)指數(shù)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(nèi)襯材料時(shí)一般應(yīng)選擇堿性材料。因?yàn)楹F、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?yàn)椴环€(wěn)定的氧化物要優(yōu)先溶解。

2 潔凈鋼用耐火材料的發(fā)展

2．1 LF爐用精煉耐火材料

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)潔凈鋼產(chǎn)量的不斷增加和質(zhì)量的不斷提高，對(duì)LF精煉爐及其它爐外精煉設(shè)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(zhǎng)，而且還要對(duì)鋼水有凈化作用，至少不對(duì)鋼水產(chǎn)生污染。目前，能夠滿足這種要求的耐火材料只有鎂鈣質(zhì)耐火材料，包括燒成鎂鈣磚和不燒鎂鈣磚。鎂鈣質(zhì)耐火材料具有優(yōu)良耐高溫性能和抗?fàn)t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(zhǎng)時(shí)間在高溫苛刻條件下操作，所以風(fēng)口及風(fēng)口周?chē)?、耳軸渣線部位蝕損嚴(yán)重，需使用耐蝕性好、耐熱剝落、高溫強(qiáng)度大的耐火材料。太鋼經(jīng)過(guò)多年的研究自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)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(guò)近幾年的不斷改進(jìn)，鎂鈣磚質(zhì)量有了更進(jìn)一步的提高，與鎂鈣磚相適應(yīng)的AOD單渣法不銹鋼冶煉工藝也更加成熟，目前太鋼自產(chǎn)鎂鈣磚的AOD爐齡月平均已達(dá)到160次，單爐最高達(dá)到187次，達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

2．3 水口用耐火材料

對(duì)于容易引起增碳和增硅的潔凈鋼冶煉，一般多采用復(fù)合耐火材料，即在與鋼液接觸的部分采用無(wú)碳和無(wú)硅耐火材料，而在其外部采用抗震和抗渣侵蝕性能優(yōu)良的含碳和含硅耐火材料。已開(kāi)發(fā)的有復(fù)合結(jié)構(gòu)的浸入式水口，內(nèi)襯復(fù)合無(wú)碳無(wú)硅的尖晶石材料，出鋼口復(fù)合尖晶石-硅質(zhì)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(yīng)，不僅不熔蝕,并且在工作面形成致密耐侵蝕層。

3 結(jié)語(yǔ)

潔凈鋼生產(chǎn)用耐火材料大多屬于科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗少和環(huán)境污染少的產(chǎn)品，正好迎合我國(guó)耐火材料工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展的需要。大力發(fā)展?jié)崈翡撋a(chǎn)作為鋼鐵工業(yè)的重要發(fā)展方向之一，將為加速耐火材料工業(yè)的現(xiàn)代化步伐注入持久強(qiáng)勁的動(dòng)力，使耐火材料朝著優(yōu)質(zhì)、高效、功能化、低污染綠色的方向發(fā)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(xué)達(dá),陳述江,張紅鷹,等.鎂鈣耐火材料對(duì)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(chuàng)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(xué),1999.

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

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