精炼炉用耐火材料

用于工业生产的炉外精炼方法，其精炼操作如脱气、排除杂质、调整成分与温度等主要在钢包中完成。按钢包的功能司分为两种类型。

(1)钢包处理型，其特点是精炼时间短(10—30min)，仅有钢水脱气、脱硫、成型控制和改变夹杂物形态等作用，但无补偿钢水温度的功能。

(2)钢包精炼型，具有补偿钢水温度等多种精炼功能，适宜于高合金钢和特殊钢的精炼。

精炼炉用耐火材料及相关技术，对保证精炼过程的正常进行和精炼钢的质量十分重要。尽管精炼方法多样、操作各异，但钢包内衬所处条件却有许多共同之处。如真空高温范围大，与碱度变化大的炉渣接触反应，并经受钢水一熔渣一气流的剧烈冲击，以及电弧辐射热和激烈的热震作用。为此，研制能耐高温、抗侵蚀、耐冲刷、抗热震、在高温真空下较稳定的优质耐火材料，对延长炉衬寿命、冶炼洁净钢，降低成本是至关重要的。

1、选择耐火材料的依据

A温度

一般精炼温度高达1550—1700℃甚至1800℃。对AOD炉曾进行测定，当最高温度提高l0℃，耐火材料寿命则降低30％。要求耐火材料具有高的耐火性能，能经受最高精炼温度和局部过热的冲击，且在该温度下出现的液相量较少，能抵抗低粘度炉渣的侵蚀。因此，应选择纯度和直接结合率高的碱性砖。间歇操作又会引起温度波动，造成炉衬剥落，温度波动当然越小越好，一般采用中间烘烤和缩短炉次间停歇时间，减小钢包温度变化以提高炉衬寿命。在冶炼允许条件下，采用抗热震性最优的镁碳砖或用镁铬砖为好，若温度急变虽大，但间歇时间较短，使用镁白云石砖较好。如LF(V)钢包，渣线部位用MgO-C或MgO-Cr203砌筑，侧壁用MgO—GaO系或MgO—Cr203砌筑，底部一般采用优质高铝砖。

B搅拌

所有炉外精炼法都装有钢水搅拌装置。VOD、VHD(VAD)、AOD等是氩气搅拌，一般在炉底吹氩处和距吹氩较近的炉壁损毁较严重。电磁感应搅拌(SKF)，一般则在搅拌器位置和搅拌器对称位置炉衬损毁较重。由于搅拌作用造成钢水及渣的剧烈沸腾，加速炉衬的损毁。因此，受冲刷严重侵蚀区应采用高温强度大的优质耐火材料如镁铬质、高纯镁质、铬刚玉质等。

C处理时间

精炼时间可长达1—4h，钢水在钢包中处理时间越长，炉衬损毁越严重。因此，应采用抗渣性好、高温蠕变小的耐火材料。

D真空

耐火材料的挥发速度随温度和真空度的提高而加大，炉渣渗透速度和数量也随之加大。如LF(V)在高温真空下的真空度可达67Pa以上，从而加速炉衬的损毁。耐火氧化物在真空中的稳定度与其蒸气压解离能、结合相活化能有关。在常用耐火材料的几种氧化物中，以Al203和CaO最稳定。设若在MgO砖中或镁铬砖中加入A1203可显著降低砖的挥发速度。在1700℃，10-1Pa，A1203挥发速度仅为MgO的l／100，MA尖晶石为MK尖晶石的l／44。可见，仅从真空挥发性考虑，采用高CaO的镁白云石砖和含A1203的镁铬砖更好。

E正电弧加热

ASEA-SKF、VHD(VAD)、LF等精炼炉都用电弧加热，前者用电磁搅拌、后者用氩气搅拌。接近电弧的热点区，高温直接热辐射甚至高达2000℃，加之渣的喷溅，使炉衬损毁速度急剧增大。

工作电压越大，电弧越长，电极与炉衬之间的距离越小，则炉衬损毁越严重。因此，尽量使用较低的电压、大电流、短弧操作，控制电极极心圆越小越好。

F精炼的钢种

镁铬质砖在还原气氛的碱性炉渣下操作，砖中Cr203容易被还原成Cr。因此，精炼无铬或低铬钢种时，不宜采用镁铬质砖衬，而应使用镁白云石砖或镁砖。精炼超低碳钢时，为了避免可能性增碳，不宜采用镁碳砖，应用镁铬质砖或镁白云石砖为好。

G渣的性质

选择熔渣的最佳组成，并在处理钢水的过程中对熔渣进行控制。在精炼过程中，渣的变化范围大，渣组成取决于多种情况的影响，渣的化学组分不一样，单独处理的方法也不一样。

a碱度

耐火材料应尽可能与炉渣相适应，最大限度降低侵蚀速率，提高炉衬寿命。当C／S>2.0时，尖晶石就不稳定，纯镁砖比镁铬砖抗渣蚀性好，选用镁砖、镁白云石砖和镁碳砖。当C／S<2.0时，应采用镁铬砖或镁白云石砖。

b流动性

炉衬的渣蚀取决于渣和耐火制品的接触面积，接触面越大渣蚀越严重。在制品显气孔率一定的条件下，渣的流动性越好，渗透砖中的量越大，渣蚀越严重。渣的粘度决定于其组成和温度，一般酸性渣粘度大于碱性渣。控制熔剂如CaF2的加入量将有利于减轻炉衬的侵蚀。但碱度太小的渣又影响脱硫，还须二者兼顾。渣的温度越高，粘度越小，流动性越大，渣蚀越严重。

随着连铸和炉外精炼技术的发展，部分精炼过程从炼钢炉转移到钢包中进行，钢包不仅是储运钢水的容器，还担负炉后钢水的精炼处理。由于钢水温度提高，在钢包内停留时间延长，加上精炼过程的搅拌和熔渣的侵蚀作用，对钢包用耐火材料提出了更高的要求：

(1)高温作用下能形成半熔融状态的致密层，并减少粘渣；

(2)使用过程略有膨胀性，砖衬能形成一个整体，不开裂、不剥落；

(3)钢包为间歇作业，经受冷却F<高温的反复热循环作用，砖衬必须有良好的抗热震性；

(4)为保持钢水的清洁度，要求钢包衬有良好的耐侵蚀性，高温下耐火材料尽量少熔入钢水，

(5)从经济效益出发，要求钢包衬有好的施工性能和价格适当。

钢包用耐火材料，已从定形制品向不定形材料演变，并向全不定形化发展。

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