AOD法的基本原理是利用气体稀释的方法,使CO分压降低。高压氩氧混合气体的吹入,使钢水与气泡及渣接触机会增加,有利于碳、硫、非金属夹杂等的快速脱除。在冶炼过程中,AOD炉炉渣组成和性质变化很大,碱度从初期的0.6左右变化到后期的4.0～4.5,耐火材料受到从强腐蚀性的酸性渣到碱性渣的侵蚀作用。引起耐火材料损毁的主要原因有:气体搅拌产生涡流,造成钢水和熔渣的剧烈湍动和冲刷;精炼温度高(1700～1750℃)、波动大,引起热剥落和结构剥落;在高温下,碱度变化较大的炉渣导致炉衬的渗透和熔蚀。因此,AOD炉用耐火材料应具有较高的高温强度,良好的抗热震性、抗渣性和耐冲刷磨损性。
AOD炉内衬一般采用直接结合MgO-Cr2O3砖、再结合和半再结合MgO-Cr2O3砖砌筑。直接结合镁铬砖以优质高纯镁砂和精铬矿在高温下煅烧而成,显微结构特征是主晶相间形成直接结合,而低熔点硅酸盐相孤立存在。再结合镁铬砖是将电熔镁铬砂破碎后,再在高温下烧成,其特点是抗渣性优良,使用效果比直接结合镁铬砖好。半再结合镁铬砖是直接结合镁铬砖和再结合镁铬砖的综合,性能更优。
AOD炉用镁铬砖的损毁原因,主要考虑熔渣渗入而使砖体变质引起的结构剥落。为了提高其使用性能,生产镁铬砖应从以下方面考虑:
(1)严格控制化学成分。Cr2O3含量(以质量分数计,下同)以18%～20%为佳,SiO2含量对抗侵蚀性影响最大,其含量应尽量低,以<1%为宜,同时应严格控制CaO的含量。
(2)制砖过程应合理控制颗粒级配,并且采用高压成型和超高温烧成。
镁钙系列耐火材料
镁钙系列耐火材料由于原料丰富、价格低廉而受到广泛的重视,但易水化等缺陷限制了该材料的广泛应用。AOD炉炉衬使用的主要品种有烧成镁白云石砖和电熔不烧镁白云石砖。烧成镁白云石砖以优质烧结镁白云石砂为主要原料,经高压成型,1600℃以上高温煅烧而成。电熔不烧镁白云石砖以电熔镁白云石砂为原料,经高压成型,低温干燥处理而成。由于电熔镁白云石砂熔炼充分,晶格完整,活性较低,所以电熔镁白云石砖具有较高的耐侵蚀性和抗水化性。
AOD炉耐火材料的选择
镁铬系列耐火材料和镁钙系列耐火材料是AOD炉所使用的主要耐火材料。从使用不同材质耐火材料炉衬的AOD的使用寿命来看,不同材质的耐火材料各有千秋。综合考虑,镁钙系列耐火材料更具有优势,镁钙系列耐火材料在AOD精炼炉上应用已成为发展趋势。
AOD炉在选择耐火材料时，需要满足以下标准：
1.在热稳定性方面，必须能承受突然的高温热冲击，具备良好的抗热性、耐热性。保证大范围的温度变化过程中，不发生严重的热剥落、热爆裂情况 。
2.在抗蚀性方面，必须经受住炉内各种高温化学物质侵蚀，同时确保大大的碱度变化范围内依然能保持良好的热化学稳定性。
3.在机械性能方面，必须具备优良的机械抗震性、耐磨性。以抵御剧烈湍动的钢水、炉渣混合物涡流的频繁冲击磨损。
传统上以镁铬砖作为主要炉衬材料的美国,近几年来也注重发展镁钙系列耐火材料。这是因为镁钙系列耐火材料具有其独特的优势:
(1)其主要成分MgO和CaO的熔点高(分别为2800℃和2570℃),蒸气压低,热力学性质稳定。
(2)MgO-CaO结合比MgO-MgO结合的两面角大,有利于提高抗炉渣渗透性和抗炉渣侵蚀性。镁钙系列材料比镁铬系列材料的抗热震性好。
(3)CaO的存在,可净化钢水,尤其适应于冶炼纯净钢。
(4)原料资源丰富,价格低廉,而且无铬公害。
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