201324090403何非耐火材料与冶金技术的共进关系.docxVIP

耐火材料与冶金技术的共进关系何非（华北理工大学轻工学院 材料化工部，河北省 唐山市 063000）摘要：概述了洁净钢生产技术的发展概况,以及基础耐火材料和功能耐火材料在炉外精炼、中间包冶金和结晶器冶金中的应用和作用;着重评述可为洁净钢生产创造清洁环境和减少污染,有利于提高钢的纯净度和生产效率的耐火材料;提出了今后耐火材料科技发展的主要方向。关键词：炼钢；洁净钢；中间包冶金；结晶器冶金；耐火材料；功能耐火材料引言世界各工业领域的发展与技术进步以及人们生活水平的日益提高，对钢材性能的要求日益苛刻。洁净钢的市场需求量在不断增大，钢的洁净度要求也越来越高。耐火材料作为钢水冶炼过程中的功能材料，与钢水直接接触。如果材质选择不合理，质量低劣或管理不善，耐火材料就有可能以非金属夹杂物等形式存在于钢水之中从而影响钢水的洁净度。因此，研究洁净钢用耐火材料具有重要的现实意义。洁净钢理念源于1960-1970年代,1980-1990年代快速发展,2000年代逐步走向成熟。洁净钢迄今仍没有确切的定义,通常系指钢中有害成分(S、P、O、H、N)含量非常少,非金属夹杂物不仅数量很少,而且尺寸很小,形态得到控制,合金元素成分精准并且均匀分布的高品质钢材。传统的平炉、氧气转炉和电炉乃至现代的顶底复吹转炉、高功率电炉和超高功率电炉,由于受到自身固有弱点和条件的限制,都无法达到冶炼洁净钢的要求。1960-1970年代,为提高钢的质量和炼钢炉的生产效率,西欧发明了真空脱气、钢包底部吹氩、喷粉精炼、真空脱氧脱碳等钢水炉外处理新技术,可调整和均化钢水的成分和温度,提高钢水的纯净度和洁净度,从而可以大大提高钢的质量。洁净钢的发展序幕在那个年代徐徐启动。1970-1980年代,日本开发成功一系列真正意义上的洁净钢生产方法,如LF-VD、RH-OB、RH-KTB和CAS-OB等,把洁净钢生产技术推进到快速发展阶段,奠定了洁净钢生产的技术基础。由此,洁净钢的生产从理念走向现实,炉外二次精炼工艺和设备也自然成为洁净钢生产的核心技术。改革开放后,我国钢铁工业积极引进和利用国外先进技术,加速发展洁净钢生产,并在技术上有所创新。1 中间包冶金技术和耐火材料的发展最初的中间包只是连铸过程中缓冲钢水的过渡性容器。快速注入中间包的钢水产生的湍流会冲破钢液面上的渣层,将渣卷入钢水内,并使钢水暴露在空气中被氧化。同时,由于中间包内钢水流动紊乱且钢水停留时间短,钢水中的夹杂物几乎没有上浮被炉渣吸收的机会。除此之外,湍流还会严重冲刷中间包内的耐火材料,并可将熔损的耐火材料碎片卷入钢水内形成新的夹杂。随着对中间包内钢水运动状态等冶金原理的深入研究以及新型耐火材料的问世,在中间包内增设了挡渣墙、堰坝、缓冲器等组合结构,以控制钢水的流动状态,使钢水流动的轨迹平稳,夹杂物有机会上浮并被有效清除。随着洁净钢生产技术的发展,20世纪80年代初出现了中间包冶金观念,或称三次冶金,90年代得到广泛认知。为了进一步提高钢水的洁净度,中间包内陆续增设了许多具有不同冶金功能的耐火材料器件,如钢流缓冲器、过滤器、透气梁等。这样,在保留原有功能的基础上,中间包从连铸系统中单纯的钢水过渡盛器转变为具有多种精炼功能的精炼装置,中间包精炼技术也成为洁净钢生产中的重要技术之一,并形成一门相对独立的中间包冶金学。为了避免中间包耐火材料对钢水洁净度的影响和提高中间包精炼效率,中间包用各种耐火材料趋向使用镁质、镁钙质和含游离氧化钙的耐火材料。2 耐火材料在洁净钢生产中的作用与功能2.1 营造有利于洁净钢生产的友好环境作为炉衬或功能元件的耐火材料,在冶金过程中不可避免地会受到熔损,成为危害钢水洁净度的主要源头之一。耐火材料对钢水洁净度的影响取决于耐火材料与钢水和熔渣的相容性。2.2 提高冶炼效率钢水搅拌器具在洁净钢生产过程中,为加快反应速度,提高冶炼效率,均化钢水的成分和温度,需要对钢水进行搅拌。常用的搅拌方法有机械搅拌、气体搅拌、钢水虹吸循环自流搅拌和电磁搅拌等。其中,通过透气砖吹氩的气体搅拌法具有方法简单、灵活方便、显效和经济等诸多优点。例如,在搅拌功率密度相同的条件下,气体搅拌的钢水脱硫效率要比电磁搅拌的高5倍以上。现在中国钢厂的大部分钢水都要经过透气砖吹氩处理2.3 提供反应所需气泡气泡冶金器具在一般钢铁冶炼和精炼过程中,气泡(气相)是参与冶金过程的不可或缺的要素,气泡在钢水内部的流动贯穿于冶炼和精炼过程的始终,成为气泡冶金的一个重要组成部分。在钢水精炼条件下,如果没有外界吹入搅拌气体或清洗气体,气泡来源仅仅依靠碳的氧化反应,其数量很有限,并且无序发生,其直径大小、分布和流动状态也都无法控制。为满足气泡冶金的需要,耐火材料厂研制开发了多种类型的透气砖(元件),供不同冶金过程和目的应用。用透气砖向钢水吹氩安全可靠,方法简单,并且吹气