近年来,对洁净钢的需求量与呼声越来越高,要求钢中杂质氧、硫、磷、氮、氢等含量越低越好。当然对不同钢种,其要求也不一样。河南耐火砖厂家经过经验收集整理,发现在洁净钢生产中,影响钢的洁净度的重要环节是二次精炼炉、精炼盛钢桶、连铸中间包以及浇钢系统的水口、塞头、滑板等耐火材料。要求耐火材料不仅不污染钢液,还能除去钢中有害杂质。
对钢中溶解氧与耐火材料的关系,通过热力学计算绘制了下图。如图可得出,要得到低氧含量的洁净钢,采用含Cr2O3或含SiO2的耐火材料是不合适的。最好采用钙质、锆质、镁钙质、镁铝尖晶石质。炉渣则以造成碱度大于2的2CaO·SiO2渣或铝酸钙渣最合适。
钢液的脱硫与脱磷反应已证明是在钢-渣界面进行的,其反应为:
[S]+(O2-)=(S2–)+[O]
或[S]+(CaO)=(CaS)+[O]
2[P]+5[O]+3(CaO)=Ca3(PO4)2
2[P]+5[O]+3(MgO)=Mg3(PO4)2
因此,钢液的脱硫、脱磷也以CaO、MgO作耐火材料衬最好。即在炼洁净钢的容器或接触钢液的耐火材料以MgO-CaO质最合适。
至于钢中氢含量,我们分析的结果认为:耐火材料中的水分与有机结合剂应引起特别注意,建议钢厂使用前应在1200℃以上较长时间烘烤耐火材料以除去水分,同时烧掉有机物。
对于超低碳钢,碳就成为有害杂质。因此,冶炼这些钢种,就不应采用含碳耐火材料。若是炼超低碳不锈钢,以选用镁铬耐火材料较合适,因为镁铬耐火材料在高温真空处理时,由于发生下列反应:
MgO·Cr2O3(s)+4[C]=2[Cr]+Mg(g)+4CO(g)
既有利于除碳,还可以增加钢中铬含量。因此,RH、VOD、AOD炼超低碳不锈钢时仍多采用镁铬耐火材料,而且要求镁铬砖中不仅Cr2O3含量高,砖中气孔还要微细化,以减少熔渣渗入深度。生产气孔微细化镁铬砖,分析其原理,估计是利用Cr-Cr2O3相图,借助Cr微粉与Cr2O3微粉使制成的砖气孔微细化与分布均匀,同时还能降低烧成温度,促进烧结致密化。若是生产其他超低碳的钢种,看来含碳耐火材料与镁铬耐火材料都不太合适,估计镁阿隆(MgAlON)结合的镁质耐火材料较为合适。镁阿隆是镁铝尖晶石(MA)与氧氮化铝(AlON)尖晶石的固溶体。一般说来,氮化物与熔渣的润湿性是不好的,估计这种砖有较好的抗渣蚀能力。
对于低碳良好钢,为避免碳过量进入钢液,需开发低碳镁碳砖。据口本九州耐火材料公司报道,采用纳米炭黑与石墨化炭黑及加有B4C树脂结合剂,开发研制出了总碳含量为3.0%~5.0%的低碳镁碳砖。这种砖的抗热震性、抗氧化性及抗侵蚀性与通常镁碳砖(含18%片状石墨)相近,而热导率低,仅为通常镁碳砖的1/8。并存RH上进行初次试验。