高铝砖系、碳复合系、高纯铝镁系和氧化钙系耐火材料尽管满足了钢包使用寿命的要求,但都无法真正实现对钢水的洁净化和无污染。因此,在洁净钢冶炼中,耐火材料应该从单一的优异热机械性能向功能化方向发展,不仅要耐钢水侵蚀性好,还应具有能吸附、改性以及促进夹杂物去除等净化钢水的功能。
耐火材料原料的选择
从热力学上讲,耐火氧化物与钢水在高温下存在一个氧势平衡,氧势的大小对钢水洁净度有重要影响,因为氧势高易造成钢水增氧,从而形成非金属夹杂物。在系统研究了不同的耐火材料组成对钢水增O作用后,发现Al2O3、MgO、CaO或者MgO·Al2O3等组分更适宜作为钢包衬耐火原料。
明确适宜的耐火原料组分后,若耐火原料间只是简单的机械复合,即使是稳定性良好的高纯铝镁系耐火材料,仍不可避免存在向钢水中引入一系列夹杂物的可能。至于净化钢水的功能,传统的氧化钙系耐火材料并没有很好地解决CaO暴露而导致的易水化的问题。因此,如何发挥各组分作用的关键在于材料结构的优化,即耐火材料中的Al2O3、MgO、CaO不是简单的机械组合而是以化合物或固溶体的形式在分子、原子尺度上结合。
新型钢包耐火材料的研究
近来,基于MgO·Al2O3 (MA)和CA6两种组元,引入具有钢水净化功能的CaO,进一步合成了CaMg2Al16O27 (CM2A8),该材料具有潜在钢水净化功能;而熔点相对较高的MA和CA2则有效地阻止熔渣继续向内部渗透,使得耐火材料具备持续使用的潜力。为证实CA6材料在钢水精炼方面的可行性。基于CA6制备出了Al2O3-MgO·Al2O3-CaO·6Al2O3 (AMC)复相材料,在国内某钢厂200t汽车板钢精炼钢包中进行了实验,结果表明该材料展现出了良好的抗渣侵蚀性能,能够将原来刚玉尖晶石浇注料的30炉次使用寿命提高到40~50炉次。
伴随着超低氧钢(或洁净钢)用钢包工作衬用耐火材料的进一步研究和发展,新型钢包工作衬用耐火材料将在未来高尖端钢种的生产过程扮演非常重要的角色!