不銹钢冶炼方法

不銹鋼冶煉方法 關於不銹鋼的冶煉方法介紹 目前世界上不銹鋼冶煉方法有三種方法：一步法、二步法、三步法 一步法： 原理：即电炉一步冶炼不锈钢。不锈钢主要由电弧炉采用返回吹氧法生产，利用合金元素氧化放热使钢液升温到1400~1600℃，在高温下实现高铬钢液去碳保铬。 工作过程：熔化废钢所需的热量是由电极和废钢间电弧提供的。废钢的熔化温度是由其成份决定的，一般在1400-1550 ℃（304L熔点1454℃）下开始熔化。当废钢熔化完毕后，仍然需要升温，以便精炼反应正常进行.氧和碳可以直接吹入钢液和渣相.然而，反应产物可能会影响产品质量，因此需要仔细控制.渣中通常加入发泡剂，比如：石灰，白云石和萤石.炉渣的密度小于钢液密度，通常浮在钢液面.炉渣除了可以吸附钢液中的杂质和防止钢液被大气二次氧化以外，它还能保护炉壁免受电弧的辐射，可以提高电的效率.因此选用高品质炉渣并使其具有发泡性能是非常重要的 缺點：由于一步法对原料要求苛刻(需返回不锈钢废钢、低碳铬铁和金属铬)，生产中原材料、能源介质消耗高，成本高，冶炼周期长，生产率低，产品品种少，质量差，炉衬寿命短，耐火材料消耗高，因此目前很少采用此法生产不锈钢。 二步法： 1965年和1968年，VOD和AOD精炼装置相继产生，它们对不锈钢生产工艺的变革起了决定性作用。前者是真空吹氧脱碳，后者是用氩气和氮气稀释气体来脱碳。将这两种精炼设施的任何一种与电炉相配合，这就形成了不锈钢的二步法生产工艺。 VOD缺點： 采用电炉与VOD二步法炼钢工艺比较适合小规模多品种的兼容厂的不锈钢生产。 AOD缺點： 1、炉衬使用寿命短； 2、还原硅铁消耗大； 3、目前还不能生产超低C、 超低氮、不锈钢，且钢 中含气量较高； 4、氩气消耗量大。 三步法： 是在二步法的基础上增加深脱碳的装备。通常的三步法有初炼炉→AOD→VOD→（LF）→CC，初炼炉→MRP→VOD→（LF）→CC 等多种形式。第一步，初炼炉只起熔化和合金化作用，为第二步的转炉冶炼提供液态金属。第二步是快速脱碳并防止铬的氧化。第三步是在VOD 的真空条件或LF精炼炉对钢水进一步脱碳和调整成分。 配料：配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量。二是炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快化的目的。三是各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用。四是配料成分必须符合工艺要求。 转炉炼钢（MRP） 转炉炼钢法这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。 转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口）， 压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化(FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。 当磷于硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉。 随着制氧技术的发展，现在已普遍使用氧气顶吹转炉（也有侧吹转炉）。这种转炉吹如的是高压工业纯氧，反应更为剧烈，能进一步提高生产效率和钢的质量。 在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，1978-1979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，而且降低了炼钢消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水 AOD AOD(Argon Oxygen Decarburization)氩氧精炼法由美国的联合碳化物公司与Josly 公司合作于1968 年发明的。AOD 炉二次精炼工艺的诞生为大量生产高质量的不锈钢开辟了道路。据美国普莱可斯公司统计，2006 年全球68.7%的不锈钢，是用普莱可斯许可的AOD 生产的。 AOD法的工作原理 AOD 精炼工艺是把电炉粗炼好的钢水倒入AOD 内，用一定比例的氧和氩的混合，气体从 炉体下部侧部吹入炉内，在O2－Ar 气泡表面进行脱碳反应。由于Ar 对所生成的CO 的稀释作用降低了气泡内的CO 分压，因此促成了脱碳，防止了铬的氧化。 AOD法的基本工艺 AOD 法一般为电炉→AOD 炉双联工艺。不锈钢的冶炼过程大致分为三个时期：即熔化期、氧化期和还原精炼期。熔化是在电炉中进行，氧化和精炼在AOD炉中进行。 熔化：在电炉中装入废不锈钢、合金铁（高碳铬铁、高碳镍铁、电解镍、NiO等）和造渣材料（石灰等）进行熔化。炉料成分除了碳、硅、硫外，应接近钢号成分。电炉钢水还原和成分调整后，达到1500℃左右出钢。 氧化脱碳：电炉钢水倒入AOD炉后首先吹入氩氧混合气体进行脱碳。脱碳后期为了控制出钢温度并有利于炉衬寿命，需添加清洁的本钢种废钢冷却钢水。脱碳终了后根据冶炼钢种不同可以进行扒渣处理。 还原精炼：钢中的含碳量降到规定值以后，即可停止吹O2，随后加入硅铁、硅铬、铝等还原剂和石灰造渣材料调整成分，温度合适即可出钢。为提高还原效率，希望在1700℃以上的高温下进行。 另外，AOD 法的一项十分重要的技术进展就是移植了顶吹氧的转炉经验，提高了脱碳初期的升温速度和钢水温度。按照传统的AOD 操作，脱碳终了加入硅铁进行Cr2O3 的还原操作，然后扒去85% 以上的渣子再加入CaO、CaF2 及粉状FeSi 粉或CaSi 进行脱硫的精炼操作，这样对成本、精炼时间、操作条件都十分不利。新日铁光制所采用Al 代替FeSi 进行脱硫，取得满意的效果，[S]＜0.001%，还原精炼时间可以大大缩短。 AOD優點： AOD生产工艺对原材料要求较低，电炉出钢含C可达2％左右，因此可以采用廉价的高碳FeCr和20％的不锈钢废钢作为原料，降低了操作成本。AOD法可以一步将钢水中的碳脱 到0.08％，如果延长冶炼时间，增加Ar量，还可进一步将钢水中的碳脱到0.03％以下，除超低碳、超低氮不锈钢外，95％的品种都可以生产。不锈钢生产周期相对VOD较短，灵活性较好。生产系统设备总投资较VOD贵，但比三步法少。AOD炉生产一步成钢，人员少，设备少，所以综合成本较低。AOD能够采用含C1.5％以下的初炼钢水因此可以采用低价高碳FeCr、FeNi40以及35％的碳钢废钢进行配料，原料成本较低。 VOD 冶炼不锈钢 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)真空吹氧脱碳法是现今世界范围内第二位的不锈钢冶炼手段，可以冶炼超低碳、高难度、高纯度的不锈钢产品。此法是原西德维腾特殊钢厂(Edel-stahlwerk Witten)于1965 年所发明的，容量为50t。现全世界共有近百台，其容量为5～150t。我国第一台VOD 容量为13t，于1982 年在大连钢厂投产。VOD 主要装备有：钢包、真空罐、氧枪、加料系统、测温取样系统、真空系统和控制系统。该工艺是生产不锈钢最合适的真空方法之一，被认为是生产低碳、低氮不锈钢的最有效的方法。 VOD法的工作原理：VOD 法通过抽真空降低CO 分压进行脱碳保铬 VOD法的基本工艺： VOD 法冶炼不锈钢生产工艺路线有电炉流程和转炉流程两种，具体为： 电炉（EAF）→VOD：在电炉（或转炉）中熔化和初炼(初脱碳、脱硅、脱硫)，使钢水含碳量和温度达到VOD 精炼的要求； 转炉→VOD：二是将初脱碳后的钢液用VOD 法继续脱碳和还原精炼，生产出合格的不锈钢钢水。以转炉为初炼炉给VOD 提供粗炼钢水是不锈钢生产的又一途径。转炉，特别是顶底复合吹炼转炉，去碳速度快，可以两次造渣，因此可以提供温度高、含碳量低的初炼钢液，从而减轻VOD 去碳负担，缩短精炼时间，实现以最低的成本冶炼不锈钢。 VOD法冶炼不锈钢的优缺点: 温馨推荐 您可前往百度文库小程序 享受更优阅读体验 不去了 立即体验 （1）降碳保铬效果好。通过控制真空度，可在铬几乎不被氧化的情况下脱碳。脱碳后用于还原渣中氧化铬的还原剂用量少； （2）由于是在钢包中精炼，精炼后不吸收氮、碳，更适合冶炼超低碳、超低氮不锈钢；（3）脱氧效果好。 与顶底复合吹炼转炉和AOD 相比，VOD 设备复杂，冶炼费用高，脱碳速度慢，初炼炉需要进行粗脱碳，生产效率低。优点是在真空条件下冶炼，钢的纯净度高，碳氮含量低，一般C+N<0.02％，而AOD 法则在0.03％以上，因此VOD 法更适宜冶炼C、N、O 含量极低的超纯不锈钢。VOD 法吹炼不锈钢铬的回收率一般为98.5％～99.5％。 公司产品的质量管理 产品的使用及消耗 一、产品使用 我们的产品一般服务于钢铁行业，其中镁钙砖主要应用于AOD转炉，主炼不锈钢。 镁碳砖一般使用于钢包和普通转炉，一般冶炼普碳钢。 镁铬砖目前主要使用于RH炉和AOD的风眼区。 二、产品的消耗 产品的主要消耗方式（以镁钙砖为例） 1、侵蚀。 钢渣及钢液中的杂质对镁钙砖的化学反应。 2、高温高压。 镁钙砖在高温高压下的性能比在常温下不稳定的多，物理性能相对变差。 3、钢水的冲刷 在冶炼过程中，钢水被不断吹炼翻滚对砖的不断的冲刷。 4、砖本身的剥落 镁钙砖由于它的热震稳定性（剥落性）比较差在钢包中急冷急热，容易产生剥落，严重影响使用寿命。 5、产品本身缺陷 镁钙砖本身有大裂纹，大熔洞，物理指标不达标等原因也会对使用寿命有不稳定因素。 1、2、3在冶炼过程中肯定存在，避免不了。想要达到比较高的使用寿命，我们需要改进的是第4条中的热震稳定性和第5条中的产品本身的质量问题。 成品检验的控制 砖型的熟悉（以镁钙砖为例）：一般常见的型号如：60/120，60是指砖的长度，60cm即600mm，通用砖的宽度两头相加是300mm，两头相减之差为120mm（即210mm和90mm）。 一、长、宽、高（厚） 长度的长短关系到转炉及钢包的容量大小以及渣线位置的控制，在设计用砖时考虑的因素，检验时无要求。 宽度的选择要根据转炉及钢包的吨位及大小来确定。宽度的尺寸方面的控制在 1-1.5mm之内（外销）。国内由于砌筑原因对宽度的尺寸控制没有要求。 高度（厚）是最关键的尺寸。绝大部分都控制在100±1mm。在砌筑时候要求保证每层的平整度，从而不影响上一层的砌筑。 二、缺棱缺角 缺角：如图1 热端——与钢水接触端（即砖的小头）（a+b+c）：≤50mm； 冷端——不与钢水接触端（即砖的大头）（a+b+c）：≤60mm； 缺棱：如图2 热端——与钢水接触端（即砖的小头部位）（l）：≤40mm； 冷端——不与钢水接触端（即砖的大头部位）（l）：≤50mm； 裂纹 一般裂纹在＞0.25mm时候才认为是有害的，因为在耐火材料中有微裂纹对其性能是有利的。 裂纹：如图3 宽度≤0.25mm：不限制； 宽度0.26 mm -0.50 mm：≤80mm； 宽度0.51 mm -1.0 mm：≤60mm； 宽度＞1.0 mm：不准有 部分裂纹由于成型时的不平整和烧成时候热应力的作用会出现贯穿砖面的裂纹，容易使砖断裂。所以在出现贯穿砖面的裂纹时候需要多加注意，需轻摔一下，观察是否容易断裂。 4、熔洞、孔洞、麻面 熔洞是由于混料或者成型混入杂物，在烧成过程中杂物被烧掉而留下的孔或者铁洞。 麻面是由颗粒偏析引起的。 熔洞一般<5mm，如果熔洞较深，也应判为不合格产品。 5、角度偏差 为了方便成型时候脱模，砖的横截面应该略微梯形，所以在成品检验的时候需要使用直角尺校对砖的角度问题，主要防止砖在烧成或者打磨过程中出现平行四边形的情况。 6、水化问题 CaO容易与空气中的水分反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2容易与空气中的CO2反应生成CaCO3粉末和水，反复循环会严重影响产品的强度和内部结构，从而影响使用性能。 产品的水化主要表现在边角松动，用手使劲按时很容易搓下粉末。 水化问题是目前困扰镁钙砖发展的最大的问题。 半成品的控制（成型、装窑） 1、长、宽、高（镁钙砖） 由于镁钙砖在烧成时会有1%左右的收缩率，加上窑车面不平整、半成品砖本身有弯曲，所以在成型时候需要放尺。这样在烧成结晶后砖有弯曲的情况下可以打磨平整，特别是600mm以上的长砖。 由于装窑的原因，放在上部的砖和下部的砖受压力不同，产生的收缩也会不同，所以在成型时候会分有一种加厚的砖，用于放在下部的2-3层。 长度和宽度基本由安装的模具决定，不会有变化。 2、熔洞、麻面 在混料是有发现有蜡块时候应拿出，蜡块是由于混料时候局部温度过低，是石蜡结块，若放在料中成型烧成后就会形成孔洞。 由于料筒的原因颗粒偏析难以避免，所以在半成品时发现有麻面的砖应及时拿出，做到不合格产品不进窑。 3、角度问题 由于模具安装时候就存在偏差造成角度不准应及时发现并要求重装模具，以免出现批量的角度问题，为打磨工艺造成不必要的麻烦。 镁碳砖、镁铬砖的半成品检验 镁碳砖和镁铬砖在经过烘箱或隧道窑时候体积的收缩基本没有变化，所以在成型时对于厚度的尺寸控制需要特别严格。而且镁碳砖和镁铬砖的回收利用率也比较低，不合格产品变多后等于浪费。 其他方面的控制和镁钙砖半成品控制类似，唯一区别就是镁碳砖和镁铬砖的不合格品不容易处理。 镁钙砖、镁铬砖、镁碳砖的区别 一、原料的区别 镁钙砖：镁钙砂、镁砂 镁铬砖：电熔镁铬矿，铬精矿，铬铁矿，镁砂 镁碳砖：镁砂，石墨（C-197） 二、结合剂的区别 镁钙砖：石蜡 镁铬砖：木质素磺酸钙（木钙） 镁碳砖：酚醛树脂 三、关键工艺 镁钙砖：需要1600℃烧成，烧成中会结晶，收缩1%。 镁铬砖：需要先烘烤，有一定强度后1700℃烧成（有部分结晶），然后再烘烤，部分砖还要求浸盐。 镁碳砖：需要200℃烘烤。 四、成品缺点 镁钙砖：易水化，热震稳定性差 镁铬砖：铬离子的污染 镁碳砖：C易被氧化，高温性能不佳 炉外精炼用耐火材料 1 炉外精炼对耐火材料的要求 1.1耐火材料的工作条件 （1）长时间高温、真空作用；（2）炉渣的严重侵蚀作用；（3）炉渣的浸透作用；（4）炉渣和钢液的强烈冲刷和磨损作用；（5）温度骤变热震作用；（6）局部过热及电弧辐射 1.2对耐火材料的要求 （1）耐火度高，稳定性好，能抵抗炉外精炼条件下的高温真空条件；（2）气孔率低，体积密度大，组织结构致密，以减少炉渣的浸透；（3）强度大，耐磨损，抵抗钢渣冲刷磨损作用；（4）耐蚀性好，能抵抗酸-碱性炉渣的侵蚀；（5）热稳定性好，不发生热震崩裂剥落；（6）不污染钢液，有利于钢液的净化作用；（7）对环境污染小。 1.3 炉外精炼用主要耐火材料 1）镁铬砖 以镁砂和铬矿为原料。MgO 55～80％、Cr2O3 8～20％ 耐火度高、荷重软化温度高、抗热震性优良、抗渣侵蚀、适应的炉渣碱度范围宽。 根据制品所用原料和工艺特点，分为：①硅酸盐结合镁铬砖；②直接结合镁铬砖；③再结合镁铬砖；④半再结合镁铬砖；⑤预反应镁铬砖；⑥不烧镁铬砖和电熔铸镁铬砖。 炉外精炼以前5种为主。 （2）MgO-CaO系 来源丰富，价格比镁铬砖低廉，对高碱度渣的抗侵蚀性好，有利于钢液净化，对环境污染小。分类：白云石砖、镁白云石砖、镁钙砖。 （3）镁碳砖 以电熔镁砂、高温死烧镁砂和鳞片石墨为主要原料，以酚醛树脂作结合剂制造的不烧含碳碱性耐火材料。 抗炉渣渗透性、耐侵蚀性能及耐热震性能（由于石墨作用），用于渣线部位。 （4）Al2O3-MgO-C系 包含铝镁碳砖、铝镁尖晶石碳砖和镁铝碳砖。 抗炉渣渗透、耐侵蚀性好，耐热震性好，价格比较低，使用于各种精炼钢包非渣线部位。 2 炉外精炼用耐火材料基础 2.1 耐材在真空下的稳定性 真空下，耐材中的大多数氧化物都会发生蒸发而损失，使耐火材料的性能变差，体积密度变低，气孔率提高和强度下降，污染钢水。 易蒸发：SiO2、FexOy、Cr2O3、MgO 难蒸发：CaO、Al2O3 2.2 耐火材料与炉渣的相容性 耐材在炉渣中的溶解速度。u↑，不相容；u↓，相容。 尽可能选择相容的耐材，由炉渣R（CaO/SiO2）确定。 R<2： 相容性低→高：硅砖、耐火粘土砖、锆英石砖、高铝砖、铝镁碳砖、铝镁尖晶石碳砖、镁铬砖、镁碳砖。 R>2： 相容性低→高：镁铬砖、碳结合白云石砖、陶瓷结合白云石砖、镁质白云石砖、镁钙碳砖、镁碳砖。 2.3 耐火材料对钢洁净度的影响 1）氧化物洁净度 生成自由能的绝对值大的氧化物，其氧分压低，有利于减少源于耐材中的氧化物对钢液的再氧化。在高温和真空下易蒸发、不稳定的耐材对钢的氧化物洁净度不利。 不利：镁铬砖、锆莫来石砖、高铝砖。 有利：氧化钙砖、白云石砖。 （2）硫化物洁净度 影响脱硫效率，影响较大 洁净度高：氧化钙砖、白云石砖。 洁净度低：锆英石砖、镁铬砖。 纯氧化钙砖>镁铝砖>镁砖>纯氧化铝砖>高铝砖>锆英石砖（Cr2O3 17.3％）>镁铬砖（SiO2 38.6％） （3）增碳作用 (C)→[C] 解决办法：耐材内衬表层，在空气气氛下1000℃预热脱碳处理，可避免。 所以新炉头几炉次易增碳原因。 3耐火材料在炉外精炼中的应用 3.1 RH用耐火材料 3.1.1 RH用耐火材料的工作环境 除真空外： （1）浸渍管、真空室及侧墙下部的耐火材料钢液的激烈冲刷、磨损和侵蚀作用； （2）浸渍管和真空室下部耐材受到严酷的热震损毁作用。 3.1.2 RH用耐火材料 （1）中国RH应用耐火材料按不同部位的使用条件，从下至上大致分为浸渍管、真空室下部（包括底）、真空室上部和拱顶。浸渍管由两层耐火材料构成，内层使用镁铬质浸渍管砖，外层为添加耐热不锈钢纤维的高铝浇注料。 3.1.3 RH用耐材的蚀损 镁铬质耐材内衬的主要损毁形式为热震引起的结构剥落掉片损毁，其原因包括：（1）镁铬砖被炉渣浸透，形成变质层，其受热震作用时，热应力导致结构崩裂损毁；（2）气氛变化的作用。氧分压高低变化，FeO→Fe2O3。 改进镁铬砖的性能和延长使用寿命的，主要是降低耐材的开口气孔率，降低透气性，提高强度和改善显微组织结构。 3.1.4 RH用耐材的热修 真空室下部和浸渍管的使用条件最为恶劣，局部侵蚀严重，为提高耐火材料的寿命，采用热修维护。 3.2 AOD炉用耐火材料 3.2.1 AOD炉用耐材工作环境 (1) 精炼温度达1710～1720℃以上。 (2) 在精炼过程中，耐火材料受到碱度变化范围很大的酸碱性炉渣的侵蚀作用。 (3)大量喷吹氩气和氧气，对喷嘴和喷嘴区耐火材料的侵蚀作用尤为严重； (4)AOD炉为间歇式操作，炉衬工作面温度波动大。 3.2.2 AOD炉用耐火材料 AOD炉耐火材料内衬有两种类型：镁铬质耐火材料内衬和白云石质耐火材料内衬。AOD炉内衬耐火材料的选用取决于冶炼钢种、操作条件、炉渣组成和费用等因素。 镁铬质耐火材料具有高温强度大、对中低碱度炉渣的抗侵蚀性能好等优点，但AOD炉使用镁铬砖内衬时存在下列缺点： ①与高碱度脱硫渣不相容，侵蚀严重； ②耐热震性能差，剥落掉片损毁严重； ③在冶炼无铬钢种时，铬污染钢液； ④废砖污染环境； ⑤价格较高。 AOD炉已趋向采用白云石质耐火材料内衬。 （1）中国AOD炉耐火材料 早期内衬使用优质镁铬砖、预反应镁铬砖和再结合镁铬砖，使用寿命约30次，后来改为以镁白云石砖为主体材料，风嘴区部位使用再结合镁铬砖的组合炉衬。 太钢的18tAOD炉：镁铬砖炉衬→烧成油浸白云石砖→电熔镁质白云石砖，→，炉衬寿命：30次→40次→45次。 上钢五厂的AOD炉使用烧成油浸白云石砖内衬，寿命在50炉以上。 （2）日本AOD耐材一般使用直接结合镁铬砖和再结合镁铬砖砌筑内衬，有些使用烧成镁白云石砖和镁钙砖 3.2.3 AOD炉衬耐火材料蚀损机理 AOD炉衬耐火材料蚀损机理可概括为： (1)脱碳渣的侵蚀：由于炉渣的碱度低，MgO不饱和程度大，炉渣溶解MgO造 成耐火材料蚀损。 (2)还原渣的侵蚀：由于炉渣的碱度高，砖中的氧化铬被精炼还原剂还原，使耐 火材料的结合基质遭受破坏。 (3)炉渣侵入砖内，腐蚀结合基质，使耐火颗粒骨料间的结合作用丧失，导致耐 火材料被冲刷磨损。 (4)当炉衬耐火材料的抗炉渣渗透性能差时，如镁铬砖，炉渣可沿气孔通道侵入 砖的深处，与砖的基质发生变质反应，形成厚的变质层，在受到温度急变作用时，发生剥落掉片不均匀损毁。 风嘴砖和风嘴区是决定炉衬寿命的关键部位。其蚀损： ①位于炉衬高温区，由于炉渣渗透，镁铬砖易形成反应变质层。 ②在出钢后吹氮气时，受到急冷，砖的工作面上产生裂纹，加剧炉渣渗透，造 成严重的热震剥落掉片损毁。 ③受到钢液和炉渣及气流的激烈冲刷，局部磨损严重。 改进：从工艺上，主要措施是选用优质原料，降低杂质含量，提高抗侵蚀性。工艺上一般采用高压成形和高温烧成，提高砖的密度和降低气孔率，以减少炉渣渗透。 适当提高Cr2O3含量，调整粒度，改善显微结构，提高耐热震性。 3.3 钢包内衬用耐火材料 3.3.1钢包内衬耐火材料的工作环境 钢包功能的改变使内衬耐火材料的使用条件大大恶化： (1)钢液温度明显升高，耐火材料的侵蚀速度会明显加快。 (2)钢流循环运动加剧钢流对耐火材料的冲刷和磨损作用严重。 (3)炉渣的腐蚀性增大，炉渣碱度高，渣量增大，对耐火材料的侵蚀作用加剧。 (4)盛钢时间延长，结果使钢包使用寿命缩短。 (5)高温真空作用，可使耐火材料品质下降。 3.3.2钢包内衬用耐火材料 渣线：镁碳砖。 包衬：高铝质→碱性耐材。 碱性包衬分以下几种类型： (1) 铝镁碳砖钢包内衬。铝镁碳砖是中国研制开发的用于钢包内衬非渣线部位的 含碳耐火材料，同时兼有铝镁材料和碳素材料的优良特性，耐侵蚀性好，抗热震及抗结构剥落性能好。 (2) 白云石砖钢包内衬。具有热力学上稳定性好、对钢液的净化作用有利、环境 污染少、价格便宜等优点，在西欧广泛应用做钢包内衬。 (3) 铝镁尖晶石浇注料钢包内衬。适应洁净钢生产需要、减轻内衬施工的劳动强度 和提高施工效率而开发的新型钢包内衬用不定形耐材。从使用的原材料看，有两种类型：高纯刚玉－铝镁尖晶石浇注料和天然矾土基铝镁尖晶石浇注料。 (4)MgO-CaO-C砖钢包内衬； (5)全MgO-C砖钢包内衬； (6)镁铬砖钢包内衬。 在上述6种钢包内衬中，前3种钢包内衬占绝大多数。 3.4 钢包透气砖 3.4.1 透气砖的要求 （1）透气性好。（2）防止熔钢渗透。（3）耐热震性好。（4）耐渣侵蚀。 （5）强度高耐冲刷。（6）使用过程中确保安全可靠，且使用寿命长。 3.5 喷枪用耐火材料 3.5.1喷枪用耐火材料的工作环境 喷枪用耐火材料使用时受到的作用为： (1)喷枪头部和喷出口周围，受到气流和粉料的激烈磨损作用和侵蚀作用； (2)在渣线部位，受到炉渣的严重侵蚀作用； (3)喷粉过程中，受到机械震动作用； (4)由于间歇使用，受到温度骤变作用。 3.5.2喷枪用耐火材料的应用与性能 1）中国喷枪耐火材料 洛阳耐火材料研究院研制的SL整体喷枪。渣线部位采用刚玉质浇注料，渣线以下和以上采用Al2O3含量较低的耐火浇注料。喷枪的使用寿命为15～19次，总喷吹时间为95min。 宝钢从日本引进KIP 用喷枪。喷枪采用电熔刚玉(Al2O3≥99.0％)配制的高纯刚玉质浇注料制造，添加2％～5％耐热钢纤维增强，使用寿命为10～20次，总吹炼时间为100min／支，最高为188min／支。 耐火材料基础知识 一耐火材料的定义和用途 (一)耐火材料的定义 耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。 (二)耐火材料的用途 耐火材料应用于钢铁、有色、建材、石化、电力、环保等高温流程工业。是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料，也是用作高温容器和部件的材料。 二耐火材料的分类 耐火材料的种类很多，为了便于研究和合理使用，有必要进行科学分类.其分类方法很多，有根据耐火度进行分类的，有根据制品的形状和尺寸分类的，也有根据制造工艺方法分类的等等.但总的来说耐火材料可以分为定形耐火材料(定形制品)和不定形耐火材料(不定形制品). 根据耐火度进行分类，可分为普通耐火制品（1580～1770℃）、高级耐火制品（1770 ～2000 ℃）和特级耐火制品（2000 ℃以上）。根据制品的形状和尺寸分类，可分为标准型砖、异型砖、特异型砖、大异型砖，以及实验室和工业用坩埚、皿、管等特殊制品。根据制造工艺方法分类，可分为泥浆浇注制品、可塑成型制品、半干压型制品、由粉状非可塑泥料捣固成型制品，由熔融料浇注的制品以及由岩石锯成的制品。 三主要耐火材料制品及其生产原料 (一)主要耐火材料制品 定形制品方面 可以分为：硅质制品，硅酸铝质制品，镁质制品，白云石质制品，铬质制品，碳质制品，锆质制品和特殊制品 硅质制品硅砖石英玻璃 硅酸铝质制品半硅砖黏土砖高铝砖 镁质制品镁砖镁铝砖镁铬砖镁钙砖镁碳砖等 白云石质制品白云石砖 铬质制品铬砖铬镁砖 碳质制品炭砖石墨制品碳化硅制品 锆质制品锆英石砖 特殊制品碳化物氮化物硅化物棚化物金属陶瓷等 不定形制品方面(散装料) 主要有浇注料，捣打料，喷补料(喷涂料)，可塑料，耐火泥浆(火泥)等等. 浇注料化学结合浇注料黏土结合浇注料水泥结合浇注料微粉结合浇注料等; 捣打料普通耐火捣打料；含碳耐火捣打料；喷补料重质耐火喷补料轻质耐火喷补料可塑料硫酸铝耐火可塑料磷酸类耐火可塑料; 耐火泥浆硅酸铝质耐火泥浆刚玉(铬)质耐火泥浆硅质耐火泥浆等 主要耐火材料制品的生产原料(以公司产品为主) 定形制品方面 镁钙砖人工合成镁钙砂(轻烧镁粉轻烧白云石) 电熔镁砂等；镁铬砖电熔镁铬砂电熔镁砂铬铁矿等；镁碳砖电熔镁砂鳞片石墨等；高铝砖高铝矾土 四关于耐火材料方面的主要概念和生产工艺过程 (一)关于耐火材料化学组成方面 主成分：它是耐火制品中构成耐火基体的成分，是耐火材料的特性基础。它的性质直接决定制品的性质。其主要成分可以是氧化物，也可以是元素或非氧化物的化合物。 杂质成分：耐火材料的原料绝大多数是天然矿物，在耐火材料中含有一定量的杂质。这些杂质是某些能与耐火基体作用而使其耐火性能降低的氧化物或化合物，即通常称为溶剂的杂质。例如镁质耐火材料化学成分中的主成分是MgO，其它氧化物成分均属于杂质成分。 添加成分：在耐火制品生产中，为了促进其高温变化和降低烧结温度，有时加入少量的添加成分。按其目的和作用不同分为矿化剂、稳定剂和烧结剂等。除可烧掉成分外，它们都包含在制品的化学组成中。 (二)关于耐火材料组织结构方面 1气孔率：耐火材料内的气孔是由原料中气孔和成型后颗粒间的气孔所构成。大致可分为三类：1）闭口气孔，它封闭在制品内不与外界相通；2）开口气孔，一端封闭，另一端与外界相通，能为流体填充；3）贯通气孔，贯通制品的两面，能为流体通过。为简便起见，通常将这三类气孔合并为两类，即开口气孔（包括贯通气孔）和闭口气孔。实验一般计算的气孔率为开口气孔率（显气孔率）B=开口气孔体积/总体积。 2.体积密度：是指不包括气孔在内的单位体积耐火材料的质量。 3.吸水率：是制品中全部开口气孔吸满水的质量与其干燥质量之比，实质上是反映制品中 开口气孔量的一个技术指标，由于其测定简便，在生产中多直接用来鉴定原料煅烧质量。 (二)关于关于耐火材料热学性质和导电性方面 热膨胀：是指其体积或长度随着温度升高而增大的物理性质。 热导率：是表征耐火材料导热特性的一个物理指标。其物理意义是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。导电性：耐火材料（除炭质和石墨制品外）在常温下是电的不良导体。随温度升高，电阻减小导电性增强。 (三)关于耐火材料力学性质方面 常温耐压强度：是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力，如超过此值，材料被破坏。常温耐压强度=压碎试样所需的极限压力/试样受压的总面积 常温抗折强度：是指常温下耐火材料在单位截面所能承受的极限弯曲应力。一般比耐压强度小1/2至2/3。 高温耐压强度：是指材料在高温下单位截面所能承受的极限压力。 高温抗折强度：是指材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力。 (五)关于耐火材料高温使用性质方面 耐火度：耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不溶化的性质。 高温荷重软化温度：固定试样承受的压力，不断升高温度，当试样发生一定变形和坍塌时，此时的温度即为此压力下的高温荷重软化温度。 热震稳定性：耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的性能。 抗渣性：耐火材料在高温下抵抗溶渣侵蚀作用而不破坏的能力。 耐火材料主要生产工艺过程 主要生产工艺流程示意图 二)生产工艺过程中若干概念 结合剂：用来固结物料形成整体系的黏结材料。欲使被结合物体具有相当高的强度，既要求结合剂本身具有良好的凝结硬化特性，又必须能形成高度分散和易流动的体系，同时应具有良好的润湿性，以便能与粒状和粉状料的表面最大限度地接触。 成型：是指耐火坯料借助于外力和模型，成为具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程。按坯料含水量的多少，成型方法可分如下三种：半干法—坯料水分5%左右；可塑法—坯料水分15%左右；注浆法—坯料水分40%左右。对于一般耐火制品，大多数用半干法成型。至于采用什么成型方法，主要取决于坯料性质，制品的形状、尺寸以及工艺要求。 五、当前耐火材料的形势 1、我国耐火材料行业的特点 1）世界最大的耐火材料生产和消费国 2）中小企业众多，产业集中度低，龙头企业尚未形成，整体竞争能力相对欠缺，单一企业难以与国际耐火巨头同台竞技 3）以单一提供耐火材料为主，发展相对低端、粗放、分散 4）品种结构以定型制品为主，节能隔热材料比例偏低 5）环境友好型耐火材料的应用较少 2、耐火材料工业目前存在的问题 1）研究开发投入少，技术力量薄弱，抗风险能力不强； 2）基础和应用基础研究薄弱，产业共性关键技术和前沿技术系统研究的不充分，影响行业产品结构调整和产业技术的提升； 3）产品结构不合理，长寿高效、功能化、节能、环保等先进耐火材料比重低； 4）资源综合利用低资源日趋紧张，制约行业生产和持续发展； 5）耐火材料行业装备水平偏低，原料质量不稳定，致使产品质量不够稳定； 6）耐火材料的配套技术水平不高和实际使用效果差