洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展
洁净钢炉外精炼技术及生产实践
洁净钢炉外精炼技术及生产实践
摘要：20世纪60年代在欧洲首次提出了洁净钢的概念，随后洁净钢的生产技术被不断的开发和完善。一般说来，洁净钢指钢中的有害元素总和小于100ppm，并且夹杂物含量少、尺寸小、分布均匀、形貌符合要求。而炉外精炼技术是洁净钢生产的重要环节，随着炉外精炼技术的推广，洁净钢广泛应用于生产实践中，并不断朝着清洁化、高质量、高性能发展。
关键词：洁净钢炉外精炼技术生产实践
External refining technology of the clean steel and
production practices
Abstract: In the 1960s in Europe, the concept of clean steel was proposed firstly, then technology of clean steel production has been developed and improved continuously. Generally, the sum of the noxious elements is less than 100ppm in clean steel, and the content of inclusions is less and inclusions are small in size, distribution is uniform and morphology meets the requirements. The refining technology is an important part of clean steel production, with the promotion of refining technology, clean steel is widely used in the production practice, and continue toward a cleaner, higher quality, better performance development.
炉外精炼的工艺技术发展终稿
炉外精炼的⼯艺技术发展终稿
炉外精炼的⼯艺技术发展
摘要
随着科学技术的迅速发展，钢材性能和质量越来越被重视，钢材质量主要包括钢材的洁净度、均匀性能和⾼的精度。⽽各种炉外精炼⽅式恰是获得⾼纯度、⾼均匀性和⾼精度钢材的重要措施。本⽂⾸先论述了炉外精炼技术现状及发展趋势；其次，论述了炉外精炼⼯艺参数的优化；第三论述了低硫钢炉外精炼⽣产⼯艺，最后论述了在炉外精炼喂丝吹氩操作实践。
关键词：洁净度；均匀性；⾼精度；⼯艺参数优化；低硫钢；喂丝吹氩；
摘要 (1)
前⾔ (3)
1 炉外精炼技术发展现状及发展趋势 (5)
1.1炉外精炼发展现状 (5)
1.2炉外精炼发展趋势 (6)
2 炉外精炼⼯艺参数优化 (8)
2.1AHF精炼设备组成 (8)
2.1.1 AHF精炼装置的主要设备组成 (8)
2.1.2 AHF精炼化学升温装置的主要设备 (9)
2.2AHF精炼⼯艺参数优化 (9)
2.2.1钢包顶渣的最佳渣量及排渣⼯艺 (9)
2.2.2AHF浸渍罩尺⼨及插⼊深度控制 (10)
2.2.3AHF升温设备及⼯艺参数 (10)
2.2.4AHF钢⽔降温处理和成分调整 (11)
2.3AHF精炼结果 (12)
3 脱硫⼯艺技术发展 (14)
3.1吹氩对脱硫的影响 (14)
3.2钢包渣的组成控制 (15)
3.3精炼渣的渣系 (17)
3.4精炼渣化学成分对脱硫的影响 (19)
4 炉外精炼的喂线、吹氩操作 (22)
4.1喂线-吹氩⼯艺参数的确定 (22)
4.2试验对⽐ (23)
4.3⼩结 (23)
结论 (24)
参考⽂献 (25)
致谢 (26)
精选炉外精炼工艺
RH工艺参数
处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)； 处理时间：钢包在真空位的停留时间τ；
τ＝Tc/Vt Tc允许温降， Vt平均温降℃/min； 循环因数：C＝ω(t/min).t(min)/Q (ton) ω 循环流量、 t脱气时间、 Q处理容量 循环流量ω：主要由上升管与驱动气体流量决定； 真空度：60－100pa； 抽气能力。
精炼方法 80－90年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要
求及炼钢炉与连铸的衔接 21世纪，更高节奏及超级钢的生产。
炉外精炼的内容
脱氧、脱硫 去气、去除夹杂 调整钢液成分及温度
2 炉外精炼的手段
渣洗 最简单的精炼手段； 真空 目前应用的高质量钢的精炼手段； 搅拌 最基本的精炼手段； 喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段； 调温 加热是调节温度的一项常用手段。
RH真空工艺过程
出钢后，钢包测温取样； 下降真空室，插入深度为150-
200mm； 起动真空泵，一根插入管输入
驱动气体； 当真空室的压力降到26－
10kpa后，循环加剧； 钢水上升速度为5m/s、下降
速度为1－2m/s； 气泡在钢液中将气体及夹杂带
出。
RH的发展
-OB (Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧 -KTB (Kawasaki Top Blowing) 日本川崎，顶吹氧 -PB(Powder Blowing)，真空室下部喷粉脱P、S。
1.炉外精炼概述
3 炉外精炼在炼钢生产中的重要地 位和作用
⑴ 炉外精炼在炼钢生产中的地位 ⑵ 炉外精炼在炼钢生产中的作用
⑴ 炉外精炼在炼钢生产中的地位
① 炉外精炼是现代炼钢生产的四大关键 技术之一（另三项为：氧气顶吹转炉炼钢、 连铸和超高功率电弧炉）。 ② 炉外精炼从最初用于生产特殊钢和优 质钢，到后来推广扩大到普通钢的生产，也 是提高钢液质量的重要环节。 ③ 炉外精炼已成为炼钢工艺中必不可少 的环节，它是连接连铸的桥梁，在协调炼钢 和连铸的生产中起到缓冲作用。
3 多数精炼容器具有直接浇注功能。
精炼容器具有浇注功能，可以在精炼后 直接进行浇注，避免再次出钢，防止精炼后 的钢水再次氧化和吸气，浇注过程中钢包配 合滑动水口的使用，可以避免精炼好的钢液 再污染。
பைடு நூலகம்
2 国内的发展
⑴ 我国炉外精炼技术的开发应用始于上世纪50年代中后期， 当时利用高碱度合成渣在出钢过程中对钢液脱硫冶炼轴承钢，之后 用VD法和DH法冶炼电工硅钢，特殊钢厂引进了一批真空精炼设备， 钢液吹氩精炼也在首钢等企业首先投入了生产应用。 ⑵ 20世纪80年代是我国炉外精炼技术发展奠定基础的时期， 对我国钢铁工业生产优化起了重要作用。在此期间，LF钢包精炼炉、 合金包芯线喂丝设备与技术、钢液的喷射冶金精炼技术得到了初步 的发展；宝钢引进了现代化的大型RH装置，在开发高质量的钢材 品种和优化钢铁生产中发挥了重要作用。 ⑶ 20世纪90年代以来，我国炉外精炼技术也随着连铸生产的 增长和对钢铁产品质量日益严格的要求，得到了迅速的发展，炉外 精炼技术的开发及在生产中的应用呈现出系统化、规范化、优质化 的良好的发展势头。
炉外精炼与洁净钢技术
成分W(CaO) W(Al2O3) W(MgO) W(Fe2O3) W(TiO2)
精炼渣% 45.9 29.5 1.9 1.3 1.6
钢包中的ｗ（Ｍｎ）／％
图１在有渣和无渣条件下Ｆｅ－Ｍ的脱氧情况
２.２加热制度
３０ｔ钢包精炼炉的二次测电压范围为１５０Ｖ～加热制度２１５Ｖ，分为４档，调方式为有载或无载。热调试数据表明，实际的钢液升温速度与初始钢液温度、出钢时合金和脱氧剂的加入量、造渣剂的加入量、钢包运转周期等因素有关。实践表明，处理初期采用中等电压、大电流操作以快速化渣提温，当炉渣化好后可根据钢水温度情况，采用不同电流，短电弧加热，弧流变化范围为１００００Ａ～１６８００Ａ。
工艺流程：转炉——２×ＬＦ炉——连铸——转炉的冶炼周期为２２ｍｉｎ，连铸的生产周期为１６mｉｎ～１７ｍｉｎ。为保证生产连续快速进行，临钢炼钢厂采用２座ＬＦ炉配１座连铸机的生产工艺，且本厂ＬＦ工艺的特点是精炼周期较短，这就给ＬＦ精炼造渣工艺带来了较大难度。在热试期间，炼钢厂采取了多种造渣脱氧工艺，经过反复比较，最终形成了比较适合炼钢厂的一套工艺制度。
AOD(Argon-oxygen decaburizition process );
VOD (Vacuum oxygen decrease process) ;
RH (Ruhrstahl Heraeus process);
连铸用耐火材料11972
连铸用耐火材料11972
连铸用耐火材料 1。概论连续铸钢是 20 世纪 60 年代发展起来的一种新型铸钢技术，它省掉
了初轧工序，从钢水直接铸成钢坯，提高了金属收得率，降低生产成本，节约能源，铸坯质量
好，机械化和自动化程度高。连铸技术得到推广的一个重要标志是滑动水口的开发和应用，滑动
水口的采用使连铸操作实现自动化。我国自 80 年代开始推广应用滑动水口，到 2000 年底，我
国连铸钢产量已达到 80％，有十余家钢厂已实现全连铸。连铸技术的迅速发展使其相关的耐火材
料在品种和质量上都得到相应的发展和提高，连铸用耐火材料的发展又对连铸生产和连铸钢坯质量产
生重大影响。特别是宝钢的建成投产对国内耐火材料的技术进步起到了巨大的推动作用，连铸用耐
火材料无论从品种还是质量都取得了巨大的发展。连铸用耐火材料是连铸机组中的重要部位，除
具有一般耐火材料的特性外，还要求有净化化钢水、改善钢的质量、稳定钢水的温度和成分、控
制和调节钢水流量等功能，因而被称为功能耐火材料。连铸系统用耐火材料品种包括：（1）钢
包耐火材料――钢包衬、永久衬、透气组件等；（2）中间包耐火材料――永久衬、涂料、绝热
板、包盖等；（3）功能耐火材料――无氧化浇注用长水口、浸入式水口、整体塞棒、滑动水口；（4）钢水净化用陶瓷净化器、挡渣堰、碱性涂料和水平连铸用分离环、闸板等。连铸用耐火材
料要反复经受钢水的热冲击和钢水的冲刷、钢渣的侵蚀，因此耐火材料应具有较高的强度、较好
的热震稳定性、良好的抗侵蚀性以及一些特殊的功能如透气性、净化钢水功能、调节流量、保护
炉外精炼技术进展及发展趋势
炉外精炼技术进展及发展趋势
作者：李家通
来源：《中国新技术新产品》2016年第20期
摘要：炉外精炼技术是目前炼钢流程的关键环节，其在提高炼钢质量与产量方面发挥着重要作用。鉴于此，本文将详细论述炉外精炼技术进展及发展趋势，希望能对相关研究有所丰富和补充。
关键词：炉外精炼技术；炼钢质量；冶金
中图分类号：TF769 文献标识码：A
随着连铸技术以及纯净钢生产技术的进步与发展，炉外精炼技术得到了广泛应用，并取得了显著效果。
一、炉外精炼的冶金特点
整体上，炉外精炼适合冶炼超纯净钢、类纯净钢，具有精炼、高效等优势，能有效改善化学热力反应条件、增快熔传质速度、增加渣钢反应面积、精确各种反应条件，并通过智能化实时控制，全面提升设备质量。具体特点如下：
（1）可增大渣钢反应面积：每一种精炼设备都带有搅拌装置，通过搅拌作用将钢渣乳化，合金和钢渣被气泡带动向上浮起的同时发生熔化、聚合反应。一般情况下，平均每1吨钢液其渣钢反应面积在0.8m2～1.3m2之间，而当渣量变为原渣量的6%时，其中的钢渣乳化后会形成半径仅为0.3mm的圆珠型渣滴，进而整体反应界面会增大到原来的1000倍。
（2）能够改变冶金反应条件：炼钢过程中经脱氧和脱碳后的反应产物是气体，就化学平衡上来讲，生成物方面的平衡系数大于反应物方面，因此可利用降低反应环境的气相气压来促进平衡反应进行。根据这个原理，应将精炼过程置于真空条件下反应进行，以达到促进平衡反应向生成物方向进行的目的。一般情况下的工作气压不低于50Pa，利于钢液脱气反应进行。
（3）能够加快溶池的传质速度：溶池传质的速度决定了冶金整体进度快慢，精炼时常选用不同的搅拌形式（如：气体搅拌形式、机械搅拌形式和电磁搅拌形式。）大幅度促进系统里的熔体发生流动，促进熔体内部的传热和传质过程快速进行，最终达到混合十分均匀的目的。
洁净钢炉外精炼与连铸用耐材的发展
世界金属导报/2011年/5月/10日/第012版
耐火材料
洁净钢炉外精炼与连铸用耐材的发展
洪学勤李具中易卫东宋泽啟雷中兴易献勋
耐火材料作为钢水容器和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。下面重点概述洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料的现状及发展方向，主要包括精炼钢包系统、RH精炼系统、中间包系统用耐火材料的材质选择及技术进步，同时强调了耐火材料的管理及创新在洁净钢生产中的作用。
1材质及其技术进步
耐火材料的材质选择，首先要满足冶炼工艺要求，其次要结合不同工序的特征，同时也要尽可能兼顾耐材所用原料的资源情况及其相应产品的性价比。下面对精炼钢包系统、RH精炼系统和中间包系统逐一讨论。
1.1精炼钢包系统
目前，国内大多数精炼钢包采用含碳材料。如镁碳砖、铝镁碳砖、镁铝碳砖等，其碳含量一般在8%以上。随着洁净钢要求的不断提高，这些材料难以满足要求。近几年，相继出现多种低碳和无碳钢包耐火材料，如无碳刚玉-尖晶石预制块、机压刚玉-尖晶石无碳砖、低碳镁碳砖、刚玉-尖晶石浇注料、镁钙砖等。
1.1.1无碳刚玉-尖晶石预制块
无碳刚玉-尖晶石预制块是以超低水泥或ρ- Al2O3结合的刚玉-尖晶石浇注料在耐火材料企业预制成型并经过热处理的产品。该产品用于洁净钢的冶炼取得了良好的效果。如，在武钢三炼钢的300t钢包使用，寿命达250次。一种典型的刚玉-尖晶石预制块的理化指标如表1所示。与之配套使用的无碳材料还有包底刚玉质冲击块，包底刚玉浇注料、包壁修补料、包底修补料和高纯铝镁火泥等，其性能如表2所示。
转炉钢水的炉外精炼技术.
(5)喷吹、喂线
• 是将反应剂加入钢液内的一种手段，喷吹 的冶金功能取决于精炼剂的种类，可完成 脱碳、脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物 形态等精炼任务。
炉外精炼功能
(1)精炼功能 (2)熔池搅拌功能 (3)钢水升温和控温功能 (4)合金化功能 (5)生产调节功能
精炼功能---脱氧
1、脱氧原理与脱氧反应 2、复合脱氧 3、真空脱氧 4、提高脱氧效果：高碱度LF渣系（R>3.0）；
(3)渣洗
• 是获得洁净钢并能适当进行脱氧、脱硫的最简 便的精炼手段。
合成渣倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，
使钢液与合成渣充分混合。
LF造泡沫白渣完成脱氧、脱硫和去夹杂等精炼
任务。
(4)真空
• 将钢水置于真空室内，由于真空作用使反 应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、 脱碳等的目的。
VD精炼工艺
• 能够在较短的时间内达到要求的真空度; 并保持良好的真空度;
• 在真空状态下能够良好地搅拌; 去气效果好
• 脱氧与脱碳控制
CAS-OB工艺
• CAS-OB冶金功能 • CAS-OB精炼参数控制：
吹氩量、钢包渣、温度、成分 • CAS-OB夹杂物控制、钙处理操作 • 工艺实例效果分析
• 各精炼工艺脱硫比较及关键控制环节
精炼功能---夹杂物控制
• 非金属夹杂物：在冶炼和浇注过程中产wk.baidu.com或
洁净钢耐火材料发展概况
18
2.1 精炼用耐火材料
炉外精炼的目的：主要是通过精炼操作脱除钢 中的气体和夹杂以及调整钢水的成分和温度 等，其过程主要是在钢包内完成的。
炉外精炼用钢包分类：根据精炼的工艺特点， 一般可以分为两种类型。一种是处理型钢包， 主要用于钢水的脱气、脱硫、成型控制以及 改变夹杂形状等，无温度补偿功能，精炼时 间较短（10~30min）；另外一种是精炼型钢 包，主要用于高合金钢和特殊钢的精炼，具 有加热补偿温度等多种功能。
18.07.2021
28
常用镁铬砖及其理化性能
化学组成/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 MgO CaO
物理性能 体积密度/(g/cm3)
显气孔率/% 耐压强度/MPa 高温抗折强度/MPa
18.07.2021
直接结合镁铬砖
A
B
1.37 7.21 3.47 15.7 70.8 0.82
洁净钢→[P]≤100×10-6 超洁净钢→[P]≤30×10-6
川崎水岛厂生产极低磷低温容器罐用钢流程：
在鱼雷车内脱[Si]≤0.15～0.20%→采用Fe2O3-CaOCaF2系渣脱[P]至0.015%→氧气转炉内继续脱磷→RHKPB深脱磷至[P]≤20×10-6。对于高Cr不锈钢及耐热 合金→喂线法加入微量Mg和Ca形成Mg3P2和Ca3P2,实现 还原脱磷。
18.07.2021
LF炉用耐火材料
LF炉用耐火材料
LF炉用耐火材料
一、前言
LF(Ladle Furnace)被称为钢包精炼炉，属于二次精炼炉，LF精炼是炼钢工业中使用较多的炉外精炼设备之一。近几年来，随着我国洁净钢产量的不断增加和质量的不断提高，对 LF 精炼炉及其它炉外精炼设备用耐火材料提出了更高的要求。LF精炼纯净钢的研究近年来受到多方面的关注，不同的炉衬耐火材料对精炼效果有不同的影响。下面主要介绍一下LF炉及其所用的耐火材料。
二、LF炉的发展
LF钢包精炼炉是由日本大同钢铁公司1971年率先开发使用的。该公司用LF 炉冶炼取代了电弧炉，减轻了电弧炉的精炼负担，提高了电弧炉的生产率。LF 炉发展初期仅用于生产高级钢，随着冶金、连铸及相关控制技术的发展，扩大了LF炉的应用范围。
由于LF炉具有投资少、用途广、精炼效果好等优点，近年来，国内外己将LF炉作为主要的炉外精炼手段。
三、LF炉简介
㈠LF钢包精炼炉定义
LF钢包精炼炉是将电炉内还原熔炼的钢水送入钢包，在将电极插入钢包钢水上部炉渣内并产生电弧，边加入合成渣，边用氩气搅拌，使钢包内保持还原性气氛，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备，钢包炉是炉外精炼的主要设备。目前,已将此法与转炉配合使用，对钢水进行脱氧、脱硫及调整成分。
㈡LF炉的机械设备
LF炉的机械设备包括钢包、钢包车、精炼炉变压器、短网、底吹气系统、冷却水系统、精炼炉炉盖、气动系统、合金加料装置、排烟除尘系统。LF装置示意图如图1
图1 LF装置示意图
1—石墨电极；2—合金料仓；3—底吹气透气砖；4—钢包滑板㈢LF钢包精炼炉的生产流程和功能
第9章 二次精练用耐火材料
处理)，在真空、惰性气体或还原性气氛下进行脱气、脱
氧、脱硫、去除夹杂并进行成分微调的过程称为炉外精炼 或二次炼钢。 炉外精炼技术对推动洁净钢的生产起着重要作用，是 与连铸配套，保证连铸顺利进行的重要手段。 炉外精炼用耐火材料包括真空脱气、钢包精炼、喷粉 和氩氧脱碳等装置用耐火材料。
3
无机非金属材料工程
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无机非金属材料工程
各种炉外精练用耐火材料的性能见表1，精炼钢 包容量、内衬材质及使用状况见表2。
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无机非金属材料工程
表1 炉外精练用耐火材料的性能
名称 化学成分，SiO2％ Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Cr2O3 C 显气孔率，％ 体积密度，g/cm3 耐压强度，MPa 高温抗折强度，MPa 镁铬砖 3.0～3.3 5.8～11.2 6.7～6.9 0.6～0.8 62～65 15～20 － 14～17 3.15～3.26 52～101 10～17 镁碳砖 － － － － 77.6 － 13.8 3～ 6 2.8～2.85 33～46 13～15 镁尖晶石砖 7.0～10 89～92 14.8～16.9 2.98~ 3.06 58~78 >15 油浸镁白云石砖 <4 15~20 75~80 <20 >3.1 >80 3.1 合成镁铬铝砖 2.25 17.2 0.9 58 15.5 13 3.21 69.9 -
冶金概论5炉外精炼
2）经济方面 提高生产率、降低原材料、能源和劳动力消耗
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99
5.2 精炼手段
5.2.1 对精炼手段的要求 5.2.2 精炼手段定义 5.2.3 精炼手段的作用及代表方法
（4）脱碳：真空处理时，由于碳－氧反应降低 了碳含 量，因此DH法可生产超低碳钢 （C≤0.002％）。
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29 29
真空循环脱气法（RH）
1）RH法的产生及发展概况
RH法是德国鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl A·G） 和海拉 斯公司（Heraeus AG）两家公司 1957年共同发明的，故简称 RH法。第一台 RH设备1959年在德国Thyssn(蒂森)公司的 Hattingen厂建成。RH法近十几年来在我国发 展也很快，我国 的一部分钢厂也选用了RH装 置，大冶钢厂1968年投产第一 台，宝钢分别 于1985年和1999年投产了两台RH装置，武钢 分 别于1979年至1990年投产了四台RH装置， 最大容量是宝钢 1985年12月投产的一台300 吨RH装置。
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真空脱气的方法
真空提升脱气法（DH法） 真空循环脱气法（RH法）
耐火材料杂志社联系方式 编辑部投稿邮箱
耐火材料杂志社联系方式编辑部投稿邮箱耐火材料论文来稿要求内容健康、立题新颖、论述清晰、格式规范、资料可靠、
具有较强说服力和指导性，引用资料要给出参考文献。文稿一般不超过5000字。金属类论文投稿邮箱：qikantg07@
《耐火材料》创刊于1966年，是中国唯一报道国内耐火材料科研、生产和应用情况及国外耐火材料科学技术发忣动向的专业技术期刊，直接为耐火材料及相关行业如钢铁冶金、有色冶炼、玻璃、水泥、石化、陶瓷等行业的决策、规划、设计、科研、生产、使用和教学服务，读者对象为上述行业从事管理、研发、生产、使用、销售、教学等工作的工程技术人员及教师、学生。
刊名：耐火材料
Refractories
主办：洛阳耐火材料研究院
周期：双月
出版地：河南省洛阳市
语种：中文;
开本：大16开
ISSN：1001-1935
CN：41-1136/TF
邮发代号：36-19
历史沿革：
现用刊名：耐火材料
创刊时间：1966
该刊被以下数据库收录：
CA化学文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
耐火材料咨询QQ：2363679440
耐火材料辅导发表：张老师
耐火材料投稿邮箱：qikantg07@ （稿件在3天内必回复）
1
《耐火材料》稿约80
2
洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展洪学勤;李具中;易卫东;宋泽啟;雷中兴;易献勋; 81-86+95
3
ZrO_2包覆CaO-MgO-SiO_2陶瓷纤维的制备及其性能刘浩;王玺堂;王周福;张保国; 87-89
耐火材料对洁净钢的影响及其发展
耐火材料对洁净钢的影响及其发展
作者：赵飞葛铁柱任桢
来源：《科技视界》2015年第34期
【摘要】耐火材料影响钢的洁净度的重要环节是二次精炼炉、精炼盛钢桶、连铸中间盛钢桶（包）以及浇钢系统的水口、塞棒、滑板等耐火材料的应用。本文讨论了耐火材料对钢水中有害物质的影响，及生产洁净钢用优质耐火材料的发展。
【关键词】洁净钢；LF精炼炉；AOD精炼炉；耐火材料
0 前言
钢铁技术进步对耐火材料制品的影响十分显著，两者相互依存，互为促进，共同发展[1]。随着品种钢数量增加和对钢质量要求的提高，由于耐火材料在高温下对钢水或多或少会产生污染[2]，耐火材料在使用过程中对钢质量的影响问题已经得到各方面的关注，钢中有害夹杂物中有多少来自耐火材料在使用中的熔损或剥落，耐火材料如何才能少污染，不污染钢水，甚至在保证使用寿命的前提下能有效去除钢中夹杂物是目前需要研究的重要问题。
1 耐火材料对洁净钢质量的影响
耐火材料对钢水质量的作用主要分为三个方面[3]：
（1）耐火材料在热震和侵蚀作用下引起的结构变化，在钢水冲刷下进入钢水形成杂质；
（2）耐火材料成分与钢水和钢渣互相反应，产生高熔点物质形成夹杂，或引起钢水成分的变化，如增C、N和H含量等；
（3）耐火材料可吸收钢中C、P、S等杂质，降低夹杂物，起到净化钢水的作用。
（一）耐火材料对钢水含P量的影响
对钢中脱P能产生积极作用的主要有MgO和CaO两种碱性氧化物。匡加才等[4]对MgO-CaO质浇注料中CaO含量对钢中P含量的影响进行了研究，实验结果表明：当浇注料中有25%的CaO存在时，钢中P含量大幅度降低，进一步提高 CaO 含量，脱磷作用仅有小幅度提高。这是因为从热力学的计算结果和生产实践均已证实CaO的脱磷效果明显优于MgO。
精炼炉用耐火材料
精炼炉用耐火材料
RH真空钢液循环脱气法是德国蒂森公司所属鲁尔钢（Ruhrstahl）公司和海拉斯（Heraeus）公司于1956年共同开发成功的。命名为RH真空脱气法（RH Vacuum Degassing），简称RH法。如图1所示。其法是在真空室抽真空，并在浸渍管（Immersion tube or snorkel）的上升管（Up-leg）吹入氩气，使盛钢桶中的钢液进入真空室，然后钢液从浸渍管中的另一根下降管（Down-leg）流回盛钢桶。钢液经过循环真空脱气可以脱去钢液中氢等气体并除去夹杂物。
现在的RH真空精炼炉由于增设了吹氧与喷脱硫粉剂等装置，具有吹氧脱碳、提温、脱硫、脱气、排除非金属夹杂物，控制钢液成分，有利于合金均匀化等功能；对钢质量有保证，可精炼出许多洁净钢种；因此，近年来，RH精炼炉发展与推广极为迅速，已成为许多钢铁公司精炼优质超低碳等钢种的一种普遍流行方法。便如我国宝山钢铁公司有300吨不同类型RH精炼炉5台，鞍山钢铁公司有100吨至260吨不同类型RH精炼炉5台，武汉钢铁公司有4台，攀枝花钢铁公司3台，其他钢铁公司和重型机械厂（如上海重型、洛阳矿山）也已有或正在新建不同类型的RH精炼炉。显然开展对RH精炼炉用耐火材料，提高其使用寿命是十分需要和重要的。
本文将根据RH精炼炉精炼条件，对耐火材料性能的要求，选用合适的耐火材质，提高其使用寿命进行分析与讨论，并针对精炼硅钢需要耐火材质进行探讨。
1、RH真空精炼炉类型
现在RH真空精炼炉除图1所示的RH真空脱气装置外，基本上有以下类型。
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耐火材料材质及其技术进步
耐火材料的材质选择， 首先要满足冶炼工艺要求，
要结合不同工序的特征，同时也要尽可能地兼顾耐火 原料资源情况及其相应产品的性价比 1． 1 精炼钢包系统 如镁 目前，国内大多数精炼钢包采用含碳材料， 碳砖、 铝镁碳砖、 镁铝碳砖等，其碳含量一般在 8% （ w ） 以上。随着洁净钢要求的不断提高， 近几年，相 继出现多种低碳和无碳钢包耐火材料 ，如无碳刚玉 － 尖晶石预制块、 机压刚玉 － 尖晶石无碳砖、 低碳镁碳 刚玉－ 尖晶石浇注料、 镁钙砖等。 砖、 1． 1． 1 无碳刚玉－ 尖晶石预制块 无碳 刚 玉 － 尖 晶 石 预 制 块 是 以 超 低 水 泥 或 Al2 O3 结合的刚玉 － 尖晶石浇注料在耐火材料企业 ρ预制成型并经过热处理的产品。 该产品用于洁净钢 的冶炼取得了良好的效果， 例如在武钢三炼钢的300 t
热态抗折强度 / MPa 1 450 ℃ 3 h
刚玉－ 尖晶石浇注料具有以下几个方面的优点： ①整体性好，使用寿命长； ② 不含碳、 高纯、 低氧化 硅、 低氧化铁杂质，可避免钢水增碳或对钢水的总氧 含量产生不利影响
［5 ］
； ③ 便于机械化、 自动化施工。
机压刚玉－ 尖晶石砖提高了生产效率，并有较好 的使用效果，但同时也存在一些问题和不足，如： 机 压模具寿命较低， 抗热震性不好的问题更加突出。 因 此，提高机压刚玉－ 尖晶石砖的使用效果至少要注意 如下 3 点： ①确保钢包有较快的周转速度； ② 大幅提 高模具寿命，尽可能采用液压成型； ③ 较大幅度地提 高其抗热震性能。 1． 1． 3 低碳镁碳砖 武 为了防止钢包渣线镁碳砖对钢水增碳 ，宝钢、 钢等钢厂先后开发出抗热震性能和抗侵蚀性能优良
。下面对精炼
RH 精炼系统和中间包系统逐一讨论。 钢包系统、
w（ Al2 O3 ） / % 体积密度 / （ g·cm － 3 ） 加热永久 线变化 / % 110 ℃ 24 h 1 600 ℃ 3 h
耐压强度 / MPa 110 ℃ 24 h 抗折强度 / MPa 110 ℃ 24 h
钢包刚玉－ 尖晶石预制块具有不含碳、 纯度高、 使 用寿命长的优点，目前正在宝钢、 武钢等推广用于洁 净钢冶炼，并取得良好效果。 但该产品也存在一些
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NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 2012 / 2
第2 期
洪学勤， 等： 洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展
2012 年 4 月
磷的效果，在铝镇静钢冶炼中能降低钢的总氧含量。 不烧镁钙砖最突出的问题和不足是易水化 ，因此，在 生产、 储运、 使用过程中都要严格按照合理制度执行 。
表 5 整体钢包浇注料性能指标 Table 5 Properties of ladle castables
项 体积密度 / （ g·cm － 3 ） 目 110 ℃ 24 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h 110 ℃ 24 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h 110 ℃ 24 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h 1 000 ℃ 3 h 1 500 ℃ 3 h 包壁浇注料 3． 15 3． 10 3． 05 15 18 20 42 35 125 0 + 0． 55 6． 8 包底浇注料 3． 13 3． 10 3． 05 16 19 21 39． 5 29． 1 101． 8 0 + 0． 45 9． 1
。耐火材料作为钢水冶炼过程中的功
与钢水直接接触。 如果材质选择不合理，质 能材料， 量低劣或管理不善，耐火材料就有可能以非金属夹杂 从而影响钢水的洁净度 物等形式存在于钢水之中，
［ 2 ］
。
因此， 研究洁净钢用耐火材料具有重要的现实意义。 虽然洁净钢的冶炼是从铁水预处理开始，但考 主要涉及洁净钢 虑到篇幅等多方面因素，在本文中， 炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展，从耐火材料 材质及其技术进步、 管理及其创新两个方面来讨论。 0*
w（ Al2 O3 + MgO） / % 体积密度 / （ g·cm 显气孔率 / %
－3
）
加热永久 1 100 ℃ 3 h 线变化 / % 1 600 ℃ 3 h 高温抗折 强度 / MPa 1 400 ℃ 0． 5 h
220 ℃ 24 h 耐压 1 100 ℃ 3 h 强度 / MPa 1 600 ℃ 3 h 220 ℃ 24 h 抗折 1 100 ℃ 3 h 强度 / MPa 1 600 ℃ 3 h
中间包系统用耐火材料的材质选择及技术进步，同时强调了耐火材料的管理及创新在洁净钢生产中的作用。 关键词： 洁净钢； 炉外精炼； 连铸； 管理创新； 耐火材料
中图分类号： TQ175． 71 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 1935 （ 2012 ） 02 － 0081 － 06
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
［ 3 ］
Βιβλιοθήκη Baidu
表 2 钢包无碳预制块及配套产品性能 Table 2 Properties of carbon free ladle precast block and ancillary products
项 目 包底刚玉 包壁、 包 包底刚玉 高纯 质冲击块 底修补料 浇注料 铝镁火泥 ≥80． 0 ≥2． 90 ± 0． 5 ≥30． 0 ≥5． 0 ≥2． 0 ≥0． 5 ≥70． 0 ≥2． 60 ≥70． 0 ≥2． 80 ± 0． 1 ≥30． 0 ≥5． 0 ≥50． 0
2012 年 4 月 第 46 卷 第 2 期
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洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料及其发展
洪学勤 李具中 易卫东 宋泽啟 雷中兴 易献勋
武汉钢铁集团耐火材料有限责任公司 摘 湖北武汉 430080
RH 精炼系统、 要： 简述了洁净钢炉外精炼与连铸用耐火材料的现状及发展方向，主要介绍了精炼钢包系统、
－1
2012 年第 46 卷
1． 1． 4
刚玉－ 尖晶石浇注料
刚玉－ 尖晶石浇注料是以高纯合成原料为基础的 低水泥或超低水泥结合高纯刚玉－ 尖晶石浇注料。 最 初由日本开发并大量使用，国内以宝钢为代表率先 采用该 技 术，均 取 得 了 良 好 的 使 用 效 果。 宝 钢 在 300 t钢包使用达到 250 炉的水平。 该浇注料的性能 指标如表 5 所示。
［3 ］
。这种产品在欧美、 东南亚地区应用较为
镁砂资源的紧缺和涨价以及不锈 普遍。随着矾土、 钢、 帘线钢等洁净钢的发展，国内使用不烧镁钙砖的 目前国内有少数几 企业在不断增多。最初依赖进口， 家企业开发成功。 国内开发的不烧镁钙砖和不烧镁 钙碳砖在武钢 100 t 钢包上使用，用于冶炼帘线钢、 重轨钢等，使用寿命可达 100 次左右， 成功替代了进 口产品，其理化指标如表 6 所示
*
1963 年生， 洪学勤：男， 教授级高级工程师。 Email：hxq@ rcwisco． com 收稿日期：2011－07－29
编辑：张子英
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耐火材料 / REFRACTORIES
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耐火材料 / NAIHUO CAILIAO
问题与不足： ① 产品生产过程中， 人工成本高，生产 效率低； ②产品原料成本高； ③ 配套材料较多，需要 人工修补； ④抗热震性能有待进一步提高。 1． 1． 2 机压刚玉－ 尖晶石砖 为了解决生产效率低下的问题，人们开发了一 该产品用于 90 t 种材质相当的机压刚玉 － 尖晶石砖， 精炼钢包，侵蚀速率 ＜ 0． 6 mm · 次 ，取得了较好 的使用效果。机压刚玉 － 尖晶石砖与刚玉 － 尖晶石预 制块的性能比较如表 3 所示。
［3 ］
3 /2SiO2 （ s） + 2［ Al］ Si］+ Al2 O3 （ s） ， （ 1） 3 /2［ SiO2 （ s） + 2［ Mn］ Si］+ 2MnO。 ［ （ 2） 当然， 由于 RH 真空系统条件较复杂， 在镁铬砖 RH 中 SiO2 含量相当的情况下，镁铬砖的生产工艺， 真空装置的砌筑方式和质量以及处理的钢种也可能 对 RH 炉的寿命有一定的影响。 1． 2． 2 无铬化 由于六价铬对环境的危害，人们一直致力于找 到一种替代镁铬砖的材料， 先后试验了镁铝砖、 镁锆 砖、 镁碳砖等
［1 ］
钢包使用，寿命达 250 次。一种典型的刚玉 － 尖晶石 预制块的理化指标如表 1 所示。 与之配套使用的无 碳材料还有包底刚玉质冲击块、 包底刚玉浇注料、 包 包底修补料和高纯铝镁火泥等，其性能如 壁修补料、 表 2 所示。
表 1 刚玉－ 尖晶石预制块的性能 Table 1 Properties of corudum－ spinel precast block
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。
体积密度 / （ g·cm － 3 ） 显气孔率 / % 耐压强度 / MPa 高温抗折强度 / MPa 1 400 ℃ 0． 5 h
不烧镁钙砖与其他产品相比，具有如下优势： 原 料资源极为丰富，价格低廉； 对于洁净钢冶炼，不但 不易形成非金属夹杂，还可能在一定程度上起到净 它不仅能起到脱硫、 脱 化钢液的作用。 据资料介绍，
［3 ］
0． 7 ～ 0． 9 mm· 次 ， 与碳含量 14% （ w ） 的镁碳砖的 其性能如表 4 所示。 使用效果相当，
表 4 低碳镁碳砖的性能 Table 4 Properties of lowcarbon MgO－ C bricks
项 化学组成（ w） / % 目 MgO C 产品 1 ＞ 90 ＜7 ＞ 3． 10 ＜3 ＞ 60 ＞ 20 产品 2 ＞ 90 ＜5 ＞ 3． 10 ＜3 ＞ 60 ＞ 20
表 3 机压刚玉－ 尖晶石砖与刚玉－ 尖晶石预制块的性能比较 Table 3 Properties comparison between corudum － spinel pressed bricks and corudum－ spinel precast blocks
项 目 机压刚玉－ 尖晶石砖 树脂结合 无机物结合 96． 5 97． 2 3． 26 8． 7 0． 10 0． 48 8． 0 87 72 103 23． 0 9． 6 33 3． 27 9． 2 0． 18 0． 56 2． 8 82 92 127 12． 1 23． 1 35 刚玉－ 尖晶石预制块 A厂 B厂 97． 1 3． 08 14 0． 05 0． 41 1． 4 54 62 82 9． 2 8． 7 9． 5 97． 7 3． 15 12 0． 03 0． 38 1． 7 69 78 109 10． 9 12． 8 28 加热永久 线变化 / % 抗折强度 / MPa 显气孔率 / %
［4 ］ 侵蚀速度为 的低碳镁碳砖应用于 300 t 钢包渣线 ，
同时， 也存在一些问题和不足， 如： 对烘烤条件要求 高； 如果钢包壳变形，则导致浇注层厚度不一，从而 影响寿命等。为了充分发挥该浇注料的优势， 节约材 料， 可能有如下两方面工作要做： ① 采取合适的措施， 尽可能减少钢包壳的变形； ②采取清渣补浇工艺。 1． 1． 5 不烧镁钙砖 不烧镁钙砖是由天然烧结白云石、 人工合成镁钙 砂等为原料，与无水结合剂混合后机压成型并热处 理所制得
表 6 不烧镁钙砖的理化性能 Table 6 Chemical compositions and physical properties of unfired MgO－ CaO bricks
项 化学组成 （ w） / % 目 CaO MgO + CaO MG－30 33． 13 91． 8 82 3． 05 － 0． 5 MG－10 12． 3 93． 95 65． 0 3． 10 － 0． 2 MGT－10 MGT－10A 12． 7 89． 42 54 3． 05 － 0． 1 13． 3 91． 22 59 3． 07 － 0． 1