耐火材料是一種能夠抵抗高溫作用的固體材料，廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)和成份的不同，耐火材料通常可分為：酸性耐火材料(石英、硅磚)；半酸性耐火材料(半硅磚)；中性耐火材料(鉻磚、粘土磚、高鋁磚)；堿性耐火材料(鎂磚、鉻鎂磚、鎂鋁磚、白云石磚、鎂砂、白云石及鎂質(zhì)耐火泥)等。堿性耐火材料由于具有耐火度高、熱穩(wěn)定性好、抗渣性好等優(yōu)良特性，目前被廣泛應(yīng)用于冶煉設(shè)備中。在轉(zhuǎn)爐與電爐煉鋼過(guò)程中，鋼水對(duì)爐襯耐火材料會(huì)產(chǎn)生機(jī)械沖刷，與此同時(shí)構(gòu)成耐火材料工業(yè)電爐的組成元素溶解到鋼水中并與鋼水之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鋼水對(duì)爐襯的機(jī)械沖刷以及二者之間的化學(xué)反應(yīng)：一方面導(dǎo)致?tīng)t襯耐火材料的受損與侵蝕；另一方面會(huì)對(duì)鋼水及鋼材的質(zhì)量產(chǎn)生影響。在鋼的冶煉過(guò)程中，爐襯耐火材料與熔池中鋼水的相互作用以及因此而引起對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量的影響主要有以下幾方面：
耐火材料脫落使鋼水及鋼材中產(chǎn)生非金屬夾雜：在煉鋼過(guò)程中，爐襯耐火磚受到侵蝕后，磚的脫碳層和反應(yīng)層發(fā)生結(jié)構(gòu)變化引起松弛。受熔融鋼水、爐渣、爐氣以及兌入鐵水和加入散料、廢鋼時(shí)的機(jī)械沖刷，使得耐火材料脫落并卷入鋼溶液中，形成非金屬夾雜。鋼材中的非金屬夾雜物與鋼材本身的性能有很大差別。從力學(xué)角度分析，非金屬夾雜物的存在部位是鋼材的應(yīng)力集中點(diǎn)，對(duì)鋼材的強(qiáng)度、剛度以及持久極限等力學(xué)性能都有很大影響。因此，非金屬夾雜是影響鋼材質(zhì)量的嚴(yán)重缺陷之一。
耐火材料的構(gòu)成元素與鋼水中非金屬元素之間相互反應(yīng)產(chǎn)生非金屬夾雜物：構(gòu)成耐火材料的一些元素，直接溶解到鋼水中，使得熔池中的氧、碳及其他非金屬元素增加。在一定條件下，鋼水中非金屬元素之間相互反應(yīng)生成非金屬夾雜物。同理也會(huì)對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量造成不利影響。
耐火材料的增碳對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量的影響：目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐、電爐、連鑄、爐外精煉以及鋼包中的耐火材料，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一類較為新型的堿性耐火材料——碳復(fù)合耐火材料。碳復(fù)合耐火材料中一般含有3%～30%的碳。在煉鋼過(guò)熱處理爐程中，碳的氧化反應(yīng)是冶煉過(guò)程的重要反應(yīng)。把鋼水中的含碳量氧化降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格內(nèi)，是煉鋼的重要任務(wù)之一。而耐火材料的脫碳會(huì)造成鋼水中碳的含量增加改變鋼的組成，尤其在冶煉純凈鋼、超純凈鋼時(shí)，耐火材料的脫碳會(huì)對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。耐火材料的脫碳機(jī)理為：當(dāng)冶煉進(jìn)行的一定程度后，鋼與耐火材料之間存在一定的液相隔離層。反應(yīng)物在耐火材料表面形成一個(gè)固相產(chǎn)物層，耐火材料中的組成元素穿過(guò)該層擴(kuò)散到鋼水中。而鋼水中的一些元素和氧化物，主要是鋼渣中的(FeO)穿過(guò)耐火磚的反應(yīng)層到達(dá)脫碳層反應(yīng)界面，二者在相會(huì)處發(fā)生脫碳反應(yīng)。因而，影響鋼水的成分。其化學(xué)反應(yīng)式為：
( FeO)+C(固)=[CO]+Fe爐渣
O2+2C(固)=2[CO]爐氣
另外，轉(zhuǎn)爐和電爐在冶煉過(guò)程中，要向爐內(nèi)進(jìn)行吹氧脫碳。氧氣[O]使熔池中的原子鐵[Fe]大量氧化成[FeO]，溶解于鋼水中的碳[C]與[FeO]接觸發(fā)生氧化反應(yīng)。碳被氧化后生成CO氣泡合并長(zhǎng)大后上浮，通過(guò)渣層排出。碳被氧化會(huì)影響鋼水中氧等其他組分的含量。因而也會(huì)對(duì)鋼水及鋼材質(zhì)量產(chǎn)生一些的影響。然而，[CO]氣泡的上浮與排出，對(duì)金屬熔池有一種強(qiáng)烈的攪拌作用，對(duì)均勻鋼水的成電阻爐分與溫度，改善鋼水的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力條件也有一定的益處。
耐火材料的脫硫作用有利于提高鋼水及鋼材質(zhì)量：硫在鋼中多以硫化物的形式存在，對(duì)絕大多數(shù)鋼而言，硫[S]是有害元素。它對(duì)鋼材性能的主要影響：使鋼材產(chǎn)生熱脆、減低鋼的力學(xué)性能及焊接性能等。因此，減小和控制鋼中硫的含量，電鍋爐對(duì)于提高鋼材質(zhì)量具有很大益處。實(shí)驗(yàn)研究表明，在高溫下，耐火材料的內(nèi)部有一定的液相生成。介于鋼水熔液與耐火材料之間的液相層，通常為硅酸鹽熔體，它的組成、結(jié)構(gòu)與熔渣十分相似。因此，也具有熔渣的氧化還原；脫硫、磷以及吸附鋼液中夾雜物的作用。
耐火材料對(duì)熔池中鋼水的脫硫原理為：進(jìn)入耐火材料液相隔離層中的硫離子通過(guò)液相向耐液位計(jì)火材料內(nèi)擴(kuò)散，與耐火材料中的[CaO]顆粒反應(yīng)，在[CaO]顆粒表面生成CaS層。其化學(xué)反應(yīng)式為：(CaO)+[S]=(CaS)+[O]這表明CaO具有較強(qiáng)的脫硫作用。因此，在含有MgO-CaO系列的耐火材料具有較強(qiáng)的脫硫作用。
——本文摘自《中國(guó)耐火材料網(wǎng)》
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