[发明专利]一种具有洁净钢水功能的耐火材料、制备方法及其应用

说明书

本申请公开了一种具有洁净钢水功能的耐火材料、制备方法及其应用。本申请的耐火材料的物相包括CA6、CMA、刚玉和ZrO₂中的一种或两种以上。本申请制得的耐火材料纯度高、耐侵蚀性好、抗熔渣渗透性好且热震稳定性高，减少了被侵蚀进入钢水中的耐火材料量，减少了对钢水的污染，同时能够充分发挥高纯原料的性能优势。

技术领域

本申请涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种具有洁净钢水功能的耐火材料、制备方法及其应用。

背景技术

目前，高性能模具钢、硅片切割丝用钢、汽车变速箱用钢等一些中高端钢种往往因为非金属夹杂物控制不够导致钢材性能不稳定，非金属夹杂除与冶炼工艺有关外，还与耐火材料的损毁紧密相关。在精炼过程中，耐火材料的损毁是非常严重的，也是损毁很快的，这也导致更多的耐火材料进入钢中形成夹杂。

耐火材料对钢水的污染，一方面来自于耐火材料被熔渣损毁后进入到钢中，形成夹杂，另一方面，耐火材料中的相关组分的氧势较高，导致钢水氧化，形成夹杂，像SiO₂、Fe₂O₃等高氧势组分。因此，具备洁净钢水功能的耐火材料应具备以下特点：

(1)耐火材料具有较高的熔融温度和使用温度；

(2)耐火材料中尽量不含高氧势组分，不会导致钢水氧化性能成夹杂；

(3)耐火材料的抗熔渣侵蚀和抗熔渣渗透性很好，变质层形成较慢，熔渣蚀损较慢，尽量减少进入到钢水中的速率；

而要实现这些，首先，原料必须是低氧势、耐高温及和熔渣的高温反应速率小，其次，原料要具有释放出C12A7、净化钢水的潜在功能；然后，耐火材料制备技术要创新，要保障结构均匀、减少低温烧结剂的引入等。

目前，就耐火原料来讲，具备上述功能的仅有CaO，但CaO易水化，很难实用。从耐火材料来讲，因其研制理念和传统理论，降低熔渣渗透深度是很难做到的，因为材料中的气孔和结构均匀性是很难解决的。从耐火材料制备技术而言，目前的制备技术除了常温液压成形、摩擦压砖机的冲击成形、常温振动成型外，还有浇注振动成型、喷射成型等，但这些都无法解决材料的结构均匀性和烧结问题。因此，现有技术主要存在以下问题及缺陷为：

(1)现有可工业应用的钢包工作衬耐火材料，像刚玉-尖晶石浇注料、 Al₂O₃-MgO-SiO₂系浇注料等耐火材料自身都没有净化钢水的功能，而诸如此类的耐火材料所用的原料，像板状刚玉、白刚玉、亚白刚玉以及铝矾土、莫来石等也都没有净化钢水的功能。原料没有净化钢水功能，耐火材料自然也就没有净化钢水的功效；

(2)现有的耐火材料研制理念决定了，不论是浇注料，还是耐火砖，其气孔分布是非常不均匀的；为了缓解温度变化导致的应力损伤，必须有较大量的气孔率来对冲气孔分布的不均匀，由此导致熔渣渗透不可避免，熔渣渗透深度也很难控制在较低水平，由此将导致耐火材料大量被蚀损到钢水中，不但没有净化钢水功能，相反，却大大污染了钢水；

(3)无论是刚玉-尖晶石系列浇注料，还是新近出现的含六铝酸钙的材料，都存在气孔率较高、损毁较快的缺陷，都导致较多耐火材料进入到钢中形成夹杂；

(4)CA6材料具有低氧势、熔点高，使用温度高，及非常重要的潜在净化钢水的功能，但是鉴于CA6的结晶结构特点和很难烧结的特性，CA6 材料的体积密度很低，因此，目前的六铝酸钙系浇注料都是通过添加TiO₂、 MnO、SiO₂、Fe₂O₃等促烧结组分，都是以牺牲材料高温性能为代价的，不但大幅度降低材料的高温性能，而且将高氧势的添加剂引入，这样就使本来氧势很低、不污染钢水的六铝酸钙增加了有害组分；