隨著爐外精煉和合金化工藝在煉鋼過程所占的比重越來越高，鋼包工作襯用耐火材料的重要性越發(fā)凸顯． 鋼包工作襯用耐火材料對夾雜物的作用和影響，因材料成分、結(jié)構(gòu)等而有所區(qū)別，因此鋼包工作襯用耐火材料自身的物理化學性質(zhì)及其與鋼液和鋼渣的反應(yīng)是鋼包襯耐火材料研究中最為關(guān)注的方向，同時上述兩個方面對于夾雜物的精確控制和鋼水品質(zhì)的提升也至關(guān)重要，隨著現(xiàn)代工業(yè)對鋼材品質(zhì)要求的逐漸提升，鋼液精煉方式趨向于多樣化．為了滿足不同時期的精煉需求，鋼包工作襯用耐火材料的發(fā)展也經(jīng)歷了幾次重要的變化．下面，將從高鋁磚系、碳復合系、剛玉--尖晶石澆注料系和氧化鈣系4種典型耐火材料的各自特點、發(fā)展軌跡和研 究現(xiàn)狀來進行回顧和總結(jié)．
1 高鋁磚系耐火材料
黏土磚( 主要成分為鋁硅酸鹽)從20世紀60 年代初到70年代末一直是我國鋼包工作襯用耐火材料的主要選擇，但其使用壽命低，消耗量大，同期，國外鋼包已開始使用高鋁磚作為主要襯磚自20世紀70年代末到90年代初，隨著我國煉鋼工藝的改進和冶煉技術(shù)一定程度的發(fā)展，高鋁磚逐漸被鋼廠所采用． 高鋁磚的獲取主要是基于天然的鋁礬土，在當時使用條件不太苛刻的情況下，沒有精煉或者精煉處理時間很短，高鋁磚襯的壽命也只在20～ 30 次左右．為了提高普通高鋁磚工作襯的使用壽命，人們采用提高 Al2O3 含量或者添加鋯英石、紅柱石微粉等方法．其原理在于通過提高高鋁磚的耐火度及荷重軟化溫度，實現(xiàn)材料抗渣性能的提升．用這種高鋁磚作鋼包工作襯用耐火材料，使用壽命相較于普通高鋁磚有所增加． 改進后的高鋁磚與鋼水接觸后盡管會形成以剛玉、莫來石為主要礦物的高熔點反應(yīng)層，但高溫下同樣含有較高的液相量．這些缺點導致高鋁磚在面對熱沖擊作用的服役過程中， 很容易被鋼水和熔渣滲透，形成較厚的滲透層，容易掛渣和剝落，致使內(nèi)襯損壞很不均勻．后續(xù)，研究者又相繼推出了化學結(jié)合高鋁磚、磷酸或者磷酸鹽結(jié)合的高鋁質(zhì)搗打料及高鋁澆注料等來提高材料的抗剝落性能，從而進一步提高了高鋁質(zhì)鋼包內(nèi)襯的使用壽命，但是這些處理方法常會對鋼液質(zhì)量造成不利影響，比如磷酸或者磷酸鹽會向鋼中引入。
隨著精煉溫度的升高和精煉時間的延長，高鋁磚壽命低的問題逐漸變得無法克服．此外，高鋁磚系耐火材料中的SiO2 在服役過程中將不可避免地導致鋼水增Si，其典型反應(yīng)如下:
3( SiO2 ) + 4［Al］→2( Al2O3 ) + 3［Si］
同時，高鋁磚系耐火材料也會與熔渣中的 CaO 發(fā)生相互作用，其反應(yīng)過程可用下列反應(yīng)式表示:
( CaO) + ( SiO2 ) =( CaO·SiO2 )
( CaO) + 2( SiO2 ) + ( Al2O3 ) =( CaO·Al2O3 ·2SiO2 )
2( CaO) + ( SiO2 ) + ( Al2O3 ) =( 2CaO·Al2O3 ·SiO2 )
反應(yīng)產(chǎn)物硅灰石( CaO·SiO2 ) 、鈣長石( CaO· Al2O3 ·2SiO2 ) 和鈣鋁黃長石( 2CaO·Al2O3 ·SiO2 ) 的 熔點分別為 1540、1550 和 1590 ℃，均低于精煉溫度． 因此，這些產(chǎn)物很容易受沖刷的影響而進入鋼液中，成為相應(yīng)的夾雜物．
受制于使用壽命短和污染鋼水的限制，高鋁磚系耐火材料在鋼包工作襯領(lǐng)域逐漸被其他耐火材料取代