·704· 工程科学学报，第41卷，第6期 引入额外杂质元素的添加剂.但是这些添加剂的介 CaO或者Mg0·A山，O3等组分更适宜作为钢包衬耐 入往往会降低材料的强度和抗侵蚀能力，甚至会向 火原料. 钢中引入杂质[C]. 明确适宜的耐火原料组分后，若耐火原料间 上述研究使得氧化钙系耐火材料在抗水化方面 只是简单的机械复合，即使是稳定性良好的高纯 取得了很大的进展，同时也给多种处理方法的综合 铝镁系耐火材料，仍不可避免存在向钢水中引入 运用提供了前期基础.目前，国内己有耐火材料公 一系列夹杂物的可能.至于净化钢水的功能，传统 司实现了氧化钙系耐火材料的批量生产.但是己有 的氧化钙系耐火材料并没有很好地解决Ca0暴露 生产工艺和产品尚存在一定的问题，还需要从业者 而导致的易水化的问题.因此，如何发挥各组分作 和科研工作者更多的努力 用的关键在于材料结构的优化，即耐火材料中的 A山，0，、Mg0、Ca0不是简单的机械组合而是以化合 3 超低氧钢（或洁净钢）用钢包工作衬耐火 物或固溶体的形式在分子、原子尺度上结合.为了 材料的发展 实现上述目的，材料研究者运用现代相关理论和 高铝砖系、碳复合系、高纯铝镁系和氧化钙系耐 技术进行了大量的尝试.例如采用纳米技术引入 火材料尽管满足了使用寿命的要求，但都无法真正 氧化铝和氧化镁微粉以改善材料不同相的界面结 实现对钢水的洁净化和无污染.基于此，钟香崇院 合网：应用数理方程进行最紧密堆积计算和建立 士等国内外知名学者提出未来治金耐火材料应该从 连续尺寸颗粒分形分布模型m等方法来提高材料 单一的优异热机械性能向功能化方向发展6例，即： 的致密度；利用氮化工艺制备MgAl2O4-MgAION (1)耐钢水侵蚀性好；(2)材料具有能吸附、改性以 材料，提升材料的高温机械性能和熔渣渗透，减少 及促进夹杂物去除等净化钢水的功能.基于此，国 对钢水的污染等四.但是这些尝试并未取得实质 内外在钢包工作衬用耐火材料方面主要围绕材料组 性突破 分选择和结构优化展开相应的工作 近来，Chen等3-提出了Ca0·xMg0·(6+x) 从热力学上讲，耐火氧化物与钢水在高温下存 A山，O3的“三元原料”的概念，其组成基于Mg0· 在一个氧势平衡，氧势的大小对钢水洁净度有重要 AL,O,(MA)和CA。两种组元.为了将具有钢水净化 影响，这主要是因为氧势高易造成钢水增O],从而 功能的Ca0引入，他们进一步合成了CaMg2Al60n 形成非金属夹杂物.基于此，陈肇友6网与Bannen- (CM2A）,该材料可以看做是磁铅石基块M(CA。) brg例分别从理论计算和实验上系统研究了不同 和尖晶石基块S(MA)在C轴向按(MS),方式堆积 的耐火材料组成对钢水增O]作用.基于他们的研 的.利用较为疏松CM2A进行抗渣实验，结果如图8 究结论并综合考虑材料的性能和成本，AL,03、MgO、 所示.可以看出材料与熔渣等反应时不释放游离的 渣 侵蚀层原砖层 ,200μm 304mt 50μm 图8CM,A,抗渣侵蚀后的扫描电镜照片阳 Fig.8 SEM images of the crucible after slag resistance testing工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 引入额外杂质元素的添加剂． 但是这些添加剂的介 入往往会降低材料的强度和抗侵蚀能力，甚至会向 钢中引入杂质［C］． 上述研究使得氧化钙系耐火材料在抗水化方面 取得了很大的进展，同时也给多种处理方法的综合 运用提供了前期基础． 目前，国内已有耐火材料公 司实现了氧化钙系耐火材料的批量生产． 但是已有 生产工艺和产品尚存在一定的问题，还需要从业者 和科研工作者更多的努力． 3 超低氧钢( 或洁净钢) 用钢包工作衬耐火 材料的发展 高铝砖系、碳复合系、高纯铝镁系和氧化钙系耐 火材料尽管满足了使用寿命的要求，但都无法真正 实现对钢水的洁净化和无污染． 基于此，钟香崇院 士等国内外知名学者提出未来冶金耐火材料应该从 单一的优异热机械性能向功能化方向发展［67］，即: ( 1) 耐钢水侵蚀性好; ( 2) 材料具有能吸附、改性以 及促进夹杂物去除等净化钢水的功能． 基于此，国 内外在钢包工作衬用耐火材料方面主要围绕材料组 分选择和结构优化展开相应的工作． 图 8 CM2A8抗渣侵蚀后的扫描电镜照片［74］ Fig． 8 SEM images of the crucible after slag resistance testing［74］ 从热力学上讲，耐火氧化物与钢水在高温下存 在一个氧势平衡，氧势的大小对钢水洁净度有重要 影响，这主要是因为氧势高易造成钢水增［O］，从而 形成非金属夹杂物． 基于此，陈肇友［68］与 Bannen￾berg［69］分别从理论计算和实验上系统研究了不同 的耐火材料组成对钢水增［O］作用． 基于他们的研 究结论并综合考虑材料的性能和成本，Al2O3、MgO、 CaO 或者 MgO·Al2O3 等组分更适宜作为钢包衬耐 火原料． 明确适宜的耐火原料组分后，若耐火原料间 只是简单的机械复合，即使是稳定性良好的高纯 铝镁系耐火材料，仍不可避免存在向钢水中引入 一系列夹杂物的可能． 至于净化钢水的功能，传统 的氧化钙系耐火材料并没有很好地解决 CaO 暴露 而导致的易水化的问题． 因此，如何发挥各组分作 用的关键在于材料结构的优化，即耐火材料中的 Al2O3、MgO、CaO 不是简单的机械组合而是以化合 物或固溶体的形式在分子、原子尺度上结合． 为了 实现上述目的，材料研究者运用现代相关理论和 技术进行了大量的尝试． 例如采用纳米技术引入 氧化铝和氧化镁微粉以改善材料不同相的界面结 合［70］; 应用数理方程进行最紧密堆积计算和建立 连续尺寸颗粒分形分布模型［71］等方法来提高材料 的致密 度; 利用氮化工艺制备 MgAl2 O4--MgAlON 材料，提升材料的高温机械性能和熔渣渗透，减少 对钢水的污染等［72］． 但是这些尝试并未取得实质 性突破． 近来，Chen 等［73--74］提出了 CaO·xMgO·( 6 + x) Al2O3 的“三元 原 料”的 概 念，其 组 成 基 于 MgO· Al2O3 ( MA) 和 CA6两种组元． 为了将具有钢水净化 功能的 CaO 引入，他们进一步合成了 CaMg2Al16O27 ( CM2A8 ) ，该材料可以看做是磁铅石基块 M( CA6 ) 和尖晶石基块 S( MA) 在 C 轴向按( MS) n方式堆积 的． 利用较为疏松 CM2A8进行抗渣实验，结果如图8 所示． 可以看出材料与熔渣等反应时不释放游离的 · 407 ·