從氧氣轉(zhuǎn)爐誕生之日起,，轉(zhuǎn)爐爐襯的耐火材料及其壽命,，就是工程技術(shù)人員研究的重要課題之一,。最初的爐襯壽命只有一百多次,，甚至幾十次，是妨礙氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展的主要障礙,。經(jīng)過幾十年的開發(fā)研究,，現(xiàn)在的爐襯壽命已經(jīng)達(dá)到了成千上萬次，爐襯耐火材料的單位消耗降到了2～0．38kg／t鋼,，應(yīng)該說已經(jīng)達(dá)到了一種技術(shù)水平高,、應(yīng)用效果穩(wěn)定的狀態(tài)。這主要受益于耐火材料新品種的開發(fā),，冶煉技術(shù),、造渣技術(shù)的進步,，煉鋼過程的穩(wěn)定操作，濺渣護爐技術(shù)等,。
第一：爐襯耐火材料損毀機理
爐襯耐火材料的損毀機理與耐火材料的化學(xué)成分,、礦物結(jié)構(gòu)，煉鋼工藝過程等一些十分復(fù)雜的因素有密切關(guān)系,，因此要在理論上完全說清楚幾乎是不可能的,。幾十年來，人們對煉鋼熔體與耐火材料之間的高溫物理化學(xué)反應(yīng)做過大量的研究,，但是現(xiàn)在所能作出的結(jié)論,，也還只是宏觀的或是經(jīng)驗性的。歸納起來爐襯損毀的原因大致分成四類： ①機械沖擊和磨損,； ②耐火材料高溫溶解,； ③高溫溶液滲透； ④高溫下氣相揮發(fā),；
其中以②,，③兩項被認(rèn)為是最基本的損毀原因，所做的研究工作也最多,。 轉(zhuǎn)爐渣的成分主要為CaO,，SiO2，F(xiàn)eO等,，當(dāng)爐渣堿度偏低時,，對以CaO，MgO為主要成分的爐襯耐火材料侵蝕嚴(yán)重,，爐襯壽命降低,；相反，當(dāng)爐渣堿度較高時,，對爐襯的侵蝕則較輕微,，爐襯壽命也相對有所提高。這導(dǎo)致煉鋼工藝中造渣技術(shù)的變革,，采用輕燒白云石造渣,，結(jié)果爐襯壽命有較大幅度的提高。爐渣中含有氟離子,、金屬錳離子等時,，或者熔池溫度升高到l700℃以上，溶液的粘度會急驟下降,，爐襯的損毀速度加快,，壽命大幅度降低。所以轉(zhuǎn)爐鋼水溫度偏高，會使?fàn)t襯壽命相應(yīng)降低,。
溶液滲入耐火材料內(nèi)部的成分包括：渣中的CaO,、SiO2、FeO,；鋼液中的Fe,、Si、Al,、Mn,、C，甚至還包括金屬蒸氣,、CO氣體等,。這些滲入成分沉集在耐火材料的毛細(xì)孔道中，造成耐火材料工作面的物理化學(xué)性能與原耐火材料基體的不連續(xù)性,，在轉(zhuǎn)爐操作的溫度急變下,，出現(xiàn)裂紋、剝落和結(jié)構(gòu)疏松,，嚴(yán)格地說這個損毀過程要比溶解損毀過程嚴(yán)重得多,。
因此，要降低溶液對耐火材料的滲透,，措施有：a.應(yīng)降低爐襯耐火材料的氣孔率和氣孔的孔徑,；b.在耐火材料中加入與溶液不易潤濕的材料，如石墨,、碳素等,；c.嚴(yán)格控制溶液的粘度，即控制冶煉強度,、控制出鋼溫度等,。
由爐襯材料的抗渣侵蝕性試驗，可得出鎂碳磚的渣浸蝕過程為：石墨氧化→方鎂石相被渣中SiO2,、Fe2O3侵蝕→反應(yīng)生成的低熔物被熔失,。
在含碳爐襯的耐火材料中，隨著碳含量的增加抗渣侵蝕性會有提高,，但不是碳含量越高越好,，因為碳含量越高，氧化失碳后爐襯耐火材料的結(jié)構(gòu)越疏松,，使用效果會變差,。
通過從大量的抗渣試驗研究和轉(zhuǎn)爐實際操作可以得出一些爐襯耐火材料抗侵蝕性的認(rèn)識：
(1)鐵水成分對爐襯耐火材料壽命有顯著影響，特別是硅,、磷、硫的含量。
(2)轉(zhuǎn)爐終點溫度過高將導(dǎo)致爐襯壽命降低,，特別是當(dāng)終點溫度在1700℃以上,，每提高10℃，爐襯耐火材料的侵蝕速率都會有顯著增加,。
(3)提高爐渣堿度有利于降低爐渣對堿性耐火材料的侵蝕,。
(4)提高渣中MgO含量，可以降低爐渣對爐襯耐火材料的侵蝕,。
(5)提高渣中FeO含量會導(dǎo)致爐襯耐火材料侵蝕加劇,。
(6)轉(zhuǎn)爐吹煉初期，渣堿度比較低,，對爐襯侵蝕嚴(yán)重,，應(yīng)采用白云石造渣，使渣中MgO含量接近飽和狀態(tài),。
(7)螢石對爐襯也有侵蝕,，因此應(yīng)盡量降低螢石的加入量。
(8)白云石,、鎂白云石耐火材料中,，MgO的抗渣侵蝕性要優(yōu)于CaO，但是有CaO存在可以提高耐火材料的高溫?zé)崴苄院涂乖鼭B透性,。
(9)要求爐襯耐火材料的原料有較高的純度,，如鎂白云石砂要求雜質(zhì)總量SiO2+A12O3+FeO小于3％；其他如電熔鎂砂,、石墨等也有類似要求,。
第二：轉(zhuǎn)爐爐襯結(jié)構(gòu)
轉(zhuǎn)爐耐火材料爐襯結(jié)構(gòu)可以分成爐底、熔池,、爐壁,、爐帽、渣線,、耳軸,、爐口、出鋼口,、底吹供氣磚幾部分,。
1．永久層
永久層是從安全角度考慮設(shè)置的，很少出現(xiàn)損壞現(xiàn)象,，在砌筑新的爐襯時,，這一層是不需要拆除的。永久層厚度一般為230mm左右,，用燒結(jié)鎂磚砌筑,，需要指出的是，砌筑時應(yīng)使用有較好粘接性的鎂質(zhì)火泥；砌筑后永久層有非常好的整體性,，在以后反復(fù)拆除工作層時,，永久層會保持較為完整。
2．綜合砌爐
在拆除使用后的爐襯時發(fā)現(xiàn),，損壞是由個別侵蝕嚴(yán)重的部位不能使用造成的,，而其余相當(dāng)多的部位雖然仍可以使用，可是為了砌筑新的爐襯而不得不廢棄,。這就使人們提出一個綜合砌爐,、均衡爐襯的概念。針對爐襯不同部位的侵蝕狀態(tài)選擇不同質(zhì)量的爐襯磚,。
渣線,、耳軸區(qū)是轉(zhuǎn)爐爐襯中使用條件最苛刻的部位，受到鋼液,、爐渣的沖刷,、侵蝕以及爐內(nèi)氣體的沖刷作用，要求使用抗侵蝕性最好的磚砌筑,。
爐帽區(qū)主要受爐內(nèi)氣體的沖刷作用,，以及吹煉時爐渣的噴濺作用，這部分襯磚的主要問題是剝落和掉磚,。爐帽區(qū)的襯磚大都處于一種懸臂狀態(tài),，加之爐體的經(jīng)常搖動，反復(fù)的加料,、出鋼時的機械碰撞等原因造成了掉磚現(xiàn)象,。解決掉磚的方法有幾種：①將這部分襯磚的外面包裝鐵皮，高溫下鐵皮熔結(jié)在一起,，使?fàn)t帽區(qū)的襯磚整體性更好,；②在鐵皮的外側(cè)焊接絞鏈并將絞鏈同爐殼連接在一起；③在砌筑爐帽區(qū)襯磚時,，背部使用以樹脂為結(jié)合劑的粘接泥料,，使?fàn)t襯有更好的整體性。
爐壁區(qū)的襯磚,，特別是裝料側(cè)的爐襯磚,，受到鋼水、爐渣的沖刷作用,，要求具有較高的高溫強度,。 熔池和爐底的襯磚主要受到鋼液的侵蝕，應(yīng)具有很好的抗侵蝕性,。
爐襯磚的長度為500～800mm,，個別部位的磚長度在lm以上,，這種磚有很大的生產(chǎn)難度，一般要用高噸位真空壓磚機成型,。
轉(zhuǎn)爐爐襯磚都采用干砌法,，不希望砌得過分緊密,，甚至還在磚縫中夾一些紙板,。目前的襯磚大多是鎂碳磚，或者泥砌一些含碳的鎂白云石磚,。這些磚在高溫下均有不同程度的膨脹,，砌筑過分緊密會因為膨脹產(chǎn)生剪切應(yīng)力，容易造成襯磚斷裂,，破壞爐襯的整體性,。
綜合砌爐，應(yīng)根據(jù)不同廠家的具體情況,，選擇3～6個不同檔次的磚種,，分別砌筑在渣線、耳軸,、爐壁,、熔池等部位，以求獲得最好的經(jīng)濟效益,。
3．底吹供氣磚
在轉(zhuǎn)爐爐襯中底吹供氣磚是一個具有特殊地位的磚種,。在頂?shù)讖?fù)合吹煉中,，底吹A(chǔ)r,，CO2，N2 就是通過這塊磚吹入爐內(nèi)的,，嚴(yán)格地講,，底吹供氣磚已經(jīng)脫離了原有耐火磚的概念,，而具有一定的功能特征。因此,，一般定義這類耐火材料為功能性耐火材料,。
最初的底吹供氣磚是單管式或狹縫式的，由于難于滿足頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝的要求,，現(xiàn)在都已棄用,，而改用技術(shù)更先進的直通孔式供氣磚。
直通孔式供氣磚是由不銹鋼管埋設(shè)在鎂碳質(zhì)耐火材料中構(gòu)成的,，不銹鋼管焊接在均壓氣室上,。不銹鋼管內(nèi)經(jīng)1～2mm，外徑2.0～2.5mm,，一支供氣磚需要埋設(shè)幾十根不銹鋼管,。
直通孔式供氣磚生產(chǎn)技術(shù)難度較大,，以高純電熔鎂砂、高純石墨,、酚酣樹脂結(jié)合劑為原料,，添加高效抗氧化劑，用等靜壓機成型,。
通過供氣磚向爐內(nèi)吹入CO2,、N2、Ar,，在鋼水中形成大量氣泡,、攪動鋼水，使供氣磚及其周邊的爐底襯磚受到嚴(yán)重沖刷和侵蝕,。盡管采用的是優(yōu)質(zhì)鎂碳質(zhì)耐火材料,，但還是難以達(dá)到與整個爐襯同步損毀的目的。因此,，如果爐襯壽命在幾千上萬次時,，中途則要更換供氣磚。
技術(shù)水平要求高的供氣磚則裝有預(yù)警裝置,，當(dāng)損耗達(dá)到一定程度后,，會發(fā)出警報，提醒更換供氣磚,。更換供氣磚是連同一小塊爐底襯磚一起更換,。在轉(zhuǎn)爐鋼殼外裝置成一小塊活動爐底，更換時拆下爐底,，將損壞的供氣磚連同周邊的爐襯磚一起取下來,，再將預(yù)先砌好的帶有供氣磚的小爐底裝上去。接縫處壓入鎂碳質(zhì)壓人料,，更換即完成,，更換約需7～8h。一個新的爐襯當(dāng)使用到l000～1200爐時,，則需要更換供氣磚了,，新更換的供氣磚可以使用500～700次：
4．出鋼口
在轉(zhuǎn)爐爐襯中，出鋼口磚是另一個具有特殊意義的磚種,。大型轉(zhuǎn)爐出鋼口由于通鋼量大,，受到鋼液的沖刷，使用條件十分苛刻,，一般壽命都比較短,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與爐襯同步使用，只有100 次左右,。所以要經(jīng)常更換出鋼口磚,，每換一次約需2～4h,。出鋼口磚從樣式上分，可以分成整體式和分段組裝式,；從材質(zhì)上分,，可以分成鎂碳質(zhì)和燒成鎂質(zhì)。目前認(rèn)為鎂碳質(zhì)整體出鋼口使用效果比較好,，壽命長,，更換方便。這種磚是以高純原料等靜壓機成型的,。