什么样的耐火材料可以用在炉外精炼用AOD炉？
AOD氩氧脱碳炉简介
AOD(ArgonOxygenDecarburization)炉是一种利用喷吹氩气和氧气混合气体精炼不锈钢的炉外精炼技术。该设备于1968年由美国的联合碳化物公司和Josly公司合作首先研制成功。下图为AOD炉设备示意图。该工艺是把电炉粗炼好的钢水倒入AOD中，用一定比例的氩氧混合气体从炉体下部侧壁吹入炉内，在O2-Ar气泡表面进行脱碳。由于氩气对生成的CO的稀释作用，降低了O2-Ar气泡内的CO分压，因此可以促进脱碳和防止铬的氧化，同时随着炉底吹入的氩氧混合气体的比例不断升高，从而实现了在假真空条件下精炼不锈钢。
AOD法冶炼不锈钢时具有如下优点：相比VOD法冶炼不锈钢，AOD法设备投资少，维护容易，操作简单;工艺容易掌握，可以利用废钢、高碳铬铁等廉价原料顺利冶炼超低碳不锈钢。可冶炼超低硫不镑钢，钢的质量可与经真空处理的钢水相媲美。可提高铬的总回收率，铬的收得率可以达到98%，并可以用氮气合金化，生产成本低。
该设备诞生之后世界各国争相引进，目前世界不锈钢总产量约80%由AOD炉生产。A0D设备主要由炉体、托圈、倾动机构、气体混合调制与吹气系统、测温取样系统组成。炉体包括炉身和炉帽。炉身下部侧墙与炉体的中心线成20°左右的倾角，有助于吹入的气体沿侧墙上升到炉口，减少气体对风枪上部区域的严重侵蚀。炉帽的形状有颚式、非对称式和对称式3种，但是目前以对称式使用较为普遍。这样不但改善了操作人员对炉内的观察，同时也简化了炉顶的砌筑过程，将以往的浇注料砌筑改为砖砌。
AOD炉一项重要的技术进步就是移植了转炉顶吹氧的经验，开发了顶底复合吹炼法。在AOD炉冶炼脱碳初期采用顶底复吹法，可以加速钢水脱碳升温，缩短冶炼时间。
AOD炉对耐火材料的作用
AOD炉对耐火材料的作用与AOD炉的冶炼过程密切相关。AOD炉的冶炼过程大致可以分为脱碳期和还原期两个阶段。当电炉的钢水用钢包倒入AOD炉后首先进行脱碳。在脱碳期第一阶段，氩气和氧气以1:3的比例吹入钢中，将钢水中的碳氧化到0.25%左右;然后进人第二阶段，氩气和氧气以1:2~1:1的比例吹入钢中，将钢水中的碳氧化到0.1%左右;第三阶段，氩气和氧气以3:1的比例吹人钢中，将钢水中的碳氧化到0.03%左右;最后使用纯氩气吹炼几分钟，用溶解在钢水中的氧继续脱碳，同时可以减少还原期Fe-Si的用量。在脱碳后期炉温可达到1700℃以上，为了控制出钢温度和降低钢水与炉渣对炉衬材料的侵蚀，在脱碳后期，常加入一定量的洁净的本钢种废钢冷却钢水。随后加人还原合金和石灰造渣材料，吹纯氩气3~5min，调整成分、温度合适即出钢。
结合上述AOD炉的冶炼特点，总结AOD炉冶炼对耐火材料的作用有如下几个方面:在还原期，为了将钢中的C降到很低(<0.01%)，精炼温度需达到1710~1720℃，因此对耐火材料的侵蚀明显加剧。开始吹炼时，钢中的硅氧化为二氧化硅，炉渣由酸性变为碱性(碱度约为0.5),而在脱硫期，需要造高碱度还原性炉渣(碱度大于3.0)。所以在精炼过程中，耐火材料受到碱度变化范围很大的酸碱性炉渣的侵蚀;大量的氩气和氧气通过喷嘴喷人炉内，钢液和炉渣的搅拌剧烈，同时对炉内的耐火材料侵蚀加剧，特别是风嘴和喷嘴区的耐火材料侵蚀尤为严重。AOD炉为间歇操作，炉衬温度波动大，炉衬耐火材料受到热震剥落的影响。
AOD炉采用的耐火材料
AOD炉所用的耐火材料主要有两种类型，
一种为镁铬质耐火材料，另一种为白云石质耐火材料，目前已有向白云石质耐火材料发展的趋势。出钢口多采用白云石砖或镁铝炭砖;炉身和炉底采用烧成白云石砖或树脂结合白云石砖;上部采用烧成白云石砖或树脂结合白云石砖;渣线以烧成镁质白云石砖为主;风口采用含锆烧成镁质白云石砖;散装料以白云石质捣打料或水泥结合镁质捣打料为主。下图为美国某企业AOD炉用耐火材料示意图。下表为某企业生产的VOD和AOD炉用镁白云石砖的典型理化性能。
AOD炉用耐火材料的侵蚀
AOD炉耐火材料的侵蚀损毁与造渣制度和精炼过程密切相关。脱碳渣的侵蚀：由于脱碳初期，钢液中的Si被氧化成Si02并成为渣中的成分，炉渣的碱度较低，炉渣的黏度低，炉渣中MgO的不饱和程度大，炉渣会熔解炉衬材料中的MgO,造成耐火材料中MgO的蚀损，造成冶炼初期，炉渣对炉衬材料的侵蚀。在脱碳末期，由于造渣材料CaO的加入，炉渣的碱度升高，黏度增大，MgO的溶解度降低，此阶段对耐火材料的侵蚀影响不大。还原期的侵蚀，由于造渣材料的加入，炉渣的碱度高，同时为了还原回收渣中及砖中的铬，需要加入硅铁合金，将发生如下反应：
3Si+2Cr2O3===3SiO2+4Cr
使得渣中和炉衬材料中的Cr2O3均被还原，从而使耐火材料的结合基质遭受破坏，邻近的MgO颗粒也会在熔渣和钢水的冲刷下进入钢水中，造成材料的侵蚀。
在整个炉役中还会发生下面的侵蚀：炉渣侵蚀基质，导致耐火材料骨料间的结合作用丧失，在钢水流动冲刷的作用下，耐火材料被冲刷磨损。由于材料中气孔的存在，使得炉渣沿气孔侵入砖的深处，与砖的基质发生反应，形成很厚的变质层，在受温度剧变时，很容易产生剥落损毁。在风口区由于耐火材料受到气流和钢液的强烈冲刷，此处的耐火材料不断地受到钢水的熔蚀，极易损毁。
为了提高炉衬的使用寿命，通常可以从炉衬材料和冶炼工艺上改进。在炉衬材料上主要采取了两个应对措施：一是针对风口区和渣线区侵蚀速度快的区域加大工作衬的厚度,这一措施已经得到了广泛使用，对提高炉衬整体寿命发挥了重要作用;二是采用优质的耐火材料。在冶炼工艺上可以通过在冶炼中前期，加入一定量的CaO和MgO调整炉渣的成分，防止炉渣碱度产生大幅度的波动;为了降低出钢温度，加入一定量的冶炼钢种冷却钢水，降低炉温;同时也可以通过强化冶炼操作，缩短时间及在冶炼后进行喷补炉衬达到提高炉衬使用寿命的目的。