徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少（shǎo）地會對（duì）鋼水（shuǐ）產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日（rì）益增加。

白（bái）雲（yún）石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲石做原料的定（dìng）型或（huò）不定形耐（nài）火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用性能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫（wēn）蠕（rú）變越（yuè）大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因（yīn）此（cǐ），應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試（shì）驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高（gāo）堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲（shèn）透（tòu）性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會（huì）與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關（guān）於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增（zēng）高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼（gāng）水性（xìng）能的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效（xiào）的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免（miǎn）強還原（yuán）條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗（yàn）表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一（yī）製品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的（de）H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包係統中（zhōng）使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的（de）影響：傳統耐火材料N含（hán）量很低，近（jìn）年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾（jiá）雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的（de）AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂（měi）鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的（de）抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為（wéi）渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

北辰鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量（liàng）越高，抗（kàng）渣侵蝕和（hé）抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕較輕，是因為（wéi）在磚（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣（zhā）中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明（míng）鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗（kàng）氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材（cái）具（jù）有高性（xìng）能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料（liào）始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼（gāng）中的非金（jīn）屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。