徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮（lǜ）與鋼（gāng）水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生（shēng）汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試（shì）驗，得出鎂（měi）鈣質材料不（bú）但不（bú）汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加。

白雲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（lǐ）論（lùn）組（zǔ）成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包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（zhì）耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等（děng）熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）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（yào）求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員（yuán）對白（bái）雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可（kě）使MgO相對揮（huī）發性大大（dà）降低。因（yīn）此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是（shì）CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可（kě）能要低。要使（shǐ）O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐（nài）火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣（yàng）也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分（fèn）及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的（de）水分，就（jiù）不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）氧（yǎng）含量的影響（xiǎng）：王龍（lóng）光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具（jù）有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料（liào）的脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避（bì）免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果（guǒ）表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含（hán）C耐火（huǒ）材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及（jí）其（qí）中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯（xiǎn）著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量（liàng）。

耐火（huǒ）材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）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（yú）的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物數（shù）量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反（fǎn）應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵（miàn），形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上（shàng）浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能（néng）力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義（yì）兵等人采（cǎi）用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度（dù）高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明（míng）顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔（róng）渣對基（jī）質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

北屯鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越（yuè）好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中（zhōng）期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行（háng）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磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損（sǔn）率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係（xì）指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）數量少，而且（qiě）尺寸很小和形態得到控製，合金（jīn）元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料（liào）始終與（yǔ）鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼（gāng）中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。