徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對（duì）鋼水（shuǐ）產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原（yuán）料（liào），煆燒後的理（lǐ）論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白（bái）雲（yún）石做原料的定型或不定形耐（nài）火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）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（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能（néng）越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧（yǎng）勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣（zhā），並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不（bú）利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的（de）熔渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的（de）鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的（de）水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在（zài）鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍（lóng）光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫（tuō）S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），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效果，使用白（bái）雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這樣（yàng）一方麵可以盡（jìn）可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過（guò）度消耗。

耐（nài）火材料對鋼中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結果（guǒ）表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統（tǒng）耐火材料N含（hán）量很低，近年來氮化物在（zài）耐（nài）火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包（bāo）與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響（xiǎng）：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情況下（xià），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（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝落下（xià）來上浮至（zhì）保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕（shí）性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲（yún）石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度（dù）較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）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熔渣的侵蝕和（hé）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有（yǒu）效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質（zhì）的強（qiáng）溶蝕並滲透作用。

德州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）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磚的侵蝕較輕，是因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磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化性和（hé）熱震（zhèn）穩（wěn）定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元（yuán）素成（chéng）分精（jīng）準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水或多（duō）或少總（zǒng）有（yǒu）些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材（cái）料（liào）能淨化鋼水，除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。