徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益（yì）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料（liào）、鎂白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石做原（yuán）料的定（dìng）型（xíng）或不定（dìng）形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）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（zhì）品的高溫（wēn）使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）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（chà）。因（yīn）此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調（diào）整化學成分和（hé）均（jun1）勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有（yǒu）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（zhōng）加入一（yī）定量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高（gāo）溫真（zhēn）空條件（jiàn）下（xià）使（shǐ）用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含（hán）量盡可能要低。要使O含（hán）量低，就（jiù）要（yào）選擇氧勢盡可能（néng）低的耐（nài）火材料，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（de）氧勢也很（hěn）小，因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有（yǒu）利脫P，因此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣（yàng）也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析（xī）認為（wéi）：要在1200℃下長（zhǎng）期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水性能的（de）影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，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（xiǎng）：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水（shuǐ）中S的反應（yīng），檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超（chāo）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（yòng）白雲石（shí）質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）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。實驗（yàn）結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結（jié）劑（jì）會對鋼水中的H含（hán）量產生顯（xiǎn）著影響。連（lián）鑄過程中（zhōng），鋼包和（hé）中間包係統中使用保護套（tào）管保護主流時（shí），有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

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（wù）在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成（chéng）增N。更大（dà）的增N量在鋼包與中間包（bāo）之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的（de）影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂（měi）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（kuàng）下，隻有鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣（gài）耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵（miàn），形（xíng）成保（bǎo）護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度（dù）渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化（huà）而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

東城鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的（de）性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）震性。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（bāo）落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵（qīn）蝕（shí）和（hé）抗（kàng）剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐（lú）的初期渣、中期渣（zhā）和終（zhōng）期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明（míng）：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高（gāo）溫（wēn）中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴（yán）重。

孫惠（huì）章等（děng）人研究結果表（biǎo）明鎂白（bái）雲石碳（tàn）磚高溫抗（kàng）氧化性和（hé）熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的（de）CaO有利（lì）於鋼（gāng）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（duì）潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼（gāng）中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙（wū）染環境。