徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究（jiū）提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水（shuǐ）產生汙染。可是（shì）通過對（duì）白（bái）雲石（shí）質（鎂鈣（gài）質）耐火材料（liào）的（de）理論研究和實（shí）際（jì）試驗，得（dé）出鎂鈣（gài）質材料不但不（bú）汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用（yòng）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂（měi）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（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高，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（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因（yīn）此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不（bú）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（bái）雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）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（liàng）要求嚴格（gé），需要（yào）爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成（chéng）分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與（yǔ）鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，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、降低耐火材料消耗，研究（jiū）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（zài）真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對MgO的揮發（fā）性（xìng）是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發（fā）性大大降低。因此，MgO質（zhì）材（cái）料中加入一定量的CaO製成（chéng）MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用比純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（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以（yǐ）氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該（gāi）選（xuǎn）用鎂鈣質（zhì）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（jiǎn）度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料同樣也（yě）有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特（tè）別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從（cóng）而抑製（zhì）熔渣（zhā）的滲（shèn）透。

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

鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料對鋼水性能（néng）的影（yǐng）響

耐（nài）火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）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（fèn）壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧（yǎng）的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是（shì）很（hěn）必要（yào）的，這樣一方麵（miàn）可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣（zhā）導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結（jié）果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時（shí），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（hán）量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含量的（de）影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第（dì）二次使（shǐ）用時（shí），鋼水僅發生輕（qīng）微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水（shuǐ）分以及其中的（de）有機粘結劑會對（duì）鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護（hù）套管保護主流時（shí），有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降（jiàng）低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物（wù）在（zài）耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料（liào）對（duì）管線（xiàn）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（xìng）耐火材料（liào）均（jun1）使鋼水夾雜物數（shù）量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料（liào）中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐（nài）火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）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（liàng）越高，吸附鋼水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）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（yě）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堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具（jù）有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有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。

豐台鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

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

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期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：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（de）界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），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（wéi）其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗（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（shuǐ）的脫O、脫（tuō）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（jìng）鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接（jiē）觸，一般耐火材料對鋼（gāng）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水，除去鋼中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。