徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接（jiē）接觸的耐火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論（lùn）研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，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（měi）鈣質耐（nài）火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐（nài）火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材料。近（jìn）年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料消耗，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（hǎo）的（de）結果。

MgO在（zài）真空條（tiáo）件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的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（hé）適（shì）。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶（róng）解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高（gāo）溫下以氣態存（cún）在（zài），在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但（dàn）鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用（yòng）CaO含（hán）量高的（de）鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有（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（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）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（liàn），其H主（zhǔ）要來自熔渣或（huò）精煉（liàn）設備（bèi）內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題（tí）。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）氧（yǎng）含量的影響：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（yǎng）平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效（xiào）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，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明（míng）：在1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率（lǜ）降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫（tuō）S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內（nèi）襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可（kě）以盡可（kě）能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量（liàng）的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影（yǐng）響。實驗結（jié）果表明：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（jìn）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（tàn）含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中（zhōng）的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效（xiào）地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增（zēng）N。更（gèng）大的增N量在（zài）鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的（de）增（zēng）N點就是（shì）長水口（kǒu）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（lín）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（yīng）30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的（de）堿性耐（nài）火材料均使鋼（gāng）水夾（jiá）雜（zá）物（wù）數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝（guō）法研究3種不（bú）鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白（bái）雲（yún）石磚基質（zhì）部分致密程度高（gāo），較不燒白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣（zhā）對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的（de）抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），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（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和（hé）滲透能力，主要是（shì）熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

阜陽鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具（jù）有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時（shí）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（kàng）渣侵蝕和（hé）抗（kàng）剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳（tàn）磚的抗（kàng）侵蝕研究（jiū）：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（guǒ）表明（míng）：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕（shí）損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）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（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中（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（qiě）尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻（yún），使鋼材具有（yǒu）高性（xìng）能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材（cái）料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜（zá）物，而且不汙（wū）染環境。