徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提（tí）高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗（yàn），得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，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（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的（de）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（nài）火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火（huǒ）材料、鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全（quán）部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使（shǐ）用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）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（wēn）蠕（rú）變越大，抗剝落性（xìng）能和脫（tuō）硫、脫（tuō）磷的效果越（yuè）好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料（liào）對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）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（yòng）於冶（yě）煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行（háng）了許多試驗研究，取得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而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質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿（jiǎn）度高（gāo）的（de）熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性（xìng）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（huà）合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲（shèn）透。

關於H含量的（de）問題，采（cǎi）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（fèn）及有機添加物。熱力學分析認（rèn）為（wéi）：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響（xiǎng）

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等（děng）人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩（wěn）定性高，具有很低（dī）的（de）氧平衡分壓（yā），在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認（rèn）為是（shì）防止鋼（gāng）水增氧的有效材（cái）料。

耐（nài）火（huǒ）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（yīng），檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），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（le）使鋼包獲得有（yǒu）效的（de）脫S效果，使用白（bái）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（bāo）內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的（de）過度消耗。

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。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐（nài）火材料對（duì）鋼水碳（tàn）含量的（de）影響：實（shí）驗表明（míng），使（shǐ）用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增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）其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套（tào）管保護主流（liú）時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量（liàng）很低（dī），近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解（jiě）對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護（hù），此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）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（qí）餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反（fǎn）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。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表（biǎo）麵（miàn）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強。

鎂鈣質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉（liàn）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（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強（qiáng）。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕（shí）和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕（shí）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（xiào）抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度熔（róng）渣具有較強的（de）侵蝕和（hé）滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

哈爾濱（bīn）鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好（hǎo）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（luò）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。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究（jiū）：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕（shí）損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚（zhuān）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（zhuān）的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為（wéi）其在高溫中及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章（zhāng）等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震（zhèn）穩定（dìng）性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，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（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品（pǐn）質。在（zài）鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，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（gài）質耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。