徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對鋼水產（chǎn）生汙染。可（kě）是通過對白雲石質（zhì）（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼（gāng）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（lú）外（wài）精煉裝置中應用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括（kuò）白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型（xíng）或不（bú）定（dìng）形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐（nài）火材料是（shì）用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火材料。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熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差（chà）。因此，應該（gāi）根據爐（lú）外（wài）精煉等熱工設備（bèi）的不同（tóng）部（bù）位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設備（bèi）的耐火材（cái）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（jié）果。

MgO在（zài）真空條件下（xià）容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質（zhì）材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材（cái）料更合適（shì）。

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，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低（dī），就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）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（bú）利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣也有利脫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耐火材料中的CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保（bǎo）護層，從而（ér）抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及（jí）有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量（liàng）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（zhōng）氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的（de）氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶（róng）解度（dù）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（de）反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很（hěn）必要（yào）的，這樣一方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）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過度消耗。

耐火材料（liào）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（liàng）的影響。實驗結果表明：當（dāng）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（hán）量，鋼中P含量僅有（yǒu）小（xiǎo）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C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，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：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在（zài）耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對（duì）管線（xiàn）鋼鋼（gāng）水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂（měi）鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮（fú）至（zhì）保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）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堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂（měi）鈣（gài）磚（zhuān）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渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高（gāo）堿（jiǎn）度渣侵蝕（shí）性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好（hǎo）於（yú）不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力（lì），主要是熔（róng）渣對基質的（de）強溶蝕並滲（shèn）透作（zuò）用。

海口鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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

鎂鈣碳（tàn）磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等（děng）人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明（míng）：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（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣（zhā），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（qí）在高溫中及被渣中（zhōng）∑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（shí）碳磚（zhuān）高溫抗氧化性（xìng）和熱震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於（yú）鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係（xì）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（liàng）少，而且尺寸很小和（hé）形（xíng）態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉（liàn）的整個過程中，耐火（huǒ）材料始終（zhōng）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質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。