徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）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材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白（bái）雲（yún）石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材（cái）料（liào）不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

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

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或（huò）電（diàn）熔（róng）的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影（yǐng）響鎂鈣（gài）質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗（kàng）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，抗剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化（huà）和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條件，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）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均（jun1）勻（yún）化等。鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。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（yán）究人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發（fā），而（ér）CaO對MgO的揮（huī）發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮（huī）發（fā）性（xìng）大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼（gāng）水中的脫S反（fǎn）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（gāng）水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）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反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采（cǎi）用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水（shuǐ）分及（jí）有機添加物。熱（rè）力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分壓，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：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲（huò）得有（yǒu）效（xiào）的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯（chèn）是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡（jìn）可能降低（dī）鋼（gāng）包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避（bì）免強（qiáng）還（hái）原條件（jiàn）下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含（hán）量的影響：匡加（jiā）才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分（fèn）以及（jí）其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中（zhōng），鋼包（bāo）和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材（cái）料中應用受到關注，如（rú）Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之（zhī）間，保（bǎo）護套管非（fēi）常重要，連鑄（zhù）的增N點（diǎn）就是（shì）長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼（gāng）水中夾雜（zá）物的影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料（liào）對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或（huò）者從（cóng）鎂鈣質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣層中；在鎂鈣質（zhì）耐火材料中的（de）活性CaO含量越高（gāo），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（jìng）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含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部分（fèn）致密程度（dù）高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的（de）燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力（lì）好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密（mì）化而（ér）有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有（yǒu）較強的侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力（lì），主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

鶴崗鎂磚（zhuān）之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的（de）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（liàng）越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化（huà）鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗（kàng）剝落性（xìng）能越強。

鎂（měi）鈣（gài）碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）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（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶（yě）煉到精（jīng）煉（liàn）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（xiē）汙染，唯有白（bái）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。