徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但（dàn）不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征（zhēng）

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的（de）理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂（měi）白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐（nài）火材料（liào）；鎂白雲石和鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石（shí）與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使（shǐ）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（yuè）強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不（bú）同部位使用條（tiáo）件，合理選（xuǎn）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（de）影響

潔（jié）淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的含量要求嚴格（gé），需要（yào）爐（lú）外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中（zhōng）的（de）S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近（jìn）年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐（nài）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在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性大大降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製（zhì）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（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低（dī），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，就要選擇氧勢盡可能低（dī）的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解（jiě）度很小，而CaO的（de）氧勢也（yě）很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿（jiǎn）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樣也有利脫（tuō）P。

鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料（liào）的熱震穩定（dìng）性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化（huà）合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣（zhā）或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及（jí）有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充（chōng）分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為（wéi）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，在鋼水中（zhōng）的溶解度（dù）很小，被認為是防（fáng）止鋼（gāng）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（yàn）研究鎂（měi）鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐（nài）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（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣（yàng）一方（fāng）麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化能力，另一方麵（miàn）可（kě）以避免強（qiáng）還原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過（guò）度消（xiāo）耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中（zhōng）P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中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（zhōng）P含量僅有小幅（fú）度降低。

耐火（huǒ）材料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（zhe）增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生（shēng）顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主（zhǔ）流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應用受到（dào）關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重（chóng）要，連（lián）鑄的增N點就是長水口保護，此處增（zēng）N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反（fǎn）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（yú）的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複（fù）合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可（kě）有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或者（zhě）從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落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（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究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（jiào）不燒白雲石磚具有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（shèn）透比高堿度渣嚴（yán）重得多。相對而（ér）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（de）燒成鎂（měi）鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好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，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔（róng）渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

淮南鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具（jù）有更（gèng）好的真（zhēn）空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能（néng）同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越（yuè）好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中（zhōng）期渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚（zhuān）的侵蝕（shí）進行實驗。實驗（yàn）結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因（yīn）為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴（yán）重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有（yǒu）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（shǎo），而（ér）且尺寸（cùn）很小（xiǎo）和形（xíng）態得到控製，合（hé）金元素成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性（xìng）能、高品質。在（zài）鋼水從（cóng）冶煉到精煉（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（yǒu）些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。