徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直（zhí）接接觸的（de）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對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論（lùn）研究和實（shí）際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）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（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組（zǔ）成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主（zhǔ）要包括白雲石質耐（nài）火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部（bù）用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料（liào）；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合成的耐（nài）火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化（huà）能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能（néng）力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷（lín）的效（xiào）果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因（yīn）此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化（huà）鋼水（shuǐ）作用（yòng）的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）中（zhōng）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，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼（gāng），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，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗（hào），研究人（rén）員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試（shì）驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發（fā）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（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫（tuō）S反應中，要（yào）使鋼水S含量低（dī），熔（róng）渣（zhā）必須是CaO含量高（gāo）的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，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（měi）鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高（gāo）的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）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（yǔ）MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層（céng），從（cóng）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主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解度很小，被認為是防（fáng）止鋼（gāng）水增氧的（de）有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）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，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的脫S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化（huà）能力，另（lìng）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（dù）消耗（hào）。

耐（nài）火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）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P含量大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用（yòng）含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品第二次使（shǐ）用（yòng）時，鋼（gāng）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（de）水分以（yǐ）及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中（zhōng）間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有（yǒu）效（xiào）地降低鋼（gāng）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（dī），近年來氮化物（wù）在耐火材（cái）料中應用受到關（guān）注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化（huà）的影（yǐng）響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐（nài）火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐火材料（liào）中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成（chéng）保護（hù）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（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力（lì）越（yuè）強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究（jiū）3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的（de）抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲石磚抗（kàng）高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強（qiáng）。燒成白雲石（shí）磚基（jī）質部分致密（mì）程（chéng）度（dù）高，較不燒白雲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（zhǒng）磚的侵（qīn）蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相（xiàng）對而言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料（liào）具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

黃岡鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能同時取（qǔ）決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）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。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）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，是因為（wéi）在（zài）磚的（de）界麵（miàn）上（shàng）產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期（qī）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%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）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（xì）指鋼中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火（huǒ）材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。