徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）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（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會（huì）對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對（duì）白雲石（shí）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不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精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）是天然礦（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐（nài）火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型（xíng）或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石（shí）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含量的變化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外（wài）精（jīng）煉（liàn）等（děng）熱工設備的不同（tóng）部（bù）位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣（qì）、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的（de）功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合（hé）用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材（cái）料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適（shì）。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量（liàng）低（dī），熔（róng）渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火（huǒ）材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存（cún）在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中（zhōng）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樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣（zhā）滲透性好，特別是（shì）熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）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。

關於H含量的（de）問題，采用（yòng）真空（kōng）精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在（zài）1200℃下（xià）長期烘烤，充分排（pái）除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐（nài）火材料對（duì）鋼水性能的（de）影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂（měi）鈣磚（zhuān）與鋼水中S的（de）反應，檢驗（yàn）鎂（měi）鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象（xiàng）。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵可以盡（jìn）可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗（hào）。

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

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含（hán）量產生顯著影響。連（lián）鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸（xī）H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的（de）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點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了（le）鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響（xiǎng），實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘（yú）的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與（yǔ）鎂鈣耐火材料（liào）中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化（huà）合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二（èr）鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基質（zhì）部分致密程（chéng）度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）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含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透（tòu）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效抑（yì）製（zhì）熔渣的（de）滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

九龍坡鎂磚之鎂鈣碳（tàn）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（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳（tàn）磚具有（yǒu）更好的真（zhēn）空穩定（dìng）性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能（néng）越（yuè）好，淨化鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期（qī）渣（zhā）和終期渣分別對鎂鈣碳（tàn）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MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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（róng）解，所以（yǐ）比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果（guǒ）表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫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）料對潔淨鋼的（de）影（yǐng）響

潔淨鋼係指鋼中（zhōng）有害成分（fèn）（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（dào）控（kòng）製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多（duō）或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非（fēi）金屬（shǔ）夾雜物，而（ér）且不汙染環境。