徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化（huà）作用，總（zǒng）是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）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，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應用（yòng）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（kuàng）物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質（zhì）耐火材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質（zhì）耐（nài）火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原（yuán）料的定型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用（yòng）性（xìng）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（qiáng），高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）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、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到（dào）爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等設備的（de）耐（nài）火材料。近年（nián）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（shí）質耐火（huǒ）材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對（duì）揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中加（jiā）入（rù）一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真空（kōng）條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的（de）高堿度（dù）渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低（dī）。要使O含（hán）量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能（néng）低的耐火材料（liào），Mg與（yǔ）Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫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（měi）鈣質耐（nài）火（huǒ）材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）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）成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量（liàng）的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精（jīng）煉設（shè）備內（nèi）襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力（lì）學分析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）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（liào）對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）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（zhōng）S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼（gāng）中P含量的影響。實驗結果表（biǎo）明（míng）：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二（èr）次使（shǐ）用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材（cái）料（liào）對（duì）鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸（xī）H。對鋼包（bāo）、中（zhōng）間包烘烤，能（néng）有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的（de）增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水潔（jié）淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物（wù）數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的（de）CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。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（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采（cǎi）用靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）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（qiáng）。燒成白雲（yún）石磚基質部分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高（gāo）堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐（lú）渣（zhā）對三種磚的（de）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（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良（liáng）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（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔（róng）渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是（shì）熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

廊坊鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳（tàn）磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚（zhuān）的性能同時（shí）取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐（lú）的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕（shí）進行實驗（yàn）。實驗（yàn）結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界（jiè）麵上產生（shēng）了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因（yīn）為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉（liàn）鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合（hé）金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料（liào）對鋼（gāng）水或多或少總（zǒng）有（yǒu）些汙染（rǎn），唯有白雲石質即（jí）鎂（měi）鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙染環境。