徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的（de）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作（zuò）用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會（huì）對鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出（chū）鎂（měi）鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化（huà）鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精（jīng）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。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包（bāo）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（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔的白雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材料；鎂白雲石（shí）和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高（gāo），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，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落（luò）性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）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（huà）學成（chéng）分和均勻化等（děng）。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水中的（de）S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）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鋼，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（lái），為了淨化鋼水（shuǐ）、延長（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研（yán）究（jiū），取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）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相對揮發性大大降低。因此，MgO質材（cái）料（liào）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比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就（jiù）要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態（tài）存在（zài），在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很（hěn）小，因此，精（jīng）煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即（jí）堿度高的（de）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P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的（de）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（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層，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主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分（fèn），就不存在鋼水中氫（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（cái）料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高（gāo），具有很低的氧平衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐（nài）火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯（chèn）的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的（de）影（yǐng）響（xiǎng）：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明（míng）：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低（dī），由原始的（de）0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度（dù）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，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生（shēng）輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統（tǒng）中使用保護套（tào）管保護主流時，有機粘（zhān）結劑（jì）導致（zhì）吸H。對鋼包、中間包烘（hōng）烤，能有效地降低鋼（gāng）水（shuǐ）的吸H量。

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

耐火材料對鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳（lín）等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）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（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵上剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣（gài）質耐火材料的（de）抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）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（zhuān）基質部分致密程度高，較不（bú）燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂（měi）鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這（zhè）是（shì）因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透（tòu）。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用（yòng）。

龍岩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（jiào）燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、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（bāo）落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等（děng）人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別對鎂（měi）鈣碳（tàn）磚及鎂碳（tàn）磚的侵（qīn）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（yīn）為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）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（qīn）蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明（míng）鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩定性好，抗（kàng）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（děng），適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合金元素成分精準（zhǔn）並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼（gāng）水（shuǐ），除去鋼（gāng）中（zhōng）的非（fēi）金屬夾雜（zá）物，而且不汙染環（huán）境。