徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼（gāng）水直（zhí）接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地（dì）會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣（gài）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（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石（shí）與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成為（wéi）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、鎂白（bái）雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石（shí）做原料的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量（liàng）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，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部（bù）位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含（hán）量要求嚴（yán）格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功（gōng）能。由（yóu）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（lú）外精煉（liàn）冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低（dī）耐火材料（liào）消耗，研（yán）究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗（yàn）研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的（de）揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使（shǐ）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（hán）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（de）O含量盡（jìn）可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）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（yǒu）利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物（wù）C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問（wèn）題（tí），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（fèn）及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍光（guāng）等人認為（wéi）MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有（yǒu）很低的氧（yǎng）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料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗（yàn）研（yán）究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時（shí），脫（tuō）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（huò）得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一（yī）方麵（miàn）可以盡可（kě）能降低鋼包內（nèi）襯的再（zài）氧化能力，另（lìng）一方（fāng）麵可（kě）以（yǐ）避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）響。實驗結果表明：當澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含（hán）量（liàng）大幅度降低，由原（yuán）始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含（hán）C耐火材料，鋼水顯著（zhe）增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

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

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐（nài）火材料均使鋼水（shuǐ）夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，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(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層（céng）中（zhōng）；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）中的活（huó）性CaO含量（liàng）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：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用（yòng）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（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具（jù）有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣（gài）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）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材（cái）料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並（bìng）滲透作用。

南平（píng）鎂磚之鎂鈣碳磚的性（xìng）能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚（zhuān）的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真空穩定性、抗熱震（zhèn）性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同（tóng）時取（qǔ）決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；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（qīn）蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、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（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的（de）界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）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（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果（guǒ）表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和熱震（zhèn）穩定性好，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（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製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能（néng）淨化鋼水，除（chú）去鋼（gāng）中的非金（jīn）屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。