徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）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用，總是認為耐火材（cái）料或多或少（shǎo）地（dì）會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲（yún）石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環（huán）境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包（bāo）等爐外（wài）精煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質（zhì）耐（nài）火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的（de）能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔（jié）淨鋼、特殊（shū）鋼等對（duì）鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼（gāng），是（shì）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，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多（duō）試驗研究，取得了（le）很好的結（jié）果。

MgO在（zài）真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反（fǎn）應中（zhōng），要使鋼水S含量低（dī），熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要（yào）低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢盡可能低（dī）的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在（zài）高溫下以（yǐ）氣（qì）態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂（měi）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含量高的鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料同樣也有（yǒu）利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透（tòu）性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反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含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自（zì）熔渣或（huò）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（rèn）為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就（jiù）不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質（zhì）耐火材料對鋼水性能的影響

耐火（huǒ）材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

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S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出（chū）現“回（huí）S”現象。為（wéi）了使鋼包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能（néng）降低鋼包內（nèi）襯的（de）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（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加（jiā）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（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水（shuǐ）顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料（liào）對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其（qí）中的有機粘結劑（jì）會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄（zhù）過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保（bǎo）護套（tào）管（guǎn）保護主流時，有機（jī）粘結劑（jì）導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸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（nián）來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）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（zài）反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除（chú）鋼水（shuǐ）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（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。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（zhì）耐火材（cái）料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不（bú）鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵（qīn）蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言（yán），燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這（zhè）是因為渣與（yǔ）鎂鈣材料作用析出C3S，使（shǐ）材（cái）料表層（céng）致密化而有效抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）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（zhì）的強溶蝕並滲透（tòu）作用（yòng）。

怒江鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決（jué）於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落（luò）性（xìng）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（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產（chǎn）生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反（fǎn）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（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章等人研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐（nài）火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不（bú）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（fèn）布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程（chéng）中，耐火（huǒ）材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾（jiá）雜（zá）物，而且不汙染環境。