徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會（huì）對（duì）鋼水產生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料（liào）的理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日（rì）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（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石（shí）質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲（yún）石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白（bái）雲（yún）石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質（zhì）製（zhì）品的（de）高溫使用性（xìng）能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和（hé）脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）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（jīng）煉等熱工設備的（de）不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨（jìng）鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格（gé），需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材（cái）料消耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材（cái）料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）條件下容易揮發，而（ér）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相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料（liào）更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可（kě）能低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，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（gāi）選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含（hán）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（cái）料（liào）同樣也（yě）有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）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，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣或精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學（xué）穩定性高（gāo），具（jù）有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，被認為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材（cái）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，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使（shǐ）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（fāng）麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原（yuán）始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提（tí）高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有（yǒu）小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的（de）水（shuǐ）分以及其中的有（yǒu）機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中（zhōng），鋼包和中間包係統中（zhōng）使用保護套管保護主流時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火（huǒ）材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用（yòng）受（shòu）到關注，如Sialon分（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對（duì）鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表明：在（zài）反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼（gāng）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（liáng）義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂（měi）鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量（liàng）高的白雲石磚抗高（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致密程度高，較（jiào）不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較（jiào）低的VOD爐渣對三種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（dī）堿度渣侵蝕性明顯好於（yú）不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材（cái）料具有良好（hǎo）的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強（qiáng）的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

齊齊哈爾鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）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（de）真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）的性能同時取（qǔ）決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性（xìng）能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕和（hé）抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的（de）初期渣、中（zhōng）期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕（shí）損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因（yīn）為（wéi）在磚的界麵上產生了（le）C2S保（bǎo）護層；可是中期渣（zhā）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（wéi）其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研究結果表（biǎo）明鎂白雲（yún）石碳（tàn）磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定（dìng）性（xìng）好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中（zhōng）的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合（hé）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（zài）鋼水從冶煉（liàn）到精煉（liàn）的整個過程中，耐火（huǒ）材（cái）料（liào）始（shǐ）終與鋼（gāng）水接（jiē）觸，一般耐火材（cái）料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除去（qù）鋼（gāng）中的非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。