徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度（dù）研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接（jiē）觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多（duō）或少地（dì）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（yán）究和實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且（qiě）也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆（duàn）燒後（hòu）的理論（lùn）組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲（yún）石質耐火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣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製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越（yuè）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（qīn）蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的（de）不同部（bù）位使（shǐ）用條件（jiàn），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（liào）對淨化鋼（gāng）水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）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（qì）、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功（gōng）能。由於CaO的氧勢很低（dī），鎂鈣（gài）質耐火材料也適合用（yòng）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（de）耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響的（de），含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真（zhēn）空（kōng）條件下使用比純MgO質（zhì）耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，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含量盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中（zhōng）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耐火材料。溫度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采（cǎi）用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣（zhā）有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中（zhōng）SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材（cái）料中（zhōng）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（guān）於（yú）H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣（zhā）或精煉設備內襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中（zhōng）氧含（hán）量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡分（fèn）壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的（de）有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等（děng）人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材料的脫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70.12%；超過45min，脫（tuō）S率（lǜ）降低，出現“回（huí）S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要（yào）的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料（liào）的過度消耗（hào）。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注（zhù）料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明（míng）：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度（dù）降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用（yòng）含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品（pǐn）第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫（qīng）)含（hán）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。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能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（liào）N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用（yòng）受（shòu）到關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保護（hù）套管非常重（chóng）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的影響（xiǎng）：田琳等人（rén）研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管（guǎn）線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明（míng）：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材（cái）料能去除鋼水中（zhōng）的夾雜（zá）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（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化（huà）合物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的（de）抗高堿度渣侵蝕性。堿度較（jiào）低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量（liàng）高的（de）燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的（de）侵蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料（liào）表層致密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（hé）滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

七台河鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

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

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的界（jiè）麵上產生了C2S保護層；可是中期渣（zhā）和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑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）明鎂白雲石碳磚（zhuān）高（gāo）溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼（gāng）的電（diàn）爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺（chǐ）寸很小和形（xíng）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（gāo）性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到（dào）精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。