徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料（liào）對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或（huò）少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材（cái）料的理論研究和（hé）實際（jì）試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精（jīng）煉鋼（gāng）包等爐外精煉（liàn）裝置中應用日益增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質（zhì）耐火材料的特（tè）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。鎂鈣質耐火材料主要包括白（bái）雲石（shí）質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲（yún）石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或（huò）電（diàn）熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定（dìng）形（xíng）耐火材料；鎂白（bái）雲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含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫（tuō）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，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備的不同（tóng）部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼（gāng）中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼（gāng），是爐（lú）外（wài）精煉（liàn）冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年（nián）來，為了淨（jìng）化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）件下容易揮（huī）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質材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫（wēn）真空條件下使用（yòng）比（bǐ）純MgO質耐火（huǒ）材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量（liàng）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（jìn）可能要低。要（yào）使O含（hán）量低，就要選擇氧（yǎng）勢（shì）盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在（zài），在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應（yīng）該選用鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量（liàng）高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材（cái）料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用（yòng）真空（kōng）精煉，其H主要來自（zì）熔渣（zhā）或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高（gāo）問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材（cái）料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有（yǒu）很低（dī）的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田（tián）琳等人（rén）試驗研究（jiū）鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結（jié）果（guǒ）表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，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（huò）得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力（lì），另一方麵可以避免強還（hái）原條（tiáo）件下鋼包渣導致耐火（huǒ）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（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大（dà）幅（fú）度降低，由原始的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影響：實驗表明，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，鋼水僅發生輕微（wēi）增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中使用保護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘（hōng）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，近年來氮化物在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更（gèng）大的增N量在鋼包與中間包之間（jiān），保（bǎo）護套管非常重要，連鑄的增（zēng）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：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔淨（jìng）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（liào）能去除鋼水中的（de）夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有（yǒu）效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸（xī）附（fù）鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝（bāo）落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜態坩（gān）堝法研究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（shí）和滲透能力比較強。燒成（chéng）白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材（cái）料表（biǎo）層致密化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

通化（huà）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（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決（jué）於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）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（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比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，是因為在磚的界麵上（shàng）產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕（shí）損率反而（ér）分別比（bǐ）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磚侵蝕嚴重（chóng）。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石（shí）碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫（tuō）O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料對潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅（jǐn）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（bìng）且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高（gāo）品（pǐn）質（zhì）。在鋼水從冶（yě）煉到精煉的整個過（guò）程中（zhōng），耐火材（cái）料（liào）始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中（zhōng）的非金屬（shǔ）夾雜物，而且不汙染環境。