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（huǒ）材料對（duì）鋼水的淨（jìng）化作用，總是（shì）認為耐火（huǒ）材料或多或少地會（huì）對鋼水（shuǐ）產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）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（wū）染（rǎn）鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼（gāng）包（bāo）等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）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雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）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（diàn）熔的白雲（yún）石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白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熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣（zhā）的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和（hé）抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應（yīng）該根據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不（bú）同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質（zhì）耐火材料（liào）對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）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、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（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低（dī）氧鋼，是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對MgO的（de）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質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量（liàng）低，就要選擇（zé）氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小（xiǎo），因此，精煉（liàn）設備應該選用鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料。溫度升（shēng）高不利於脫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（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣（gài）質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好（hǎo），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（huà）合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充（chōng）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（zhì）耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材（cái）料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度（dù）很（hěn）小，被認為是防止（zhǐ）鋼水增（zēng）氧（yǎng）的（de）有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：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的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有（yǒu）效的（de）脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這（zhè）樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以（yǐ）避免強還（hái）原條件下鋼包（bāo）渣導（dǎo）致耐火（huǒ）材料的過（guò）度消耗。

耐火（huǒ）材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：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，鋼中P含（hán）量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步（bù）提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有（yǒu）小幅（fú）度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次（cì）使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料（liào）對鋼中（zhōng）H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的（de）H含量產生顯著影響。連鑄（zhù）過程中（zhōng），鋼（gāng）包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護（hù）主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，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），保護套管非常重要，連鑄的增N點（diǎn）就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除（chú）鋼（gāng）水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的（de）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C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）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含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的（de）能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕（shí）性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態（tài）坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高（gāo）的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比較強。燒（shāo）成白雲石磚基質（zhì）部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂（měi）鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明（míng）顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有（yǒu）效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度（dù）熔渣具有較（jiào）強的侵（qīn）蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用。

萬州鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂（měi）鈣磚種（zhǒng）類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含（hán）量。CaO含量（liàng）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（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高（gāo）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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫（tuō）O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白（bái）雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害（hài）成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不（bú）僅數量少，而（ér）且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分（fèn）精準（zhǔn）並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的（de）整個過程中，耐火材料始終與鋼水（shuǐ）接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少（shǎo）總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的（de）非金屬夾雜物，而且不汙染環境。