徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）研究提高鋼的（de）純（chún）淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少地會（huì）對鋼水產（chǎn）生汙染。可是（shì）通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而（ér）能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白（bái）雲石質耐火材（cái）料是（shì）指全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲（yún）石做原料的定型或（huò）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（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製（zhì）品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能力越強（qiáng）；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和（hé）脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同部位使用條件（jiàn），合（hé）理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴（yán）格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離CaO，易與鋼水中的（de）S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具（jù）有除去雜質、淨化鋼水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設（shè）備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗（hào），研究（jiū）人員對白雲石質耐（nài）火材料進行（háng）了許多試（shì）驗（yàn）研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發，而CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相（xiàng）對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材（cái）料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧勢（shì）也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高（gāo）不（bú）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（yīn）此，用CaO含（hán）量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製（zhì）熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要（yào）在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為（wéi）MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性（xìng）高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶（róng）解度很小，被認為是防（fáng）止鋼水增（zēng）氧的有效材（cái）料（liào）。

耐（nài）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，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方（fāng）麵可以盡（jìn）可能降低鋼（gāng）包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原（yuán）始（shǐ）的（de）0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明（míng），使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第（dì）二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保（bǎo）護套管（guǎn）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。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐（nài）火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）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（yào），連鑄的增N點就是長水口保護，此處（chù）增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等（děng）人（rén）研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實（shí）驗表（biǎo）明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料能去（qù）除鋼水中的夾雜物，其餘的（de）堿性耐火材料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除（chú）鋼（gāng）中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣質耐火材料表麵，形成保（bǎo）護層，或者從鎂鈣質耐火材（cái）料表（biǎo）麵上（shàng）剝落下（xià）來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚（zhuān）的（de）抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的（de）AOD渣侵（qīn）蝕和（hé）滲透（tòu）能力比較強。燒成白雲石磚（zhuān）基質部分（fèn）致密（mì）程度高，較（jiào）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VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高（gāo）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（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低（dī）的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的（de）抵（dǐ）抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），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效抑製熔渣（zhā）的滲透。低（dī）堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲（shèn）透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

蕪湖鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的（de）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，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好（hǎo）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（de）含量。CaO含（hán）量越（yuè）高，抗剝（bāo）落性（xìng）能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐（lú）的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損（sǔn）率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損（sǔn）最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵（qīn）蝕（shí）較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）率反而分別比MgO—C磚高（gāo）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。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）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（yú）鋼水的脫（tuō）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（duì）潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常（cháng）少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或（huò）少總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不（bú）汙染環境。