徐平坤

以前，從煉鋼工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淨化作用，總（zǒng）是認為耐火材（cái）料或多或（huò）少地會對鋼水產生（shēng）汙染。可（kě）是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火（huǒ）材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化（huà）鋼水，並且也（yě）不（bú）汙（wū）染環境，在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝（zhuāng）置中（zhōng）應用日益增加（jiā）。

白（bái）雲石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲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（yòng）鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性（xìng）能，MgO含（hán）量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含（hán）量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能（néng）力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效果越好（hǎo），但抗水化（huà）和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因（yīn）此，應該根據爐外精（jīng）煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）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

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼（gāng）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），需要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外（wài）精煉（liàn）冶煉潔淨（jìng）鋼（gāng）、純淨鋼、特殊鋼等設備的（de）耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試（shì）驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空（kōng）條（tiáo）件下容易揮發，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（huī）發性（xìng）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比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫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（dù）渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料。溫度升（shēng）高不利（lì）於脫P，但（dàn）鋼（gāng）包中采用CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料（liào）同樣也有利脫（tuō）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（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材（cái）料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主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（yào）在1200℃下長期烘烤，充分（fèn）排除其中的水分（fèn），就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的（de）影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水（shuǐ）增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試（shì）驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼水（shuǐ）中S的反應，檢驗鎂（měi）鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼（gāng）包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣一方（fāng）麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯（chèn）的再（zài）氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣（zhā）導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對（duì）鋼中P含量的（de）影響。實驗結果表（biǎo）明：當澆注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大（dà）幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅（fú）度降低。

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

耐（nài）火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中（zhōng）的有（yǒu）機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘（hōng）烤，能有效地降（jiàng）低（dī）鋼水的吸H量。

耐（nài）火（huǒ）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（dàn）化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要，連（lián）鑄的增N點就是（shì）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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣（gài）)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材（cái）料表麵，形成（chéng）保護層（céng），或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝（bāo）落下來上浮至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材（cái）料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉（liàn）用（yòng）鎂（měi）鈣磚的抗（kàng）渣性。試驗結果得（dé）出（chū），CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具（jù）有更好（hǎo）的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具（jù）有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔（róng）渣對基質（zhì）的強溶（róng）蝕並滲透作用。

孝感鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究（jiū）

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，鎂鈣碳磚比鎂碳（tàn）磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱（rè）震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣（zhā）和（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落（luò），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（bǎo）護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率（lǜ）反（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究（jiū）結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸（suān）性熔渣能力（lì）強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔（jié）淨鋼係指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分（fèn）精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼（gāng）水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有（yǒu）白雲石（shí）質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。