徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）但不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日（rì）益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料（liào），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（liào）主要包括白雲石（shí）質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔（róng）的白雲石做原料的定（dìng）型（xíng）或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是（shì）用鎂石與白雲（yún）石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）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（liàng）越高，抗高（gāo）SiO2熔（róng）渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐（lú）外精（jīng）煉等熱工（gōng）設備的不同部（bù）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（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去（qù）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（liào）中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合（hé）用（yòng）於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純（chún）淨（jìng）鋼（gāng）、特殊（shū）鋼等設備（bèi）的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽（shòu）命、降（jiàng）低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進（jìn）行（háng）了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數（shù））就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低。因此（cǐ），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（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐（nài）火材料更合適。

鋼水中的（de）脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含（hán）量低（dī），就要選擇氧勢（shì）盡可能低的（de）耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料（liào）。溫（wēn）度升高不（bú）利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣（zhā）有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐（nài）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（zhā）滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層（céng），從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關於H含量的（de）問題，采用真空精煉，其（qí）H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐火材料的（de）水分及（jí）有機（jī）添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在1200℃下長期烘烤（kǎo），充（chōng）分排除其（qí）中的水（shuǐ）分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂（měi）鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光（guāng）等人認為（wéi）MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分（fèn）壓，在鋼（gāng）水（shuǐ）中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中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S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包（bāo）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）避免強還原條件下鋼包（bāo）渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小幅度降（jiàng）低。

耐火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（zhì）品第二次使用時，鋼水（shuǐ）僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材（cái）料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼（gāng）水的吸（xī）H量。

耐火材（cái）料對（duì）鋼中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統（tǒng）耐火（huǒ）材料N含量很（hěn）低，近年來（lái）氮（dàn）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（de）增N量在鋼包與中（zhōng）間包之（zhī）間，保護套管非（fēi）常（cháng）重要（yào），連鑄的增N點就是長（zhǎng）水口保（bǎo）護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對（duì）管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況（kuàng）下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均（jun1）使鋼水夾雜物數量（liàng）增加。Al2O3、SiO2等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的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中（zhōng）；在鎂鈣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（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白雲（yún）石磚抗（kàng）高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成（chéng）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侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料（liào）作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對（duì）基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

西城（chéng）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（zhǒng）類複雜。除（chú）具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有（yǒu）更好（hǎo）的真（zhēn）空穩定（dìng）性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣（gài）碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實（shí）驗。實驗結果（guǒ）表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高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（qīng），是因為在（zài）磚的界麵上產生了C2S保護層；可是（shì）中（zhōng）期渣和終期渣，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（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲（yún）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（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）鋼中有害成分（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（cùn）很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙（wū）染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。