徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝（yì）的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼（gāng）水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或多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（cái）料的理論研究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不（bú）汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益（yì）增加（jiā）。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成（chéng）為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料主要（yào）包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定型或不定形耐（nài）火材料；鎂白雲（yún）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（hán）量的（de）變化影響鎂鈣（gài）質（zhì）製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷（lín）的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越（yuè）差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化（huà）等。鎂（měi）鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜質反（fǎn）應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼（gāng）、純（chún）淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性（xìng）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，在高溫真空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量盡可（kě）能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇氧勢（shì）盡可能低（dī）的耐（nài）火（huǒ）材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶（róng）解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即（jí）堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫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（róng）渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的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（shèn）透。

關於H含量的問題（tí），采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在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（tí）。

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：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的CaO熱（rè）力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼（gāng）水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐（nài）火材料對鋼（gāng）中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐（nài）火材（cái）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（guò）45min，脫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，這樣一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另（lìng）一方麵可以避（bì）免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料（liào）對鋼中P含量的（de）影響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量（liàng）大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提（tí）高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材（cái）料（liào）中的（de）水分以及其中的有機粘結劑（jì）會對鋼水（shuǐ）中的H含（hán）量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統（tǒng）耐火材料N含量很低，近年來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（zēng）N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，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：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁（lǚ）、鎂鉻耐火（huǒ）材（cái）料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）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（zuǒ）右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性（xìng）CaO含量越高（gāo），吸附（fù）鋼水中（zhōng）夾（jiá）雜物（wù）的能力（lì）越（yuè）強。

鎂鈣質耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高（gāo），較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）透比高堿（jiǎn）度渣嚴（yán）重得（dé）多。相對（duì）而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成（chéng）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿（jiǎn）度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的（de）侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶（róng）蝕（shí）並滲透作用。

鞍山鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成（chéng）鎂鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳（tàn）磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於（yú）CaO及（jí）C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨（jìng）化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂（měi）鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表（biǎo）明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因（yīn）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（yīn）為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期（qī）渣和終期渣（zhā），MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫（sūn）惠章（zhāng）等人（rén）研究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗（kàng）酸性熔渣能力強（qiáng）；而（ér）且磚中的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。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨（jìng）鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與（yǔ）鋼（gāng）水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐（nài）火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。