徐平坤

以前，從（cóng）煉（liàn）鋼工藝的角度研（yán）究提（tí）高鋼的純淨度（dù），沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨（jìng）化作用，總是認為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料（liào）的（de）理論研（yán）究和實際試驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，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益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論（lùn）組成為（wéi）w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料（liào）主要包（bāo）括白雲石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石（shí）質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白（bái）雲石做原料（liào）的定（dìng）型或不定形耐（nài）火（huǒ）材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣（gài）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（de）變化影響鎂鈣質製品的高（gāo）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SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗（kàng）水化和（hé）抗（kàng）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（shí）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（zhōng）的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材料中的（de）遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐（nài）火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉（liàn）潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了（le）淨化鋼（gāng）水（shuǐ）、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐（nài）火材料進行了許多試驗研究，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（shì）有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾（ěr）分數）就可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）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質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要（yào）使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇（zé）氧勢盡可能低（dī）的耐火材（cái）料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量（liàng）高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性（xìng）好，特別是熔渣（zhā）中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐火材料的（de）水分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水（shuǐ）分（fèn），就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量（liàng）增高問題。

鎂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（wéi）MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，被認為（wéi）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（děng）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（xiào）果。結果表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫（tuō）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（jìn）可能降（jiàng）低鋼包內襯（chèn）的（de）再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原（yuán）條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材料（liào）對（duì）鋼中（zhōng）P含量的（de）影響：匡（kuāng）加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量（liàng）的影響。實（shí）驗結果（guǒ）表（biǎo）明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時，鋼中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含量僅有小幅度（dù）降低（dī）。

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

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套（tào）管保護主流（liú）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（dī）鋼水（shuǐ）的吸（xī）H量。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮（dàn）化物在（zài）耐火材料中應（yīng）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（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜（zá）物的（de）影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管（guǎn）線鋼鋼（gāng）水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反（fǎn）應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾（jiá）雜物，其餘的堿（jiǎn）性耐火材料均使鋼（gāng）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（de）CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸（suān）三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，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；在鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越（yuè）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（xìng）能：梁義兵等人采用靜態坩堝（guō）法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣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，較不燒白雲石磚具有更（gèng）好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低（dī）堿度渣（zhā）侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低（dī）的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能力（lì），這是因為渣（zhā）與鎂鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作（zuò）用。

保山（shān）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（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒（shāo）成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比（bǐ）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的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別（bié）對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行（háng）實驗。實驗結（jié）果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生（shēng）結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保（bǎo）護層；可（kě）是（shì）中期（qī）渣（zhā）和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫中及被渣中（zhōng）∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表（biǎo）明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力（lì）強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨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少，而且尺寸很小（xiǎo）和形態得到（dào）控製，合（hé）金元（yuán）素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）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（gāng）水或多（duō）或少總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料能淨化（huà）鋼水，除去鋼（gāng）中的非金屬夾（jiá）雜物（wù），而且不汙染環境。