徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理（lǐ）論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝（zhuāng）置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料（liào）的特征

白雲石（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。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）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）是指全部用煆燒或（huò）電熔的白雲石（shí）做原料的定（dìng）型或不定形（xíng）耐火（huǒ）材料；鎂（měi）白雲石（shí）和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化（huà）能力（lì）越（yuè）強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但（dàn）抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件（jiàn），合（hé）理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲（yún）石質耐火材（cái）料（liào）對淨化鋼水作用的影響（xiǎng）

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐（lú）外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜（zá）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（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢（shì）很低（dī），鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料也適合（hé）用（yòng）於冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火（huǒ）材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人員對（duì）白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試（shì）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（de）揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數（shù））就（jiù）可使MgO相對揮發性大（dà）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（cái）料，在高溫真空條件下使（shǐ）用（yòng）比（bǐ）純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解（jiě）的O含量盡（jìn）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（qì）態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用（yòng）鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特別是熔渣中SiO2滲入會與（yǔ）MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合（hé）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（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充分排除（chú）其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題（tí）。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料（liào）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（fǎn）應，檢驗鎂（měi）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（dá）70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了（le）使鋼包獲得（dé）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（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化（huà）能力，另一方麵可（kě）以避免強還原條件下鋼（gāng）包渣（zhā）導致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（cái）研究（jiū）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P含量大幅度降低，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（jǐn）有小幅度降（jiàng）低。

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

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著（zhe）影響。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中使（shǐ）用（yòng）保護（hù）套管（guǎn）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（dì）降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材料（liào）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（fèn）解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保（bǎo）護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐（nài）火材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔（jié）淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼水（shuǐ）中（zhōng）的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物（wù）數量（liàng）增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可與鎂鈣耐（nài）火（huǒ）材料中的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中（zhōng）Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料表麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義（yì）兵（bīng）等人（rén）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含量高的白雲石（shí）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（chéng）度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更好的抗高堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性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）量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）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作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔（róng）渣（zhā）的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

寶雞鎂磚之（zhī）鎂鈣碳（tàn）磚的性能及抗侵蝕的研究（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，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好（hǎo）的（de）真空穩定性、抗熱震性（xìng）。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的（de）抗（kàng）侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：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（luò），蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解，所（suǒ）以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有（yǒu）利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電（diàn）爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料（liào）對潔淨鋼（gāng）的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾（jiá）雜（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形（xíng）態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高（gāo）性（xìng）能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或（huò）少（shǎo）總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。