徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度（dù），沒有考慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地（dì）會對鋼水產生（shēng）汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉（liàn）裝置中（zhōng）應用日益增加。

白（bái）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，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電熔的白（bái）雲石做原料的定型或（huò）不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變（biàn）化（huà）影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，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（wài）精煉等熱工（gōng）設備的不（bú）同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特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，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及（jí）夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻（yún）化等。鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的遊離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（shuǐ）的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料也適合用於（yú）冶煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、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多（duō）試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下（xià）容易揮發，而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更（gèng）合（hé）適。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此（cǐ），精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼（gāng）包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質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物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔（róng）渣的（de）滲透。

關於（yú）H含量的問題，采用真空精（jīng）煉，其（qí）H主要來自熔（róng）渣或（huò）精煉設備內襯耐火（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（qī）烘烤，充分排除其（qí）中的水分，就不存在（zài）鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料對鋼水性（xìng）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（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水（shuǐ）中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫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70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效（xiào）的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內（nèi）襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致（zhì）耐火材料的過度消（xiāo）耗（hào）。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響（xiǎng）。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（de）0.1%降低到0.01%，進（jìn）一步（bù）提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響（xiǎng）：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中（zhōng）的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護（hù）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）效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年來（lái）氮化（huà）物（wù）在耐火材料中（zhōng）應用受（shòu）到關注，如（rú）Sialon分解對（duì）鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連（lián）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（zá）物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線（xiàn）鋼（gāng）鋼水潔淨化的影響，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）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）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（fǎn）應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵上剝落（luò）下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附（fù）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：梁義兵等人（rén）采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試（shì）驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石磚（zhuān）抗高堿度的AOD渣侵蝕和（hé）滲透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的（de）抗高（gāo）堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的（de）VOD爐渣對（duì）三種磚的侵（qīn）蝕和滲透比高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不燒（shāo）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含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效（xiào）抑製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

朝陽鎂磚之（zhī）鎂鈣碳磚的（de）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（gài）磚種類複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能（néng）同時取決於CaO及C的（de）含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越（yuè）好，淨（jìng）化鋼水（shuǐ）的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越（yuè）強。

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

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

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）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（shǔ）夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水（shuǐ）從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始（shǐ）終與鋼水接觸，一般耐火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火材料能淨化鋼水，除去鋼（gāng）中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。