徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接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（duō）或少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質（zhì））耐火材料的理論研究和實際試驗，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（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後（hòu）的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質（zhì）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煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石（shí）合成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣（gài）質製品的高（gāo）溫（wēn）使用性（xìng）能（néng），MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力（lì）越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設（shè）備的（de）不同部位使用條（tiáo）件（jiàn），合理選擇鎂（měi）鈣（gài）質耐火（huǒ）材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質（zhì）耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）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（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質（zhì）反應，使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂（měi）鈣質耐火材（cái）料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對（duì）白雲石質耐火材料進行（háng）了許多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空（kōng）條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料更合（hé）適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要（yào）使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含（hán）量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要（yào）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（zài）高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料。溫度升（shēng）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P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與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（de）滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉（liàn）設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）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。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的（de）影響

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

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，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（xiàn）“回S”現（xiàn）象。為了使鋼（gāng）包（bāo）獲得有效的脫S效果，使用白雲（yún）石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包（bāo）內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條（tiáo）件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

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

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實（shí）驗表明，使用（yòng）含C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼（gāng）水（shuǐ）僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的（de）有機粘（zhān）結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保（bǎo）護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地降低（dī）鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應用受到關注（zhù），如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大（dà）的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非（fēi）常重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼水中夾雜物的（de）影響：田琳等人研究了鎂（měi）鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表（biǎo）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（jiá）雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼（gāng）水夾雜物數（shù）量增加（jiā）。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，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生（shēng）成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸附鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火（huǒ）材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣（zhā）層中（zhōng）；在鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料中（zhōng）的活性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果（guǒ）得出（chū），CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）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，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗（kàng）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度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於（yú）不燒鎂（měi）鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度（dù）渣（zhā）侵蝕能力好於CaO含量低（dī）的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度（dù）熔渣的（de）侵（qīn）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渣（zhā）的滲透（tòu）。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質（zhì）的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

德宏鎂磚之鎂鈣碳磚（zhuān）的（de）性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比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（de）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含量越高，抗渣（zhā）侵蝕和抗剝落性能（néng）越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣（zhā）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（zhā）MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上（shàng）產生了C2S保（bǎo）護層；可是中期渣和終（zhōng）期（qī）渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）高0.4%和1.2%，因為其（qí）在高溫中及被渣中∑FeO溶（róng）解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結（jié）果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利（lì）於鋼水（shuǐ）的脫（tuō）O、脫（tuō）S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料（liào）對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（fèn）（S、P、O、H、N）含量非常少，非（fēi）金屬夾雜（zá）物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很（hěn）小和形態得到控製，合（hé）金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品（pǐn）質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整（zhěng）個（gè）過程（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白（bái）雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金（jīn）屬（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染環境。