徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接（jiē）接觸的耐（nài）火材料對（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石（shí）質（zhì）（鎂鈣（gài）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，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等（děng）爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲（yún）石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原（yuán）料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐（nài）火（huǒ）材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全部用煆燒或電熔的（de）白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白（bái）雲石合（hé）成的耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高（gāo）溫使（shǐ）用性（xìng）能，MgO含量越高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含（hán）量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化（huà）和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐（nài）火材料中（zhōng）的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼（gāng）水作用的影響（xiǎng）

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（gé），需要（yào）爐外精煉除去鋼（gāng）中（zhōng）雜質及夾雜（zá）物（wù）以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適合用於冶（yě）煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐（lú）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（háng）了許多試驗（yàn）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相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質材料中（zhōng）加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材（cái）料更合適（shì）。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含（hán）量盡可能要低。要使（shǐ）O含（hán）量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的（de）耐（nài）火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）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，精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利（lì）於脫P，但鋼包（bāo）中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材（cái）料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材（cái）料中的CaO反應生成高熔（róng）點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從（cóng）而（ér）抑製熔（róng）渣的滲透。

關（guān）於H含量的問題，采用真空（kōng）精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精煉設備（bèi）內襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學（xué）分（fèn）析（xī）認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下（xià），反應（yīng）45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低（dī），出現“回S”現（xiàn）象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包（bāo）內襯是很必（bì）要的，這樣一（yī）方麵可（kě）以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方（fāng）麵可以避免強還原條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗（hào）。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中P含（hán）量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響（xiǎng）。實驗（yàn）結果表明（míng）：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%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳（tàn）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，鋼水僅發生輕微增（zēng）C。

耐（nài）火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以（yǐ）及其中（zhōng）的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的（de）H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包（bāo）和中間包係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼（gāng）水的（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響（xiǎng）：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）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（jiù）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雜（zá）物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐（nài）火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火（huǒ）材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂（měi）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（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成（chéng）C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火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的活性CaO含量越高，吸附（fù）鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）采用（yòng）靜態（tài）坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒成白雲（yún）石磚基質部（bù）分致密程度高，較不燒（shāo）白雲（yún）石磚具（jù）有更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度渣嚴重得多。相對（duì）而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂鈣磚，CaO含（hán）量（liàng）高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這（zhè）是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用。

東麗鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複（fù）雜。除具備（bèi）鎂鈣磚（zhuān）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）。鎂鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含（hán）量（liàng）越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）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（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕（shí）嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高（gāo）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有利於鋼水的脫（tuō）O、脫（tuō）S、脫P等（děng），適合冶煉鋼（gāng）的（de）電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）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（duō）或少（shǎo）總有（yǒu）些汙染，唯（wéi）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（jiá）雜物，而（ér）且不汙染（rǎn）環（huán）境。