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（zǒng）是認為（wéi）耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣（gài）質）耐火材料的（de）理論研究（jiū）和實際試驗，得出（chū）鎂（měi）鈣質材料不但不（bú）汙染（rǎn）鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料（liào），煆燒後的理（lǐ）論組（zǔ）成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比（bǐ）值為（wéi）1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）主要包括白雲（yún）石質耐火（huǒ）材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材（cái）料是指全（quán）部用（yòng）煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或（huò）不定形耐（nài）火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成（chéng）的耐火（huǒ）材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）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（gāi）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料中的w（CaO）/w（MgO）。

白（bái）雲（yún）石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼（gāng）等對（duì）鋼中（zhōng）的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外（wài）精煉（liàn）除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學成分和（hé）均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐（lú）渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由於CaO的氧勢（shì）很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶（yě）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、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材料進行了（le）許多試驗研究，取（qǔ）得了很好的結果。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾（ěr）分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量（liàng）的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水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（hán）量（liàng）盡可能要低。要使O含量低，就要（yào）選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水（shuǐ）中（zhōng）的溶解（jiě）度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選（xuǎn）用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫（tuō）P，但鋼包（bāo）中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利（lì）脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）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、抗（kàng）渣（zhā）滲透性好，特別（bié）是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反（fǎn）應生成高熔點（diǎn）化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護（hù）層，從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔（róng）渣（zhā）或精煉設備（bèi）內襯（chèn）耐火材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱（rè）力（lì）學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘（hōng）烤，充分排除（chú）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影（yǐng）響

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

耐火材料對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時（shí），脫S效果（guǒ）更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率（lǜ）降（jiàng）低，出現“回（huí）S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內（nèi）襯的再氧化能力，另一方麵可（kě）以避免強還原（yuán）條件下（xià）鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中（zhōng）P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量（liàng）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（jiàng）低，由原始（shǐ）的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

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

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量的影響：傳統耐火（huǒ）材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄（zhù）的增（zēng）N點（diǎn）就是長（zhǎng）水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等（děng）人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火材料對（duì）管線鋼鋼水潔（jié）淨化（huà）的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，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（fù）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（yīng）生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高（gāo）熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水（shuǐ）中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等（děng）人采用（yòng）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（jié）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（shí）磚基（jī）質（zhì）部分（fèn）致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕（shí）和滲透比高堿度（dù）渣嚴（yán）重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵（dǐ）抗低（dī）堿（jiǎn）度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低（dī）的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度（dù）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（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的滲透（tòu）。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

河池鎂磚之（zhī）鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的（de）研究

鎂鈣碳磚主（zhǔ）要（yào）性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）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（yǒu）更好（hǎo）的（de）真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落（luò）性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研（yán）究：崔（cuī）淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳（tàn）磚的侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）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，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了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反（fǎn）而分別比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磚侵蝕嚴重。

孫惠章等（děng）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（xìng）好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐（lú）襯（chèn）。

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（chéng）分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾（jiá）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且分（fèn）布均勻，使鋼材具有高性（xìng）能、高（gāo）品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水或多或少總有（yǒu）些汙（wū）染（rǎn），唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。