徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度（dù）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或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對（duì）白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際（jì）試驗，得（dé）出（chū）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（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置（zhì）中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原（yuán）料，煆（duàn）燒（shāo）後的（de）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（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白（bái）雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣質製（zhì）品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣（zhā）和抗水化能力越強；CaO含量（liàng）越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能（néng）和（hé）脫硫、脫磷（lín）的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應（yīng）該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（gài）質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作（zuò）用（yòng）的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼（gāng）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，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其（qí）轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐（lú）外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼（gāng）等設備的耐火材料。近年來，為（wéi）了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得（dé）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（fèn）數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此，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（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫（tuō）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，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與（yǔ）Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解（jiě）度很小，而CaO的（de）氧（yǎng）勢也很小，因此，精煉（liàn）設備應該選（xuǎn）用鎂鈣（gài）質耐火材料。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P，因此（cǐ），用CaO含量高（gāo）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、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（yīng）生成高熔點化合物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（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火（huǒ）材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱力學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存（cún）在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材（cái）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熱力學穩定性高，具有很低的氧平（píng）衡（héng）分壓，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（nài）火材料對鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效（xiào）果（guǒ）。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“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）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耐火（huǒ）材（cái）料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）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（cái）料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，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C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量（liàng）的影響：耐（nài）火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包（bāo）和中間包係（xì）統（tǒng）中（zhōng）使用保護套管保護主流（liú）時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能（néng）有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料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分解對鋼水造（zào）成增N。更（gèng）大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間（jiān），保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化的影響，實驗表明（míng）：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）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，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人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含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比較強。燒（shāo）成（chéng）白雲石（shí）磚基質部分致（zhì）密程度高，較（jiào）不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和（hé）滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於（yú）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（de）鎂（měi）鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）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（shǐ）材料表層致密化（huà）而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣（zhā）具有較強的侵蝕和（hé）滲透能力，主要（yào）是熔渣對基質的（de）強（qiáng）溶蝕並（bìng）滲透（tòu）作用。

淮北鎂磚之鎂鈣碳磚的（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的真空穩定（dìng）性、抗（kàng）熱震性。鎂（měi）鈣碳磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好（hǎo），淨化鋼水的效果也越好；C含（hán）量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳（tàn）磚的抗侵蝕研究：崔（cuī）淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的（de）初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實（shí）驗結果表明：初期（qī）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（bāo）落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比（bǐ）MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及（jí）被（bèi）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（xìng）和熱震穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶（yě）煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）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，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（jīn）元素成分精準並（bìng）且分布均勻，使鋼材具有高（gāo）性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材（cái）料始終（zhōng）與鋼水接觸，一般耐（nài）火材料對鋼水或多或（huò）少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石質即（jí）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。