徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨（jìng）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）是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（zhì）（鎂鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在（zài）AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置（zhì）中應用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料（liào），煆（duàn）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（yún）石質耐火材料（liào）、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的白（bái）雲石做原料的定型或不定（dìng）形耐火材（cái）料（liào）；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石（shí）與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能（néng），MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔（róng）渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因（yīn）此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設（shè）備的不同部（bù）位使用條件（jiàn），合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐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（děng）夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以及（jí）脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使（shǐ）其轉移到（dào）爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材（cái）料也適（shì）合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化（huà）鋼水、延長爐襯（chèn）壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了（le）許多試驗（yàn）研究（jiū），取得了很好的結果（guǒ）。

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（摩爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發（fā）性大大降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料（liào），在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣（zhā）必（bì）須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼（gāng）水中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫（wēn）下以氣態（tài）存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升（shēng）高不利（lì）於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫（tuō）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（zhì）耐火材料的熱震（zhèn）穩定性高（gāo）、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐（nài）火材料中的CaO反應生成高（gāo）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（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在（zài）1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）的脫S效（xiào）果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降（jiàng）低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石（shí）質鋼包內襯（chèn）是很必要（yào）的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一（yī）方麵（miàn）可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火（huǒ）材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含（hán）量（liàng）的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆（jiāo）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（yuán）始（shǐ）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耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用（yòng）時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火（huǒ）材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包（bāo）和中間包係統中使用保護套管（guǎn）保護主流時，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（duì）鋼（gāng）中N(氮)含量（liàng）的影響：傳統耐火材料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（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管（guǎn）非常重要，連鑄（zhù）的（de）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物（wù）的影響（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能（néng）去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），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C2S(矽酸二鈣)和（hé）C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸（xī）附鎂鈣質耐火材（cái）料表麵，形（xíng）成保護層，或者從鎂鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）麵上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料（liào）中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾（jiá）雜物的（de）能力越（yuè）強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果（guǒ）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。燒成白雲石磚基質部分致密程（chéng）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VOD爐渣對三種磚（zhuān）的侵蝕和滲透比高（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好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂（měi）鈣質材料具有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透（tòu）能（néng）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（yì）製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和滲透能力（lì），主要是（shì）熔渣對基質的強溶（róng）蝕並滲透作用（yòng）。

黃山鎂磚之鎂鈣碳磚的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（zhuān）比鎂碳磚具有更好（hǎo）的真（zhēn）空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的（de）性能同（tóng）時取（qǔ）決於CaO及C的含量。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（gāo），抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明（míng）：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣（zhā），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（qí）在高溫（wēn）中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高（gāo）溫抗氧化性和熱（rè）震（zhèn）穩定性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的（de）CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼（gāng）的影響

潔（jié）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（bú）僅數量少（shǎo），而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻（yún），使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材（cái）料（liào）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（chú）去（qù）鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。