徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角（jiǎo）度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作（zuò）用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質材（cái）料不但不（bú）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）鋼包等爐外精煉（liàn）裝（zhuāng）置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）原料，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（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質（zhì）耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質（zhì）耐（nài）火材料是指全部用煆燒（shāo）或電熔（róng）的（de）白雲石做原（yuán）料的定型（xíng）或不定形耐火（huǒ）材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化（huà）影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含（hán）量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大（dà），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（shí）的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外精煉等（děng）熱（rè）工設備（bèi）的不同部位使用條（tiáo）件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對（duì）淨化鋼水作用的影響

潔淨（jìng）鋼、特殊（shū）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格，需要（yào）爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、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（zhǎng）爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究（jiū）人員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空（kōng）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（摩爾分數）就可（kě）使MgO相（xiàng）對揮（huī）發性大大（dà）降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量的CaO製（zhì）成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質（zhì）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（zhā）必須是CaO含（hán）量高的高堿度（dù）渣，並（bìng）且鋼水中溶解的O含量盡可能（néng）要低。要使O含量低，就要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（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料（liào）。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（róng）渣（zhā）有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料同樣（yàng）也有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量（liàng）的問題，采用（yòng）真（zhēn）空精（jīng）煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的水（shuǐ）分，就不（bú）存在鋼水中氫（H）含量（liàng）增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性（xìng）能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王（wáng）龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火（huǒ）材料中的CaO熱（rè）力（lì）學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），在鋼（gāng）水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐（nài）火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）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脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為（wéi）了使鋼包（bāo）獲（huò）得有效的脫S效果，使（shǐ）用白雲（yún）石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）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（bāo）渣導致耐火材料的過度消耗。

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

耐火材料對鋼水碳含量的影響：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（shēng）輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中（zhōng）H(氫)含量的影（yǐng）響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）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護主流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）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（gāng）包與中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此（cǐ）處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在（zài）反（fǎn）應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料（liào）能去（qù）除鋼（gāng）水（shuǐ）中的（de）夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量（liàng）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（yīng）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（jiá）雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵，形成保（bǎo）護（hù）層，或（huò）者從鎂（měi）鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層（céng）中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高（gāo），吸（xī）附鋼水中夾雜物的能力越（yuè）強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵（bīng）等人采（cǎi）用靜（jìng）態坩堝法研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用（yòng）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（de）AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚（zhuān）基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更（gèng）好（hǎo）的抗高堿（jiǎn）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（xiàng）對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量（liàng）高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於（yú）CaO含（hán）量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具（jù）有良好的抵（dǐ）抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密（mì）化而有效（xiào）抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣對基質的強溶蝕並滲透（tòu）作用。

濟源鎂磚之鎂鈣碳磚的性能（néng）及抗侵蝕的研究

鎂（měi）鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚（zhuān）種類複（fù）雜（zá）。除具備鎂（měi）鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）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：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及鎂碳磚的侵蝕進（jìn）行實驗。實驗結果表明：初（chū）期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重；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；可是中期渣和終期（qī）渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和（hé）1.2%，因為其在高溫（wēn）中（zhōng）及（jí）被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白（bái）雲石碳磚高溫（wēn）抗氧（yǎng）化性和熱震穩（wěn）定性好，抗酸性（xìng）熔渣（zhā）能力強；而且磚（zhuān）中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼的電爐（lú）爐襯。

白雲石質耐火材料對潔（jié）淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係（xì）指鋼中有（yǒu）害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜物（wù）不僅（jǐn）數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精（jīng）準並且分布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼（gāng）水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對鋼水或多或少總（zǒng）有些汙染，唯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雜物，而且（qiě）不汙染環境。