徐平坤

以前，從煉鋼工藝的（de）角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少地會對（duì）鋼（gāng）水產生汙染。可是（shì）通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗（yàn），得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼（gāng）水，並且也不汙染環境（jìng），在（zài）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（yǔ）鎂鈣質耐火（huǒ）材料的特（tè）征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後（hòu）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、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔（róng）的（de）白雲石（shí）做原料的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石（shí）與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣（gài）質製品的（de）高（gāo）溫（wēn）使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該（gāi）根據爐外精煉等熱工設備的不（bú）同部位（wèi）使用條件，合理選擇鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨（jìng）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等夾雜（zá）物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼（gāng）水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨（jìng）化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也（yě）適合用（yòng）於冶煉低（dī）氧鋼（gāng），是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨（jìng）鋼（gāng）、特殊鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨（jìng）化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐火材（cái）料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

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（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大（dà）大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下（xià）使用比純MgO質耐火材料更（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量（liàng）低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度（dù）渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐（nài）火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很（hěn）小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好（hǎo），特（tè）別（bié）是熔渣（zhā）中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中（zhōng）的（de）CaO反應生成高（gāo）熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要來自熔渣或（huò）精煉（liàn）設（shè）備內襯耐火材（cái）料的水分及（jí）有（yǒu）機添加（jiā）物（wù）。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的水分，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響

耐火材料對鋼中氧含量的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料（liào）。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中S的影響：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料的脫S效果。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（dī），出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白（bái）雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡（jìn）可（kě）能降低鋼包內襯的再氧（yǎng）化（huà）能力，另一（yī）方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響（xiǎng）：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（zhù）料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼（gāng）中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料（liào），鋼水顯著增C，當同一製品第二次使（shǐ）用（yòng）時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的（de）影響：耐（nài）火材料中的水分以及（jí）其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的H含量（liàng）產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間（jiān）包係統中使用保護套管保護主流時，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（de）吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮（dàn）)含（hán）量的影響：傳（chuán）統（tǒng）耐（nài）火材料N含（hán）量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材料中應（yīng）用受（shòu）到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套（tào）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（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼（gāng）鋼水潔（jié）淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜（zá）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，熔點約為1400℃左（zuǒ）右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下（xià）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（yuè）高（gāo），吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的抗侵（qīn）蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂（měi）鈣（gài）磚的抗渣（zhā）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（shèn）透能力比較強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度（dù）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（lú）渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵（qīn）蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕（shí）和滲透能力（lì），這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出（chū）C3S，使材（cái）料（liào）表層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

遼寧鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵（qīn）蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂（měi）鈣磚（zhuān）的特性外，鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂（měi）碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱（rè）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（gāng）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：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對（duì）鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：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，是因為在磚的界麵上產生了C2S保護（hù）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（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果（guǒ）表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔（róng）渣能力強（qiáng）；而且（qiě）磚中（zhōng）的CaO有（yǒu）利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉（liàn）鋼的電爐爐（lú）襯。

白（bái）雲石質耐火材（cái）料對潔淨鋼的影響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中（zhōng）有害成分（S、P、O、H、N）含量非（fēi）常少，非金屬夾雜物不僅數量少（shǎo），而且尺寸很小（xiǎo）和形態（tài）得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料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，除去鋼中的非（fēi）金屬夾雜物，而且不汙染環境。