徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研（yán）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（de）淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼（gāng）水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的（de）理論研（yán）究和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼（gāng）水，並且（qiě）也不（bú）汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）然礦物原料，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（zhǔ）要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型（xíng）或不定（dìng）形耐（nài）火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響（xiǎng）鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高（gāo）溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、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，應該根據爐（lú）外精煉等熱工設備（bèi）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）雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影（yǐng）響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）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（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整（zhěng）化學（xué）成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料（liào）中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中（zhōng）的S、P等雜（zá）質反應（yīng），使其轉移到爐（lú）渣中，具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的功（gōng）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鋼（gāng），是爐外（wài）精煉冶煉潔淨鋼（gāng）、純淨（jìng）鋼、特殊鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員（yuán）對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含（hán）有10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大（dà）大（dà）降低。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高（gāo）溫真空條件下（xià）使用比純MgO質（zhì）耐火材料（liào）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含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低。要使（shǐ）O含（hán）量低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低（dī）的耐火材（cái）料（liào），Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）。溫度（dù）升高不利（lì）於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿（jiǎn）度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也（yě）有利脫（tuō）P。

鎂鈣質耐火材料的（de）熱震穩定性高、抗渣滲透性（xìng）好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而（ér）抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材（cái）料的水分及有機添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下（xià）長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火材料對（duì）鋼水性能的影響

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量（liàng）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，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材料對鋼中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）的脫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（dá）70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用白（bái）雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強（qiáng）還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量（liàng）的影響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由（yóu）原始的0.1%降低到0.01%，進一步（bù）提高CaO含（hán）量，鋼中（zhōng）P含量僅有小幅度降低。

耐火（huǒ）材料對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗（yàn）表明，使用（yòng）含C耐火材料，鋼水顯著增C，當（dāng）同一製品（pǐn）第二（èr）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（nài）火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐（nài）火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的（de）影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中應（yīng）用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成（chéng）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，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可（kě）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、鎂鋁、鎂鉻耐火材（cái）料對管線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化（huà）的影（yǐng）響，實驗（yàn）表明（míng）：在反應30min的（de）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雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），熔（róng）點約為1400℃左右，可有效地去除（chú）鋼中（zhōng）Al2O3夾（jiá）雜物。CaO與SiO2反應（yīng）生（shēng）成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸附（fù）鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料表麵，形成保護層，或者從（cóng）鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂（měi）鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究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較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚（zhuān）具有更（gèng）好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣（zhā）對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重（chóng）得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好（hǎo）於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質（zhì）材料具有良好的抵抗高堿度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，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有（yǒu）較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作（zuò）用。

麗江鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳磚具（jù）有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱（rè）震（zhèn）性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果（guǒ）也（yě）越好；C含量（liàng）越高，抗渣侵蝕和抗剝落性能（néng）越強（qiáng）。

鎂鈣碳磚的抗侵（qīn）蝕研（yán）究：崔淑賢等人采用煉鋼轉（zhuǎn）爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）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（gāo）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（yīn）為在磚的界麵上產（chǎn）生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高（gāo）溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵（qīn）蝕嚴重。

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

白（bái）雲石質耐火材料（liào）對（duì）潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害（hài）成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶（yě）煉到（dào）精煉的整個（gè）過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火（huǒ）材料對鋼水或（huò）多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中（zhōng）的非金屬夾雜物，而且不汙（wū）染環境。