徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火（huǒ）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水（shuǐ）產生汙染。可是通過對（duì）白（bái）雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染（rǎn）環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中（zhōng）應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是（shì）天然礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂（měi）鈣質耐火材料主要包（bāo）括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂（měi）鈣質耐火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）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，抗剝落性能（néng）和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性（xìng）能越差（chà）。因此，應該根據爐（lú）外（wài）精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料對淨化鋼水作用的（de）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等夾雜物的含量要求嚴格，需（xū）要爐外精煉除去鋼中（zhōng）雜質（zhì）及夾雜物（wù）以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣（gài）質耐火材料中的遊（yóu）離CaO，易與（yǔ）鋼（gāng）水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂（měi）鈣質耐火材料也（yě）適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了（le）淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）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（yǒu）影（yǐng）響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮（huī）發性大大降低。因此，MgO質材料中（zhōng）加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低（dī）。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（zài）高溫下以氣（qì）態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的氧（yǎng）勢也（yě）很小，因此（cǐ），精煉設備應（yīng）該選用鎂鈣質耐火材料。溫度（dù）升高（gāo）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（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣（yàng）也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）的熱震穩定性（xìng）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（fǎn）應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成（chéng）保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其（qí）H主要來自熔渣或精煉設備內（nèi）襯耐（nài）火材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）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（wèn）題。

鎂鈣（gài）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：王龍光等人認為MgO—CaO耐（nài）火材料中的（de）CaO熱力（lì）學穩定性高，具有（yǒu）很低的氧平衡分壓，在（zài）鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止（zhǐ）鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對（duì）鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質（zhì）耐（nài）火材料的脫S效果。結果表（biǎo）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脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內（nèi）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還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響（xiǎng）：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實（shí）驗結（jié）果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼水碳含（hán）量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）C，當（dāng）同一製品第二次使用（yòng）時（shí），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（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對（duì）鋼水中的（de）H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致（zhì）吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤（kǎo），能有效（xiào）地降低鋼水（shuǐ）的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料（liào）N含量很低，近年來（lái）氮（dàn）化（huà）物在耐（nài）火（huǒ）材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水（shuǐ）造成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包（bāo）與中間包之間，保（bǎo）護套管非常重要（yào），連鑄（zhù）的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐（nài）火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合（hé）化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地（dì）去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣（gài）質（zhì）耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人（rén）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（jiǎn）度的（de）AOD渣（zhā）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（gāo），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（duì）三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具有良（liáng）好（hǎo）的抵抗高堿度（dù）熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材（cái）料表層致密（mì）化而有效抑製熔渣的（de）滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是（shì）熔渣對（duì）基質的（de）強溶蝕並滲（shèn）透作用（yòng）。

六安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（měi）鈣磚種類複（fù）雜。除具（jù）備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚（zhuān）比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含（hán）量越（yuè）高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）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（hé）終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚（zhuān）蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結（jié）構（gòu）剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護層（céng）；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分（fèn）別比MgO—C磚（zhuān）高（gāo）0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被渣中∑FeO溶解，所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠（huì）章（zhāng）等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳（tàn）磚高溫抗氧化性和熱震（zhèn）穩（wěn）定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的（de）電爐爐襯。

白雲石質（zhì）耐火材料對潔淨鋼的影響

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（wù）不僅數量少（shǎo），而且尺寸很（hěn）小和形態得到（dào）控製，合金（jīn）元素成分精準並且分（fèn）布均勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水（shuǐ）接觸，一般（bān）耐火（huǒ）材料對鋼水或多或（huò）少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。