徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）的淨化作用，總是認為耐火（huǒ）材（cái）料或多或少地會對鋼水產生汙染。可（kě）是通過對白雲石（shí）質（鎂（měi）鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂（měi）鈣質（zhì）材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能淨（jìng）化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

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（wéi）1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白（bái）雲石（shí）質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或（huò）電熔的（de）白雲石（shí）做原料的（de）定型或不定形耐火材料；鎂白雲（yún）石和鎂鈣（gài）質（zhì）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（biàn）化影響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（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕（rú）變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫（tuō）磷（lín）的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差（chà）。因此，應（yīng）該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的（de）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）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼（gāng）、特殊鋼等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含（hán）量（liàng）要求嚴（yán）格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）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的氧勢很（hěn）低，鎂（měi）鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純（chún）淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人（rén）員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（kōng）條件（jiàn）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）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大大降低（dī）。因此，MgO質（zhì）材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐（nài）火材料更合適（shì）。

鋼（gāng）水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔（róng）渣必須是CaO含量（liàng）高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡（jìn）可能低的耐火材料，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（shè）備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

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

關於H含量（liàng）的問題，采（cǎi）用（yòng）真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料（liào）的（de）水分（fèn）及有機添加物。熱力學分（fèn）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（qīng）（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（liào）對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認（rèn）為MgO—CaO耐（nài）火材（cái）料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影（yǐng）響：田（tián）琳等人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（yīng）45min時，脫S效果更好，脫（tuō）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（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的（de），這樣一方麵可以盡可（kě）能（néng）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（de）過度消耗。

耐火（huǒ）材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才（cái）研（yán）究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。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，由原始的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（gāng）水（shuǐ）碳含（hán）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（shǐ）用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機（jī）粘結劑會對鋼水中的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（bǎo）護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤（kǎo），能有（yǒu）效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含量（liàng）的影響（xiǎng）：傳（chuán）統（tǒng）耐火（huǒ）材料（liào）N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對（duì）鋼水造成（chéng）增N。更大的增N量在鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水口（kǒu）保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響（xiǎng）：田琳等人研（yán）究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線（xiàn）鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與（yǔ）Al2O3反應（yīng）生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)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，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）表麵上剝落下來上浮至保護渣層中（zhōng）；在鎂（měi）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。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性（xìng）。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高（gāo）堿（jiǎn）度的（de）AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能力比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有（yǒu）更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒（shāo）成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於不（bú）燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含（hán）量低的（de）鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力（lì），這是（shì）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（yì）製（zhì）熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲（shèn）透作用（yòng）。

梅州鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗（kàng）侵（qīn）蝕的研（yán）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（jù）備鎂鈣磚的特性（xìng）外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的（de）含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化（huà）鋼（gāng）水的效果（guǒ）也越好（hǎo）；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚（zhuān）的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的（de）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行實（shí）驗（yàn）。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的界麵上產生了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗（kàng）氧（yǎng）化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的（de）脫O、脫S、脫P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影響

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（jiá）雜物不僅數量少（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（fèn）布均勻，使（shǐ）鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終（zhōng）與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼水或多或少總有些（xiē）汙染，唯有白雲石質即（jí）鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金（jīn）屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。