徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考（kǎo）慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼（gāng）水的淨化作用，總是認為耐火材料（liào）或多或少地會對鋼水（shuǐ）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驗，得出（chū）鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精煉鋼（gāng）包（bāo）等爐外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材（cái）料的特征

白雲石（shí）（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（bǐ）值為1.93。鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料主要包（bāo）括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐（nài）火材料（liào）、鎂鈣質耐火材料。

其中（zhōng），白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石（shí）做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂（měi）石與白雲石合成的（de）耐火材（cái）料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響（xiǎng）鎂鈣質製品（pǐn）的（de）高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔（róng）渣和抗水化能力越強（qiáng）；CaO含量越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫蠕變越（yuè）大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉（liàn）等熱工設備的不同部位使用條件，合理（lǐ）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淨化鋼水（shuǐ）作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼（gāng）中雜（zá）質及夾雜（zá）物以及脫氣、調整（zhěng）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等雜質（zhì）反應，使（shǐ）其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很（hěn）低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐（lú）襯壽命、降低耐火材料（liào）消耗，研究人員對白雲石質耐（nài）火（huǒ）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（yì）揮發，而CaO對MgO的揮（huī）發（fā）性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應（yīng）中，要使鋼水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O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣（qì）態存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該（gāi）選用（yòng）鎂鈣質耐火材料（liào）。溫度升高不利（lì）於脫P，但（dàn）鋼包中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐（nài）火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性（xìng）好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保（bǎo）護層，從而抑製熔渣（zhā）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（yǒu）機添加物。熱力學分（fèn）析（xī）認為：要在1200℃下（xià）長（zhǎng）期烘烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水（shuǐ）性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中（zhōng）的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓（yā），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（gāng）中S的影響：田（tián）琳等人試驗研究鎂（měi）鈣磚與鋼水（shuǐ）中（zhōng）S的反應（yīng），檢驗鎂鈣（gài）質耐（nài）火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率（lǜ）達70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效（xiào）的脫S效果，使用（yòng）白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以（yǐ）盡可能降低鋼包內襯的（de）再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還（hái）原條件下鋼（gāng）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：匡加才研究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（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水（shuǐ）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（dì）二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼（gāng）中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分（fèn）以及其中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的（de）H含（hán）量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中（zhōng）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（kǎo），能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應（yīng）用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包（bāo）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（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化的（de）影響，實（shí）驗表明：在反應30min的情（qíng）況下，隻有（yǒu）鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）能去除鋼水中的夾雜物（wù），其餘的堿性耐火材料均使（shǐ）鋼水夾雜物數量增加。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（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去（qù）除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反（fǎn）應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點（diǎn）化合物被吸（xī）附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從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（xìng）CaO含量越高，吸附（fù）鋼水中夾雜物的能（néng）力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人（rén）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（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能力比（bǐ）較強。燒成白（bái）雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）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（zhuān）的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有（yǒu）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（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能（néng）力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

牡丹江鎂磚之鎂鈣碳（tàn）磚（zhuān）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（chéng）鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真（zhēn）空（kōng）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含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣（zhā）侵（qīn）蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終期渣（zhā）分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）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（luò），蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的（de）界麵上（shàng）產生了（le）C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚（zhuān）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磚侵蝕嚴重。

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

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響（xiǎng）

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（zá）物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和形態得（dé）到控製，合金元素（sù）成分（fèn）精準並且（qiě）分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性（xìng）能（néng）、高品（pǐn）質。在鋼水從（cóng）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（liào）對（duì）鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不（bú）汙染（rǎn）環境。