徐平坤

以前，從煉鋼工藝（yì）的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研（yán）究和實際試驗，得出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，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼（gāng）包等爐外精煉裝置中應用（yòng）日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天（tiān）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。鎂鈣質耐火材料（liào）主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂（měi）白雲石質耐火材料、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做原料的定型或不定形耐火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與（yǔ）白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫（wēn）使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力越強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根（gēn）據爐外精煉等熱工設備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）。

白雲（yún）石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

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等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜（zá）質反（fǎn）應，使其轉（zhuǎn）移到爐渣中，具有（yǒu）除去雜（zá）質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐（lú）襯壽命、降（jiàng）低耐火材料消耗，研究人員對白（bái）雲石質耐（nài）火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很（hěn）好的結果。

MgO在（zài）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（mó）爾分（fèn）數）就可使MgO相對揮發性大大（dà）降低。因此（cǐ），MgO質材料中加入一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在（zài）高溫真空（kōng）條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量（liàng）低，熔渣必須是（shì）CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶（róng）解（jiě）的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選（xuǎn）擇氧勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火材料的熱震穩定性高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問（wèn）題（tí），采用真空精煉，其H主（zhǔ）要（yào）來自（zì）熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。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（bú）存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性（xìng）能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影（yǐng）響：王（wáng）龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學（xué）穩定性高，具有很低（dī）的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為（wéi）是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚（zhuān）與鋼水中（zhōng）S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料（liào）的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過（guò）45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效（xiào）果，使用白雲石（shí）質鋼（gāng）包內襯是很（hěn）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（fāng）麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼包渣（zhā）導致耐（nài）火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）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（jiāo）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（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐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（xiǎn）著影響（xiǎng）。連鑄過（guò）程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時（shí），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（de）吸H量。

耐（nài）火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐（nài）火材（cái）料N含量很低，近年來氮（dàn）化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜物的影響：田（tián）琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨（jìng）化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材（cái）料能去除（chú）鋼水中（zhōng）的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物（wù）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（fǎn）應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有（yǒu）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（biǎo）麵上剝落下來上浮（fú）至保護（hù）渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活（huó）性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣（gài）質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性（xìng）能：梁義兵等人采用（yòng）靜態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶（yě）煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）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）具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵（qīn）蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得（dé）多。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒（shāo）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（shí）和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料（liào）表（biǎo）層致密化而有效抑（yì）製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透（tòu）能力，主要是熔渣對（duì）基（jī）質的強溶蝕並滲（shèn）透作（zuò）用（yòng）。

南岸鎂磚之鎂鈣碳磚的（de）性能及（jí）抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣（gài）碳磚的性能同時取決（jué）於（yú）CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗（kàng）剝落性能越強。

鎂（měi）鈣碳磚的抗（kàng）侵蝕研究：崔淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐（lú）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（jìn）行實驗。實驗結果表明：初期（qī）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（gòu）剝落，蝕損最嚴（yán）重；MgO—CaO—C磚（zhuān）的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界（jiè）麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在（zài）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（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性（xìng）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（děng），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

潔淨鋼係指鋼中有害成（chéng）分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸（cùn）很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材（cái）具有高性能、高品質（zhì）。在鋼水從冶煉到（dào）精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染（rǎn），唯有白雲石質即鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境（jìng）。