徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材（cái）料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料的理論研究和實際試（shì）驗，得（dé）出鎂鈣質材料不但不汙（wū）染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉（liàn）鋼包等爐外（wài）精（jīng）煉裝置中應用日益增加。

白（bái）雲石與鎂鈣質耐火材料的特（tè）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（bǐ）值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣（gài）質耐火材料。

其（qí）中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做（zuò）原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化（huà）能（néng）力（lì）越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此（cǐ），應該根據爐外精煉等熱工設（shè）備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫（tuō）氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，是爐外精（jīng）煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來（lái），為了（le）淨化（huà）鋼水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易（yì）揮發（fā），而（ér）CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相（xiàng）對揮發性（xìng）大（dà）大（dà）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）空條件下使用比純MgO質耐火（huǒ）材料（liào）更合（hé）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（gāo）的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶（róng）解的O含量盡可能要低（dī）。要（yào）使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材（cái）料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在（zài）鋼水（shuǐ）中的溶解（jiě）度很小（xiǎo），而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用（yòng）鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用（yòng）CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其（qí）H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設（shè）備內（nèi）襯耐（nài）火材料的水分及有機添（tiān）加物。熱力學分析認為：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（shuǐ）中氫（H）含量增（zēng）高問題。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的影響：王龍（lóng）光等人認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的（de）CaO熱力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水（shuǐ）中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火（huǒ）材（cái）料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢（jiǎn）驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果（guǒ）表明：在（zài）1600℃下，反應45min時，脫S效果更（gèng）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S效果，使用白（bái）雲（yún）石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵可以盡可（kě）能降低鋼包內襯的再氧化能力，另（lìng）一方麵可以避免強還原條（tiáo）件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼（gāng）中P含量的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影（yǐng）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（dī）到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量（liàng）的影響：實驗表明，使用含C耐火材（cái）料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅（jǐn）發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫（qīng）)含量的影響：耐火材（cái）料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯（xiǎn）著影響。連鑄過程中，鋼包和中間（jiān）包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導（dǎo）致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降（jiàng）低鋼水的吸H量。

耐火材料對（duì）鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材（cái）料N含量很低，近年來氮化物在耐（nài）火材料中應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增（zēng）N量在（zài）鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的（de）增N點就是長（zhǎng）水口（kǒu）保護，此處增N可達（dá）（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響（xiǎng）：田琳等人（rén）研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼（gāng）水潔淨化的（de）影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材（cái）料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為（wéi）1400℃左右，可（kě）有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸（suān）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（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮（fú）至保護渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐（nài）火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）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（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結（jié）果得出（chū），CaO含量高的（de）白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲（shèn）透能力比較強。燒成白雲石（shí）磚基質部（bù）分（fèn）致密程度高，較（jiào）不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三（sān）種（zhǒng）磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵（qīn）蝕和滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作（zuò）用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔（róng）渣的（de）滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

磐石鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究（jiū）

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂（měi）鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於（yú）CaO及C的（de）含（hán）量。CaO含量越高，抗剝落性能越好，淨化鋼水的（de）效果也越好；C含量越高，抗（kàng）渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研（yán）究：崔淑賢等（děng）人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣（zhā）分（fèn）別對鎂鈣碳磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行（háng）實驗。實驗結果（guǒ）表（biǎo）明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生了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%，因為其在高溫中及被渣（zhā）中∑FeO溶解（jiě），所以比MgO—C磚侵（qīn）蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人（rén）研究（jiū）結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化（huà）性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫P等（děng），適合冶煉鋼的電爐爐（lú）襯。

白雲（yún）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，非金屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過程（chéng）中，耐火材料始終與（yǔ）鋼水接觸，一（yī）般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質（zhì）耐火材料能淨化（huà）鋼水（shuǐ），除去鋼中的非金屬（shǔ）夾雜（zá）物，而且不汙染環境。