徐平坤

以前，從煉鋼工（gōng）藝的角度研究提（tí）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水（shuǐ）的淨化作用，總是認（rèn）為耐火材料或多或少（shǎo）地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化（huà）鋼水，並且也不汙染環（huán）境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精（jīng）煉裝置中應（yīng）用日益增（zēng）加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組（zǔ）成（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白（bái）雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其（qí）中（zhōng），白（bái）雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆燒或電熔的白雲石做原料（liào）的定（dìng）型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的（de）變化影（yǐng）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（shuǐ）化能力越強；CaO含量（liàng）越（yuè）高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性能和脫（tuō）硫、脫磷的效（xiào）果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕的性能越差（chà）。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，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐（nài）火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中（zhōng）的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等（děng）夾雜物的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除（chú）去鋼中雜質及夾雜物以（yǐ）及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材（cái）料中的（de）遊離CaO，易（yì）與鋼水中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中（zhōng），具有除去雜質、淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的（de）功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉（liàn）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、延長爐襯壽命（mìng）、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行（háng）了許（xǔ）多試驗研究，取得了（le）很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對（duì）揮發性大大（dà）降（jiàng）低。因此，MgO質（zhì）材料（liào）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MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水（shuǐ）中溶解（jiě）的O含量盡可能要低。要使（shǐ）O含量（liàng）低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度（dù）很小，而CaO的氧（yǎng）勢也很小，因（yīn）此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火（huǒ）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（róng）渣有利（lì）脫（tuō）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（zhì）耐火（huǒ）材料的熱震穩定性高、抗渣滲透（tòu）性好，特別是熔（róng）渣中SiO2滲入會（huì）與MgO-CaO耐火材料（liào）中的CaO反應生成（chéng）高熔點化合物C2S或C3S,形成保護（hù）層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真（zhēn）空精煉，其H主要來自（zì）熔渣或精（jīng）煉設備內襯耐火材料的水分（fèn）及有機添（tiān）加（jiā）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（shuǐ）分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的（de）影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧（yǎng）含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學（xué）穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水（shuǐ）增氧的有（yǒu）效（xiào）材料。

耐火（huǒ）材料（liào）對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與（yǔ）鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果。結（jié）果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了（le）使鋼包獲得有（yǒu）效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，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（gāng）包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才（cái）研究MgO—CaO質（zhì）澆（jiāo）注（zhù）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（zhōng）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（hán）量，鋼中P含量僅有小幅度降低。

耐火材料對（duì）鋼水碳含量的影（yǐng）響：實驗表明，使用含（hán）C耐火材料（liào），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)含量的（de）影響：耐（nài）火材料中的水分以（yǐ）及其中（zhōng）的有機粘結劑會對鋼水中的（de）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護套（tào）管保護主（zhǔ）流時，有（yǒu）機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤（kǎo），能（néng）有效地降低鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料對鋼（gāng）中N(氮（dàn）)含量（liàng）的影（yǐng）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用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造（zào）成增N。更大的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要，連鑄的增N點就（jiù）是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水（shuǐ）中夾雜物的影響：田琳等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂鉻耐火（huǒ）材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的（de）情況下（xià），隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水（shuǐ）中的夾雜物，其（qí）餘的（de）堿性耐火（huǒ）材料均使鋼（gāng）水夾雜（zá）物數量增加。Al2O3、SiO2等夾（jiá）雜物可（kě）與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成（chéng）Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約（yuē）為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成（chéng）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表麵，形成（chéng）保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材（cái）料中的活性CaO含量越高，吸（xī）附鋼水中夾（jiá）雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料（liào）的抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣（gài）磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高（gāo）的白（bái）雲石磚抗高堿（jiǎn）度的AOD渣侵（qīn）蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高（gāo）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（bú）燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。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，這是因為渣與鎂鈣（gài）材料作用析出C3S，使材料（liào）表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度（dù）熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要是熔（róng）渣（zhā）對基質的強溶蝕並滲透作用。

慶陽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磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複（fù）雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的（de）真空穩定性（xìng）、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。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（hán）量越高，抗渣侵（qīn）蝕和抗（kàng）剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分（fèn）別對鎂鈣碳磚及（jí）鎂碳磚的侵蝕進行實（shí）驗（yàn）。實（shí）驗結果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高（gāo）7.3%，是（shì）因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；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（zhōng）期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比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（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和熱震穩定性好，抗酸性熔渣能（néng）力強；而且（qiě）磚中的CaO有利（lì）於鋼水的脫O、脫S、脫P等，適合（hé）冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯（chèn）。

白雲石質耐火材料對潔淨鋼的影（yǐng）響

潔淨鋼（gāng）係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含（hán）量非（fēi）常少，非金（jīn）屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中（zhōng），耐火（huǒ）材料始終與鋼水（shuǐ）接觸（chù），一般耐火材料對（duì）鋼水或多或少（shǎo）總有些汙染，唯有白雲石（shí）質（zhì）即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物（wù），而且不汙染（rǎn）環境。