徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼（gāng）的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總是認為耐（nài）火材料或多或少地會對鋼水產生汙染（rǎn）。可是通過對白（bái）雲（yún）石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料（liào）的理論研究和實際試（shì）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、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒（shāo）後的理論組成為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雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料（liào）、鎂鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形（xíng）耐火材（cái）料；鎂白（bái）雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料是用鎂石與（yǔ）白雲石（shí）合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂（měi）鈣質製品的高溫使（shǐ）用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高（gāo），抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越（yuè）差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外精煉等熱（rè）工設備的不同部位使用條件，合理選擇（zé）鎂（měi）鈣質耐火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材（cái）料（liào）對淨化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求（qiú）嚴格，需要爐外（wài）精煉除去鋼（gāng）中雜質及（jí）夾（jiá）雜物以及脫氣、調整化學（xué）成分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉（zhuǎn）移（yí）到爐渣中，具有除去雜（zá）質、淨化（huà）鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶煉低氧鋼，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（huà）鋼（gāng）水、延長爐襯壽命、降低耐（nài）火材料消耗，研究人員對白雲石（shí）質耐火材（cái）料進行了許多（duō）試驗研究，取得了很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容易揮發，而（ér）CaO對MgO的（de）揮發性（xìng）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（zhōng）加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使（shǐ）用比純MgO質耐火（huǒ）材（cái）料更（gèng）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，並且鋼水中溶解（jiě）的（de）O含量（liàng）盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選（xuǎn）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（gāng）水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很（hěn）小（xiǎo），因此，精煉設備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材料。溫（wēn）度升（shēng）高不利於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度（dù）高（gāo）的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩定性高、抗（kàng）渣滲透性（xìng）好，特別是熔渣中SiO2滲（shèn）入（rù）會與MgO-CaO耐（nài）火材（cái）料中的（de）CaO反應生成高熔點化合物C2S或（huò）C3S,形成保護層（céng），從而抑製熔渣（zhā）的滲透。

關於H含量的問題（tí），采用真空精煉，其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析認為（wéi）：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其（qí）中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料（liào）對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火（huǒ）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，被認為是（shì）防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人（rén）試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有效的脫S效果，使（shǐ）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（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避（bì）免強還（hái）原條件下鋼包渣導致耐火材（cái）料的過度消耗。

耐火材料對鋼中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（de）影響（xiǎng）。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量大幅（fú）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（fú）度（dù）降低（dī）。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含（hán）C耐火（huǒ）材料，鋼水顯著增C，當同（tóng）一製品第二（èr）次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火（huǒ）材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用（yòng）保護套（tào）管保護主流時，有機粘結劑導致吸（xī）H。對（duì）鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的（de）影（yǐng）響：傳統（tǒng）耐（nài）火（huǒ）材料N含量（liàng）很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注（zhù），如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套（tào）管非（fēi）常（cháng）重（chóng）要，連鑄的增（zēng）N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）水中（zhōng）夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁（lǚ）、鎂（měi）鉻耐火材料對（duì）管線鋼（gāng）鋼水潔淨（jìng）化的影響，實（shí）驗表明：在反（fǎn）應30min的情況（kuàng）下，隻有（yǒu）鎂鈣質（zhì）耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾（jiá）雜物數量增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反（fǎn）應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的（de）複合化合物，熔點（diǎn）約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質（zhì）耐火材料表（biǎo）麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵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（huó）性（xìng）CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜（jìng）態坩堝法研究3種不鏽鋼（gāng）冶煉（liàn）用鎂鈣（gài）磚的（de）抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含（hán）量高（gāo）的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵（qīn）蝕和滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部（bù）分（fèn）致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚具有更好的抗（kàng）高堿度渣侵蝕性。堿度較低（dī）的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣（zhā）嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚（zhuān），CaO含量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好（hǎo）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（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作（zuò）用析（xī）出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣的滲透。低（dī）堿度熔（róng）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（shèn）透（tòu）作用。

汕尾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（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜（zá）。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳（tàn）磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高，抗剝（bāo）落性能越（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越（yuè）高，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強（qiáng）。

鎂（měi）鈣（gài）碳磚的抗侵蝕（shí）研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期渣和終（zhōng）期渣分別（bié）對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵（qīn）蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高（gāo）7.3%，是因（yīn）為MgO—C磚產生結構（gòu）剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵（miàn）上產生了C2S保護層；可是中期渣和終期渣，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（zhōng）及被渣中∑FeO溶（róng）解（jiě），所（suǒ）以比MgO—C磚侵蝕嚴重（chóng）。

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

白雲石質耐火材料（liào）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（hěn）小和形態得到（dào）控製，合金元素成分精（jīng）準並且（qiě）分布均（jun1）勻，使鋼材具有（yǒu）高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個（gè）過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去（qù）鋼中的（de）非金屬夾（jiá）雜物，而且不汙染環境。