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（duì）鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙（wū）染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論（lùn）研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材料不但不汙（wū）染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並且也（yě）不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐（lú）外精煉裝置中應（yīng）用日益增加。

白雲石與（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆（duàn）燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石（shí）質耐火材（cái）料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐（nài）火材料。

其中，白雲石質耐火材料是（shì）指全部用煆燒或電熔的白雲石做原（yuán）料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣（gài）質耐火材料是（shì）用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫（wēn）使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強（qiáng）；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越（yuè）強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落（luò）性能（néng）和脫硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水（shuǐ）化和抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用（yòng）條件，合理選擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊（shū）鋼（gāng）等對鋼（gāng）中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾（jiá）雜物以及脫氣、調整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（zá）質反應，使其轉移（yí）到爐渣中，具有除去雜質、淨化（huà）鋼水（shuǐ）的功能。由（yóu）於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質（zhì）耐火材料也適（shì）合用於（yú）冶煉低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特（tè）殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延（yán）長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許（xǔ）多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條（tiáo）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（shù））就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入（rù）一定量的CaO製成MgO—CaO質耐（nài）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，要使鋼水S含量低，熔渣必須（xū）是CaO含（hán）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（jiù）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，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質（zhì）耐火材料同樣也（yě）有利脫P。

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

關於H含（hán）量的問題，采用真（zhēn）空（kōng）精煉（liàn），其H主要來自熔渣或精煉設（shè）備內襯耐火材料的水分及有（yǒu）機添加物。熱力學分析（xī）認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分，就不（bú）存在鋼（gāng）水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣（gài）質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對（duì）鋼中氧含量的影響：王（wáng）龍光（guāng）等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很（hěn）低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小（xiǎo），被認為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研（yán）究鎂鈣磚與鋼（gāng）水中S的反應，檢驗鎂鈣質（zhì）耐火（huǒ）材料的脫S效（xiào）果。結（jié）果表明（míng）：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），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（yǒu）效（xiào）的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很（hěn）必要的，這樣一（yī）方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力（lì），另一方麵可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材（cái）料對鋼（gāng）中（zhōng）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（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降（jiàng）低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高（gāo）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（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增（zēng）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)含量的影響（xiǎng）：耐火材（cái）料中的水分以及（jí）其中的（de）有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係（xì）統中（zhōng）使用保護套（tào）管保護主流（liú）時，有（yǒu）機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火（huǒ）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（huà）物在耐火材料中應用受到關（guān）注，如Sialon分解對鋼水造（zào）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（zhǎng）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（xiǎng）：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影（yǐng）響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有（yǒu）鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其（qí）餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐（nài）火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔（róng）點化合物被吸（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（biǎo）麵上（shàng）剝落下來上浮至保（bǎo）護渣（zhā）層中（zhōng）；在（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高（gāo），吸附鋼（gāng）水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人（rén）采（cǎi）用靜態坩堝（guō）法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的（de）白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣侵蝕和滲透能力（lì）比（bǐ）較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒（shāo）白雲石磚（zhuān）具（jù）有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度（dù）較低的VOD爐渣對三種磚的（de）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（jiǎn）度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣（gài）磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）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（jù）有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力（lì），這是因為渣與鎂鈣材（cái）料作用析出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而有效抑製熔渣的（de）滲（shèn）透。低（dī）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（shí）並滲透作用。

沙坪壩鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、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，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔（cuī）淑賢等人（rén）采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質（zhì）耐火材料對潔（jié）淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係（xì）指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬（shǔ）夾雜物不（bú）僅數量少，而且尺寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成（chéng）分精準並且（qiě）分布（bù）均勻（yún），使鋼材具有高性（xìng）能、高（gāo）品質（zhì）。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸（chù），一般耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）或多或少總（zǒng）有些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼水，除（chú）去鋼中的非（fēi）金（jīn）屬夾（jiá）雜物（wù），而且不汙染（rǎn）環境。