徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研（yán）究提高（gāo）鋼的（de）純淨度，沒有考慮與鋼水（shuǐ）直接接觸的耐火材料對鋼水（shuǐ）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。可是通（tōng）過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣質材料不（bú）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（lú）外精煉裝（zhuāng）置中應（yīng）用日益增加。

白雲（yún）石（shí）與鎂鈣（gài）質耐火材（cái）料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後（hòu）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（zhì）耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火材料是指（zhǐ）全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不（bú）定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火（huǒ）材料是用鎂石與白雲石合成（chéng）的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的（de）變化（huà）影響鎂鈣質製品的高（gāo）溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越（yuè）強；CaO含量越高，抗高SiO2熔（róng）渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫（tuō）硫（liú）、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能（néng）越差。因此，應該（gāi）根據爐外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作（zuò）用的影響

潔淨（jìng）鋼、特（tè）殊鋼等對（duì）鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等（děng）元素（sù）及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量（liàng）要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除（chú）去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）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（shū）鋼等設備的耐（nài）火材料。近年來，為了淨化鋼水（shuǐ）、延長爐襯壽（shòu）命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人（rén）員對白雲石質耐（nài）火材料進行了（le）許多試驗研究，取得了很好的結（jié）果。

MgO在真（zhēn）空條件（jiàn）下（xià）容易（yì）揮發，而CaO對MgO的（de）揮發（fā）性是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相（xiàng）對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條（tiáo）件下使（shǐ）用比（bǐ）純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中（zhōng）的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並（bìng）且鋼（gāng）水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下（xià）以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很（hěn）小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精（jīng）煉（liàn）設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不（bú）利（lì）於（yú）脫P，但鋼包中采用CaO含量（liàng）高即堿度高（gāo）的熔渣有利脫（tuō）P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

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

關於H含（hán）量的問題，采用真空精煉（liàn），其H主（zhǔ）要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料的水分及有機（jī）添加物。熱力學分（fèn）析認為：要在（zài）1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中的水分（fèn），就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材（cái）料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含（hán）量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力（lì）學穩定性高（gāo），具有很（hěn）低的氧平衡分壓（yā），在鋼水（shuǐ）中的（de）溶解度很小，被認為是防止鋼水增氧的有效材（cái）料。

耐火材料對鋼（gāng）中（zhōng）S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢（jiǎn）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，使用（yòng）白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必（bì）要的，這樣（yàng）一方麵可以盡可能降（jiàng）低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵（miàn）可以避免強還原條件下鋼包渣導致耐（nài）火材料的過度（dù）消耗。

耐火材料對鋼中P含（hán）量（liàng）的（de）影響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注（zhù）料對鋼中P含量（liàng）的影響。實驗結果表明：當（dāng）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%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼（gāng）中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含量的影響：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材料，鋼水顯（xiǎn）著增C，當同一製品第二次使用時，鋼（gāng）水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中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（gāng）水中的H含量產生顯著影響。連鑄過程中，鋼（gāng）包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑（jì）導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中（zhōng）N(氮)含（hán）量的影（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（zhōng）應用（yòng）受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中（zhōng）間包之間，保護套管非常重要，連鑄（zhù）的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂（měi）鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗（yàn）表明：在反應30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增加。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的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可（kě）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（guī）酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附（fù）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麵（miàn）上剝落下來上浮至保護渣層中；在鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼（gāng）水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性（xìng）能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的（de）抗渣性。試驗結果得出，CaO含量（liàng）高的白雲（yún）石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕（shí）性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多（duō）。相對（duì）而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣（zhā）侵蝕性明顯好於不燒（shāo）鎂（měi）鈣磚（zhuān），CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂（měi）鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為渣與鎂（měi）鈣材（cái）料（liào）作用析（xī）出C3S，使材料表（biǎo）層致密化而（ér）有效抑製熔渣的滲透。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並滲透（tòu）作用。

神農架鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣（gài）碳磚主要（yào）性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的（de）特性外（wài），鎂鈣碳磚比鎂（měi）碳（tàn）磚（zhuān）具有更好的真空穩定性（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（yuè）好，淨化鋼水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝（bāo）落性能越（yuè）強（qiáng）。

鎂（měi）鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期（qī）渣、中期渣和終期渣分（fèn）別對鎂鈣碳（tàn）磚及鎂（měi）碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明（míng）：初期（qī）渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為（wéi）在磚的（de）界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期渣和（hé）終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別（bié）比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人（rén）研（yán）究結果表明鎂白雲（yún）石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性好（hǎo），抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水（shuǐ）的脫O、脫S、脫P等，適（shì）合（hé）冶煉鋼的電（diàn）爐爐襯。

白（bái）雲石（shí）質耐火材料對潔淨（jìng）鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有（yǒu）害（hài）成分（fèn）（S、P、O、H、N）含（hán）量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺寸很（hěn）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（yě）煉（liàn）到精（jīng）煉的整個過程中，耐（nài）火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有白雲石（shí）質即鎂鈣（gài）質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。