徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐（nài）火材（cái）料對鋼水的淨化作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石（shí）質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實（shí）際（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置（zhì）中應（yīng）用日（rì）益增加。

白雲石與鎂鈣質耐（nài）火材料（liào）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%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）主要包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定（dìng）型或（huò）不定形耐火（huǒ）材（cái）料；鎂（měi）白雲石和鎂鈣質（zhì）耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含（hán）量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變（biàn）越大，抗（kàng）剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化（huà）和（hé）抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐外精煉等熱工設備（bèi）的不同部位使用條件，合（hé）理選擇鎂鈣質耐（nài）火材料中的（de）w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨（jìng）化鋼水作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特殊鋼等（děng）對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴（yán）格，需要爐外精（jīng）煉除去鋼中雜質及夾雜（zá）物以及（jí）脫氣、調整化學成分和均勻化等。鎂（měi）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（dào）爐（lú）渣中，具有（yǒu）除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料。近年來，為了淨化鋼（gāng）水、延長爐襯壽命（mìng）、降低（dī）耐火（huǒ）材料消耗，研究人（rén）員對（duì）白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真（zhēn）空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響（xiǎng）的，含有10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因（yīn）此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必（bì）須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要使O含量低，就要選擇氧勢盡可（kě）能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的（de）溶解度很（hěn）小（xiǎo），而CaO的氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備應該選用鎂（měi）鈣質耐火材料。溫度（dù）升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高（gāo）即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣（gài）質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好（hǎo），特別是熔（róng）渣中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C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透。

關於H含量的問題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料（liào）的水分（fèn）及有機添加物。熱力學（xué）分（fèn）析認為（wéi）：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不（bú）存在（zài）鋼水（shuǐ）中氫（H）含量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

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

耐火（huǒ）材料對鋼中S的影響：田琳等（děng）人試驗研究鎂（měi）鈣磚（zhuān）與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果（guǒ）。結果表（biǎo）明：在（zài）1600℃下，反應（yīng）45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫（tuō）S率達70.12%；超過（guò）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，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以盡可能降低鋼（gāng）包內襯的再（zài）氧化能力，另一方麵可以避（bì）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（liào）對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究（jiū）MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料（liào）中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含量大幅度降低，由原始的（de）0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量（liàng）僅有小幅度降低。

耐火材料對鋼（gāng）水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製（zhì）品第二次使用時，鋼水僅發生輕（qīng）微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水（shuǐ）分以及其中的有機粘結劑會對鋼水（shuǐ）中的H含量產生顯著影響。連（lián）鑄過程中，鋼包和中間包係統中使（shǐ）用保護套管保護主流時，有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼包、中間包（bāo）烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關（guān）注，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）管非常（cháng）重要，連鑄的增N點就是長水口保護（hù），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（lín）等人研究（jiū）了鎂（měi）鈣（gài）、鎂（měi）鋁、鎂（měi）鉻耐火材（cái）料對管（guǎn）線鋼鋼水（shuǐ）潔淨化（huà）的影響，實驗表明：在反應30min的情況下（xià），隻有（yǒu）鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐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（liào）中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼（gāng）中Al2O3夾雜物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合（hé）物被吸附鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成（chéng）保護層，或者（zhě）從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上浮至保護（hù）渣層中（zhōng）；在鎂鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量（liàng）越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強（qiáng）。

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（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力比較強。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爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿（jiǎn）度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成（chéng）鎂鈣磚抵（dǐ）抗低堿度渣侵蝕能力好於CaO含量低的鎂鈣磚（zhuān）。鎂鈣質材料具（jù）有良（liáng）好（hǎo）的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能（néng）力，這（zhè）是（shì）因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致（zhì）密化而有效抑製熔渣的滲透。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。

太原鎂（měi）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（jiào）燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除（chú）具備鎂（měi）鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗（kàng）熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及（jí）C的含量。CaO含（hán）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，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣、中期（qī）渣和終（zhōng）期渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗結果表（biǎo）明：初（chū）期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚（zhuān）產生結構剝落，蝕損（sǔn）最嚴重；MgO—CaO—C磚的（de）侵（qīn）蝕較輕，是因（yīn）為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而（ér）分（fèn）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（yán）重。

孫惠（huì）章（zhāng）等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼水的脫O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火材（cái）料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼（gāng）中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少，非金屬夾雜（zá）物不僅（jǐn）數（shù）量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成（chéng）分（fèn）精（jīng）準並且（qiě）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，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材（cái）料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯有白雲石質（zhì）即鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）能淨化鋼水，除去鋼中的非（fēi）金（jīn）屬夾（jiá）雜物（wù），而且不汙染（rǎn）環境（jìng）。