徐平坤

以前，從（cóng）煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接（jiē）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多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過（guò）對白雲石質（鎂鈣質）耐（nài）火材料的理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質材（cái）料不（bú）但不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水（shuǐ），並且也不汙染（rǎn）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（yǔ）鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料，煆燒後的理論組成為（wéi）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（huǒ）材料、鎂白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）、鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型（xíng）或不定（dìng）形耐（nài）火材（cái）料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材（cái）料（liào）是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂（měi）鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗（kàng）FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝（bāo）落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕（shí）的（de）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（xuǎn）擇鎂鈣質耐火材料（liào）中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔（jié）淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要求嚴格（gé），需要爐（lú）外精（jīng）煉除（chú）去鋼中雜質及（jí）夾雜物以及（jí）脫氣、調整化學成（chéng）分和均（jun1）勻化等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等（děng）雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也（yě）適（shì）合用於冶煉（liàn）低氧（yǎng）鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特（tè）殊鋼等設（shè）備的耐（nài）火材料（liào）。近年來（lái），為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降（jiàng）低耐火材料（liào）消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多試驗研究，取（qǔ）得了很好（hǎo）的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的（de），含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製（zhì）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（gèng）合適。

鋼水中的脫S反應中（zhōng），要使鋼（gāng）水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含（hán）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在高溫下以氣態（tài）存在，在鋼水中的溶解度很小，而CaO的（de）氧勢也很小，因此，精煉設（shè）備（bèi）應該選用鎂鈣質耐火材（cái）料。溫度升（shēng）高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量（liàng）高的鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）同樣（yàng）也有利脫P。

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

關於H含量的（de）問題，采用（yòng）真空精煉，其H主要（yào）來自熔渣或精煉設備內襯耐（nài）火材料（liào）的水分及（jí）有機添加物。熱力（lì）學（xué）分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中的（de）水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響（xiǎng）

耐火材（cái）料對（duì）鋼中氧含量的影響：王龍光等人（rén）認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩（wěn）定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的（de）溶解度（dù）很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料（liào）。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳等人試驗研究（jiū）鎂鈣磚與鋼水中S的反（fǎn）應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果（guǒ）更好，脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的（de）脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要（yào）的，這樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化（huà）能（néng）力（lì），另一方麵可以避免強還原（yuán）條件下鋼（gāng）包渣導致耐火材料的過（guò）度消耗。

耐火材料對鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）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P含量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到（dào）0.01%，進一步提高（gāo）CaO含量，鋼中P含（hán）量僅有小幅度降低。

耐（nài）火材料對鋼水碳含量的（de）影響（xiǎng）：實驗表明，使用含C耐火材料，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（cái）料（liào）對鋼中（zhōng）H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及（jí）其中的有機粘結劑會（huì）對鋼（gāng）水中的H含量產生顯著影響（xiǎng）。連鑄（zhù）過程中，鋼包和中間（jiān）包（bāo）係（xì）統中使用保護套管保護主流時，有機（jī）粘結劑導致吸H。對鋼包、中間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸H量。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含（hán）量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年（nián）來氮化物（wù）在耐火（huǒ）材料中應用受到關注，如Sialon分解（jiě）對鋼水造成增N。更大的（de）增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重（chóng）要，連鑄的（de）增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物（wù）的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）耐火材料對管線鋼鋼水潔淨（jìng）化（huà）的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻有鎂鈣質耐火材料（liào）能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性（xìng）耐（nài）火材料均使鋼水夾雜物數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣（gài）耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物（wù），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)高熔點化合物被（bèi）吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）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（fù）鋼水中（zhōng）夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗（kàng）侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用（yòng）鎂鈣磚的抗（kàng）渣性（xìng）。試驗結果得（dé）出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度（dù）的AOD渣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性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲（shèn）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度渣（zhā）侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒成鎂鈣磚抵抗（kàng）低堿度渣侵蝕能力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣（gài）質材料具有良好的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和（hé）滲透能力，這是因為（wéi）渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔（róng）渣的滲透。低堿度熔渣具有較（jiào）強的（de）侵蝕（shí）和滲（shèn）透（tòu）能力（lì），主要是（shì）熔渣對基質的強溶蝕（shí）並滲透作用。

屯（tún）昌鎂磚之鎂鈣（gài）碳磚的性（xìng）能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能（néng）：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複（fù）雜。除具備鎂（měi）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、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（yě）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（yán）究：崔淑賢（xián）等人采用煉鋼（gāng）轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結（jié）果表（biǎo）明：初期渣（zhā）MgO—C磚蝕損率（lǜ）比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕（qīng），是因為在磚的界麵上產生（shēng）了C2S保護層；可是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損（sǔn）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（zhā）中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

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

白雲（yún）石質耐火材料對潔淨鋼的影響

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（zá）物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控（kòng）製，合金元素成分精準（zhǔn）並且（qiě）分布均勻，使鋼材具（jù）有高性能（néng）、高品質。在（zài）鋼水從冶煉到精煉的整（zhěng）個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲（yún）石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水（shuǐ），除（chú）去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。