徐平坤

以前，從煉鋼（gāng）工藝的角度研究提高鋼的（de）純淨度，沒有考（kǎo）慮與（yǔ）鋼水直接接（jiē）觸（chù）的耐火材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為（wéi）耐火材料或多或少（shǎo）地會（huì）對（duì）鋼（gāng）水產生汙染。可是通（tōng）過對白雲（yún）石質（鎂鈣（gài）質）耐火材（cái）料的理論研究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼（gāng）水，並且也不汙染環境（jìng），在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加（jiā）。

白（bái）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，煆燒後的理論組（zǔ）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（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質耐火（huǒ）材料是指全部（bù）用煆燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和（hé）鎂鈣（gài）質耐火材料是用鎂石與白雲石合（hé）成的耐火材料。MgO、CaO含量（liàng）的變化影響鎂鈣質製品的（de）高溫使用性能，MgO含量越（yuè）高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水（shuǐ）化能力越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強（qiáng），高溫蠕變越大，抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的效果（guǒ）越（yuè）好，但抗水化和抗（kàng）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的不同部位使用條件，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、特殊鋼（gāng）等對鋼中的雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾雜物（wù）的（de）含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調（diào）整化學成分和均勻化等。鎂鈣質耐火材料中（zhōng）的遊離CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應（yīng），使其轉移到爐渣中，具有除去（qù）雜質、淨化鋼（gāng）水（shuǐ）的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於冶（yě）煉低（dī）氧鋼，是爐外精煉（liàn）冶煉潔淨（jìng）鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐（nài）火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮（huī）發，而CaO對MgO的揮發性是有（yǒu）影（yǐng）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質材料中加入一（yī）定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火（huǒ）材料，在高溫真空條件下使用比純（chún）MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔渣（zhā）必須是CaO含量高的高堿（jiǎn）度渣，並且鋼水中溶解的O含量（liàng）盡可能要低（dī）。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）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（zhōng）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質（zhì）耐火材料（liào）。溫度升高（gāo）不利於脫（tuō）P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的熱震（zhèn）穩定性高、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含量的問題，采（cǎi）用真空精煉，其H主要來（lái）自（zì）熔渣或（huò）精煉設備內襯耐火（huǒ）材料的水（shuǐ）分（fèn）及有（yǒu）機（jī）添（tiān）加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤（kǎo），充分排除其中的水分，就不存在鋼水中（zhōng）氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認（rèn）為（wéi）MgO—CaO耐（nài）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（zài）鋼水中的溶解度（dù）很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的有（yǒu）效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火（huǒ）材料的脫（tuō）S效果（guǒ）。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超（chāo）過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得（dé）有效的脫（tuō）S效果，使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再（zài）氧化能力，另一方（fāng）麵可以（yǐ）避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼（gāng）中P含量的影響：匡加才研（yán）究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當（dāng）澆注（zhù）料中w（CaO）為25%時（shí），鋼中P含（hán）量大幅度降（jiàng）低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量（liàng），鋼中P含量僅有小幅度降低。

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

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材料（liào）中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量（liàng）產生顯著影響。連鑄過程中，鋼包和中間包（bāo）係統中（zhōng）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N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低（dī），近年來氮化物在耐火材料（liào）中應用（yòng）受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間（jiān）包之間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可（kě）達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料對鋼水中夾雜（zá）物的影響：田琳（lín）等人研究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影（yǐng）響，實驗表明：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物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應（yīng），如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點（diǎn）約為（wéi）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（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護（hù）層，或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（zài）鎂鈣質耐火材料中的活性CaO含（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物（wù）的（de）能力越強。

鎂鈣質（zhì）耐火材料的（de）抗侵蝕性能（néng）：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種（zhǒng）不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果（guǒ）得出，CaO含量高的白雲石（shí）磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較（jiào）不燒（shāo）白（bái）雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性（xìng）。堿（jiǎn）度較低的VOD爐渣對三種磚的侵蝕和（hé）滲透比高堿（jiǎn）度渣嚴重得多。相對而言，燒成的（de）鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性（xìng）明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂（měi）鈣磚。鎂鈣質材料具（jù）有（yǒu）良好的抵抗高堿度熔渣（zhā）的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用析出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕（shí）和滲透能力，主（zhǔ）要（yào）是熔渣對基質的（de）強溶蝕並滲透作用。

宜賓鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及（jí）抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣磚種類（lèi）複雜。除具備（bèi）鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好（hǎo）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（néng）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（néng）越（yuè）強。

鎂鈣（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、中期渣和終期（qī）渣分別對鎂鈣碳磚（zhuān）及鎂碳磚的侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結（jié）構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的（de）侵蝕（shí）較輕，是因為在磚的界麵上產生（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（fǎn）而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中（zhōng）及（jí）被（bèi）渣（zhā）中∑FeO溶（róng）解，所以（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表（biǎo）明鎂白雲石碳磚高溫（wēn）抗氧化（huà）性和熱震穩定（dìng）性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強（qiáng）；而且磚中的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。

白雲石質耐火材料對潔淨（jìng）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（jīn）屬夾雜物不僅數量少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均（jun1）勻，使鋼（gāng）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，一般耐火材料對鋼水或多或少總有些汙染（rǎn），唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火（huǒ）材料能淨（jìng）化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。