徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒（méi）有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用（yòng），總是認為耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染（rǎn）。可是通過對白雲石質（鎂鈣（gài）質）耐火材料（liào）的（de）理論研究和實際試驗，得出鎂鈣（gài）質（zhì）材料不但（dàn）不汙染鋼水，反而能（néng）淨化鋼水，並（bìng）且也不汙染環境，在AOD、VOD、精（jīng）煉鋼包（bāo）等爐外精（jīng）煉裝置中應用（yòng）日益增加。

白雲（yún）石與鎂（měi）鈣質耐火材料的特征

白（bái）雲石（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）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）料主要包括白雲（yún）石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材（cái）料、鎂鈣（gài）質耐火材料（liào）。

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型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的（de）變化影響鎂鈣質製品的高溫使用性能，MgO含量（liàng）越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能（néng）力（lì）越強；CaO含量越高，抗高（gāo）SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的（de）性能越差。因此，應該根據（jù）爐外精煉等熱工設備的不同部位使用條件（jiàn），合理選擇鎂鈣質耐火材（cái）料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石（shí）質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元素及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（yóu）離（lí）CaO，易與鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到（dào）爐渣中，具有除去雜質、淨（jìng）化鋼水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉（liàn）低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔（jié）淨鋼、純淨鋼、特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（cái）料消耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行（háng）了（le）許多試驗研（yán）究，取得（dé）了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性是有影響的（de），含（hán）有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可（kě）使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加（jiā）入一定量的（de）CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質（zhì）耐火（huǒ）材料（liào）更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含（hán）量低，熔（róng）渣必須是CaO含量高的高堿度渣，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（shuǐ）中的溶解度很小，而CaO的氧勢（shì）也很小，因（yīn）此（cǐ），精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中（zhōng）采（cǎi）用CaO含（hán）量（liàng）高即堿度高的熔渣有（yǒu）利脫（tuō）P，因此，用（yòng）CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利脫P。

鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材料的熱（rè）震穩定性高、抗渣滲透性好，特別（bié）是熔渣中SiO2滲入會與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（cóng）而抑製熔（róng）渣的滲透。

關於H含量的問題，采用（yòng）真空精（jīng）煉，其H主要來自熔渣或精（jīng）煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加物。熱力學分析（xī）認為：要在1200℃下長期（qī）烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含（hán）量增高問（wèn）題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能（néng）的影響

耐火材料對鋼中氧含量（liàng）的（de）影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱（rè）力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認為是防止鋼水增（zēng）氧的有效材料。

耐火材料（liào）對鋼（gāng）中S的影響：田琳等人（rén）試驗（yàn）研（yán）究鎂鈣（gài）磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫（tuō）S效果。結果表（biǎo）明：在1600℃下，反應45min時，脫S效（xiào）果更好（hǎo），脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使（shǐ）用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力（lì），另一方麵（miàn）可以避免（miǎn）強還原條件下鋼包渣導致耐火材料的過度消（xiāo）耗。

耐火材料（liào）對鋼中P含量的影響：匡加（jiā）才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中（zhōng）P含量（liàng）的（de）影響。實（shí）驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼中P含量（liàng）大幅度降低（dī），由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材（cái）料對鋼水碳含（hán）量的（de）影響：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（shēng）輕微增C。

耐火材料對（duì）鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中（zhōng）的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著（zhe）影響。連鑄（zhù）過程（chéng）中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結（jié）劑導致吸H。對鋼包（bāo）、中間包烘烤，能有（yǒu）效（xiào）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（hán）量很低，近年來（lái）氮化物在耐火材料中應用受到（dào）關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在（zài）鋼包與中間包之（zhī）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（měi）鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化（huà）的影響，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（shuǐ）中的夾（jiá）雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數（shù）量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火（huǒ）材料（liào）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1400℃左右，可有效地（dì）去除（chú）鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽（guī）酸二鈣)和C3S(矽酸三（sān）鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵（miàn），形成保護層，或（huò）者從鎂鈣質耐火材料表麵上（shàng）剝落下來上浮至保（bǎo）護渣層中；在鎂（měi）鈣（gài）質耐火材料中的活性CaO含量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵等人采用靜態坩堝法（fǎ）研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出，CaO含量高的白雲石磚抗高堿度的AOD渣侵蝕和滲透能力比（bǐ）較（jiào）強。燒成白雲石（shí）磚（zhuān）基質部（bù）分致密程度高，較不燒白雲石（shí）磚具（jù）有更好的抗高堿度（dù）渣侵蝕性。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。相對而言，燒成的鎂鈣磚抵抗低堿度（dù）渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣（gài）磚抵抗低堿（jiǎn）度渣（zhā）侵蝕能力好於（yú）CaO含量（liàng）低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲（shèn）透能力，這是因為渣與鎂鈣（gài）材（cái）料（liào）作用析出C3S，使材（cái）料（liào）表層致密化而有效（xiào）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（jī）質的（de）強溶蝕並滲透作用。

玉林鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較燒成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外（wài），鎂鈣（gài）碳磚比鎂碳磚具有更（gèng）好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取（qǔ）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，抗渣侵蝕和抗剝落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑（shū）賢等人（rén）采用（yòng）煉鋼轉爐的初期（qī）渣、中（zhōng）期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果（guǒ）表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落（luò），蝕損最（zuì）嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕（shí）較（jiào）輕，是因為在磚的（de）界麵上產生了C2S保護（hù）層；可是中（zhōng）期渣和終期渣，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（gāo）溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比（bǐ）MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫（sūn）惠章等人研究結果表明鎂（měi）白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩（wěn）定性好（hǎo），抗酸性熔（róng）渣能力強；而且（qiě）磚中的CaO有利於鋼水的脫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，非金屬夾雜物不僅數量（liàng）少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並（bìng）且分布均勻，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（chéng）中，耐火材料始終與鋼水接觸，一（yī）般耐（nài）火材料對鋼水或多或少總有（yǒu）些汙染，唯有（yǒu）白雲石質即鎂鈣質耐火材（cái）料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環（huán）境。