徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工藝的角度研究提高（gāo）鋼的純淨度，沒有（yǒu）考慮與鋼水直（zhí）接接觸的耐火材（cái）料對鋼（gāng）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。可是通過對白雲石質（鎂（měi）鈣質）耐火材料的理論研究（jiū）和實際試驗，得出鎂鈣質材料（liào）不但（dàn）不汙染鋼水（shuǐ），反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，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（gài）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（chéng）為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲石（shí）質耐火材料、鎂鈣質耐火材料。

其中，白（bái）雲石質耐火材料是指全部用煆燒或電熔的（de）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（huǒ）材料是用鎂（měi）石與白（bái）雲石合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影（yǐng）響鎂鈣質製（zhì）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（lì）越強；CaO含（hán）量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫（wēn）蠕變越大，抗剝落（luò）性能和脫硫、脫磷的效（xiào）果越好（hǎo），但抗（kàng）水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根據爐（lú）外（wài）精（jīng）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（děng）對鋼中的（de）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，具有除去（qù）雜質、淨（jìng）化鋼（gāng）水的功能。由於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適（shì）合用於冶（yě）煉低氧鋼，是（shì）爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備（bèi）的（de）耐火材料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗，研（yán）究人員對白雲（yún）石質耐火材料進行了許多（duō）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的揮發性是有影響的（de），含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真空條件下使用（yòng）比純MgO質耐火材（cái）料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水（shuǐ）S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且（qiě）鋼水中溶解的O含量盡可能要低。要（yào）使O含量低，就（jiù）要選擇氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在（zài）高溫下以氣態存在，在（zài）鋼水中的溶解度很小，而CaO的氧勢也很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣質耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料（liào）同樣也有利脫P。

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

關於H含量的問（wèn）題，采用真空精煉，其H主要來自熔渣或精煉設備內襯耐火材料的水分及有機（jī）添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分（fèn）排除其中的（de）水分（fèn），就不存在鋼水中氫（qīng）（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼水性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響（xiǎng）：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料（liào）中的CaO熱力學穩定（dìng）性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防止鋼水增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響（xiǎng）：田琳（lín）等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗（yàn）鎂鈣質耐火材料的（de）脫S效果。結果（guǒ）表明：在1600℃下（xià），反應（yīng）45min時（shí），脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫（tuō）S率降低，出現“回S”現象。為（wéi）了使鋼包獲得有（yǒu）效（xiào）的脫S效果（guǒ），使用白雲石質（zhì）鋼包內襯是很必要的，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（yī）方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對（duì）鋼中P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的（de）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（dù）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含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

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

耐火（huǒ）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（jī）粘結劑會對鋼水中的H含量產生顯著影（yǐng）響。連（lián）鑄過程中（zhōng），鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主（zhǔ）流時（shí），有機粘結劑導致吸H。對鋼包、中（zhōng）間包烘烤，能有效地降低鋼水的吸（xī）H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影響：傳（chuán）統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之（zhī）間，保護套（tào）管非常重（chóng）要，連鑄的增N點就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材（cái）料（liào）對鋼水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，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中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料（liào）均使鋼水夾雜物（wù）數量增（zēng）加。Al2O3、SiO2等（děng）夾雜物可與鎂鈣耐火材料中的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效（xiào）地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者（zhě）從鎂鈣質耐火材料表麵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（hán）量越高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐（nài）火材（cái）料的抗侵蝕性（xìng）能：梁義兵（bīng）等人采用靜態坩（gān）堝法研究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（gāo）堿度的AOD渣侵蝕和滲透（tòu）能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分（fèn）致（zhì）密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高（gāo）堿度渣（zhā）侵蝕性。堿度較低的（de）VOD爐渣對三種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高（gāo）堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成（chéng）的（de）鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕（shí）性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力好於（yú）CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好的（de）抵抗高堿度熔渣的（de）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（ér）有效抑製熔渣的滲透。低堿（jiǎn）度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主（zhǔ）要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

永州鎂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磚較燒成鎂鈣磚種（zhǒng）類複（fù）雜。除具備鎂鈣（gài）磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定性（xìng）、抗熱震（zhèn）性。鎂鈣碳磚的性能同（tóng）時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能（néng）越好，淨化（huà）鋼（gāng）水的效果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕（shí）和抗剝落性能越（yuè）強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究（jiū）：崔淑賢等人采（cǎi）用煉（liàn）鋼轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結（jié）果表（biǎo）明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚（zhuān）高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕損最嚴重（chóng）；MgO—CaO—C磚的侵蝕較（jiào）輕，是因為（wéi）在磚（zhuān）的界麵上產生（shēng）了（le）C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚（zhuān）的蝕損率反而分別比MgO—C磚高（gāo）0.4%和1.2%，因為（wéi）其在高溫中及被（bèi）渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研（yán）究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性（xìng）和（hé）熱震穩定性好，抗酸性（xìng）熔渣能力強；而且（qiě）磚中的（de）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（bái）雲石（shí）質耐火（huǒ）材料對（duì）潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指（zhǐ）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少，而且尺寸很小和形態得到控製，合金元素（sù）成分精準並且分布（bù）均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從（cóng）冶煉到精煉的整個過（guò）程中，耐火（huǒ）材料（liào）始終與鋼水接觸，一（yī）般耐火材料對鋼水或多（duō）或少總有些汙染，唯（wéi）有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化鋼水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且（qiě）不汙染環境。