徐平坤

以前，從煉（liàn）鋼工（gōng）藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的（de）耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化（huà）作用，總是認為耐火材料或多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白（bái）雲石質（鎂鈣質）耐火材料的（de）理論研（yán）究和實際（jì）試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染（rǎn）鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包（bāo）等爐外精煉裝置中應用日益（yì）增加。

白雲石與鎂鈣（gài）質耐火材料的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物（wù）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（zhì）耐火材料主要包括白雲石質耐火（huǒ）材料、鎂白雲（yún）石質耐火材料、鎂鈣質耐火材（cái）料。

其中，白雲石質耐火材料（liào）是（shì）指全部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做（zuò）原料的定型或不定形（xíng）耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用鎂石與白雲（yún）石（shí）合成的耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用（yòng）性能（néng），MgO含量越高（gāo），抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和（hé）抗水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣的能力越強，高溫蠕變越大，抗（kàng）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（yòng）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（cái）料對淨化（huà）鋼水（shuǐ）作用（yòng）的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼（gāng）等對鋼中的（de）雜質O、S、P、C、H、N等元素及SiO2、Al2O3等夾（jiá）雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜質（zhì）及夾雜物以及脫氣、調整化（huà）學成分和均勻化等。鎂鈣質（zhì）耐火材（cái）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（zhā）中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能（néng）。由（yóu）於CaO的（de）氧勢很低，鎂鈣質耐火材料也適合用於（yú）冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊（shū）鋼等設備的耐火材（cái）料。近年來，為了淨化鋼水、延長爐襯壽命、降低耐火材料消耗（hào），研究人員對白雲石質耐火材料進（jìn）行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件（jiàn）下容易揮發，而CaO對MgO的揮發性（xìng）是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分數）就（jiù）可使MgO相對（duì）揮發性大大降低。因此，MgO質材料中加入一（yī）定量（liàng）的CaO製（zhì）成MgO—CaO質（zhì）耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下使用比純MgO質耐火材料更合（hé）適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使（shǐ）鋼水S含量（liàng）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（kě）能（néng）要低。要使O含量低，就要選擇氧（yǎng）勢（shì）盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也很（hěn）小，因此，精煉設備應該（gāi）選用鎂鈣質耐火（huǒ）材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含（hán）量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因（yīn）此，用CaO含量高的鎂鈣質耐火材料同樣也有利（lì）脫P。

鎂鈣質耐火（huǒ）材（cái）料（liào）的熱震穩定性高、抗渣滲（shèn）透性好，特（tè）別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火（huǒ）材料中的CaO反應（yīng）生（shēng）成高熔點化合物C2S或C3S,形（xíng）成保（bǎo）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火（huǒ）材料的水（shuǐ）分及有機添加物。熱（rè）力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充（chōng）分排除其中的（de）水分（fèn），就不存在鋼（gāng）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

耐火材料對鋼（gāng）中氧含量的影響：王龍光等（děng）人（rén）認（rèn）為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被認（rèn）為是防（fáng）止鋼水增氧的有效材料。

耐（nài）火材料對（duì）鋼中S的（de）影響：田琳等人試驗研究鎂鈣磚與鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現“回S”現象。為了使（shǐ）鋼包獲得有效的脫S效果（guǒ），使用白雲石質鋼（gāng）包內襯是很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低（dī）鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免（miǎn）強還原條件（jiàn）下鋼包渣導（dǎo）致耐火材料的（de）過度消耗。

耐（nài）火材料（liào）對鋼中P含量的影（yǐng）響：匡加才研究MgO—CaO質（zhì）澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為（wéi）25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅度降低，由原始（shǐ）的0.1%降（jiàng）低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有（yǒu）小（xiǎo）幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響（xiǎng）：實驗表（biǎo）明，使用含C耐火材（cái）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（nài）火材（cái）料對鋼中H(氫)含量的影響（xiǎng）：耐火材（cái）料中的水分以及其（qí）中的有機粘結（jié）劑會對鋼水中的H含量產生顯著影響。連鑄過（guò）程中（zhōng），鋼包和中間包（bāo）係統中使用保護套管保護主流時（shí），有機粘（zhān）結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間（jiān）包烘烤，能有效地降低鋼水的（de）吸H量（liàng）。

耐火材（cái）料對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很（hěn）低，近年（nián）來氮化物在耐火材料中應用受（shòu）到關注，如Sialon分（fèn）解對（duì）鋼水造成增N。更大（dà）的增N量（liàng）在鋼包與中間包之間，保護套管非（fēi）常重（chóng）要，連鑄的增N點就是（shì）長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料對鋼水中夾（jiá）雜物的影響：田琳（lín）等人研究（jiū）了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻（gè）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均使鋼水夾雜物數（shù）量（liàng）增加（jiā）。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如（rú）CaO與Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右（yòu），可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜（zá）物。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣（gài）)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層，或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來上浮至（zhì）保護渣層中；在鎂鈣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（zhì）耐（nài）火材料的抗侵蝕性能：梁（liáng）義兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性。試驗結果得出（chū），CaO含量高的白（bái）雲石磚抗高堿度的AOD渣（zhā）侵蝕和滲（shèn）透能力比較（jiào）強。燒成白雲石磚基（jī）質部分致密程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿（jiǎn）度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對（duì）三種磚的侵蝕和滲透（tòu）比高堿度（dù）渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成的鎂鈣磚（zhuān）抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好（hǎo）於不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高（gāo）的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵（qīn）蝕（shí）能力好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材（cái）料具有良好的抵抗高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣與鎂鈣材料作用（yòng）析出C3S，使材料表層（céng）致密化而有效抑製熔渣（zhā）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。

張家口鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗侵蝕（shí）的研（yán）究

鎂鈣碳磚主要性能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒成（chéng）鎂鈣磚種類複雜。除具（jù）備鎂鈣磚（zhuān）的特性外，鎂（měi）鈣碳磚比（bǐ）鎂碳磚具有更好的真空穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳（tàn）磚的（de）性能同時取決於CaO及C的含量（liàng）。CaO含量（liàng）越高，抗剝落（luò）性能越好，淨化鋼水的效（xiào）果也越好；C含量越高，抗渣侵蝕和抗剝落性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和（hé）終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚及鎂碳磚的侵蝕（shí）進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比（bǐ）MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生（shēng）結構剝落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是（shì）因為在磚的界麵上產生了C2S保護層；可（kě）是中期（qī）渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的（de）蝕損率（lǜ）反而分別比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（yǐ）比MgO—C磚侵蝕嚴重。

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

白雲石質耐火材料對潔（jié）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（shǎo），非金屬（shǔ）夾雜物不僅數（shù）量少，而且尺（chǐ）寸很小和（hé）形態得到控製，合金元素成分精準並且分布均勻，使鋼材具有高性能（néng）、高品質。在鋼水從冶煉到精（jīng）煉的整個過（guò）程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般耐火材料對鋼水（shuǐ）或多或少總有些汙染，唯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，而且不汙染環境。